Стропильная система

Что необходимо знать о стропильной системе крыши

Стропила являются основой любой крыши. На них ложится основная нагрузка, связанная с весом кровли, ветровым и снеговым давлением. Индивидуальному застройщику важно знать, из чего состоит стропильная система, каких видов она бывает и какая подходит именно для вашего дома, рассчитать нагрузки, которые она будет испытывать в процессе эксплуатации, и на этой основе произвести грамотный монтаж всех узлов и элементов. Знания об этом помогут вам построить надёжный дом и прожить в нём долгие годы, не думая о ремонте.

Содержание

Устройство стропильной системы

Стропильная система крыши состоит из многочисленных элементов, соединений и узлов.

Элементы стропильной системы

В зависимости от размеров здания, типа крыши и применяемого кровельного покрытия стропильная система может состоять из следующих компонентов:

  • фронтон — завершение фасада здания. Образуется двумя скатами крыши по бокам и карнизом у основания. Чаще всего он делается треугольным (иногда полукруглым, трапециевидным и т. д.);
  • мауэрлат — брус или бревно, уложенные по периметру наружной стены. Является нижней точкой опоры стропил. Если каркас здания собирается из металлопрофиля, мауэрлат может изготавливаться из швеллера, двутавра и т. д. Главная его задача — распределять нагрузку, воспринимаемую стропилами, на всю площадь торцевой части стены;
  • стропила (стропильные лаги) — доски, образующие контур крыши и являющиеся её основным несущим элементом. На них крепится обрешётка. Нагрузка от крыши через стропила передаётся на мауэрлат и далее на опорные стены здания;
    Устройство и предназначение стропил
    Стропильные лаги передают нагрузку от кровельного покрытия на мауэрлат и стены здания
  • конёк — верхнее ребро, которое образовано на месте пересечения плоскостей скатов. Коньковый брус (прогон) является опорой для верхней части стропил. Основой служат вертикальные стойки или фронтон дома. Конёк может изготавливаться из дерева или металла. Так как стальная конструкция является слишком тяжёлой, в частном строительстве чаще используются деревянные прогоны. Брус, из которого изготавливается конёк, с целью обеспечения безопасности и длительности эксплуатации обязательно пропитывается огнеозащитным и биозащитным материалом;
  • стойки — вертикальные опоры, которые устанавливаются на лежни, поддерживают прогон и берут на себя нагрузку от конька;
  • лежень — горизонтальный брус, главной задачей которого является распределение давления стоек на большую площадь опирания. Параметры лежня определяются размером стоек — важно, чтобы они полностью размещались на лежне;
    Расположение лежня, стоек и конькового прогона
    Лежень соединяет середины противоположных фронтонных стен, на него опираются стойки, к которым крепится коньковый прогон
  • дополнительный прогон — деревянный брус, который расположен горизонтально. Он нужен для предотвращения прогиба стропил и используется при значительной длине скатов и тяжёлой кровле;
  • затяжки (ригели) — балки, скрепляющие треугольник стропильных ног, не давая ему расползаться. Они как бы стягивают скаты крыши. Имеют горизонтальное расположение;
  • подкосы (раскосы) — опоры, придающие стропилам дополнительную жёсткость. Способствуют противодействию ветровым нагрузкам со стороны фронтона дома. Монтируются диагонально на затяжку или лежень. Соединяют стропильную систему мансарды в ферму;
  • обрешётка — сплошной или решётчатый настил из досок, брусков, фанеры или металла. Монтируется на стропила сверху. Служит основой под кровельное покрытие. Сплошная обрешётка выполняется с шагом до 1 см и используется для мягкой и рулонной кровли, плоского шифера, а также там, где стыкуются и пересекаются скаты (конёк, рёбра, ендовы и т. д.) и по свесам карнизов. Разреженное основание делается для металлической кровли, волнистого шифера, натуральной черепицы. Для лёгких кровельных материалов (металлочерепицы, профлиста) применяется однослойная обрешётка, устанавливаемая параллельно коньку. Если делается сплошной настил, кладётся второй слой — от конька к карнизу. Он может настилаться и по диагонали;
    Сплошная обрешётка
    Под мягкую или рулонную кровлю делают сплошную обрешетку из плит ОСБ или влагостойкой фанеры
  • нарожник (короткое стропило, полунога). Соединяет диагональное стропило с мауэрлатом. Применяется, например, в стропильной системе полувальмовой крыши;
  • кобылка — доска или брусок, удлиняющий низ стропила. На ней располагается свес крыши или сплошная обрешётка, которая лежит на карнизе. Наличие кобылки, поддерживающей свес кровли, помогает сделать меньше конструктивную нагрузку, предотвращает намокание стен от воды, стекающей с крыши, экономит дерево для изготовления стропил, упрощает выведение свеса карниза, а также позволяет сделать дом красивее за счёт использования резьбы. Кобылка изготавливается из более узкой доски, чем стропила. Так, если стропильная доска имеет сечение 150 мм х 50 мм, то для кобылки используется доска 100 мм х 50 мм. Расстояние между кобылкой и стеной должно быть не менее 40 см;
  • бабка — элемент висячей стропильной системы, служащий для обустройства затяжки при пролёте от 6 метров. Для длинного пролёта изготовить цельную затяжку сложно. Кроме того, есть опасность прогиба тяжёлого бруса собственным весом. Поэтому затяжку подвешивают к коньку арки. Это позволяет изготовить её из элементов меньшей длины, состыковать на хомуте подвески косым или прямым прирубом и скрутить болтами. Деревянная подвеска называется бабкой, а металлическая — тяжом.
    Элементы стропильной системы на примере двускатной крыши
    Несущий каркас двускатной крыши состоит из треугольных стропильных ферм, укреплённых рёбрами жёсткости и связанных коньковым прогоном и обрешёткой

