Стропильная система мансардной крыши – конструкция, расчет и монтаж

Стропильная система мансардной крыши – конструкция, расчет и монтаж

Как говорят опытные строители, мансарду можно обустроить в доме, была бы крыша. Вид крыши влияет, насколько эта мера увеличит полезную площадь, комфортно ли пользоваться этим помещением и работы какой сложности потребуются. Распространёнными видами крыш для обустройства жилого подкровельного помещения считают двускатную я прямыми и ломанными скатами.

Стропильная система мансардной крыши конструируется таким образом, чтобы освободить пространство в центре, где высота потолков достигает приемлемой высоты, разместив основную массу опорных элементов по краям. Эта статья расскажет, из чего состоит каркас кровли, как выбрать оптимальный вариант конструкции и правильно выполнить монтаж.

Типы мансардных крыш

Система стропил для кровель бывает двух видов:

  • наслонной – в этом случае балки опираются на несущие стены дома;
  • висячей – все элементы стропильной конструкции соединяют в ферму и общий каркас и монтируют на крайние опоры.

Тип возводимой мансардной крыши зависит от схемы устройства системы стропил:

  1. Односкатная наклонная. Кровля имеет плоскость, которая опирается на стены, имеющие разную высоту.
  2. Двускатная. Представляет собой кровлю с двумя плоскостями, расходящимися в стороны под определенной величиной угла.
  3. Ломанная. Является разновидностью двускатных крыш. Состоит из плоскостей, имеющих ломанную поверхность.
  4. Полувальмовая и вальмовая. У этих кровель четыре ската.
  5. Шатровая. Такая кровля может быть конической, пирамидальной, купольной.
  6. Сводчатая. Имеет параболические или округлые очертания.

Чаще всего можно встретить двускатный вариант мансардной крыши. Этот факт стал определяющим для архитектуры многих отечественных городов и поселков.

Когда возводится стропильная система двухскатной мансардной крыши — чертежи для нее составляют с учетом определенных данных, среди которых:

  • геометрические параметры строения;
  • вид кровельного материала;
  • климатические и погодные нагрузки;
  • рельеф участка и окружающей местности.

При разработке проекта следует помнить, что при необходимости иметь большую полезную мансардную площадь, угол наклона стропил нужно делать меньше.

Мансардная крыша в «микродоме»

Может быть выполнена двояко.

Первый, маловероятный вариант – дом в плане квадратен.

Интересно решение, предложенное ещё в 1914 году.

Это – крыша Г. Судейкина.

Особенность её в том, что чердачное пространство используется для жилого помещения почти на 90%.

Нет больше ни одной другой крыши с подобной эффективностью и простотой устройства окон непосредственно в мансарде.

Не требует чистки от снега и наледи – весьма крута.

Минус – требует тщательного расчёта элементов и мастерского исполнения.

Вариант второй: — устройство стропильной системы мансардной крыши для дачного домика:

  • Стропила из доски.
  • Расчёт нагрузки — на однопролётные балки.

Желательно ввести в конструкцию усиление соединений – прибоины, монтажные планки.


Собирают узлы стропильной системы так:

  • Врезают стойки в балки перекрытия.
  • Устанавливают стропильные ноги крутых нижних скатов.
  • Ставят верхнюю балку перекрытия мансарды.
  • Врезают коньковую стойку (их ставят несколько – по числу стропильных ферм — ради усиления верхнего ската) в балки перекрытия мансарды.
  • Ставят стропильные ноги верхних скатов.
  • Усиливают дополнительными прибоинами места сочленений стропил с балками перекрытий.
  • Монтируют схватки и обрешетку под кровельный материал.

Посмотрите видео о расчете стропильных систем.

Параметры, учитываемые при выборе стропил

При выборе конструкции стропильной системы, размера бруса и количества элементов важен учет всех нагрузок, воздействующих на стропила. Эти нагрузки можно подразделить на постоянные и временные, периодического или кратковременного характера. Под постоянно действующей нагрузкой следует принимать вес всех элементов мансардной кровли: сама стропильная конструкция с решеткой, внешний кровельный настил, дополнительные защитные и утеплительные слои, элементы навесного интерьера мансарды. Вес внешней кровли может сильно колебаться в зависимости от вида и материала покрытия.

