Стропильная система мансардной крыши: устройство, расчёт и монтаж своими руками

Стропильная система мансардной крыши: устройство, расчёт и монтаж своими руками

Выбирая ту или иную форму крыши для будущего дома, владелец фактически определяет тип её стропильной системы. От правильного выбора, грамотного расчёта и монтажа зависит эффективное функционирование всей кровельной конструкции, а в итоге — долголетие дома и комфорт его обитателей.

Содержание

Понятие мансардной крыши

Дома с мансардной крышей (мансардой) отличаются от других видов жилых построек, хотя нередко их путают с двухэтажными или чердачными зданиями.

Виды мансардных домов

Мансардные крыши по своей конструкции сильно отличаются от обычных

Мансарда, как и полноценный этаж, является жилой надстройкой. Она внесена в техпаспорт дома и имеет подведённые коммуникации — отопление, водопровод, освещение. Главное отличие заключено в конструктивных особенностях строения:

  • этаж — ярус с одинаковыми по всему периметру стенами, на которые опираются стропила;
  • мансарда — подкровельное пространство, высота которого варьируется под скатами.

Таким образом, мансардная крыша является стенами верхнего этажа и одновременно кровлей дома, что хорошо просматривается в экстерьере здания.

Отличие мансарды от полноценного этажа

Дом с мансардной крышей смотрится интересно и стильно, а полноценный многоэтажный частный дом — респектабельно и больше напоминает городские объекты

Высота мансарды регламентируется нормативами — не менее 1,5 м — что отличает её от чердачной крыши. Реально высоту мансардного помещения выбирает застройщик, учитывая:

  • прочность фундамента и стен;
  • ветровые и снеговые нагрузки на кровлю;
  • предназначение мансарды;
  • архитектурную стилистику дома;
  • комфортность пребывания в мансардном помещении.

Все эти нюансы оговариваются на этапе проектирования дома и, согласно результату, подбирается стропильная система крыши.

Видео: стропильные системы, от чего зависит цена и сложность изготовления

Разновидности стропильных систем для мансардной крыши

Мансардные крыши на сегодняшний день представлены в разных форматах и соответственно имеют различную конструкцию стропильной системы.

Разновидности мансардных крыш

Современные строительные технологии позволяют обустроить мансарду под любой крышей, но нужно понимать, что эффективность использования подкровельного пространства у них будет разной

Различают следующие виды мансардных кровельных систем:

  1. Односкатные мансардные крыши — простые конструкции, которые чаще всего возводят на небольших домах, поскольку обустройство большого ската потребует усиления стропильного каркаса и увеличения затрат на кровельные материалы.
    Односкатная конструкция

    Мансарду в доме с односкатной крышей нужно планировать заранее, чтобы на этапе строительства поднять нижнюю точку ската как минимум на 1 м выше перекрытия

  2. Двускатные — самые популярные среди всех видов, так как экономичны и просты в монтаже. Несущий каркас состоит их прямых параллельных стропил, соединяющих стены и коньковый прогон. Однако их уклон ограничивает полезную площадь мансарды, из-за чего в ряде случаев затруднено её использование. Хотя в последнее время дизайнеры используют асимметрию двускатных крыш, что частично решает проблему.
    Двускатные мансардные крыши

    Крыши, состоящие из двух скатов с треугольными фронтонами — самый востребованный вариант для всех типов зданий как с мансардами, так и без них

  3. Ломаные крыши — разновидность двускатных систем с разными уклонами скатов, благодаря чему можно создать под крышей просторную и комфортную зону. Основу составляют разбитые на несколько частей стропила, которые при соединении формируют вогнутую либо выпуклую ломаную линию, что используется дизайнерами для стилизации экстерьера. Ломаные мансарды имеют наибольшую высоту, а помещения без наклонных стен ничем не отличаются от привычных комнат.
    Ломаная конструкция

    Ломаная конструкция наиболее эффективна и проста, именно такие по форме крыши изначально назывались мансардами

  4. Вальмовые, полувальмовые и сводчатые — своеобразные мансардные крыши с большим числом скатных изломов, что позволяет сформировать просторные комнаты с приемлемо высокими потолками. Такие конструкции смотрятся необычно и весьма привлекательно, однако имеют сложную стропильную систему, возведение которой потребует опыта, знаний и больших финансовых затрат.
    Вальмовые мансардные крыши

    Мансардная вальмовая крыша сложной конфигурации требует точных расчётов всех нагрузок на фундамент и стены здания