Соединения стропильной системы

Стропила являются основой каркаса крыши. Они придают ей прочность и безопасность, поэтому должны быть надёжно соединены с другими составляющими системы. Внизу стропила опираются на мауэрлат или опорную балку, верхние концы монтируются к коньку. С целью увеличения жёсткости системы используются ригели, подкосы, стойки и т. д. В связи с этим выделяют следующие узлы:

  • соединение с основанием крыши;
  • соединение с коньком;
  • монтаж укрепляющих элементов;
  • способы стыковки при удлинении стропил.

Наращивание стропил

Удлинение стропил требуется при больших пролётах крыши. Пиломатериалы, из которых изготавливаются стропила, имеют длину не более 6 метров, однако часто этого оказывается недостаточно.

Стропила наращиваются несколькими способами:

  • встык. Концы сращиваемых стропил подрезаются под углом 90о. Далее они совмещаются и плотно прижимаются. Затем с обеих сторон прибиваются накладки из дерева или прикручиваются металлические крепления в виде пластин с зубьями. Накладки крепятся гвоздями или саморезами в шахматном порядке;
  • внахлёст. Соединяемые доски обрезаются под произвольным углом и укладываются внахлёст. Заход концов делают не менее 1 метра. Сшивка выполняется гвоздями либо шпильками с гайками и шайбами в шахматном порядке;
  • косым прирубом. Концы сращиваемых стропил подпиливаются под углом в 45о и стыкуются, а по центру просверливается отверстие диаметром 12–14 мм для болтового крепления. Болт фиксируется гайкой и широкой шайбой. Необходимо, чтобы длина стыка стропил была равна двум их толщинам;
  • в три доски. Берётся две доски, а между ними устанавливается конец стропильной ноги. Нахлёст делается метр или более. Это соединение скрепляется гвоздями в шахматном порядке. Жёсткость конструкции придают с помощью брусков из дерева, которые устанавливаются между крайними досками и прибиваются гвоздями. Их толщина должна в точности соответствовать толщине средней доски, чтобы конструкция была более жёсткой. Длину необходимо выбрать не больше ширины стропила, умноженной на 7;
  • с опорой на прогон. Метод применяется, когда стропила удлиняются на одинаковом расстоянии от свеса крыши. Точкой сращивания здесь служит горизонтальный прогон. Он лежит на стойках, опирающихся на промежуточную опору (стену, колонну). Стропила сращиваются скобами и крепятся к прогону гвоздями.

Фотогалерея: методы наращивания стропил

Узлы соединения с коньком

Различают неподвижные и подвижные соединения стропильных балок с коньковым прогоном.

Неподвижные соединения

Для состыковки стропил в коньке используются разные методы. Их применение зависит от выбора стропильной системы и прочих конструктивных особенностей:

