Кровля из профнастила

Стропильная система двускатной крыши под профнастил

Двускатная крыша пользуется большой популярностью при загородном строительстве. Это объясняется простотой стропильной системы, невысокой стоимостью и возможностью обустроить жилое подкровельное помещение. Жёсткая конструкция двускатной системы обладает ветроустойчивостью и способна выдерживать большие снеговые нагрузки. В отличие от других металлических кровельных материалов, профнастил характеризуется невысокой ценой, простотой монтажа и малым весом, а для улучшения потребительских свойств производители окрашивают это покрытие в разные цвета. Выбор скатной крыши под профнастилом является оптимальным, и мы расскажем о том, как её построить.

Содержание

Расчёт стропильной системы двускатной крыши под профнастил

Проектирование двускатной крыши требует учёта ряда факторов, в числе которых размеры постройки, климатические условия региона, вес крыши и площадь кровли. Все эти параметры взаимосвязаны потому, что от атмосферной нагрузки зависит конструкция стропильной группы, а значит, её вес, крутизна наклона скатов и расход профнастила. Подбор конструкции крыши зависит от предполагаемой переменной нагрузки, которую создают климатические факторы. Оценить средние размеры атмосферных воздействий от снеговой, ливневой и ветровой нагрузок можно по статистическим данным метеослужбы.

Фотогалерея: климатические нагрузки на двускатную крышу

Толщина снежного покрова и ветровая нагрузка требуют уточнения в региональных отделениях МЧС и Гидрометцентра России. На основе этих данных, а также с учётом требований СП 20.13330.2016. «Свод правил. Нагрузки и воздействия», производится расчёт прочности и шага стропильной системы, а также выбирается угол наклона ската с учётом аэродинамического коэффициента. Для средней полосы ветровая нагрузка находится в пределах от 24 до 53 кг/м2, поэтому угол наклона скатной кровли подбирают в пределах от 30 до 50°. Вес снегового покрова имеет усреднённое значение от 100 до 350 кг/м2 и учитывается при расчётах несущих ферм крыши. Определение полной нагрузки на кровлю делается с учётом крутизны ската и вычисляется по формуле: Sп.н. = К х Sрасч., где Sп.н. — снеговая нагрузка полная; Sрасч. — снеговая нагрузка расчётная; К — коэффициент, равный 1 при угле наклона ската менее 25°, и равный 0,7 при угле наклона более 25°.

Наклон ската имеет большое значение потому, что при крутизне кровли из профнастила свыше 60о снег на ней не слёживается и склонен к соскальзыванию под собственным весом. В пользу большого угла наклона ската говорит и возможность сделать объёмное обитаемое подкровельное помещение.

Выбор угла наклона ската
При угле наклона ската 45 градусов в подкровельное пространство можно вписать мансарду больших размеров

Такой параметр, как постоянная нагрузка, зависит от общего веса стропильных ног, вспомогательных конструкций и кровельного пирога. Зная вес крыши, можно определить сечение пиломатериала, расположение и тип вспомогательных элементов, что позволит распределить вес на стены строения более равномерно. Хвойный пиломатериал весит в зависимости от влажности от 710 до 840 кг/м3, поэтому можно подсчитать вес деревянных конструкций по следующей таблице.

Таблица: количество пиломатериала в м3 для расчёта веса стропил, вспомогательных элементов и обрешётки

Размер доски, мм Количество досок при длине 6 м в кубометре пиломатериалов Объём одной доски длиной 6 м (м3)
25х100 66,6 0,015
25х150 44,4 0,022
25х200 33,3 0,03
40х100 62,5 0,024
40х150 41,6 0,036
40х200 31,2 0,048
50х50 67 0,015
50х100 33,3 0,03
50х150 22,2 0,045
50х200 16,6 0,06
50х250 13,30 0,075

Для стропил выбирают брус 50х250 мм с шагом от 80 до 120 см, для обрешётки используется доска 25х150 мм с шагом не менее 15 см для профнастила. Количество и сечение вспомогательных элементов зависит от конструкции крыши и рассчитывается по проекту. Для того чтобы определить количество и вес профнастила, необходимо знать площадь двускатной крыши, которая вычисляется по формуле: S = (A х B) х 2, где S — площадь крыши, A — ширина ската, B — длина ската.