  5. Шатровые мансарды — имеют 4 и более одинаковых скатов и подходят для домов квадратной формы. Под такими конструкциями легко обустроить жилую комнату, у которой самая большая высота будет приходиться на середину, а краевое пространство из-за низких потолков будет ограничено в использовании.
    Шатровая мансардная крыша

    Шатровые мансардные крыши придают зданиям необычайную привлекательность

  6. Многощипцовые и комбинированные конструкции — обычно такие крыши возводят на домах со сложной архитектурой. Они имеют несколько фронтонов, удивительно красивы, хорошо отводят осадки и отличаются великолепной стойкостью к механическим нагрузкам. Многощипцовая стропильная система весьма своеобразна. Она может изготавливаться как из висячих, так и наслонных стропил (если существует капитальная внутренняя перегородка). Вдобавок состоит из нескольких отделов, благодаря чему дом выглядит необычно и презентабельно. В большинстве случаев под такими кровлями обустраивают несколько мансардных комнат, где размер каждой зависит от конкретного стропильного отдела.
    Многощипцовые сложные конструкции

    Сложные многощипцовые крыши напоминают цветок в технике оригами, поэтому архитекторы так любят использовать эти конструкции, хотя в изготовлении и обслуживании они намного сложнее других видов

Основная трудность при выборе мансарды заключается в разнообразии её геометрических форм и возможностей размещения.

Ломаные и треугольные, занимающие всю площадь дома либо только часть, выходящие на обе стороны или же на одну, симметричные и асимметричные мансарды различаются расположением относительно внешних стен здания, что напрямую влияет на сложность стропильной системы, её изготовление и монтаж. Они могут быть коридорного типа, секционного или смешанного, находиться как внутри, так и за пределами стен с небольшим выносом нижнего перекрытия либо значительным, требующим формирования дополнительных опор в виде стен, подвесок, колонн.

Схемы расположения мансард

Любая мансарда смотрится эстетично и придаёт зданию завершённость

Как бы там ни было, создание мансард сводятся к трём видам:

  • одноуровневый отдельный ярус;
  • двухуровневая конструкция, которая получается при использовании разных по высоте опор;
  • двухуровневая система с формированием антресольного этажа.
    Двухуровневая мансарда с антресольным этажом

    Двухуровневая мансарда с антресольным этажом позволяет использовать подкровельное помещение более рационально, что особенно актуально для ограниченных пространств

Видео: ломаная стропильная система для мансардной крыши

https://youtube.com/watch?v=nENtDpL0m5E

Особенности мансардной стропильной системы

Несущий каркас является основой, от которой зависит надёжность мансардной крыши. В его состав входят:

  • мауэрлат — брус, который служит опорой для стропильных ног и передаёт кровельные нагрузки на стены;
  • вертикальные стойки;
  • затяжки;
  • висячие и наслонные стропила;
    Виды стропильных конструкций

    В зависимости от размеров дома и формы крыши выбирается висячая или наслонная стропильная конструкция

  • боковые и коньковые прогоны;
  • бабки — соединяют висячие стропила и затяжки, чем повышают жёсткость конструкции;
  • подкосы и схватки.

Прочность стропильного каркаса зависит от правильно выбранной конструкции, качественных материалов, точно рассчитанных технических параметров и надёжности соединения кровельных узлов с помощью шурупов, сварки, болтов и метода «шип-паз». Для создания несущей системы используют висячие, наслонные или смешанные стропила, что определённым образом влияет на вместимость мансарды:

  1. Висячие стропила. Опираются на наружные стены и стыкуются между собой на коньковом прогоне. Стропила такой конструкции не нуждаются в мауэрлате — для горизонтального выравнивания стен достаточно проложить доску поверх рубероида. Это обеспечивает существенную экономию на пиломатериалах. К тому же отпадает необходимость в обустройстве промежуточных опор при ширине пролёта до 6 м, что позволяет получить свободное студийное пространство. Распорную нагрузку нейтрализуют затяжками, проложенными у самого основания или выше (приподнятые). Поднятие затяжки должно соответствовать строительным нормам, так как от этого зависит прочность конструкции. При бóльших пролётах усиливают каркас бабками, ригелями и подкосами.
    Схема обустройства висячих стропил

    Если в здании нет капитальных внутренних стен, то применяют висячие стропильные системы

  2. Наслонные стропила. Это более надёжная конструкция, используемая в основном для большепролётных построек. Стропила опираются на коньковый прогон (вверху), боковые прогоны, а также на стены. Усиливаются затяжками и подкосами. Но при такой конструкции стропильной основы помещение мансарды ограничено размерами и расположением стоек — по центру, симметрично по краям или со сдвигом в одну сторону. Хотя именно стойки дают возможность при желании стильно зонировать помещение.
    Наслонная стропильная система

