Стропильная система двускатной крыши своими руками: обзор конструкций висячего и наслонного типа

Проектирование (чертежи) и необходимые расчеты

Для того чтобы сделать четырехскатную крышу, необходимо правильно произвести расчеты и установить основные параметры кровли

Наиболее важно определить ее площадь, т.к. она определяет эксплуатационные нагрузки, размеры и количество стропил, угол наклона скатов, от которого зависит высота крыши

Для возведения четырехскатной кровли обязательно разрабатываются детальные чертежи. Без знания точных размеров всех элементов кровли невозможно свести их в единое целое. Лучше всего создать 3D модель по специальной компьютерной программе. С ее помощью будут определены точные размеры всех деталей.

Расчёт площади

Общая площадь кровли складывается из площадей 4-х скатов. В расчетах используются формулы для равнобедренных треугольников и прямоугольников.

В шатровой крыше общая площадь кровли составит S=4Sc=4(аха/2cosA)/2 =аха/cosA, где:

• а – длина стены дома,
• А – угол наклона скатов.

В вальмовой крыше общая площадь складывается из 2-х треугольников и 2-х трапеций: S=2(b+c)h/2 +2ah/2sinA = h(b+c)+ah/sinA, где:

• а – ширина дома,
• b – длина дома,
• с – длина конькового прогона (конька),
• h – высота крыши над перекрытием,
• А – угол наклона треугольного ската.

При расчете необходимо учесть длину свеса, который формируется со всех сторон кровли. Для этого к расчетной площади надо прибавить 3-5% в зависимости от длины свеса.

Расчет сечения стропил

Полный расчет стропильной системы достаточно сложен. Он учитывает все эксплуатационные нагрузки, длину стропил, угол наклона ската, шаг установки, реакции опор и другие факторы.

Самостоятельно проводить его не всегда возможно, а потому рекомендуется пользоваться строительными нормами.

Выбор сечения стропил основывается на прочностных свойствах материала с учетом коэффициента запаса порядка 0,8. В целом, расчет вальмовой кровли во многом аналогичен расчету двухскатной крыши.

Рекомендации по выбору сечения стропил с учетом некоторых факторов сведены в табл.1.

Таблица 1. Сечение стропил вальмовой четырехскатной кровли:

Длина стропила не превышает 6,5 м. При необходимости получения большей длины приходится делать сращивание и вводить дополнительные упрочняющие элементы.

Выбор угла наклона

Угол наклона скатов выбирается, исходя из снеговой и ветровой нагрузки, применяемых кровельных материалов и размеров чердачного помещения (мансарды). Он может колебаться в широких пределах – от 5 до 65°.

Для регионов со значительной снеговой нагрузкой необходим угол 45-65°. Причем при наклоне 60% нагрузку от снега можно вообще не учитывать, т.к. он не накапливается на крыше.

Однако с увеличением наклона повышается парусность сооружения, что снижает сопротивление ветру. Эту нагрузку можно не учитывать при угле менее 25°в. Для регионов, где возможны сильные ветра, наклон не должен превышать 45-48°.

С учетом свойств различных кровельных материалов и особенностей их наложения рекомендуются такие углы наклона:

• мягкие, рулонные материалы – от 5 до 20°;
• шифер, металл, асбесто-цементные листы – 12-65°;
• керамическая черепица – 22-60°.

Важно также учитывать, что с увеличением угла наклона ската увеличивается высота крыши, а значит, и расход материалов. В каждом конкретном случае следует искать оптимальное соотношение между размером чердачного помещения и затратами на материалы

Шаг стропил

Расстояние между стропилами или шаг их установки зависит от эксплуатационных нагрузок, а также размеров сооружения и самих стропил

Важное значение имеет вес кровельного материала. Кроме того, учитываются размеры элементов кровли или ширины рулонов мягких материалов

Минимальные шаги необходимы для шифера, металла, черепицы. Они устанавливаются в пределах 0,6-0,8 м. При укладке мягкой кровли шаг увеличивается до 1,4-1,6 м.

