Арочные стропила. Технология производства и монтажа арочных стропил.

Стропила или стропильные ноги являются одним из основных элементов крыши дома. От их правильности изготовления и установки зависит прочность, надежность и долговечность крыши любого вида. В тоже время, при желании, стропила для крыши вполне можно изготовить и установить своими руками.  Надеемся, что информация, изложенная в этой статье, будет полезна всем, кто хочет выполнить эту работу самостоятельно.

Что такое арочные стропила

Кровельное обычное стропило – это ровный деревянный брус с сечением 120х40 мм или 150х50 мм. При создании стропильной системы для скатной кровли, все брусья располагаются под одинаковым углом наклона и находятся в единой плоскости.

Арочное стропило – это такой же несущий элемент, как и обычное прямое стропило, только имеющее форму дуги. В отличие от прямых стропил, арочные балки по материалу изготовления различают на деревянные, металлические и железобетонные. По способу изготовления арочные стропила условно делятся на цельные, сборные и клееные, производство которых возможно только из древесины.

Конструкция стропильной системы двухскатной крыши

Стропильная система состоит из нескольких деталей, каждая из которых играет важную роль.

Кроме того, стропильная система двухскатной крыши может иметь дополнительные элементы, необходимые для укрепления конструкции:

  • подкосы – брусья, расположенные под углом между стропилами и затяжкой;
  • бабки – балки, установленные вертикально по центру стропильной системы (необходимы для крыш, ширина которых в пределах 6,0 – 7,5 м);
  • ригель – устанавливаемая параллельно затяжке балка, стягивающая стропильные ноги (применяется для кровель шириной до 6 м).

Виды мансардных окон

Согласно рекомендациям СНиПа, площадь мансардных окон не должна быть меньше 10 процентов от площади пола, поэтому в каждом помещении, образованном в результате разделения мансарды, должно быть окно.

Устройство мансардных окон в крыше

На изображении выше представлены разновидности окон для установки на мансарде, при этом наиболее простой разновидностью считается наклонная установка окна. Несмотря на простоту, подобный вариант связан с некоторыми проблемами гидроизоляции стыков. Кроме этого, придется устанавливать окно с усиленной рамой и армированным остеклением из-за повышенных нагрузок на конструкцию окна.

Подобная установка имеет ряд достоинств:

  • Пропускает больше света, поскольку отсутствуют резкие границы света и теней.
  • Не усложняется поверхность крыши, так как она остается ровной.
  • Установка окна требует меньше времени.

Чем меньше угол наклона крыши, тем потребуется большее окно по площади. На изображении ниже указано, как следует расположить окно, в зависимости от угла наклона.

Чем круче наклон относительно пола, тем меньше должна быть высота окна

При монтаже окна следует брать во внимание расстояние между стропилами. Окно должно быть уже на 5 см, по сравнению с расстоянием между стропилами. Это необходимо для того, чтобы не нарушать целостность всей конструкции. В противном случае придется дополнительно усиливать элементы крыши, что не всегда оптимально.

Вместо одного большого окна лучше установить два небольших. Кроме того, что проблем значительно уменьшится, два небольших окна смотрится ничуть не хуже, чем одно большое. Не следует также забывать о нагрузках, которые больше действуют на одно большое окно.

Два окна рядом смотрятся ничуть не хуже, чем одно широкое

Установка окон-дормер связана с появлением ендов, как сверху, так и с боков. Как правило, подобная конструкция становится более сложной в любом случае. Кроме этого, имеются некоторые сложности при укладке кровельного материала, так как подобные места являются вероятными участками протечек влаги. На таких участках приходится укладывать кровельный материал особенно тщательно. В регионах, где выпадает много осадков в виде снега, такие окна подвержены особенно высоким нагрузкам при сходе снега. Решить данную проблему помогают снегозадержатели, которые монтируются над такими окнами. Достоинство подобных окон заключается в том, что возле него допустимо стоять в полный рост. На самом деле, такие окна пропускают меньше света, при этом рельеф крыши становится сложнее, с рядом некоторых проблем.