    Наслонная конструкция более выгодная и не такая тяжёлая, как с висячими стропилами, оттого на её обустройство требуется меньше материалов

  3. Смешанные стропила. Как правило, их применяют в ломаных конструкциях. Нижняя часть монтируется по схеме наслонных стропил и венчается треугольником из висячих стропильных ног, где затяжка одновременно служит балкой перекрытия мансарды.
    Смешанная конструкция стропильной системы

    Смешанная конструкция стропильного каркаса преимущественно используется при возведении ломаных мансардных кровель

Отличиями мансардной стропильной системы являются:

  1. Повышенная сложность конструкции, что влечёт за собой её дороговизну.
  2. Мансардные окна, которые могут быть самого причудливого дизайна, даже в виде дверей с выдвижным балкончиком.
    Виды мансардных окон

    Важная составляющая при обустройстве мансарды — создание хорошего освещения дополнительной жилой площади с помощью разнообразных мансардных окон

  3. Использование лёгких, но прочных материалов для облицовки внутренних помещений, создания перегородок и финишного покрытия.
  4. Жёсткие требования к обустройству системы, отражённые в СНиП 2.08.01–89* с дополнениями, нормативы 23–05–95, сборник правил 17.13330.2011 и т. д., регламентирующие шаг стропил и обрешётки, толщину утеплителя, чтобы минимизировать теплопотери, сечение пиломатериалов, длину стропильных ног, класс огнестойкости, вентиляцию и прочие показатели.

Вмешательство в конструкцию несущего каркаса и любые изменения в угоду личным предпочтениям и дизайнерской фантазии требуют досконального расчёта.

Расчёт несущей конструкции для мансардной крыши

Обсчитать стропильную основу мансардного дома можно вручную или с помощью программ Autocad и Excel, ArchiCad и SolidWorks, где можно сразу же узнать предстоящие затраты на обустройство выбранной конструкции.

Видео: проектирование стропильного каркаса в SolidWorks и ArchiCad

Мы же рассмотрим, как рассчитать стропильную систему самостоятельно, что позволит любому застройщику, имея элементарные понятия процесса вычислений, проконтролировать проектирование и ход строительства. Расчёт будем делать по упрощённой методике, чтобы не касаться аэродинамики и сопромата.

Рисуем на бумаге эскиз дома и отображаем на нём необходимые для расчёта параметры:

  • ширина прогона 6600 мм;
  • длина дома 8800 мм;
  • высота коробки 3000 мм;
  • промежуток от нижнего перекрытия до конькового хребта 3514 мм:
  • уклон скатов — нижний угол 47°, а угол в месте излома 32°;
  • планируемая высота мансарды 2200 мм;
  • вынос балок 450 мм;
  • шаг стропил примем равным 800 мм, который при необходимости позже откорректируем.
    Эскиз дома

    Эскиз дома — не красивая картинка или фотография, а полноценная рабочая документация, без которой никакое строительство невозможно

Дом строится в Казани (частный сектор в пределах города). Все исходные данные нами взяты произвольно, чтобы показать порядок расчёта на примере.

Первоначально следует рассчитать все нагрузки, оказываемые на крышу, которые бывают:

  • переменными — ветровые, снежные и оказываемые во время обслуживания кровли;
  • постоянными — вес кровельной начинки (пирога) и планируемого для установки оборудования;
  • фатальными — землетрясения, наводнения и т. д., которые бывают редко, поэтому рассчитывать их нет смысла, достаточно к общим нагрузкам добавить 5–10%.

Проводим расчёт, руководствуясь сборником правил под номером 17.13330.2011 и 20.13330.2011 с вложенными в него региональными картами распределения нагрузок, а также нормативами 2.01.07–85.

Ветровая нагрузка

Давление ветра рассчитываем по карте, соответствующим таблицам, а также по формуле Wm = Wo х k x c, где:

  • Wm — искомая величина давления ветра на некоторой высоте (Z) от поверхности земли;
  • Wo — определяемая по карте либо по СНиП 2.01.07–85 нормативная сила ветра;
    Ветровая карта

    При возведении мансарды необходимо учитывать ветровые нагрузки, которые должна будет выдерживать несущая конструкция

  • c — индекс аэродинамики, который варьирует в пределах от -1,8 (когда ветер срывает крышу дома) до +0,8 (ветер, наоборот, давит на крышу);
  • k — показатель колебания силы ветра в зависимости от высоты здания (Z) и местного рельефа.