Описание шатрового варианта

Шатровая крыша имеет скаты в виде треугольника, и все соединения сходятся в одной верхней точке. Самый минимум треугольников — 4 штуки, но углов может быть намного больше.

В идеале вершина конструкции монтируется строго по центру, но при желании эту точку можно сместить в сторону, что придаст уникальность строению. Получится, что одна сторона кровельной конструкции станет длиннее, а другая — короче. Как и шатровая крыша, стропильная система также может разделяться по способу монтажа:

1. Висячие. Конструкция не включает в себя опорные точки, а стропила монтируются с небольшим пролетом.
2. Наслонные. На внутренних и наружных сторонах стены должны быть опорные точки с шагом друг от друга на 450 см.

Выбор способа монтажа не влияет на внешний вид. Сама конструкция может быть выполнена следующим образом:

1. Ломаная. Этот тип конструкции подходит для мансарды. Но при таком варианте происходит изменение наклона ската в меньшую сторону. Угол станет меньше.
2. Ендовая. Этот кровельный элемент является дополнительной частью эркера.
3. Мансардная. В этом случае мансарда располагается на кровельных скатах.

Строение имеет вид шатра, отсюда и произошло название.

Что такое стропильная система

Двускатные крыши обычно имеют с торцовой части вертикальные продолжения стен — фронтоны. Постройки небольшого размера могут и вовсе не иметь стропильной системы, когда кровля укладывается на продольные планки, уложенные на откосы противоположных фронтонов. Для более крупных зданий необходимо иметь прочную опору. Вот как выглядит сбор стропильной системы двухскатной крыши своими руками:

Кровельное покрытие способно обеспечить герметичность наружного защитного слоя, не пропуская влагу или ветер. При этом, несущей способности у кровли нет, она нуждается в грамотно организованной опорной системе. В качестве таковой выступают стропила, которые выполняют несколько задач:

• создают опорную плоскость для кровли, образуют каркас;
• формируют конфигурацию крыши, создают требуемое количество плоскостей — скатов;
• обеспечивают необходимую жесткость и прочность;
• связывают крышу с несущими конструкциями здания.

Выполняемые функции выдвигают к системе массу требований, основными из которых являются прочность и способность сохранять форму несмотря на длительный срок службы и переносимые нагрузки. Вот пример самого простого способа расчёта прочности каждого отдельно взятого стропила:

Внешне стропила двускатной крыши выглядят как два ряда наклонных планок, соединяющихся в верхней части. Для обеспечения прочности и жесткости конструкции имеются различные элементы, которые необходимо рассмотреть детальнее.

Элементы стропильной системы

Конструкция стропил — одна из самых сложных среди всех систем здания. В ее состав входят:

1. Мауэрлат. Обвязочный пояс из бруса 100×150 или 150×150 мм, уложенный по периметру стен в верхней торцовой части. Служит основанием для стропил, связывает крышу со стенами.
2. Лежень. Укладывается по продольной оси здания, обеспечивает опору для вертикальных опорных элементов. Используется только на зданиях с внутренней средней несущей стеной.
3. Шпренгель. Усиливает угловые соединения мауэрлата. Представляет собой род подкоса, уложенного горизонтально и обеспечивающего диагональную связку.
4. Затяжка. Соединяет противоположные брусья мауэрлата, компенсируя распирающую нагрузку от наклонных элементов.
5. Стойка (бабка). Вертикальная деталь, поддерживающая конек.
6. Конёк (прогон). Горизонтальный брус (или доска), образующий верхнее ребро крыши, соединяющее наклонные плоскости — скаты.
7. Стропила (стропильные ноги). Наклонные планки, образующие плоскости скатов. Нижними концами они опираются на брус мауэрлата, верхними — на прогон.
8. Подкосы. Наклонные элементы, служащие дополнительными опорами для стропил в точках наибольшей нагрузки. Устанавливаются перпендикулярно (или под небольшим углом) к стропилам.