Устройство вертикального окна-дормера в мансардной крыше

Утопленные окна также используются, но в основном тогда, когда необходимо организовать выход на балкон. Утопленное окно – это не лучший вариант, поскольку света оно пропускает мало, а тени становятся достаточно глубокими. Это не совсем комфортно для глаз человека. Кроме этого, усложняется геометрия крыши, хотя не настолько, как в случае с выступающими окнами.

Если организовать окна в торцевых частях мансарды, то это существенно упростит данную проблему. В таком случае можно вполне обойтись без усиления рамы и стекол, поэтому подойдут самые обычные качественные стекла. Вариант малозатратный и легко реализуемый своими руками, поэтому именно такие окна чаще всего устанавливают хозяева на мансардах.

Нагрузки, действующие на крышу и формулы их расчета

Сбор нагрузок на кровлю представляет собой процесс, в котором для получения условий задачи, необходим ряд исходных данных. Они рассчитываются экспериментально или берутся из статистики.

За основу берутся такие виды нагрузок:

  • Снеговые. Получаются из приложений к картам. Информация в таблицы вносится по усредненным результатам многолетних наблюдений. Для крыш с наклоном до 25º нагрузка составляет в пределах 80-560 кг/м² для снеговых районов I-VIII категорий с шагом 80. При крутизне скатов 30-55º вводится понижающий коэффициент 0,5-0,7.
  • Ветровые. Эти данные также получают по справочным таблицам, заполненным по статистической информации. Расчет проводится в кгс/м² по климатическим зонам и типам местности. Нагрузка составляет 17-85 кгс/м² для местности типов I-VIII. Оказывает влияние на результат и высота здания. Чем больше оно возвышается над землей, тем больше коэффициент, который составляет 0,75-1,25 для домов 5-15 м.
  • Вес кровли является одним из определяющих факторов и определяется в весе одного квадратного метра покрытия с учетом технологических накладок и швов. Удельный вес, а равно и давление материала составляет в кг/м²: мягкая черепица — 12, профнастил — 5, керамическая черепица — 50, шифер — 13, битум — 6, сланец — 45, фальц — 6. Общий вес определяется путем умножения удельного веса на общую площадь.
  • Вес чернового настила и обрешётки. Основание для кровли особо не влияет на прочность каркаса и делается максимально легким, чтобы снизить расходы на материал и вес каркаса. В среднем вес обрешетки составляет 15-25 кг/м². Данный показатель определяется углом крыши и видом конструкции. В случае с решетчатой схемой он минимальный, а при сплошной основе — максимальный.
  • Вес утеплителя. Наиболее распространенные сегодня пенопласт и пенополиуретан настолько легки, что принимаются в расчет, когда проектируются сложные конструкции для эксплуатации в сложных условиях, где имеет значение буквально каждый килограмм. Утепление весит в среднем 10-20 кг/м². Самым тяжелым, но и эффективным является базальтовая вата.
  • Вес стропильной системы. Альтернативы древесине не существует, поэтому для сборки каркаса используется легкий и прочный брус из сосны и ели. Применение ценных пород древесины оправдывается только в условиях влажного климата, особенно в приморских районах страны. В зависимости от выбранного материала вес стропильной системы рассчитывается по нормативу 10-20 кг/м².
  • Вес проводящих ремонт рабочих. Учитывая специфику монтажа или ремонта кровельного покрытия, одновременно на крыше может находиться не более четырех человек с каждого ската. При этом давление оказывается не только на всю поверхность, но и точечно — по отдельности на каждую опорную деталь. Поэтому нагрузка от строителей считается максимальной и рассчитывается в пределах 80-120 кг/м² в зависимости от комплекции ремонтника.
  • Несущая способность материала зависит от таких факторов, как вид и сорт древесины, ее сечение (высота и ширина бруса), степень просушки и обработки специальными жидкостями.
Читайте также:  Как установить вытяжку над газовой плитой: описываем в общих чертах

Чтобы посчитать потребность материала и составить грамотный чертеж стропильной системы, нужно найти достоверные данные, обобщить их, а затем свести в единую формулу. При этом в проекте имеет значение каждый нюанс — угол кровли, частота установки, длина и толщина стропил.