Количество профнастила необходимо рассчитывать с учётом нахлёста, который составляет 10–15 см по вертикали и одну волну между листами. Вес кровельного материала толщиной 0,5 мм равен в среднем 5 кг/м2.

При отсутствии проектных данных возникает необходимость вычислить высоту конька или длину ската, это можно сделать по следующей формуле: С2 = А2 + В2, где С — длина ската, А — половина ширины здания с учётом карнизных свесов, В — высота конька.

Вычисление высоты длины ската
Длина ската при известной ширине здания и высоте конька вычисляется по формуле для прямоугольного треугольника

Если известны ширина здания и угол наклона ската, то для расчёта высоты конька и длины ската можно воспользоваться формулами с тригонометрическими функциями: H = L1/2 x tgA; L = H : sinA, где H — высота конька, L1/2 — половина ширины здания, A — угол наклона крыши, L — длина стропил.

Вычисление высоты конька и длины ската
Высоту конька и длину стропил можно рассчитать с использованием тригонометрических функций

Для окончательного расчёта используем значения тригонометрических функций для разных углов наклона ската по таблице.

Таблица: значения тригонометрических функций для выбранных углов наклона ската

Угол наклона крыши, градусы Тангенс tgA Синус sinA
5 0,09 0,09
10 0,18 0,17
15 0,27 0,26
20 0,36 0,34
25 0,47 0,42
30 0,58 0,5
35 0,7 0,57
40 0,84 0,64
45 1,0 0,71
50 1,19 0,77
55 1,43 0,82
60 1,73 0,87

С целью упрощения расчётов мы рассматриваем параметры для одного ската крыши, поэтому для получения суммарных значений данные нужно удваивать для двускатной кровли. Кроме того, нужно учесть карнизные свесы и расходы на раскрой пиломатериала, который рассчитывается с применением коэффициента 1,1–1,15.

Конструкция стропильной системы двускатной крыши под профнастил

Стропильная несущая система является жёсткой треугольной конструкцией и используется для распределения постоянных и переменных нагрузок на стены дома. Скаты кровли уменьшают вес снеговой нагрузки и способствуют отводу дождевой воды. При больших габаритах здания и малых уклонах скатов стропильная группа становится более сложной и тяжёлой, поскольку шаг стропил становится меньше, а сезонная нагрузка на несущие элементы больше. Большие углы наклона скатов (40–50°) снижают вес снега и упрощают конструкцию, особенно за счёт стоек и затяжек жилого подкровельного помещения.

Двускатная мансардная крыша
Большой угол наклона и вписанное мансардное помещение равномерно распределяет переменную нагрузку на стропильную группу

Стропильная система двускатной крыши состоит из ряда узлов и составляющих, каждый из которых выполняет определённую функцию и необходим для увеличения жёсткости и прочности ферм. Основными опорными несущими конструкциями крыши являются такие элементы, как:

  • мауэрлат — опорная связующая балка между стеной дома и несущими фермами крыши; в домах, построенных из бревна или бруса, мауэрлатом является последний венец;
  • конёк — образуется стропилами, опирающимися на стену дома или затяжку, соединёнными в верхней части;
  • коньковый или боковой прогон — соединяет стропила между собой по бокам или в районе конька;
  • затяжка — служит опорой для стропильных ног и опирается на мауэрлат;
  • стойка — центральная или промежуточная вертикальная опора для стропил;
  • схватка — горизонтальный брус, соединяющий стропильные ноги одной фермы;
  • подкос — брус между стропилом и стойкой;
  • обрешётка — используется для надёжного крепления профнастила и крепится перпендикулярно к стропилам.
Несущие конструкции двускатной крыши
Основные конструктивные элементы двускатной крыши предназначены для выполнения определённых функций

Использование дополнительных конструктивных элементов позволяет увеличить прочность крыши, но повышает её вес, поэтому необходимо уменьшать сечение бруса там, где это позволяет сделать расчётная снеговая нагрузка, например, вместо стропил 100х250 в ряде случаев используют брус 50х250. Эта же рекомендация относится к стойкам, прогонам и иным жёстким элементам.

Схема стропильной системы двускатной крыши под профнастил

Стропильные фермы и схема их расположения и монтажа определяется выбором конструкции, который зависит от климатических факторов или от обитаемости подкровельного помещения. Крайние фермы могут иметь более сложную, усиленную конструкцию и на них через прогоны опираются промежуточные упрощённые стропильные группы с определённым шагом. Это делается с целью уменьшения веса несущей системы и для обеспечения монтажа мансардного помещения. Кроме того, существуют стропила висячего и наслонного типа и схема их сборки существенно различается.