Важно! Приведённый список не является исчерпывающим, существует еще много различных элементов стропильных систем, но на двухскатных крышах они, как правило, не применяются

Из чего делают стропила

1. Относительно малый вес, исключающий высокие нагрузки на несущие конструкции дома.
2. Доступность, распространенность материала.
3. Древесина легко обрабатывается, режется, соединяется.
4. Высокая ремонтопригодность материала. Любой элемент может быть заменен или приведен в порядок во время эксплуатации.
5. Прочность, надежность конструкции.

Это тоже важно знать: Стропиловка кровли дома

Существуют и недостатки:

1. Древесина подвержена гниению, появлению плесени или грибка.
2. Высокая восприимчивость к воде, способность впитывать и отдавать влагу.
3. Набухая, древесина изменяет линейные размеры.
4. Древесина огнеопасна.
5. Монтаж стропил требует использования материала с высокими требованиями по влажности и качеству.

В последнее время появился альтернативный вид стропил — металлические. Они лишены большинства недостатков деревянных деталей, не боятся воды, прочны и долговечны. К недостаткам можно отнести лишь возможность коррозии (хотя металл имеет защитное покрытие), относительно высокий вес и повышенную по сравнению с древесиной сложность соединения. Кроме того, металлические стропила значительно дороже, что ограничивает их использование в частном домостроении. Основные потребители таких деталей — строители крупных объектов, нуждающихся в прочной крыше больших размеров. Нагрузки, испытываемые стропильной системой в таких условиях, очень велики и требуют использования усиленных деталей.

Процесс монтажа металлической стропильной системы не чем не тяжелее процесса сборки деревянной конструкции. В этом Вы можете убедиться сами:

Стропильная система вальмовой крыши: составляющие элементы

Каркас вальмовой крыши состоит из следующих элементов:

• прогон;
• опорная доска;
• мауэрлат;
• обрешетка;
• затяжки;
• подкосы;
• нарожники;
• стропила рядовые;
• стропила диагональные;
• стропила накосные.

Стропильная система полувальмовой крыши состоит из тех же элементов конструкции.

Таким образом, детали крыши образуют стропильную ферму, в основании которой  — несколько треугольников. А, как известно, треугольник – самая жесткая геометрическая фигура. Следовательно, и ферма будет иметь высокие показатели жесткости. Основными несущими элементами конструкции являются стропильные ноги. Их установка производится в соответствии с выбранным углом наклона ската кровли.

Мауэрлат необходим для равномерного распределения массы всей стропильной системы крыши, всех ее элементов, на стены здания. Стропильные ноги нижними торцами опираются на наружные стены здания. Верхние торцы стропильных ног опираются на подконьковый брус, либо на промежуточные прогоны

Промежуточные прогоны и подконьковый брус имеют свое немаловажное предназначение. Они передают нагрузку  на несущие стены, при помощи системы стоек

В зависимости от типа кровельного материала, выбранного сечения, стропильные ноги располагают на расстоянии до 2м друг от друга. Благодаря стропилам, крыша способна выдерживать любые влияния: вес кровельного покрытия, давление от осадков, нагрузку, создаваемую ветром.

Различают стропила двух видов:

Висячие опираются на две опоры, без промежуточной поддержки. Например, на стены сооружения. Вальмовая стропильная система такой конструкции работает на сжатие и изгиб. Так же конструкция создает распирающее горизонтальное усилие, которое передают стенам. Подобное усилие можно снизить посредством металлической или деревянной затяжки, соединяющей стропильные ноги. Затяжку можно расположить в основании стропил. В данном случае, она будет нести функцию балки перекрытия. Это наиболее популярный вариант при возведении мансардной или чердачной крыши. Так же затяжку можно расположить выше. В таком случае, никаких функций она не будет иметь, кроме закрепляющих.

Чем выше располагаются элементы затяжки, тем мощнее и крепче должны быть балки и системы креплений стропильной системы.