  • внахлёст. Это самый распространённый вид соединения. Для его выполнения в верхней части стропил делается отверстие для болта или шпильки с резьбой. Необходимо применять широкую шайбу, чтобы избежать повреждения стропил при больших нагрузках;
  • встык под углом. Следует подрезать верхние концы стропил и соединить их. Для точности соединения стропила укладываются внахлёст друг на друга и подрезаются одновременно. Срез получается ровный, а его угол на обеих стропилах — одинаковый. Благодаря этому стропила идеально стыкуются. Соединение необходимо сделать вертикальным, а угол стыка стропил должен соответствовать углу наклона крыши. Для соединения используются гвозди, забиваемые с обеих сторон. Прочность конструкции можно увеличить с помощью деревянных накладок или металлических пластин, скрепляющих соединение с боков;
  • врубка в полдерева. В принципе, это то же соединение встык, но с использованием другой технологии крепления. На конце каждого стропильного бруса выбирается половина его толщины, а затем они скрепляются болтом;
  • шип-паз. На одном стропиле делается выпил, а в другом — ответный шип. Закрепление производится гвоздями или нагелем, изготовленным из дерева. В связи со сложностью выполнения соединения такую работу должны делать только очень опытные плотники;
  • на коньковый прогон. Стропила подрезаются по шаблону, который соответствует углу наклона кровли. При этом они скрепляются не друг с другом, а прикрепляются к коньковому брусу. Конёк должен иметь плоскую вершину. Метод используется при крыше шириной более 4,5 м. Крепление позволяет создать надёжную конструкцию, но появляется необходимость применения дополнительных опор, которые создают неудобства на чердаке, в особенности при обустройстве мансарды. Преимущество такого соединения заключается в отсутствии необходимости применения шаблона. Поэтому небольшие отклонения при обрезке стропил не страшны.

Фотогалерея: способы неподвижного соединения стропил в коньковом узле

Подвижное соединение

Подвижное соединение используется в строительстве деревянных домов из бревна и бруса. Особенностью таких домов является то, что в течение первых 5 лет после постройки они дают большую усадку — до 20 сантиметров. Для предотвращения негативного влияния усадки на прочность стропильной системы в коньковом узле стропила скрепляются пластинами, соединёнными металлическим стержнем.

Подвижное соединение стропильных ног в коньковом узле
Подвижное соединение стропил в коньковом узле помогает компенсировать усадку деревянного дома

Узлы соединения с мауэрлатом

Соединение стропил с мауэрлатом также бывает жёстким и подвижным.

Жёсткое соединение

Существует два метода жёсткого соединения:

  • вырубка на стропиле. Глубину вырубки не нужно делать больше 1/3 высоты доски для предотвращения снижения её прочности. Стропило упирается седлом в мауэрлат и крепится тремя гвоздями: два забиваются с обеих сторон под углом, а третий вертикально сверху. Дополнительно могут использоваться скобы, уголки и т. д. Метод крепления зависит от сечения стропила и нагрузки на него. Чем меньше сечение и больше нагрузки, тем более крепким необходимо сделать узел;
    Крепление стропила к мауэрлату методом вырубки
    Вырубку в стропильных лагах нужно делать на глубину не более 1/3 от их толщины
  • нашивка подпорного бруса. Это более простой способ, который используется при строительстве небольших строений (бань, летних кухонь и т. д.) и делается для укрепления стропила в точке соединения с мауэрлатом. Стропила перемещают до необходимого положения и затем фиксируют узел. К стропилу подшивается брус, вместе с которым оно упирается в мауэрлат и фиксируется посредством запила и гвоздей. Длина бруса должна быть не более 1 м. Соединение с брусом осуществляется с помощью болтов. Если брус подшивается с одной стороны, то дополнительно устанавливаются специальные металлические уголки, в противном случае такое укрепление не требуется.

Подвижное (скользящее) соединение

Подвижное соединение стропил с мауэрлатом, как и с коньковым брусом, чаще всего применяется в деревянных домах по причине их возможной усадки, которая может деформировать систему стропил или нарушить устойчивость верхнего ряда сруба, выполняющего функции мауэрлата. При монтаже подвижного соединения необходимо соблюдать два условия:

  • стропила в верхней части должны иметь опору на коньковый брус и вертикальные упоры. Для усиления устойчивости конструкции ставятся раскосы или бабки;
  • на коньковом брусе следует применять шарнирную фиксацию стропил.

Порядок действий следующий:

  1. Устанавливаются крайние фронтонные стропила.
  2. Определяются конкретные места крепления стропил.
  3. Для увеличения площади соприкосновения стропил и мауэрлата на нём выполняется два пропила на расстоянии, немного большем ширины стропильной доски. Древесина убирается с помощью долота, в результате чего образуется седло для стропила.
  4. Стропила укладываются на посадочные места, чтобы при усадке дома они могли перемещаться вниз.
  5. Для крепления стропил ставятся специальные подвижные фиксаторы «салазки», позволяющие балкам сдвигаться при усадке дома.
  6. Между крайними стропилами натягиваются верёвки для точной установки других стропил.
    Скользящее крепление стропил к мауэрлату
    Скользящий метод крепления стропил применяется в деревянных домах для компенсации взаимных перемещений деталей конструкции при усадке

Видео: наращивание и соединение стропил

Крепление элементов стропильной системы

Существует ряд методов крепления элементов стропильной системы в зависимости от их функциональных особенностей и материала. Так, ригели, соединяющие стропила в верхней их части, фиксируются гвоздями и укрепляются уголками при небольшой толщине стропил или врезаются в стропила, если их толщина это позволяет. Стойки и подкосы врубаются.