Схема зависимости длины стропил от угла наклона кровли.

В качестве временных или периодических нагрузок следует учитывать природные факторы. Это, прежде всего, вес снега в зимнее время. Значительное воздействие оказывает ветер, причем направление такой нагрузки может быть различным. Для некоторых районов этот фактор может стать определяющим. Нельзя игнорировать и возможность ливневых водных потоков. Кроме того, надо учесть вес людей и материалов при проведении ремонтных работ на крыше.

Существенное влияние на распределение нагрузок оказывает геометрия крыши и стропильной системы. К основным параметрам можно отнести длину и ширину кровли, а также крутизну ската. Длина крыши сильно влияет на распределение нагрузки, поэтому при большой длине необходимо использовать укрепляющие вертикальные стойки. Увеличение ширины кровли приводит к увеличению нагрузки на все стропила мансарды, так как увеличиваются их длина и общий вес всех элементов. Для широких крыш более подходит ломаный тип ввиду наличия в них промежуточных вертикальных стоек и перераспределения нагрузок между разными стропильными системами.

Изменение крутизны ската влияет на параметры неоднозначно. Увеличение крутизны, с одной стороны, уменьшает накопление снежного покрова и перераспределяет нагрузку на несущие стены дома, с другой стороны, увеличиваются длина стропил и парусность кровли, что опасно в ветреных районах. Концентрация нагрузок на стены тоже может отрицательно сказаться на надежности дома, потому что при уменьшении нагрузок на стропила увеличиваются постоянные нагрузки на кладку стен.

Расчет

  1. Расстояние между стропилами обусловлено шириной применяемых теплоизоляционных плит. Чаще всего этот параметр равен 60 см. Наиболее популярный утеплитель — минеральная вата, это довольно упругий материал, а чтобы плиты стояли плотно, расстояние между стропилами должно составлять 57-58 см.
  2. Ширина стропил тоже зависит от утеплителя, на этот раз – от его толщины. На большей части территории России, для того, чтобы дом был теплым, толщина теплоизоляционного слоя должна составлять 200-250 мм. Учитывая необходимость организации вентзазора, минимальная ширина стропил будет равна 230 мм. Толщина доски должна быть не менее 50 мм.
  3. Стойки и балки. Для этих элементов лучше купить брус размером не менее 80*80 мм. Там, где нередки сильные ветра и обильные осадки, особенно зимой, лучше взять пиломатериал потолще – размером 100*100 мм.

Зависимость полезной площади мансарды от угла наклона крыши

Стропильная система мансарды с опорой нижних (наслонных) стропил на мауэрлат

В рассматриваемом варианте нижние (наслонные) стропила опираются сверху на прогон, а снизу – на мауэрлат. При строительстве такой стропильной системы я, в зависимости от типа перекрытия, использую различные способы установки стоек, на которые и будет опираться прогон:

  • Если перекрытие бетонное, я кладу под стойки лежень (на гидроизоляционный слой и, при необходимости, выравнивающие подкладки), устанавливаю на него стойки и по верху – прогоны. Таким образом, получается каркас, который впоследствии станет основой для стен мансардного помещения.

  • Если же перекрытие деревянное – стойки устанавливаю на балках перекрытия. В таком случае, расчет балок перекрытия должен производиться с учетом нагрузок передаваемых от крыши.

Дальше вдоль обеих стен монтирую наслонные стропила, начиная с основных (угловых), при установке которых провожу тщательную проверку плоскости скатов. Между каждой стойкой и стропилом при необходимости устанавливаю подкос, а для устойчивости нижних «треугольников», связываю стропила со стойками схватками.

