Технология сооружения двускатной крыши и ее стропильной системы под профнастилом

Пример установки стропил двускатной крыши — пошагово

Работа над конструкцией крыши всегда – достаточно трудоемкая и сложная, так как большинство операций приходится проводить в весьма неудобных условиях на высоте. Как правило, она требует привлечения помощников. Но тем и интересен рассматриваемый ниже пример, что мастер, используя определенные технологические приемы, всю работу проводит полностью самостоятельно.

Для начала – проект будущей стропильной системы, составленный после проведения необходимых расчетов. Он выполнен с использованием доступного приложения «SketchUp», найти которое и освоить несложно даже начинающему.

Дом с полумансардой, то есть второй этаж более чем наполовину выведен из стеновых газосиликатных блоков, и лишь верхнюю треть боковых  стен и потолок будет замещать конструкция крыши. Фронтоны – полностью выкладываются из газосиликатных блоков. По центру помещения второго мансардного этажа расположена капитальная перегородка, делящая его надвое, причем эта перегородка на три ряда блочной кладки выше боковых стен. Такое решение позволяет получить вместительную мансарду даже при относительно небольшой крутизне скатов кровли.

А наличие центральной капитальной перегородки дает возможность применить более простую в монтаже схему наслоннных стропил.

Таблица — иллюстрированная инструкция по монтажу стропил двускатной крыши

Все картинки в таблице-инструкции – кликабельные, то есть увеличиваются при клике мышкой.

Надеемся, что после изучения этой подробной пошаговой инструкции у читателей сложились ответы на многие стоящие перед неопытным строителем вопросы. Безусловно, такой способ установки стропил – всего лишь один из множества, но он выглядит достаточно простым для самостоятельного исполнения. Ну а для расширения объема полученной информации, предлагаем просмотреть еще несколько видео сюжетов на эту тему.

Видео: Монтаж стропильной двухскатной системы под металлочерепичную кровлю

 Видео: Несколько полезных технологических рекомендация по точной установке стропильных ног

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

Общее устройство двускатной крыши

Основные понятия

Принцип устройства двускатной крыши понятен уже из названия. Ее характеризует наличие двух скатов кровли, в подавляющем числе случаев являющихся симметричными относительно линии конька. С обеих торцевых сторон расположены треугольные фронтоны.

Именно эта схема отличается относительной простотой расчета и монтажа. Она чрезвычайно надежна (при правильном строительстве), обеспечивает равномерное распределение нагрузок на стены здания, обладая при этом отменным эксплуатационным запасом прочности. Вместе с тем, смотрится такая крыша, даже безо всяких изысков, очень симпатично, подходит для практически всех типов кровельного покрытия, а ее скатам могут придаваться любые углы крутизны (естественно, в разумных пределах).

Видимым недостатком такой крыши является наличие «глухих» зон в чердачном помещении, в нижней части скатов.

Иногда архитекторы стараются внести некоторое разнообразие в конструкцию двускатных крыш. Так, например, одним из приемов является создание подчеркнутой асимметрии скатов, причём, как по их крутизне, так и по длине от конька до карнизного свеса.

Цены на крепления для стропил

крепления для стропил

Подобный подход открывает дополнительные возможности полезного использования чердачного помещения. Правда, самостоятельно правильно спроектировать и смонтировать такую двускатную крышу для неподготовленного человека – задача из разряда практически невыполнимых, поэтому в нашей статье такая конструкция рассматриваться далее не будет.

С определённой долей условности к двускатным относят крыши с ломаными плоскостями скатов.

Впрочем, и такие конструкции имеют особенности в проектировании и проведении монтажа. Стропильные системы подобного типа заслуживают отдельного подробного рассмотрения.

Мансардная ломаная крыша – отличное решение для жилого чердака

Чтобы соорудить надежную стропильную систему такого типа, необходимо будет провести ряд расчетов, тщательно изучить последовательность проведения работ, используемые технологические приемы. Обо всем этом подробно – в специальной публикации нашего портала «Мансардная крыша своими руками».