Видео: узлы стропильной системы

Виды стропильных систем

Различают три основных вида стропильных систем: висячие, наслонные и шпренгельные.

Висячая стропильная система

Висячая стропильная система применяется при наличии в сооружаемом здании одного пролёта. При этом стены чаще всего сделаны из блоков или кирпича. Внизу стропила опираются на мауэрлат, а вверху друг на друга, промежуточных опор нет. Конструкция висячей стропильной системы напрямую зависит от величины пролёта.

  1. Если длина пролёта до 6 м, нагрузка небольшая и элементов совсем немного. Это могут быть стропильные ноги с затяжкой внизу или вверху (приподнятой затяжкой).
  2. При длине пролёта от 6 до 9 метров есть два варианта: затяжка с дополнительным ригелем и подкладкой либо бабка, которая соединена с затяжкой хомутом.
  3. При пролёте от 9 до 14 метров бабка дополняется подкосами.
    Варианты устройства висячих стропильных систем
    Висячие стропильные системы применяются для конструкций, в которых нет промежуточных капитальных стен, и имеют разную конструкцию в зависимости от длины перекрываемого пролёта

В принципе, висячая стропильная система может перекрывать довольно большие пролёты, но при использовании дополнительных элементов повышается нагрузка на стропила, что ограничивают вес кровельного покрытия. Поэтому такой тип стропильной системы в основном используется при перекрытии небольших пролётов длиной до 6,5 м. Большие пролёты чаще всего делают при сооружении производственных помещений: ангаров, складов и т. д. В таких случаях применяют стропильную систему из металла с углом наклона крыши не менее 45о для снижения снеговой нагрузки. При сооружении любой стропильной системы, а особенно висячей с большими пролётами, необходимо проводить просчёты для каждого конкретного случая.

Наслонная стропильная система

Наслонная стропильная система применяется при наличии более двух пролётов. Это наиболее распространённый вариант, он чаще всего применяется в строительстве индивидуального жилья. Особенностью наслонной стропильной системы является наличие промежуточных опор. Вверху стропила опираются на коньковый брус (прогон), внизу на мауэрлат, а промежуточные опоры (стойки из бруса) на лежень. Основой для мауэрлата и лежня служат опорные стены. Промежуточные стены позволяют более рационально распределить нагрузку на стропильную систему. Основная её часть передаётся по вертикали, что снимает необходимость применения горизонтальных затяжек. Наличие дополнительной опоры позволяет применять стропильные ноги длиной от 4,5 до 12–15 м.

Наслонная стропильная система
Наличие дополнительных опор позволяет отказаться от горизонтальных затяжек, ограничившись верхними ригелями в особенно ответственных случаях

Шпренгельная система

Шпренгельные системы предназначена для пролётов длиной более 16 метров. Кроме основных элементов она включает шпренгели, которые нужны для уменьшения возможности изгиба и для увеличения жёсткости стропильной системы. Фермы со шпренгелем могут изготавливаться как из дерева, так и из металла. Часто такие конструкции применяются при устройстве вальмовых крыш, хотя их используют и при строительстве других типов кровель.

Шпренгельная система
Шпренгельная система обеспечивает надёжность эксплуатации крыш с большим пролётом и сложной конструкцией

Расчёт стропильной системы

На стропила ложится основная нагрузка, связанная с весом кровли, давлением ветра и снега. Для обеспечения длительной и безаварийной эксплуатации крыши на этапе её проектирования необходимо сделать точные расчёты этих нагрузок, определить прочностные характеристики стропил, их сечение, длину, количество, а также объём материала, требующегося для обустройства кровельного каркаса. Все вычисления можно сделать самостоятельно.

Расчёт при помощи онлайн-программы

Проще всего произвести расчёт стропил при помощи онлайн-калькулятора. Вы задаёте исходные данные, а программа просчитывает нужные параметры. Существующие программы различны по своим функциональным возможностям. Среди комплексных сервисов можно выделить серию стройкалькуляторов Stroy-calc для расчёта стропил крыш различной конструкции и из разных материалов.

В качестве результата выводится информация по:

  • крыше — угол наклона, площадь поверхности, примерный вес кровельного материала;
  • стропилам — длина, минимальное сечение, количество, объём бруса для стропил, их примерный вес, раскладка (чертёж);
  • обрешётке — количество рядов, расстояние между досками, количество досок, их объём, примерный вес.