Варианты решения задачи

Казалось бы, самый простой вариант решения – найти в интернете программу для расчета, заложить в нее данные, попить чайку, получить готовый расчет и радостно побежать покупать необходимые пиломатериалы.

Вариант, безусловно,  хорош. Но программа не учитывает особенностей  конкретной крыши:

— формы (крыша может быть, например вальмовой);

— необходимости  устройства  дополнительной обрешетки (например, для монтажа ендовы);

— необходимости оформления мест прохождения труб через кровлю.

В связи с  этим  наиболее рациональным вариантом  остается самостоятельный расчет.

Итак.

Крепление элементов

Для стропильной системы, выполненной из древесины, лучше всего применять хвойные породы. Сосна считается наиболее оптимальным вариантом, так как она отличается невероятной прочностью и выносливостью. Соединение элементов стропильной системы, выполненной из хвойной древесины, осуществляется несколькими способами:Зубом (одинарным или двойным).Объединением стропил в концы или болтами.

Скобами.

Скользящими опорами.

С помощью кобылки.

Примыканием к мауэрлату.

Обратите внимание на то, что соединение с затяжкой должно оснащаться зубом или шипом, иначе может произойти скольжение стропильной ноги. Кроме того, при строительстве крыши над домом из деревянного сруба, мауэрлатом служит верхний венец, к которому и крепятся фермы.

Во время строительства конструкции придается дополнительная прочность с помощью перемычек. Чтобы стропильная система лучше переносила нагрузки ветра и осадков, фермы прикрепляются к стенам основания. Выпуск стропильных ног, как правило, составляет около полуметра. Если выполняется крыша сложной конструкции, установка стропил крыши требует дополнительных опор, которые не позволят стропильным ногам прогнуться. После завершения работы по креплению, на стропильной системе располагается обрешетка, которую набивают перпендикулярно направлению стропильных надежностью отличается сосновая стропильная система, для фиксации которой используются множество способов от создания специальных зубов и шипов до скрепления с помощью хомутов и кобылок.

Подготовка инструментов и материалов

Чтобы сделать самостоятельный монтаж двухскатной крыши, нужно подготовить такие инструменты, как:

  • молоток;
  • строительная рулетка;
  • угольник;
  • гвоздодер;
  • топор;
  • пила и ножовка по дереву;
  • металлическая линейка;
  • отвес и уровень;
  • электродрель;
  • рубанок;
  • лобзик.

Основной расходный материал при строительстве крыши — это брус или доска. Главные элементы конструкции — это:

  • стропила или стропильные ноги;
  • мауэрлат;
  • прогоны;
  • стойки;
  • короб для карниза;
  • кобылки и раскосы (подкосы).

Для скрепления деталей используются:

  • гвозди;
  • анкера;
  • скобы;
  • саморезы;
  • уголок металлический;
  • пластины из нержавеющей стали.

Порядок работ определяется габаритами крыши и выбранным типом стропил.

Установка стропил своими руками

После изготовления стропил для крыши своими руками можно приступать к их установке. В зависимости от вида крыши (односкатная, двускатная, вальмовая или др.) и вида стропил (наслонные или висячие) способы установки могут несколько отличаться и они рассмотрены в соответствующих статьях этой категории. Отметим только основные принципы, общие для установки всех видов:

  • -стропила должны быть установлены перпендикулярно (под прямым углом) к боковым несущим стенам или мауэрлату;
  • -их плоскость должна быть строго вертикальной, при установке это обязательно необходимо контролировать с помощью отвеса или длинного строительного уровня;
  • -стойки, поддерживающие коньковый прогон должны быть установлены строго вертикально и в одной плоскости;
  • -мауэрлаты,  коньковый или дополнительные прогоны должны быть установлены строго горизонтально;
  • -в процессе установки стропил или стропильных ферм их положение необходимо фиксировать постоянными или временными укосинами. Последние впоследствии можно удалить.
Читайте также:  Влияние влажности воздуха на производство

Как самостоятельно установить стропила для двускатной крыши

Как пример можем рассмотреть установку висячих стропил простой двускатной крыши без дополнительных опорных стоек или подкосов с креплением к мауэрлату.