Элементы конструкции стропильной системы двускатной крыши

Чтобы дальше можно было, как говорится, «общаться на одном языке», необходимо рассмотреть, из каких же основных деталей и узлов складывается общая конструкция двускатной крыши. Внимание на схему:

Сразу оговоримся, что данная схема, безусловно, не может отразить всего возможного разнообразия конструкций стропильных систем, но основные детали и узлы на ней показаны достаточно понятно.

1 – мауэрлат. Это доска или брус, которые жестко крепятся по верхнему торцу внешних несущих стен здания. Его предназначение – равномерное распределение нагрузки от всей системы крыши на стены дома, создание условий для надежного крепления стропильных ног в их нижней точке опоры.

2 – стропильные ноги, устанавливаемые попарно. Они становятся основными несущими деталями всей системы крыши – именно стропила задают крутизну скатов, будут основой для крепления обрешетки, кровельного покрытия, а если крыша планируется утеплённой – то еще и всего термоизоляционного «пирога».

Для изготовления стропильных ног применяются качественные доски или брус, можно использовать и кругляк. Про сечение пиломатериала, которое будет достаточным для гарантированного выдерживания всех возможных нагрузок – будет рассказано ниже.

Стропила могут заканчиваться на мауэрлате, но чаще выходят за пределы периметра стен дома, формируя карнизный свес. Впрочем, для этого могут применяться и более легкие детали – так называемые «кобылки», которыми наращивают стропильные ноги на необходимую ширину свеса.

3 – коньковый прогон. Это может быть брус, доска или даже составная конструкция. Прогон проходит по всей линии конька и служит для надежного соединения верхних точек парных стропильных ног, связи всех стропильных пар с целью придания общей жесткости всей конструкции крыши. В различных вариантах крыш этот прогон может жёстко опираться на стойки, либо увязываться только с узлом соединения стропильных ног.

4 – затяжки (схватки, ригели). Горизонтальные детали усиления системы, дополнительно связывающие парные стропильные ноги между собой. Может применяться несколько затяжек, расположенных на разной высоте.

5 – балки перекрытия, которые будут служить основой для монтажа пола в чердачном помещении и потолка со стороны комнаты.

6 – а эта балка одновременно выполняет роль лежня. Это брус, проходящий по всей длине крыши, который является опорой для установки дополнительных деталей усиления стропильной системы.  Лежень может устанавливаться так, как показано на рисунке (по типу балки перекрытия), либо жестко укладываться на капитальную перегородку внутри здания.

7 – стойки (бабки) – дополнительные вертикальные опоры стропильных ног, предотвращающие их прогиб под действием внешних нагрузок. Стойки вверху могут упираться в сами стропила, либо в дополнительный прогон, продольно связывающий стропильные ноги на определённой высоте.

8 – подкосы. Нередко при большой длине стропильных ног их несущей способности недостаточно, и усиление только стойками не обеспечивает необходимую прочность. В этих случаях применяются диагональные усиливающие элементы, опирающиеся снизу на лежень, создающие дополнительную точку опоры для стропила. Количество подкосов и место их установки могут варьироваться в крышах различной степени сложности.

Некоторые различия висячей и наслонной системы двускатной крыши

Двускатные крыши можно разделить на два типа конструкций – с наслонными и висячими стропилами. Кроме того, широко применяются комбинированные системы, в которых объединены оба принципа построения. В чем же принципиальная разница?

Наслонная система стропил

Эта конструкция стропильной системы характеризуется наличием опоры на внутреннюю капитальную перегородку в здании. По верхнему торцу этой перегородки монтируется лежень, на которые опираются стоки, поддерживающие коньковый прогон. Таким образом, стропильные ноги «наслонены» на вертикальную опору, что делает всю систему максимально прочной.