Таблица: показатель k по СНиП 2.01.07–85 для различных типов местности

Высота здания Z, мКоэффициент k для видов местности
АВС
≤ 50,750,50,4
101,00,650,4
201,250,850,55
401,51,10,8
601,71,31,0
801,851,451,15
1002,01,61,25
1502,251,91,55
2002,452,11,8
2502,652,32,0
3002,752,52,2
3502,752,752,35
≥4802,752,752,75
Примечание:
«А» — открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, а также пустыни, степи, лесостепи, тундра;
«В» — городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
«С» — городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

Так как сила ветра порой достигает внушительной величины, то при возведении крыши, особенно мансардной, нужно должное внимание уделить надёжному креплению стропил к основанию.

Подставляем данные в формулу Wm = Wo х k x c, учитывая, что Казань относится к I региону (по карте), высота постройки 6514 мм, строительство ведётся в пределах города, но в частном секторе без наличия вблизи высотных построек. Итак, 24 х 0,65 х 0,8 (если уклон скатов ≥ 30°, значит, ветер давит на крышу, тогда согласно нормативам 2.01.07–85 п. 6.6 в расчёт берётся наибольший аэродинамический показатель) ≈ 13 кг/м².

На крышах частных построек антенно-мачтового оборудования немного, а современные укрывные материалы отличаются высокой термо- и морозостойкостью, в силу чего климатические и гололёдные нагрузки для них, как правило, не рассчитывают.

Снеговая нагрузка

На карте распределения снежных нагрузок отыскиваем значение для Казани (240 кг/м²) и подставляем его в формулу расчёта S = µ х Sg, где:

  • S — искомая нагрузка;
  • µ — поправка, зависящая от покатости крыши;
  • Sg — нормативно регулируемая снежная нагрузка, определённая по карте.
    Снеговая карта

    В различных регионах, вес снежного покрова на один квадратный метр крыши может существенно различаться, поэтому при расчёте необходимо использовать карты снеговой нагрузки

Здесь имеется маленький нюанс — если замерить уклон скатов невозможно (например, дом строится с нуля, и несущего каркаса пока нет), то значения углов следует определять по таблице, исходя из ширины пролёта (L) и планируемой высоты здания от перекрытия до конька (Н).

Графическая схема

Согласно основам тригонометрии тангенс угла наклона (tg α) рассчитывается как отношение высоты к половине длины пролёта или к полной длине для односкатной крыши

Таблица: соотношение размеров дома и уклона скатов

Определение покатости крыши
Значение Н :½ L (tg α)Угол α°
0,2715
0,3620
0,4725
0,5830
0,735
0,8440
145
1,250
1,455
1,7360
2,1465

Переходим к нашим параметрам: 3514 : ½ 6600 = 1,06, значит, нижний угол наклона приблизительно будет 47°, и (3514 – 2200) : ½ 4050 = 0,649, т. е. значение верхнего угла наклона приблизительно 32°.

Значение поправки зависит от уклона кровли:

  • если угол покатости (α) ≤ 30°, то µ = 1;
  • если угол α ≥ 60°, то µ = 0 — снеговую нагрузку не рассчитывают, так как на крутых скатах снег не задерживается;
  • если 30° < α < 60°, то µ высчитывают по формуле → µ = 0,033 х (60 - α).

Следовательно, поправочный коэффициент для уклона скатов в 47° рассчитаем по формуле 0,033 х (60–47) = 0,429. Таким образом, снежная нагрузка равна 0,429 х 240 ≈ 103 кг/м².

Нагрузка от кровли

Мансардная конструкция имеет типовой кровельный пирог:

  • финишное покрытие;
  • подкладочный ковёр (дополнительная гидроизоляция) и сплошной настил для некоторых укрывных материалов;
  • пошаговая обрешётка;
  • набитая поверх гидроизоляции контробрешётка;
  • гидроизоляционный материал;
  • утеплитель;
  • пароизоляция;
  • контрейки, поддерживающие утеплитель и пароизоляцию, создающие вентиляционные продухи;
  • обивочные материалы.
    Стандартный кровельный пирог мансардной крыши

    Качественно выполненные и правильно смонтированные кровельные материалы защищают кровлю от протекания и продлевают срок ее службы

Его слои тем или иным образом оказывают давление на несущий каркас. Обычно при упрощённом расчёте учитывают все прослойки кровельной начинки, что ведёт к упрочнению несущей конструкции, но также к её удорожанию. Тем не менее все слои оказывают давление лишь в том случае, когда обустраивается мансарда с декоративными выставленными напоказ стропилами и все кровельные материалы укладываются поверх них.