Читайте также  Заборы из профнастила под дерево

Верхнюю часть собираю из классических висячих стропил, опирающихся на прогон и сшитых снизу затяжкой, которую я подвешиваю к верхним стыкам стропил бабкой. Затяжка в данном случае может выполняться из более слабых брусьев, чем стропила. Такие стропильные фермы я устанавливаю на прогон в местах соединения со стойками. Затяжки, таким образом, образуют основу для потолка мансардного помещения, который не будет прогибаться благодаря бабкам.

Обратите внимание

Теперь рассмотрим особенности еще двух оставшихся вариантов.

Стропильные системы ломаной мансарды

Схема стропильной системы ломанной крыши мансарды

Стропильная система мансарды включает такие виды, как наслонные и висячие стропила. Рассмотрим их на примере ломаной мансардной крыши. Наслонные стропила образованы стеной и нижним скатом крыши и представляют собой прямоугольный треугольник. Висячие стропила состоят из верхних скатов кровли и потолочной балки. По низу висячих стропил необходимо сделать затяжку (ригель), когда расстояние между двумя стенами по ширине не превышает 8 м. Она, как правило, впоследствии и послужит для подвешивания потолка. Если между стенами расстояние более 8 м, то конструкция ломаной крыши мансарды включает монтаж бабки с подкосами, то есть вертикальной стойки, на которую крепится конек.

В наслонных стропилах зачастую требуется установка подкосов к нижнему скату, так чтобы стропильная система мансардной крыши была более прочной. А стропильные ноги упираются на мауэрлат. Если свес карниза слишком сильный, мауэрлат не устанавливают. В таком случае необходимо сделать так, чтобы стропильные ноги упирались на балки. Если балка перекрытия выступает за стены, то подкосы нужны обязательно. Конструкция стропил ломаной крыши может включать схватки, которые усиливают сопротивление досок и не дают им прогнуться. Схватки соединяют наслонные стропила нижних скатов.

Стойки наслонных стропил под опорой имеют балку перекрытия, которая может быть выполнена из различных материалов. К ним относятся деревянные брусья, железобетонные плиты, металлические конструкции. Стойки врезают в балку на 1/3 ее сечения. Снять нагрузку с балок перекрытия помогут дополнительные стойки, которые нужно установить в месте, где пересекаются подкос и стропильная нога, один конец прикрепив к балке. Осуществляя монтаж нижних стропил ломаной мансардной крыши, учитывайте ветровую нагрузку и вес верхних скатов. Поэтому используйте проволочные скрутки и анкерные соединения.

Прямой скат на стойках

В этом варианте мансарду устраивают, не внося коррективы в двускатное строение кровли. Стропила остаются прямыми, стенки помещения устраивают по ряду промежуточных стоек, а потолок — по подстропильной затяжке (ригелю). При этом внутренние плоскости стен и потолка могут быть «ломаными», т. е. сопрягаться под разными углами.

  1. Устройство мансарды не влияет на несущую способность стропильной системы.
  2. Боковые «карманы» держат воздух и служат утеплителем.
  3. При большой площади перекрытия комната может сохранить ровную прямоугольную геометрию.
  1. Неполная реализация площади: 50–75%.
  2. Боковые пазухи либо не используются, либо доступ к ним затруднён (из-за тесноты). В половине случаев их просто «глушат».

Варианты конструкций

В зависимости от типа конструкции, мансардные (жилые) крыши бывают трех видов:

Виды мансардных крыш

Далее рассмотрим все виды стропильных систем.

Ломаные

Ломаная стропильная система является классическим вариантом мансарды. По сути, только такую систему правильно называть мансардной. Однако в последнее время мансардными принято называть любые типы крыш, чердачное помещение которых можно использовать как жилое.

Схема устройства ломаной стропильной системы

Основная особенность ломаных конструкций заключается в том, что стропильные ноги располагаются под разным углом по отношению к коньку — верхние стропила устанавливаются под небольшим углом, а нижние, наоборот — имеют большой уклон.