Подобная схема является наиболее популярной из-за своей надежности и относительной простоты в исполнении. Если имеется возможность создать дополнительную точку опоры по центру, то почему бы и не воспользоваться этим? Правда, если на чердаке планируется размещение жилого помещения, то вертикальные стойки иногда могут стать помехой. Впрочем, их наличие тоже иногда «обыгрывают», используя, например, для монтажа внутренней легкой перегородки.

В зависимости от количества и размещения внутренних перегородок, конструкция наслонной стропильной системы может варьироваться. Некоторые примеры показаны на иллюстрации ниже:

На фрагменте «а» показан самый простой вариант, который, кстати, на небольших длинах стропил (до 5 метров) может даже не иметь показанных подкосов – достаточно ряда центральных стоек под коньковым прогоном

С увеличением ширины здания система, естественно, усложняется, и появляются дополнительные упрочняющие элементы – затяжки и подкосы (фрагмент «б»).

Фрагмент «в» наглядно демонстрирует, что внутренняя капитальная стена не обязательно должна располагаться ровно по центру, под коньком. Вполне возможен и такой вариант, как показан на иллюстрации, но с условием, что смещение лежня относительно конька не превысит одного метра.

Наконец, фрагмент «г» показывает, как может опираться система стропил в здании большого размера, но имеющим две капитальные перегородки внутри. Расстояние между такими параллельными лежнями может доходить до трети ширины здания.

Система с висячими стропилами

Графически эту схему крыши можно изобразить примерно так:

Сразу бросается в глаза, что стропила опираются только на мауэрлат в нижней части, а затем соединяются между собой на коньке. Дополнительная опора по центру отсутствует, то есть стропильные ноги как бы «висят», что предопределяет и название такой системы. Эта особенность накладывает определенные ограничения на применение висячих стропил – обычно такая схема практикуется при расстоянии между несущими стенами, на которые закреплен мауэрлат, не более 7 метров. Устанавливаемые затяжки лишь частично снимают нагрузку с внешних стен.

На иллюстрации ниже показано несколько вариантов висячей системы. Впрочем, некоторые из них уже, скорее, могут быть отнесены к комбинированным.

Фрагмент «д» — висячие стропила связаны между собой стяжкой на уровне мауэрлата либо закреплены на мощной балке перекрытия, образуя с ней треугольник. Других усиливающих деталей нет. Подобная схема допустима при расстоянии между стенами до 6 метров.

Вариант «ж» — для такого же по размерам дома (до 6 метров). Затяжка (ригель) в этом случае смещена вверх, и нередко используется для подшивки потолка чердачного помещения.

Варианты «е» и «з» рассчитаны на пролёт между стенами до 9 метров. Могут применяться несколько затяжек (или верхняя затяжка в сочетании с нижней балкой перекрытия). Другой подход – установка стоек под коньковым прогоном, по аналогии с наслонной системой. Только в качестве нижней точки опоры используется не лежень на капитальной перегородке, а стойки опираются на затяжку или балку перекрытия. Назвать такой вариант чисто «висячим» — уже сложно, так как здесь – явно комбинация деталей из обеих конструкций.

В еще большей степени такое комбинирование двух схем выражено в варианте «и», который рассчитан на большие пролёты, от 9 до 14 метров. Здесь, помимо стойки-бабки, задействованы еще и диагональные подкосы. Нередко такие фермы вообще собираются на земле, а только потом поднимаются и устанавливаются на место, связываются между собой, формируя тем самым весь каркас крыши.

Итак, при подготовке к строительству двускатной крыши необходимо изучить принципы устройства той или иной системы, оценить их преимущества и недостатки, выбрать оптимальную для своих условий и составить графическую рабочую схему. Она понадобится и при приобретении необходимого материала, и для производства самих монтажных работ. Однако, составление чертежа все же должно предваряться некоторыми расчетами.

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 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.

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: S_п.н. = К х S_расч., где S_п.н. — снеговая нагрузка полная; S_расч. — 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 60^о 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.

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

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.

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.

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

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.