Онлайн-калькуляторы не могут учесть особенностей конструкции стропил во всех ситуациях. Для получения точных данных по конкретному варианту крыши необходимо сделать расчёты вручную. Далее мы рассмотрим методики вычисления нагрузок на стропила, а также определения их основных параметров: сечения и шага.

Расчёт нагрузки на стропила

Стропила держат кровлю. Поэтому на них передаются нагрузки как от внешних природных факторов, так и от веса кровельного пирога. Основные внешние нагрузки связаны с давлением снега и ветра.

Снеговая нагрузка

Нагрузка от давления снега рассчитывается по формуле S =μ ∙ Sg, где:

  • S — искомое значение нагрузки;
  • μ — коэффициент, определяемый уклоном крыши (чем больше уклон, тем меньше этот коэффициент, так как снег будет сходить лучше, поэтому его давление будет меньше);
  • Sg — норма давления снега в конкретном районе страны (кг/м2), вычисляемая по результатам многолетних наблюдений.

Для определения коэффициента μ необходимо знать угол наклона ската. Бывает так, что задана ширина и высота крыши, а угол наклона неизвестен. В этом случае его нужно вычислить по формуле tg α = H/L, где H — высота конька, L — половина ширины здания (по фронтонной стороне), tg α — тангенс искомого угла. Далее значение самого угла берётся из специальных таблиц.

Вычисление угла наклона кровли
Угол наклона крыши вычисляется из прямоугольного треугольника, образованного высотой до конька и половиной длины фронтонной стены

Таблица: значение угла наклона ската по его тангенсу

tg α α, град
0,27 15
0,36 20
0,47 25
0,58 30
0,70 35
0,84 40
1,0 45
1,2 50
1,4 55
1,73 60
2,14 65

Предположим, что дом имеет ширину 8 м и высоту в коньке 2,32 м. Тогда tg α = 2,32/4 = 0,58. По таблице находим, что α = 30o.

Коэффициент μ определяется по следующей методике:

  • при углах уклона ската до 25о μ = 1;
  • для углов от 25 до 60о μ = 0,7;
  • для более крутых скатов μ = 0, т. е. снеговая нагрузка не учитывается.

Таким образом, для рассматриваемого строения μ = 0,7. Значение Sg выбирается исходя из расположения региона, в котором ведётся строительство, на карте снеговых нагрузок.

Карта снеговых нагрузок России
Карта снеговых нагрузок позволяет определить давление снега на кровлю в различных районах России

Определив на карте номер региона, можно найти величину нормативной снеговой нагрузки.

Предположим, что наш дом находится в Московской области. Это третий район по карте снеговых нагрузок. Sg здесь равно 180 кг/м2. Следовательно, полная нагрузка на кровлю дома составит S = 0,7 ∙ 180 = 126 кг/м2.

Ветровая нагрузка

Нагрузка, связанная с ветровым давлением, зависит от района строительства, высоты дома, характеристик местности и уклона крыши. Она считается по формуле Wm = Wо ∙ К ∙ С, где:

  • Wо — нормативное значение ветрового давления;
  • К — коэффициент, учитывающий изменение давления ветра на высоте;
  • С — аэродинамический коэффициент, учитывающий форму крыши (с пологими или крутыми склонами).

Нормативное значение давления ветра определяем по карте ветровых нагрузок.

Карта ветровых нагрузок России
Карта ветровых нагрузок позволяет определить давление ветра на кровлю в различных районах России

По уровню ветровых нагрузок Московская область находится в первой зоне. Поэтому нормативное значение ветрового давления Wо равно 32 кг/м2.

Значение К определяем по специальной таблице. Чем выше дом и чем более открытой является местность, на которой он построен, тем больше величина К.

Таблица: коэффициент, учитывающий ветровое давление на высоте

Высота дома, м Открытая местность Закрытая местность
(застройка более 10 м)
Городские районы
(застройка более 20 м)
До 5 0,75 0,5 0,4
От 5 до 10 1,0 0,65 0,4
От 10 до 20 1,25 0,85 0,53

Возьмём среднюю высоту дома — от 5 до 10 м, а местность будем считать закрытой (на такой местности в основном и производится загородное строительство). Значит, коэффициент K в нашем случае будет равен 0,65.

Аэродинамический коэффициент может изменяться от -1,8 до 0,8. Отрицательный коэффициент означает, что ветер старается приподнять крышу (обычно с пологими склонами), положительный — опрокинуть (с крутыми склонами). Для надёжности возьмём максимальное значение этого коэффициента, равное 0,8.

Таким образом, общая ветровая нагрузка на рассматриваемый нами дом будет равна Wm = 32 ∙ 0,65 ∙ 0,8 = 16,6 кг/м2.