Наслонные стропила, как правило, устанавливаются в тех домах, где имеются столбчатые опоры либо средняя несущая стена.  Торцы наслонных стропил опираются на наружные стены здания. Соответственно, средняя часть стропильной системы опирается либо на несущую внутреннюю стену, либо на опоры. Элементы данной стропильной системы функционируют аналогично балкам – на изгиб. При соответствующей периметру здания — ширине стропильной системы, крыша выйдет более легкой, потребуется гораздо меньше затрат на пиломатериалы. Соответственная, такая система более выгодна с точки зрения экономических затрат.

В процессе монтажа стропильной конструкции, наслонные и висячие фермы вполне можно чередовать. Так, например, в местах, где отсутствуют промежуточные опоры, используется вариант висячих стропил. В тех местах, где промежуточные опоры в наличии, используют наслонный вариант. Наслонные стропила монтируют в том случае, если расстояние между опорами не более 6 метров. Если имеется в наличии дополнительная опора, то ширину перекрытия можно увеличить наслонными стропилами до 12 метров.  Если имеются еще две дополнительные опоры – то до 15 метров.

Для того, что бы соединение было более прочным и надежным, его можно закрепить дополнительными саморезами или болтами, нагелем и скобой. Что бы соединить между собой составные части затяжек, используют зуб, болты и накладки из прочного металла.

Помните, что согласно требованиям СНиП, возведение стропильной системы должно происходить в соответствии с техническими правилами безопасности.

Очень часто конструкция стропильной системы вальмовой крыши состоит из конструктивных элементов, таких как шпренгель, который необходим для усиления прочности накосных стропил. Как правило, элементы стропильной системы выпускаются из дерева, а точнее из хвойных пород. Предварительно их высушивают до такого состояния, пока влажность будет составлять около 15%.

Материалы, применяемые на стропильную систему крыши

Расчёт материалов для крыши, начинается от определении угла наклона кровли. Больший наклон требует большего количества материалов. Однако нужно учитывать, как в нашем случае и высоту мансардного этажа. А также большой уклон, на грани приемлемого, избавит крышу от снежной нагрузки, такой нередкой на юге Сибири в Алтайском крае. Расчётными данными для подсчёта потребности в брусе и доске являются размеры конструкций и их сечения.

Варианты расчёта потребности в материалах выполняются именно в случае, если известны все параметры возводимых конструкций. А также включая особенности архитектурной формы крыши и мансардного этажа.

Покровный кровельный стройматериал

Одна из главных конструкций дома – это крыша. И крыши двухскатные, и многоскатные бывают во всех отношениях различные:

Материалы для монтажа кровли

Как и двускатная, вальмовая крыша состоит из мауэрлата, затяжек, стропил, опорных стоек, конькового бруса и обрешетки. Отличие второй конструкции состоит в расположении стропил и их длине. Для четырехскатной крыши рекомендуется использовать пиломатериал из сосны или лиственницы, хорошего качества, без дефектов, с максимальной влажностью 22%.

Крепление мауэрлата к стене

Стропила изготавливают из досок сечением 50х100 мм; если же площадь крыши очень большая, лучше брать доски 50х200 мм. Для мауэрлата нужен цельный брус сечением не меньше 150х150 мм. Дополнительно потребуются металлические шпильки с резьбой для крепления мауэрлата, доски для обрешетки и накладные металлические пластины, с помощью которых производится соединение деревянных элементов.

Металлические шпильки с резьбой для крепления мауэрлата

Пиломатериал перед сборкой кровли обязательно пропитывают антисептическим средством.

В процессе работы потребуются инструменты:

• ножовка;
• строительный уровень;
• отвес и рулетка;
• молоток;
• дрель;
• шуруповерт;
• стамеска;
• дисковая пила.