Такая конструкция позволяет увеличить чердачное пространство. Учитывая, что процесс монтаж не намного сложней строительства обычной двускатной крыши, она в ряде случаев является наиболее целесообразным решением. Поэтому такие жилые крыши пользуются наибольшей популярностью.

Стропильная система включает себя несколько основных элементов:

  • Мауэрлат. Приставляет собой брус, который укладывается на стены по периметру дома. Его задача заключается в том, чтобы равномерно передать нагрузку от кровли на стены;
  • Стойки. Являются одним из основных несущих элементов. Как правило, опоры служат еще и основной стен мансардного этажа;
  • Балки перекрытия мансарды. Соединяют ответные опоры, поэтому не следует путать их с балками перекрытия, которые укладываются на стены. Надо сказать, что существуют двухуровневые (двухуровневые) мансарды, у которых балки перекрытия служат полом второго уровня;
  • Прогоны. Соединяют опоры скатов и обеспечивают равномерное распределение на них грузки от скатов;
  • Коньковая балка. Объединяет все верхние стропила в единую систему;

Большая мансарда может иметь два уровня, разделенных балками перекрытия

  • Верхние стропила. Служат основой верхних скатов, как я уже говорил выше, они располагаются под небольшим углом по отношению к коньку;
  • Стойки верхних стропил. Устанавливаются на балки перекрытия мансарды и служат несущим элементом коньковой балки;
  • Нижние стропила. Служат основой нижних скатов.

Надо сказать, что кровля может содержать и дополнительные элементы – всевозможные подкосы, перемычки и прочие детали, которые укрепляют стропильную систему.

Чтобы выполнить расчет и составить чертежи кровли, воспользуйтесь онлайн-калькулятором. Это специальная программа, которая может предоставить все размеры деталей, для этого нужно лишь ввести основные параметры конструкции.

Монтаж такой стропильной системы осуществляется следующим образом:

Иллюстрации Действия
Установка стоек. Прежде всего вдоль скатов нужно установить на балки перекрытия опоры, на которые будет опираться верхний край нижних стропил и нижний край верхних ног. Для установки стоек необходимо правильно рассчитать их положение. Делается это по теореме Пифагора, так как стойка с перекрытием и нижним стропилом образует прямоугольный треугольник.

Зная длину ноги и высоту опоры, можно найти меньший катет, т.е. расстояние от края стены до стойки.

Для соединения всех деревянных деталей используйте саморезы и стальные уголки либо пластины.

Схема устройства двускатной жилой кровли

Двускатные

Двухскатная кровля имеет более простое устройство, чем ломаная, так как ее скаты ровные. В результате она чаще всего не имеет стоек и прогонов. В остальном конструкция не отличается от ломаной кровли.

Как я уже говорил выше, в результате того, что угол скатов постоянный, чердачное пространство имеет меньший объем, по сравнению с ломаной крышей. Правда, чтобы расширить пространство, можно увеличить угол наклона скатов. Но, если само строение небольшое, то получить полноценный второй этаж все равно не получится.

Как правило, двускатная мансардная кровля выполняется на основе висячих стропил. Поэтому процесс ее монтажа выглядит так:

Имейте в виду, что при выборе угла наклона скатов следует учитывать еще и тип кровельного материала, так как разные материалы рассчитаны на разный угол наклона. В противном случае могут возникнуть проблемы с герметизацией кровли.

Консольные

Устройство стропильной системы консольной крыши не отличается от обычной ломаной. Особенность заключается лишь в том, что ее края выступают за несущие стены. В результате увеличивается полезная площадь чердачного пространства.

Консольную конструкцию можно укрепить колоннами

Консольная крыша выполняется за счет расширения перекрытия. Для увеличения его прочности зачастую под ним устанавливают колонны. При этом пространство под крышей можно использовать в качестве веранды.

Не забывайте, что мансарда увеличивает нагрузку стены и фундамент. Этот момент необходимо учитывать при проектировании дома.

Вот и все основные виды и особенности мансардных крыш, о которых я хотел вам рассказать.