Вес кровельного пирога

Общий вес квадратного метра кровельного пирога будет равен сумме удельных весов всех составляющих его элементов:

  • обрешётки из хвойных пород дерева (8–12 кг);
  • кровельного покрытия (для примера берём профнастил — 5 кг);
  • гидроизоляции из полимерной мембраны (1,4–2,0 кг);
  • пароизоляции, сделанной из армированной плёнки (0,9–1,2 кг);
  • утеплителя (минеральная вата — 10 кг).

Суммарная нагрузка на стропила

Для большей надёжности берём максимальные значения веса компонентов кровельного пирога: P = 12 + 5 + 2 + 1,2 + 10 = 30,2 кг/м2. Добавляем запас в 10% на случай устройства каких-либо дополнительных конструкций или нестандартных видов покрытия: P = 30,2 ∙ 1,1=33,2 кг/м2.

Общая нагрузка на стропила считается по формуле: Q = S+Wm+P, где:

  • Q — общая нагрузка;
  • S — снеговая нагрузка;
  • Wm — ветровая нагрузка;
  • P — вес кровельного пирога.

Напомним, что расчёт проводится для Московской области, кровельное покрытие — профнастил, угол наклона кровли — 30о. Складывая все значения по приведённой выше формуле, получаем: Q = 126 + 16,6 + 33,2 = 175,8 кг/м2. Таким образом, общая нагрузка на один квадратный метр стропил равна 175,8 кг. Если площадь крыши равна 100 м2, то суммарная нагрузка составит 17580 кг.

Расчёт параметров стропил

Зная величину нагрузок на кровлю, мы можем рассчитать конкретные параметры материала, необходимого для монтажа стропильной системы. В качестве примера покажем, как рассчитывается сечение и шаг стропил.

Подбор поперечного сечения стропил

Сечение стропил рассчитывается по формуле: H = Kc ∙ Lmax ∙ √Qr/(B ∙ Rизг), где:

  • Kc — коэффициент, равный 8,6 при угле наклона меньше 30о и 9,5 при большем уклоне;
  • Lmax — самый большой пролёт стропила;
  • Qr — нагрузка на погонный метр стропила;
  • В — толщина сечения стропила в метрах;
  • Rизг — сопротивление материала на изгиб (кг/см2).

Рассчитаем все элементы этой формулы. Прежде всего, определим нагрузку на погонный метр стропила. Делается это по формуле: Qr = А ∙ Q, где:

  • Qr — рассчитываемая величина;
  • А — расстояние между стропилами в метрах;
  • Q — суммарная нагрузка на квадратный метр кровли.

Мы уже вычислили суммарную нагрузку на 1 квадратный метр стропил. Она равна для нашего примера 175,8 кг/м2 . Предположим, что А = 0,6 м. Тогда Qr = 0,6 ∙ 175,8 = 105,5 кг/м. Эта величина потребуется для дальнейших расчётов.

Теперь определим ширину сечения пиломатериала по ГОСТ 24454–80 «Пиломатериалы хвойных пород». Смотрим, на какие сечения пилится древесина — это стандартные значения.

Таблица: нормативные значения ширины доски в зависимости от её толщины

Толщина доски —
ширина сечения, мм
Ширина доски — высота сечения, мм
16 75 100 125 150
19 75 100 125 150 175
22 75 100 125 150 175 200 225
25 75 100 125 150 175 200 225 250 275
32 75 100 125 150 175 200 225 250 275
40 75 100 125 150 175 200 225 250 275
44 75 100 125 150 175 200 225 250 275
50 75 100 125 150 175 200 225 250 275
60 75 100 125 150 175 200 225 250 275
75 75 100 125 150 175 200 225 250 275
100 100 125 150 175 200 225 250 275
125 125 150 175 200 225 250
150 150 175 200 225 250
175 175 200 225 250
200 200 225 250
250 250

Определимся с толщиной доски (В). Пусть она будет соответствовать наиболее употребимому обрезному пиломатериалу — 50 мм или 0,05 м.

Далее нам необходимо знать самый большой пролёт стропила (Lmax). Примем его равным 2,7 м.

Самый большой пролёт стропила
Величина самого большого пролёта стропила (L max) является важной составляющей для вычисления его сечения и определяется по чертежу стропильной фермы

Величина сопротивления материала на изгиб (Rизг) для первого сорта древесины составляет 140 кг/см2, второго — 130 кг/см2, третьего — 85 кг/см2. Возьмём значение для второго сорта: оно не очень отличается от первого, но второй сорт древесины дешевле.