Последовательность монтажа

То, как делается четырехскатная крыша своими руками, мы изучим на примере самой простой вальмовой конструкции. Пошагово процесс установки составляющих элементов крыши выглядит так:

1. Для передачи и равномерного распределения нагрузки от каркаса крыши, снега и самого кровельного покрытия на несущие стены укладываются мауэрлаты. Брусья фиксируют к ограждающим конструкциям посредством анкерных шпилек, которые закладывают еще на этапе возведения стен. Если дом возводится из дерева, то роль мауэрлата выполняет последний венец сруба. Брус мауэрлата обязательно защищается от кирпичных, бетонных и каменных стен посредством гидроизоляции. Для этого его оборачивают двумя слоями рубероида.
2. Лежни укладывают на несущие внутренние стены. Они необходимы там, где в стропильной системе предусмотрены стойки. Если в доме нет внутренних несущих стен или они находятся не в том месте, то под стойки необходимо предусмотреть усиленные балки, которые выполняют функции перекрытий. Как правило, балки имеют сечение 20х5 см, поэтому несущие элементы увеличивают до сечения 20х10 см.
3. После этого приступают к установке стоек на несущие балки или лежни. Стойки выравнивают по уровню или отвесу и временно фиксируют посредством подпорок из досок. Для надежной фиксации стойки используют металлические уголки или стальные пластины. Для простой вальмовой системы вам понадобится один ряд стоек, установленных по центру прямо под коньком. Шаг стоек не больше 2 м. При обустройстве шатровой крыши стойки нужно устанавливать под диагональными ногами на одинаковом расстоянии от угла дома.
4. Далее на установленные стойки кладут прогоны. У обычной вальмовой системы этот прогон – конек. У шатровой крыши все прогоны образуют прямоугольник меньшего периметра, чем сам дом. Все прогоны в такой конструкции скрепляются металлическими уголками и саморезами.
5. Теперь можно начинать монтаж стропильных ног. При этом установку боковых стропил в простой вальмой системе выполняют в такой последовательности:

• Доску (150х25 мм) по ширине стропил прикладывают к коньку в месте установки крайней стойки и делают шаблон. На нем отмечают верхний запил (то место, которым стропильная нога будет опираться на конек) и выпиливают его.
• Далее шаблон прикладывают к коньку и выпиливают нижний запил (тот, которым стропильный элемент будет опираться на брус мауэрлата).
• После этого готовый шаблон прикладывают к коньку в месте установки стропил и проверяют необходимость подгонки для каждого стропильного элемента.
• Размечают стропила и выпиливают по шаблону выемку.
• Теперь стропильные ноги можно устанавливать и крепить к мауэрлату и коньковому брусу. Для фиксации используют металлические уголки и саморезы либо скобы.

Более подробно про монтаж стропильной системы четырехскатной крыши можно узнать из предложенного видео:

1. Для изготовления диагональных усиленных стропил можно использовать две срощенные доски обычного бокового стропила. Шаблон под диагональные ноги делают аналогично. Верхней частью эти элементы опираются на стойку, а нижней – на угловую часть мауэрлата. Именно поэтому запилы нужно делать под 45 градусов.
2. Далее между двумя диагональными стропилами устанавливают нарожники. Шаг установки этих элементов равен шагу монтажа стропил. Верхней частью нарожник опирается на диагональную ногу, нижней – на мауэрлат. Запил на верхней части нарожников у половины элементов делается в зеркальном отражении. Нижний запил обычно выполняют по месту. После монтажа элемента образуется свес, который выравнивают по натянутому шнуру и подрезают.
3. Построенная стропильная система еще не гарантирует надежность крыши. Поскольку на диагональные ноги приходится максимальная нагрузка, под них необходимо установить дополнительные стойки – шпрегнели. Они должны опираться на усиленные балки перекрытия.
4. Под боковые стропильные ноги устанавливаются подкосы, которые нижним краем опираются на лежень или балку перекрытия, а их верхний край должен упираться в стропило под углом примерно в 45°.
5. Крыша четырехскатная своими руками может делаться с любым кровельным покрытием, например, из ондулина, профнастила, металлочерепицы, гибкой черепицы. Но стоит помнить, что под мягкое покрытие нужно делать сплошную обрешетку из влагостойкой фанеры или ОСП. Если вы планируете делать мансардный этаж, то необходимо между стропилами заложить утеплитель, а снизу подшить все пароизоляцией. Если чердак будет холодный, то утепляются только перекрытия. Под кровельное покрытие обязательно укладывается гидроизоляция и делается вентиляционный зазор.