Схема монтажа стропильной группы
Монтаж висячих и наслонных стропил происходит по различным схемам

Висячие стропила верней частью опираются друг на друга в районе конька, а нижней — на затяжку, которая лежит на мауэрлате. Для придания жёсткости конструкции при ширине здания более 6 м используют ригели, бабки и подкосы.

Наслонные стропильные ноги верхней частью через прогон опираются на жёстко закреплённую стойку, стоящую на стене здания. Нижняя область стропильных ног через мауэрлат фиксируется к стене здания. Поскольку эта схема используется на зданиях шириной более 10 м, то требуются дополнительные крепёжные элементы, такие, как схватки, подстропильные ноги и подкосы.

По выбранной схеме производится монтаж отдельных ферм и всей стропильной группы в целом. На сложных ломаных крышах мансардного типа следует обратить внимание на наличие висячих и наслонных стропил в одной ферме, что может потребовать дополнительных узлов жёсткости с использованием откосов и бабок в зависимости от атмосферной нагрузки в регионе.

Фотогалерея: конструкция и схема расположения несущих элементов крыши

При сборке стропильной группы важно понимать, что пиломатериал не имеет идеальных размеров, поэтому сборку по монтажной схеме следует начинать с крайних ферм и по натянутым шнурам ставить последующие конструкции.

Шаг стропил двускатной крыши под профнастил

Частота расположения стропил крыши зависит от постоянной и переменной нагрузки, угла наклона ската, сечения стропил и параметров кровельного материала. Высокая снеговая нагрузка и крутизна ската меньше 30° требуют более частого расположения ферм, шаг между которыми выбирается от 60 до 100 см. С увеличением крутизны ската снеговое воздействие становится меньше и шаг между стропилами можно увеличить от 100 до 180 см. Расстояние между фермами также зависит от длины стропильных ног и сечения бруса.

Таблица: сечение пиломатериала для заданной длины стропил и шаг между ними

Длина стропильной ноги Расстояние между стропильными ногами
100 см 140 см 180 см
Сечение стропильной ноги
До 280 см 40х25 мм 40х175 мм 40х200 мм
280–350 см 40х175 мм 40х200 мм 40х225 мм
350–420 см 40х200 мм 40х240 мм 50х250 мм
420–500 см 40х225 мм 60х250 мм 75х250 мм
Более 500 см 60х250 мм 75х250 мм 100х250 мм

На увеличение шага стропил влияет наличие дополнительных узлов жёсткости из стоек и подкосов, а на уменьшение расстояния между фермами оказывают влияние размеры выбранного кровельного материала. У поставщика нужно уточнять полезные размеры профнастила, которые высчитываются с учётом продольных и поперечных нахлёстов, и на основании этих данных корректировать шаг стропил.

Виды профнастила и шаг обрешётки

Профнастил характеризует стойкость к механическим воздействиям, к атмосферным осадкам и дешевизна. Материал прост в монтаже, мало весит и легко перевозится грузовым транспортом. Для кровельных работ используются недорогие листы с оцинкованным покрытием или же профиль, окрашенный полимерной краской с большим сроком службы и цветовым разнообразием.

Виды профнастила
Разнообразие сортов, цветовой гаммы и потребительских свойств позволяет сделать оптимальный выбор

В названии разных видов профнастила отражается наименование по ГОСТ, высота гофры и рабочая ширина листа, а также из таблицы можно узнать толщину материала и вес погонного метра профиля. Прокатные станки позволяют изготавливать листы до 14 м длиной, но перевозить их можно только с привлечением специальных машин. Поэтому длину листа определяет заказчик, и стандартными являются размеры от 1 до 6 метров с шагом 0,5 м. Шаг обрешётки рассчитывается с учётом угла наклона ската и толщины профнастила.

Виды профнастила и шаг обрешётки
Шаг обрешётки зависит от вида профнастила

Нахлёст по длине и ширине для разных видов профнастила, а также шаг обрешётки необходимо уточнять у поставщика кровельного материала. При этом толщина металла не должна быть менее 0,5 мм и продукция должна иметь сертификат качества.