Подставляем все полученные значения в вышеприведённую формулу и получаем H = 9,5 ∙ 2,7 ∙ √ (105,5)/(0,05х130) = 103,4 мм. При толщине стропила 50 мм нет стандартного значения ширины 103,4 мм, поэтому берём ближайшее к нему большее значение из приведённой выше таблицы. Это будет 125 мм. Таким образом, при шаге стропил 0,6 м, максимальном пролёте 2,7 м и кровельной нагрузке 175,8 кг/м2 достаточно использовать пиломатериал сечением 50х125 мм.

Расчёт шага стропил

Шаг — это расстояние между смежными стропилами. Он определяет, сколько стропил необходимо для устройства крыши. Величину шага обычно задают равной от 60 см до 1 м. Для вычисления конкретной величины шага необходимо:

  1. Выбрать ориентировочный шаг.
  2. Определить длину ската. Обычно эта величина задаётся проектом.
  3. Разделить длину ската на ориентировочно выбранный размер шага. Если получилось дробное число, то результат округляется в большую сторону и добавляется 1 (эта корректировка нужна потому, что по обеим границам ската обязательно должны находиться стропила).
  4. Длину ската разделить на число, полученное в предыдущем пункте.

Для наглядности покажем ход вычисления на конкретном примере.

Предположим, что ориентировочный шаг равен 1 м, а длина ската — 12 м.

  1. Делим длину ската на ориентировочно выбранный размер шага: 12 / 1 = 12.
  2. Результат получился целым, поэтому округлять его не надо, просто добавляем к нему единицу: 12 + 1 = 13.
  3. Делим длину ската на полученное число: 12 / 13 = 0,92 м.

Монтаж стропильной системы

Каждый тип крыши имеет свои особенности построения стропильной системы, обусловленные её конструкцией. Однако общий порядок действий для коньковых крыш сходен. Он включает:

  1. Укладку мауэрлата.
  2. Монтаж опор для конькового бруса.
  3. Установку конькового бруса.
  4. Установку стропил различного вида.
  5. Монтаж укрепляющих и дополнительных элементов стропильной системы.
  6. Устройство обрешётки.

Процесс сооружения стропильной системы проиллюстрируем на примере полувальмовой крыши. Этот тип кровли сейчас применяется многими застройщиками, но имеет довольно сложную конструкцию. Поэтому её построение будет представлять достаточный интерес. Рассмотрим поэтапно, как это делается.