Мансарда с открытыми стропилами

Один из способов обустройства мансарды заключается в том, что деревянные элементы стропильной системы остаются открытыми и служат украшением интерьера

При стандартном устройстве кровельного пирога утеплитель, пароизоляцию, удерживающие контрейки и обшивку в расчёт кровельной нагрузки можно не брать, поскольку они размещены между стропилами и под ними. Однако для расчёта мауэрлата их тоже нужно учитывать. Такое разделение актуально для расчёта больших кровель, где разница в стоимости будет существенной.

Заранее определившись с укрывным материалом, несложно подсчитать вес кровли, ориентируясь на технические параметры, заявленные поставщиками.

Таблица: средний вес кровельных материалов:

Наименование материалаВес, кг/м²
Ондулин4–6
Битумная черепица8–12
Шифер10–15
Керамическая черепица35–50
Профнастил4–5
Цементно-песчаная черепица25–45
Металлочерепица4–5
Сланец45–60
Черновой настил18–20
Наслонные деревянные стропила и прогоны15–20
Висячие стропила под холодную кровлю10–15
Обрешётка из дерева8–12
Битум1–3
Полимерно-битумные гидроизоляторы3–5
Рубероид0,5–1,7
Плёнки изоляционные0,1–0,3
Гипсокартонные листы10–12

Возвратимся снова к примеру и посчитаем нагрузку от кровли, учитывая, что будем покрывать крышу металлочерепицей и оставлять стропила открытыми. Вес слоёв кровельного пирога без утеплителя = 5 (металлочерепица) + 5 (полимерно-битумная изоляция) +12 (обрешётка) + 12 (гипсокартон) + 0,3 + 0,3 (плёнки гидро- и пароизоляционные) ≈ 35 кг/м².

Для расчёта толщины утеплителя существует формула Т = R × λ, где:

  • Т — толщина теплоизоляционного материала;
  • R — нормируемое для конкретного региона тепловое сопротивление согласно карте в СНиП II-3–79;
    Карта теплопроводности по регионам

    Чтобы самостоятельно выполнить расчёт теплоизоляции, необходимо учитывать значение теплопроводности для конкретного региона

  • λ — индекс теплопроводности, который для частного малоэтажного строительства не должен превышать 0,04 Вт/м×°С).

В качестве утеплителя выбираем плиты Isover «Скатная Кровля». Тогда Т = R × λ = 4,95 х 0,04 = 0,198 м. Умножив толщину на плотность материала, указанную в технических характеристиках, получим его удельный вес → 0,198 м х 15 кг/м³ ≈ 3 кг/м². Следовательно, полная нагрузка от кровли = 35 + 3 = 38 кг/м².

Суммируем все нагрузки → ветровая + снеговая + кровельная = 13 + 103 + 38 = 154 кг/м² +10% запас прочности ≈ 170 кг/м².

Общая нагрузка на кровлю должна быть не менее 200 кг/м².

В нашем примере суммарная нагрузка получилась меньше. При таком раскладе для дальнейших расчётов следует брать за основу минимально допустимую величину, то есть 200 кг/м².

Для определения давления на мауэрлат необходимо к общим нагрузкам добавить вес стропил (≈ 20 кг/м²), что составит 220 кг/м².

Расчёт сечения пиломатериалов и длины стропил

После определения общей нагрузки подбираем необходимое сечение древесины, для чего первым делом следует высчитать длину стропильных ног. Обращаемся к эскизу. Стропила ломаной крыши состоят из двух частей — до излома и после него. Рассчитываем обе части отдельно, используя в обоих случаях теорему Пифагора:

  1. Длина нижнего стропила — с = √(а² + b²) = √[(6600–4050) : 2]² + 2200² = 2543 мм.
  2. Длина верхнего стропила — с = √(а² + b²) = √(4050 : 2)² + (3514 – 2200)² = 2414 мм.
    Полный эскиз дома

    Длину наслонных и висячих стропил ломанной конструкции расчитывают отдельно с помощью теоремы Пифагора

  3. Совокупная длина равна 2543 + 2414 = 4957 мм или 5 м.
  4. Корректируем общую расчётную нагрузку на заданный нами стропильный шаг 0,8 х 200 = 160 кг/м² — в дальнейшем это значение понадобится для расчёта ширины досок и проверки правильности выбранного сечения.
  5. Находим нагрузку на один метр стропильной ноги 200/5 = 40 кг/пог. м.
    Нагрузка на одно стропило

    На каждую стропильную ногу оказывает влияние лишь нагрузка, расположенная конкретно над ней

  6. Вслед за тем подбираем по таблице толщину доски, которая в нашем случае будет равна 40 мм.