Для того, чтобы удобно было устанавливать стропила двускатной крыши по балкам перекрытия устраиваем сплошной накат из досок.

Стропильные фермы можно изготовить по шаблону внизу и подавать готовыми или же подавать отдельные элементы и сбивать их (тоже по шаблону) наверху.

Первой устанавливается крайняя стропильная ферма, выставляется строго вертикально по отвесу и крепится к мауэрлату с помощью гвоздей и скоб. После этого положение стропил надежно фиксируется с помощью постоянных укосин (раскосов). Аналогично устанавливается стропильная ферма на другом краю здания.

Между верхними точками крайних ферм натягивается шнур, который будет ориентиром  при установке внутренних (промежуточных) стропильных ферм крыши.

Последующие фермы устанавливаются с выбранным шагом, который должен быть кратным длине крыши (все расстояния между ними должны быть одинаковыми). Все промежуточные стропила фиксируются надежными временными  раскосами (укосинами), которые будут убраны после устройства обрешетки.

Рис.6 Установка крайней стропильной фермы: 1 — стропильная ферма; 2 — затяжка (накладка); 3 — мауэрлат или верхняя обвязка; 4 — укосина; 5 — коньковый шнур между крайними фермами; 6 — отвес; 7 — крепление дополнительной затяжки; 8 — крепление стропильной ноги к мауэрлату или верхней обвязке (гвоздь);

После установки всех ферм устраивается обрешетка, начиная от карниза к коньку с шагом, соответствующем виду кровли.  При использовании гидроизоляции, её крепят непосредственно к стропильным ногам, с небольшим провисом, поперек стропил и с нахлесткой. Поверх гидроизоляции, вдоль стропил прибивают бруски контробрешетки, по которым устраивается уже сама обрешетка.

Стропила для крыши своими руками видео

Ниже Вы можете просмотреть видеоролик об изготовлении и установке наслонных стропил двухскатной крыши.

//

Как сделать односкатную крышу своими руками

Как построить двухскатную крышу своими руками

< Предыдущая Следующая >

Изготовление стропил

После того как сделана схема строительной системы, стали известны все их размеры и количество, можно приступить к изготовлению стропил своими руками. Для стропильных балок выбирается материал с минимальным количеством сучков, без трещин, гнили и всех тех повреждений, которые могут понизить прочность балки.

В большинстве случаев для того, чтобы изготовить стропила своими руками, удобней сделать заготовки еще на земле, с помощью шаблона. Зная все размеры, сделать такой шаблон несложно. Он представляет собой точную горизонтальную копию той фермы, какую должны образовывать стропила в вертикальном положении. Такой метод облегчает подгонку всех сопряжений. Если приходится наращивать стропила на небольшую длину (до 1 м), нужно расположить это сочленение в верхней части стропильной балки, так как она испытывает значительно меньшие нагрузки, чем нижняя.

Нижняя часть стропильной балки может опираться на мауэрлат, а может свешиваться со стены. Конструкции разнообразны. Если вы впервые делаете стропила своими руками, то лучше перед их изготовлением обратиться к специальной литературе, чтобы понять в деталях особенности того крепления стропил, какое подходит именно к вашему случаю (с зубом, с хомутом, с фиксацией болтами и пр.).

Верхние концы стропил крепятся друг с другом более унифицированными способами. Это либо заруб в полдерева, либо фиксация сопряжения крепежной пластиной, деревянной или металлической. Все они впоследствии окончательно крепятся друг к другу с помощью метизов, т.е. гвоздей, саморезов или болтов.

При двухскатной конструкции все стропила для крыши можно изготовить по одному шаблону. Для вальмовой крыши по нему изготавливается столько стропил, сколько будет установлено, аналогично двухскатной крыше.