Монтаж четырёхскатной крыши

Сборку стропильной системы необходимо выполнять в строго определённом порядке. Это необходимо для того, чтобы правильно установить и закрепить все конструктивные элементы кровли.

1. Для перераспределения нагрузки, которую оказывают на стены кровельная конструкция, ветер и осадки, на внешние стены укладывают мауэрлат. В индивидуальном строительстве для этих целей применяют брус сечением не менее 100х150 мм. Для крепления продольных балок конструкции используют анкерные шпильки. Их необходимо закладывать в верхние ряды кладки ещё на этапе возведения стен. Гидроизоляцию мауэрлата выполняют при помощи двух слоёв рубероида, который укладывают поверх несущих стен.
2. При необходимости установки вертикальных опор, на несущие простенки укладывают лежни. Для горизонтального выравнивания элементов стропильной системы используют деревянные подкладки. В дальнейшем это значительно упростит установку стоек и прогонов. Если капитальные перегородки планом здания не предусмотрены, то вертикальные опоры монтируют на балках перекрытий. Для этого их усиливают, сращивая две доски 50х200 мм или используя один брус 100х200 мм.
3. Выставляют опорные стойки. Для их выравнивания пользуются отвесом или лазерным уровнем, после чего устанавливают временные подпорки. Для крепления вертикальной опоры к лежню или горизонтальной балке используют металлические уголки и пластины.
4. Поверх стоек укладывают прогоны. Традиционная вальмовая кровля нуждается в монтаже одного прогона, который, собственно, и образует конёк. Шатровые конструкции нуждаются в монтаже четырёх прогонов. Как и при монтаже стоек, крепление выполняют при помощи металлических уголков и саморезов.
5. Подготовка стропил. Боковые стропильные ноги простых четырёхскатных крыш монтируют точно так же, как и наслонные на двускатной кровле. Сначала следует сделать шаблон. Для этого со стороны крайней опоры к коньку прикладывают доску такой же ширины, как и стропила. Её толщина не должна превышать 25 мм — шаблон должен быть лёгким. На этой доске отмечают запил, необходимый для надёжной опоры и точного прилегания стропильной ноги к коньковому брусу, а также вырез, соответствующий месту стыкования с мауэрлатом. Отмеченные места выпиливают и далее используют для быстрой подготовки стропильных ног.
6. Прикладывая изготовленный образец к прогонному брусу, необходимо проверить, нужна ли точная подгонка стропила. При наличии зазоров, запилы в стропиле выполняют с учётом поправок. После того, как все опорные ноги будут готовы, их выставляют с шагом 50–150 см и прикрепляют к мауэрлату и коньку. Для монтажа лучше всего подходят скобы, но можно брать и мощные металлические уголки.
7. Как уже говорилось, диагональные стропила изготавливают из срощенных досок или бруса увеличенного сечения. Для их монтажа также понадобится шаблон, который подготавливают в полном соответствии с описанным выше способом. Поскольку накосные стропила одной стороной примыкают к углу мауэрлата, а другой опираются на стойки, запил выполняется под углом 45° к плоскости.
8. В промежутках между накосными стропилами крепят нарожники. Их шаг соответствует расстоянию между стропилами, а точками опор выступают диагональные ноги и мауэрлат. Нагрузку, которую испытывают нарожники, не сравнить с тем весом, который приходится на стропила, поэтому первые можно сооружать из досок толщиной 30–50 мм. Для ускорения монтажа понадобится шаблон с запилами со стороны диагонального стропила и мауэрлата, но вырезы на половине нарожников необходимо сделать в зеркальном отображении.
9. Если есть необходимость, то к стропилам и нарожникам крепят кобылки. Концы стропильных элементов обрезают по шнуру.
10. Укрепляют накосные и боковые стропила. В первом случае используют вертикальные шпренгели, а во втором — установленные под углом 45° подкосы. Их опирают на лежни или балки.
11. После того как стропильная система будет собрана, поверх неё устанавливают кровельный пирог.