Таблица: взаимосвязь нагрузки и толщины бруса

Нагрузка на стропильную ногу, кг/пог. мТолщина доски (бруса), мм
до 7540
10050
12560
15080
175100
Примечание:
при выборе нагрузки округляем значение в бóльшую сторону.

После вычислений подбираем ширину доски по спецификации выпускаемых пиломатериалов, ориентируясь на нижнюю табличку.

Таблица: хвойные пиломатериалы (сечение по ГОСТ 24454–80)

Толщина доски, ммШирина доски, мм
1675100125150-----
1975100125150175----
2275100125150175200225--
2575100125150175200225250275
3275100125150175200225250275
4075100125150175200225250275
4475100125150175200225250275
5075100125150175200225250275
6075100125150175200225250275
7575100125150175200225250275
100-100125150175200225250275
125--125150175200225250-
150---150175200225250-
175----175200225250-
200-----200225250-
250-------250-

Как видим, для доски толщиной 40 мм большой диапазон выбора. Чтобы не переплачивать лишнее, но в то же время обеспечить стропилам достаточную прочность, существуют формулы, в которые при известной толщине бруса нужно подставлять поочерёдно соответствующую ширину доски начиная с меньшего значения:

При этом:

  • Н — необходимая ширина доски, см;
  • B — рассчитанная выше толщина доски, см;
  • R изг — коэффициент изгиба (кгс/см²) — определён нормативами II-25–80 и составляет для хвойной древесины I сорта — 140 кгс/см², для II сорта — 130 кгс/см² и для III сорта — 85 кгс/см²;
  • Lmax — наибольшая рабочая длина стропила (м) — промежуток от нижнего края стропильной ноги до верхней затяжки (ригеля);
    Рабочая длина стропила

    Максимальная рабочая длина стропила — расстояние от нижней затяжки до верхней

  • Qr — распределённая (откорректированная по шагу) нагрузка, кг/м²;

  • α — угол наклона скатов.

Видео: что нужно учитывать при выборе пиломатериалов

Проводим расчёт и проверку на прочность:

  1. Определяем ширину нижних стропил. Поскольку нижний угол наклона 47°, то воспользуемся второй формулой, подставляя в неё табличные и расчётные параметры → H ≥ 9,5 х Lmax х √Qr : (B х R изг) = 9,5 х 2,543 х √160 : (4 х 140) = 12,8 см, то есть Н ≥ 12,8 см = 15 см (ближайшее большее значение по таблице).
  2. Проверяем правильность расчётов, для чего должно соблюдаться неравенство [(3,125 х Qr х Lmax³) : (B х H³)] ≤ 1 = [(3,125 х 160 х 2,543³) : (4 х 15³)] ≤ 1 = 0,61 ≤ 1, то есть неравенство выдержано и сечение 40х150 мм для нижних стропил подобрано правильно.
  3. Аналогично определяем ширину верхних стропил, используя ту же самую формулу, так как угол излома равен 32° → 9,5 х 2,414 х √160 : (4 х 140) ≥ 12,15 см = 12,5 см (ближайшие значения).
  4. Проверяем, подставляя результат → [(3,125 х 160 х 2,414³) : (4 х 12,5³)] ≤ 1 = 0,9 ≤ 1.
  5. Подводим итог — для нижних стропил с хорошим запасом прочности подойдёт доска 40х150 мм, а для верхних с небольшим запасом 40х125 мм.

Основное правило строительства — при любых расчётах все округления делать в бóльшую сторону. Это же касается табличных и нормативных значений.

Расчёт мауэрлата

В нормативах требований к сечению бруса для перекрытий и мауэрлата нет, оттого следует ориентироваться по таблице, скорректировав её значения на расчётную нагрузку.

Таблица: соотношение толщины и длины бруса для мауэрлата и перекрытий

Шаг установки балок, мСечение бруса для мауэрлата и балок перекрытия в зависимости от длины пролёта и шага установки балок при полной нагрузке 400 кг/м²
2,02,53,04,04,55,05,56,06,57,0
0,675х10075х15075х200100х200100х200125х200150х200150х225150х250150х300
1,075х150100х150100х175125х200150х200150х225150х250175х250200х250200х275

Нагрузка на мауэрлат согласно нашим расчётным значениям равняется 220 кг/м², следовательно, 220/400 = 0,55. Этот индекс умножаем на близкое к шагу стропил и длине нашего пролёта табличное значение — 150х250 мм — 0,55 х 150 и 0,55 х 250 = 82,5х137,5 = 100х150 мм.