  1. На несущие стены кладём мауэрлат. Он также устанавливается на верхние грани фронтонов. Если дом построен из дерева, то роль мауэрлата будет играть последний венец или верхняя балка каркаса.
    Укладка мауэрлата полувальмовой крыши
    Мауэрлат укладывается на верхние торцевые части всех стен и в углах соединяется металлическими скобами
  2. Монтируем лежень, стойки и коньковый брус.
    Монтаж конькового бруса
    Коньковый прогон крепится к вертикальным стойкам, которые, в свою очередь, опираются на лежень
  3. Устанавливаем рядовые стропила.
    Установка рядовых стропил
    Рядовые стропила крепятся к мауэрлату и коньковому прогону одним из способов, описанных в предыдущих разделах статьи
  4. Расстояние между фронтоном и крайним стропилом можно выбирать по своему усмотрению, однако рекомендуем рассчитать его путём деления размера верхней грани фронтона пополам.
    Выбор расстояния между фронтоном и крайним стропилом
    Длина верхней грани фронтона представляет собой исходную величину для расчёта расстояния между ним и крайним стропилом
  5. Монтаж угловых стропил производим таким образом, чтобы они были линиями пересечения плоскостей ската и полувальмы. Отрезаем небольшой кусок доски сечением 50 х 150 мм, устанавливаем на край мауэрлата фронтона. Временно фиксируем двумя саморезами.
  6. Берём ровную доску. Один её конец кладём на 3–4 стропила, а другой — на обрезок, установленный в предыдущем пункте. Доска должна быть параллельна коньку. После проверки параллельности при помощи рулетки делаем отметку на бруске. Брусок обрезаем по отметке.
    Обрезка вспомогательного бруска
    Брусок необходимо обрезать строго по линии укладки доски, лежащей на стропилах
  7. После этого необходима доска сечением 50х200. Укладываем её одним концом на вершину конька, а другим — на угол только что отрезанного бруска, делаем разметку. Для удобства эту работу лучше выполнять вдвоём.
    Заготовка бокового стропила
    Заготовку бокового стропила важно удерживать в правильном положении, поэтому эту работу лучше выполнять с помощником
  8. Разметку верхнего запила углового стропила делаем по боковой плоскости рядовых стропил.
    Разметка верхнего запила углового стропила
    Верхний край углового стропила отпиливается по вертикальной плоскости стропильной лаги
  9. Измеряем расстояние на верхнем запиле. Для примера возьмём его равным 26 см.
    Измерение расстояния на верхнем запиле
    Длина линии верхнего запила будет нужна при разметке нижнего конца углового стропила
  10. Полученный размер отмеряем от мауэрлата фронтона вверх в двух точках — по двум его противоположным торцам. Таким образом делается разметка нижнего запила углового стропила.
    Разметка нижнего запила углового стропила
    Линия нижнего запила получается соединением точек, отстоящих от противоположных торцов мауэрлата на длину верхнего запила
  11. Отпиливаем заготовку по отмеченным точкам. Получаем угловое стропило.
    Изготовление углового стропила
    Отпиленное по намеченной линии угловое стропило должно точно лечь на мауэрлат
  12. Убираем с мауэрлата уже ненужный нам брусок. Монтируем и закрепляем угловое стропило. Сверху это делается гвоздями, а снизу — металлическим уголком.
    Монтаж углового стропила
    Сверху угловое стропило фиксируется гвоздями, а снизу — при помощи металлических уголков
  13. Делаем центральное стропило. Измеряем на предыдущей лаге размер, равный высоте бруса в месте его пересечения с дальним торцом мауэрлата. Пусть в нашем примере он равен 12 см.
    Снятие размеров для центрального углового стропила
    Для разметки центрального стропила используем получившуюся конфигурацию уголовой балки
  14. Полученный размер откладываем на коньке и эту точку сильно натянутой шнуркой соединяем с серединой мауэрлата.
    Использование шнурки для измерения угла наклона центрального стропила
    Натянутая шнурка имитирует положение центрального стропила и определяет угол его наклона
  15. Используя малку (угломер), замеряем угол наклона шнурки β.
    Измерение угла запила центрального стропила
    Измеренный угол запоминаем, т. к. он определяет конфигурацию верхнего запила
  16. Измеряем угол между шнуркой и уже установленным угловым стропилом. Обозначим его за ψ.
  17. Конец доски необходимой длины запиливается сначала под углом β, а затем заостряется до угла ψ. Устанавливаем заготовку на мауэрлат, используя натянутую шнурку.
    Запил углов среднего стропила
    В верхнем конце центрального стропила делается фигурный запил, используя измеренные ранее углы
  18. Вверху измеряем расстояние, на которое стропило выступает над коньком. В нашем примере оно равно 6 см.
    Измерение размера углубления стропила в мауэрлат
    Выступающая часть центрального стропила определяет размер заглубления стропильной лаги в мауэрлат
  19. Используя полученное значение, делаем разметку нижнего запила стропила полувальмы. Отмечаем ширину карниза (50 см) и получаем среднее стропило.
    Разметка нижнего запила стропила полувальмы
    В месте пересечения стропила и мауэрлата делается запил на измеренную глубину, а затем стропило обрезается так, чтобы остался свес в 50 см
  20. Следует иметь в виду, что на полувальме будет находиться 4 нарожника (справа и слева по 2). Среднее стропило будет служить шаблоном, поэтому временно оно не закрепляется. Нижние запилы нарожников делаются под углом β с последующим изменением до значения ψ/2 в необходимую сторону. Все изготовленные стропила полувальм и нарожники монтируем и закрепляем.
    Монтаж стропил полувальм и нарожников
    Конфигурация запила верхних концов центрального стропила и нарожников определяется измеренными ранее углами
  21. Делаем и ставим нарожники скатов. Их нижние запилы соответствуют запилам стропил скатов. Для измерения длины стропил используется рулетка.
  22. Изготовление карнизов начинаем с фронтонных карнизных кобылок.
    Установка фронтонных кобылок
    Фронтонные карнизные кобылки крепятся к ближнему стропилу и к торцевой части фронтона
  23. Крепим ветровые доски.
    Монтаж ветровых досок
    Ветровые доски устанавливаются по торцам фронтонных кобылок и защищают чердачное пространство от продувания
  24. Наращиваем угловые стропила до полувальмовых ветровых досок. Для этой цели подходит доска 50х100, которая сшивается куском дюймовки. Подшиваем карнизы снизу и делаем обрешётку.
    Наращивание угловых стропил
    Для установки и крепления ветровой доски необходимо нарастить угловое стропило методом стыка под углом с применением накладки из дюймовой доски

Видео: как правильно монтировать стропильную систему

Знание устройства стропильной системы, её элементов, узлов и видов их соединений создаёт надёжную базу для понимания целостной технологии монтажа, последовательности её операций и правильного их выполнения. Расчёт параметров стропил с учётом действующих на них нагрузок позволяет построить надёжную и долговечную кровельную систему, которая будет является основой безопасности и комфорта всего дома.