Предварительные расчеты

Стропильная система крыши

Рассчитываем оптимальную длину стропил. Стандартная длина изделий фабричного изготовления составляет 450 или 600 см. При необходимости длину стропил можно изменять.

Для определения оптимального сечения бруса нужно знать следующее:

  • длину стропил;
  • шаг монтажа элементов;
  • расчетные показатели будущих нагрузок.

Необходимая информация приведена в следующей таблице.

Таблица 1. Выбор шага установки стропил в зависимости от их длины и сечения

Длина стропил, м Расстояние между стропилами, см Размер сечения бруса стропил, см
До 3 120 8х10
До 3 180 9х10
До 4 100 8х16
До 4 140 8х18
До 4 180 9х18
До 6 100 8х20
До 6 140 10х20

Остальные элементы кровельной системы должны иметь такие сечения:

  • мауэрлат – 10х10 либо 15х15 см. Также допускается монтаж мауэрлата из бруса сечением 10х15 см;
  • диагональные стропильные ноги и ендовы – 10х20 см;
  • затяжки – 5х15 см;
  • прогоны – 10х10, 10х20 см;
  • подкосы – 10х10 или 15х15 см;
  • подшивочные доски – 2,5х10 см;
  • ригели – 10х15 или 10х20 см. Расчет нагрузки на стропила

Зная длину и сечение стропил, а также шаг их монтажа, вы с легкостью рассчитаете нужное количество элементов, ориентируясь на длину стены строения.

Расчет стропильной системы

Дополнительно должен быть выполнен расчет стропил на прогиб. То есть нужно узнать, насколько стропила смогут прогнуться, пока не сломаются. К примеру, при конструировании мансардной кровельной конструкции расчет фермы надо сделать так, чтобы прогиб составлял не более 1/250 от протяженности участка, который подвергается давлению.

Читайте также:  Как устроить приточную вентиляцию своими руками? Подробная инструкция

Расчет стропильной системы

Исходя из вышесказанного, если длина стропил равна 500 см, максимально допустимое значение прогиба составит 0,2 см. Показатель кажется несущественным, но в случае его превышения прогиб кровли будет зрительно заметен, да и на надежности конструкции это отразится не лучшим образом.

Стропила односкатной крыши

По возможности, проектируя дом, желательно сделать так, чтобы длина стропил не превышала 6 метров

Для определения длины стропила воспользуйтесь теоремой Пифагора

Расчет сечения стропил зависит от материала кровли

Монтаж двускатной крыши

Лучше будет, если проект кровли включит в себя и подробный план работ: расположение на стене несущего устройства – мауэрлата, порядок установки стропильной системы, монтаж обрешетки, порядок укладки пирога кровли.

Крепление мауэрлата

Несущие брусья из сосны, лиственницы иди дуба чаще всего имеют стандартную длину – 6 м. Для большинства построек их нужно соединять между собой.

Наиболее надежный способ – с запилом бруса (выборки древесины) и присоединением концов друг к другу внахлест. Половинки крепятся с помощью шайб и болтов М14, М12 и таким же способом соединяются по углам.

К стене крепится несколькими способами или их комбинацией:

Устройство висячих стропил

Стропильная конструкция такого типа нужна, когда в помещении под крышей не должно быть перегородок. Стропила не имеют поддержки в центре и опираются друг на друга или коньковую балку – висят.

В качестве креплений используются пластины из металла, анкеры, гвозди или прорезные шипы. Основная нагрузка передается на распорки у основания и затяжку, высота расположения которой зависит от величины сдерживаемого усилия.

Балки, горизонтально расположенные между стропилами, осуществляют усиление и стягивание стропильных ног. Возле конька крыши устанавливают дополнительные элементы из прочного бруса – ригели. Они выполняют функцию компенсации растягивающих воздействий.

Равномерно распределить нагрузку на стены и фундамент здания помогает мауэрлат.

Чтобы поддержать длинные затяжки, в конструкцию встраивают элементы, называемые бабками. Они располагаются под самым коньком кровли.

Большие пролеты нуждаются в дополнительных подкосах и стойках, поддерживающих стропила. Конструкции собирают в арки разных форм.