Видео: выбор древесины, как выгадать на сечении

Расчёт шага и количества стропильных ног

Шаг стропил необходимо рассчитывать, а не брать наугад, поскольку этот показатель влияет на устройство кровельного пирога, способствует экономии при строительстве, а также обеспечивает долговечность и надёжность всей кровельной системы:

  1. Рассчитываем количество стропильных ног → длину стены : рекомендуемый шаг +1 = 8,8/0,8 + 1 = 12 штук с одной стороны.
  2. Вычисляем шаг → длина дома : кол-во стропил = 8,8/12 = 0,73 ≈ 0,8 м. Такой шаг был нами принят изначально, поэтому корректировать его не нужно.

Видео: шаг стропил под различные крыши

Обобщаем расчёты — для сооружения несущего каркаса для ломаной мансардной крыши согласно нашему примеру потребуется:

  • 62 пог. м доски Ø40Х150 мм (24 нижних стропила длиной 2543 мм);
  • 60 пог. м доски Ø40Х125 мм (24 верхних стропила длиной 2414 мм);
  • 29 пог. м бруса Ø100Х150 мм для мауэрлата, уложенного по периметру;
  • 80 пог. м бруса Ø100Х150 мм для балок перекрытия, установленных с шагом 0,8 м — при расчёте учитывайте то, что межэтажное перекрытие должно выдерживать нагрузку до 400 кг/м² с учётом веса самих балок, к тому же старайтесь укладывать балки рационально — чем они короче, тем меньшее потребуется сечение;
  • 27 пог. м бруса Ø100Х150 мм для вертикальных стоек;
  • 49 пог. м бруса Ø100Х150 мм для верхних балок перекрытия — допустимая нагрузка для верхнего (чердачного) перекрытия — 200 кг/м².

По каждой позиции следует добавить 5–10%, которые пойдут на обустройство затяжек, бабок, удлинение стропил при необходимости или на замену бракованной древесины.

Расчёт стропильной системы мансардной крыши несложный, просто объёмный, однако разобраться в нём желательно, тем более что он изложен последовательно и максимально полно.

Видео: вариант упрощённого расчёта стропильной системы

Монтаж ломаной стропильной системы

Монтаж несущей конструкции начинают с подготовки к возведению кровли, куда входят следующие работы:

  • закупка пиломатериалов согласно проведённым расчётам, их сортировка и обработка антисептиками;
  • проверка наличия и исправности всех рабочих инструментов;
  • расчистка рабочей площади от излишнего мусора;
  • монтаж строительных лесов, мостиков и трапов;
  • проверка геометрии основания путём замера коробки по диагоналям (допустимо отклонение не более 20 мм), а также высоты стен по всему периметру дома относительно поверхности земли;
  • заготовка прогонов, ригелей, подкосов и шаблона для создания стропильных ферм.

Видео: установка стропильной системы двускатной мансардной крыши, часть 1

Монтаж выполняется в следующей очерёдности:

  1. Установка мауэрлата. Для увеличения жёсткости конструкции профессионалы советуют обустраивать под мауэрлат армопояс, в который заливают анкера или шпильки с шагом не больше 2 м. Прокладывают два слоя толя или рубероида, которые послужат гидроизоляцией, защитят мауэрлат от намокания и гниения. Поверх толя укладывают брус и закрепляют анкерами, шпильками или скобами (для кирпичных или блочных стен). В деревянных либо каркасных постройках мауэрлатом служит последний венец или брус.
    Укладка мауэрлата

    Долголетие и эффективность эксплуатации любой крыши во многом зависит от качества установки и прочности крепления мауэрлата

  2. Установка балок перекрытия. Их укладывают поверх мауэрлата или же в заранее обустроенные стеновые карманы с шагом, выбранным для стропил. При большом стропильном шаге балки перекрытия можно устанавливать чаще (оптимально через каждые 60 см, чтобы позднее уложить плиточный утеплитель без подрезки), хотя это повлечёт увеличение пиломатериалов.
    Установка балок перекрытия

    Перед тем как сделать деревянное перекрытие, необходимо произвести полный расчёт предполагаемых нагрузок, приобрести необходимый материал и инструмент