Узлы стропильной системы двускатной крыши под профнастил

Важными узлами стропильной системы двускатной крыши могут считаться элементы и их соединения, которые несут значимую нагрузку и определяют форму строения в целом. Неслучайно сама крыша и её фрагменты имеют жёсткую треугольную конструкцию, способную выдержать большое давление без разрушения. Также в функции крыши входит равномерное распределение веса нагрузки на стены строения, и состоит она из следующих основных узлов:

  • крепление мауэрлата к стене здания;
  • соединение нижней балки (затяжки) с мауэрлатом;
  • скрепление стропильной ноги с затяжкой, образующее карниз;
  • соединение стропильной ноги со стойкой, ригелем и подкосом;
  • стык двух стропильных ног, образующий конёк.
Основные узлы стропильной системы
Основные узлы стропильной системы двускатной крыши позволяют распределить нагрузку на стены

Крепление мауэрлата к стене здания осуществляется замоноличенными шпильками, а в случае деревянных стен — производится резьбовыми болтами, проходящими не менее чем через два венца. Соединение затяжки с мауэрлатом выполняется с помощью скоб, болтов или кронштейнов, таким же способом с затяжкой сочленяется стропильная нога. В остальных узлах элементы соединяются болтами либо с помощью разнообразных металлических кронштейнов.

Соединения в узлах стропильной системы отвечают не только за прочность крыши, но и за её геометрию, поэтому необходимо ответственное отношение к монтажу несущих конструкций. В случае большого веса стропил нужно собирать фермы на земле по шаблону и только потом монтировать и подгонять их на высоте. Крепление узлов должно быть предельно жёстким и прочным и исключать даже небольшой люфт. Перед окончательной сборкой деревянные детали должны быть обработаны огнезащитными и антисептическими составами.

Монтаж двускатной стропильной системы под профнастил

Начинается монтаж стропильной системы двускатной крыши с подготовки качественного пиломатериала и кровельного покрытия. Подготавливается инструмент и крепёжные элементы, а также проверяется исправность лесов и наличие страховочных верёвок. После этого приступаем к монтажу, который осуществляется в такой последовательности:

  1. На земле собирается шаблон, по которому будет происходить предварительная сборка стропильных ног и дополнительных элементов.
  2. Затяжка под прямым углом крепится к мауэрлату с учётом длины карнизного свеса.
  3. Крепятся стропильные ноги к затяжке и скрепляются косынкой, образуя конёк, выставляются крайние фронтонные фермы.
    Крепление стропил
    Затяжка крепится к мауэрлату под прямым углом
  4. Крайние стропильные ноги ставятся вертикально и фиксируются временными подкосами, затем между ними натягиваются направляющие шнуры.
    Последовательность монтажа стропил
    При нехватке длины стропила сращиваются из нескольких брусков
  5. Далее выполняется монтаж промежуточных стропил и фермы связываются прогонами.
  6. Собираются дополнительные крепёжные элементы на каждой ферме.
  7. Крепится гидроизоляционная плёнка, на которую настилается обрешётка с учётом выноса фронтонов, карнизных свесов и размера листов профнастила.
    Схема укладки гидроизоляции
    Гидроизоляционная плёнка укладывается горизонтально снизу вверх
  8. Выставляются кронштейны водосточной системы, крепится карнизная планка и монтируется профнастил с доборными элементами.
    Доборные элементы крыши из профнастила
    Доборные элементы защищают уязвимые участки крыши

При большой длине стропил в последовательность монтажа нужно внести изменения, которые заключаются в установке коньковых и боковых прогонов в начале сборки стропильной группы. Прогоны устанавливаются на стойки, на них опираются стропильные ноги и создаётся шаблон для раскроя последующих стропил. Вариантов монтажа существует много, и выбор наиболее удобного и безопасного способа должен быть направлен на улучшение качества сборки двускатной крыши.

Монтаж стропильной системы происходит на большой высоте, поэтому соблюдение правил техники безопасности является обязательным, особенно в зимнее время.

Видео: монтаж стропильной группы двускатной крыши

Перед сооружением стропильной системы двускатной крыши под профнастил нужно осуществить необходимые расчёты и выбрать конструкцию крыши. При этом значение имеют основные узлы несущих ферм, шаг между стропилами и порядок монтажа. Существует большой выбор вариантов сборки ферм и разные виды профнастила, выбор за вами.