Варианты крепления висячих стропил к мауэрлату

Стропильные ноги крепятся к мауэрлату рядом способов:

  1. Врубка стропил в несущий брус по заранее подготовленному шаблону.
  2. Если наклон ската больше 35°, можно использовать «двойной зуб». В месте расположения на балке крайнего упора вырезается шип. На самой балке устанавливается 2 упора, а в стропильной ноге делается отверстие.
  3. Крепление с помощью хомутов и болтов. На балке делают выемку, в которую ставится срезанная по торцу стропилина.

Независимо от способа, лучше придерживаться следующих рекомендаций:

  • глубина, на которую допустимо зарубать стропила, не должна превышать 1/3 ширины;
  • для надежного соединения в каждом узле лучше применять 2 способа крепежа;
  • не всегда допустимо использовать шаблонные варианты, бывает, что требуется подогнать отдельно каждую ногу.

Устройство наслонных стропил

Если в постройке имеются промежуточные опоры и внутренние несущие стены, то для того, чтобы сделать крышу, применяют наслонную стропильную систему. Она отличается от висячей тем, что содержит опорные стойки под коньковым брусом и стропилами (подстропильные элементы).

Конструкции могут быть как симметричными, так и несимметричными. Кроме того, существуют:

  • безраспорные системы, в которых распирающее горизонтальные усилия не передается на стены, а стропильная нога работает только на изгиб;
  • распорные системы – они содержат распор, передающий нагрузку на стены при прежних напряжениях изгиба и сжатия.

Возможно использование гибридных конструкций, объединяющих наслонные и висячие.

Монтаж обрешетки

Обрешетка бывает разреженной и сплошной, одно- и двухслойной. Выбор зависит от материала кровли.

Для изготовления сплошной обрешетки используют:

  • ДВП;
  • ДСП;
  • ОСП;
  • фанеру повышенной влагостойкости.

Разреженную делают из доски или бруса, металла.

Элементы крепятся к стропильным ногам с помощью гвоздей и саморезов. Шаг обрешетки зависит от материала покрытия и толщины доски. Для 20 мм он составляет 30 см, для 30 мм – 120 см.

Как устроены висячие стропила

Если вы выбрали висячую систему, это накладывает свои ограничения при монтаже. В особенности, фермы следует собирать на земле. Только после сборки ферму можно поместить на своё законное место – над перекрытием. Технология монтажа предполагает составление чертежа. Составив чертёж, можно точно определить длину стропильных ног, а также высчитать угол их соединения между собой.

Существует простое правило, с помощью которого можно быстро узнать нужный угол соединения стропил. Умножьте угол наклона крыши на 2, и вы получите искомое значение. Оптимальным углом наклона крыши считается значение от 35 до 40 градусов. Чтобы противостоять сильным ветрам, угол наклона рекомендуется уменьшить до 20 или даже до 15 градусов.

Чтобы определить длину стропильных ног, понадобится узнать расстояние прогона, а также угол соединения. Вероятнее всего, что длина стропильных ног будет находиться в пределе от 0,5 до 0,6 м. Способы скрепления верхних концов стропил:

  • внахлёст;
  • встык;
  • в лапу (вырезая пазы).

Чтобы прочно зафиксировать элементы, можно применять болты, а также стальные накладки. После монтажа верхних, а также нижних затяжек, готовую ферму можно установить над перекрытием.

Сперва нужно закрепить крайние фермы. Для обозначения и контроля вертикали рекомендуется использовать отвес. К мауэрлату фермы крепятся с помощью болтов. Также для этих целей можно применять металлические накладки. А для временной фиксации конструкции, можно использовать косой брус. Между стропилами нужно соблюдать точно одинаковое расстояние. Остальные стропила устанавливаются в порядке очереди, но после крайних. Только после того, когда все фермы будут надёжно закреплены, можно прибить доску по верхнему краю ската.

Длина доски должна быть на 20-30 см больше, чем габарит карниза. Для этих целей подойдёт доска с сечением 5*15 см. Аналогичную процедуру нужно повторить и для другой стороны крыши.