  3. Монтаж подстропильного каркаса. На уложенные балки перекрытия этажа устанавливают вертикальные стойки, формируя мансарду. Поверх них укладывают балки перекрытия мансарды и соединяют стойки продольными прогонами. По центру стоек монтируют бабки и прокладывают коньковый прогон. Для выравнивания используют уровень либо натянутый между крайними стойками яркий шнур.
  4. Установка стропил. Начинают с монтажа наслонных стропил. В первую очередь по расчётным размерам изготавливают шаблон из выбракованной доски. Прикладывают его к мауэрлату и прогону, размечают форму запила и выпиливают. По готовому трафарету изготавливают все нижние стропильные пары. Выставляют их по уровню и при необходимости укрепляют подкосами. Аналогично изготавливают трафарет для верхних стропил, прикладывая его к прогонам и вырезая по замерам края. Висячие стропила скрепляют между собой на коньковом брусе встык или внахлёст при помощи металлических пластин, деревянных накладок, болтов и т. д.
    Установка стропильного каркаса

    Каркас будущей мансарды можно изготовить и установить самостоятельно, соблюдая технологические особенности кровель разных конфигураций

Видео: установка стропильной системы двускатной мансардной крыши, часть 2

Монтаж основных узлов

Основными узлами мансардной конструкции являются:

  • коньковый узел;
  • узел «стойка-подкос-стропило»;
  • узел «балка-стойка-подкосы»;
  • и прочие в зависимости от вида выбранной конструкции и наличия в ней ригелей, затяжек и т. д.

Монтаж кровельных узлов, способов крепления, возможности горизонтального сдвига и т. д. — отдельная большая тема, поэтому в рамках этой статьи как пример рассмотрим формирование некоторых.

Коньковый узел

Для обеспечения большей прочности конструкции, особенно при малом уклоне скатов, монтируют прочный коньковый прогон, чтобы он смог взять на себя часть нагрузок, оказываемых на стропила. Затем поступают следующим образом:

  1. При помощи паза, запила или жёстким защемлением стыкуют стропила с коньковым прогоном.
  2. Соединяют между собой оцинкованными накладками, затяжками, стальными уголками.
    Обустройство конькового узла

    Крепление стропил к коньковому брусу выполняют соединением стропил встык, обрезав верхние края под необходимым углом, креплением на прогон по одному стропилу либо соединением внахлёст

Крепление стропил к мауэрлату

Чтобы крепление стропил к опорному основанию (мауэрлату, балкам перекрытия или к стене) было надёжным, нужно учитывать статистические и динамические нагрузки, а также коэффициент линейного расширения. Раньше стропила крепили методом врубки, что образовывало прочный узел, но увеличивало расход древесины. Врубки используют и сегодня на деревянных конструкциях большого сечения.

Но чаще, чтобы не ослаблять конструкцию, стропила фиксируют к опоре методом запила либо «шип-паз», нашивкой упорного бруса или выпиливания пазов в мауэрлате. В качестве крепежей используют оцинкованные уголки, гвозди, скобы, нагели. Такие крепления жёсткие и не всегда целесообразны.

Крепление стропил к основанию

Жёсткое крепление стропил на мауэрлате гарантирует отсутствие любых смещений всех узловых элементов

В некоторых случаях стропила должны иметь возможность горизонтального смещения (преимущественно в деревянных домах, так как древесина подвержена температурно-влажностным деформациям, а это может вызвать перекос стен), что достигается с помощью скользящих опор. Такие опоры состоят из направляющей планки, закреплённой на стропиле и уголка с опорной площадкой, фиксируемого к мауэрлату либо верхнему венцу сруба.

Скользящая опора для стропил

Выбор скользящих стропил обоснован лишь тогда, когда предусмотрен коньковый брус, в который они могли бы упираться своей верхней частью

Видео: крепление стропил к опорному основанию

https://youtube.com/watch?v=WKsOgTaVVQY

Крепление стропил к балке перекрытия

В этом узле важно избежать скольжения стропил, чтобы предотвратить разрушение крыши, для чего используют следующие соединения:

  • упор в конец балки;
  • зуб с шипом;
  • зуб с упором.

Все элементы соединяют шурупами, болтами, уголками, гвоздями, треугольными накладками, шипами.

Крепление стропил к перекрытиям

Стропила соединяют с балками перекрытия лишь в том случае, когда точно знают, что они выдержат оказываемое давление

Видео: как установить стропила ровно и в одной плоскости

Мансарда может иметь необычную форму, красивейшее покрытие, устроена из самых современных материалов, но если несущий каркас изготовлен неправильно, то вся привлекательность мансарды сведётся к нулю. А вместе с ней надёжность и долговечность кровельной конструкции, что, несомненно, скажется на комфорте и уюте в доме. Поэтому знать принципы устройства стропильной системы мансардной крыши и грамотно рассчитать её основные элементы — первостепенная задача застройщика. Удачи вам.

Если Вам нравятся статьи, подпишитесь на наш канал в Яндекс Дзене, чтобы не пропустить свежие публикации. Вы с нами?