Расчёт стропильной системы: методика расчёта вручную и автоматизация

Вальмовые кровли красивы и надежны. При эффектном европейском дизайне их отличают прочность, добротность и устойчивость к атмосферным воздействиям. Стропильная система вальмовой крыши — это сложный пространственный каркас со многими элементами. О том, какие существуют нюансы и что нужно учитывать при расчете, мы расскажем в этой статье.

Вальмовая крыша что это такое, отличия, плюсы и минусы

К отличительным особенностям таких крыш относят наличие четырехскатной стропильной системы с двумя треугольными скатами на противоположной стороне. Оставшиеся два ската могут быть трапециевидными или треугольными, вертикальные боковые фронтов в классическом исполнении отсутствуют. При полном занятии торцовых скатов всей площади от конька до карниза крыша называется вальмовой, при частичном – полувальмовой.

Преимущества таких конструкций проявляются в:

Устойчивости и выдержке существенных ветровых и снеговых нагрузок. Благодаря четырехскатной форме, дополнительным ребрам жесткости, отсутствию вертикальных стен и строгим требованиям технологии строительства такие конструкции лучше выдерживают воздействие сильных воздушных потоков, не задерживают снег и не деформируются под весом осадков. Как следствие, в регионах с неблагоприятными погодными условиями они служат дольше и надежней в сравнении с одно- или двускатными кровлями.

Минимальной вероятности разрушения карнизных свесов и надежной защите фасада от промокания по всему периметру при их достаточной длине.

Равномерном прогреве подкровельного пространства.

Эстетичности и оригинальном внешнем виде. Вальмовые крыши особенно уместны при строительстве малоэтажных жилых домов в европейском стиле, конструкция считается популярной и стильной.

Многообразие предлагаемых вариантов, возможности изменения визуальной высоты дома. В классическом исполнении вальмовые крыши имеют высокий наклон и прямые стропила, но применение современных кровельных материалов позволяют строить конструкции с любым углом, вплоть до минимальных 5° и сложными конфигурациями. Помимо традиционной вальмовой крыши владельцы могут установить голландскую полувальмовую (с укороченными в 1,5-2 раза противоположными скатами), датскую (с вертикальными фронтонами поверх скатов или треугольными окнами), ломаную вальмовую кровлю, но по понятным причинам расчет и возведение таких конструкций обойдутся дороже.

Недостатков у вальмовых крыш немного, но при выборе этого варианта владельцам стоит помнить о росте трат на материалы или оплату работы специалистов. Расчет и монтаж таких конструкций требуют особых навыков и знаний, ошибки приводят к перерасходу материалов и снижению устойчивости и срока службы крыши.

К эксплуатационным минусам вальмовых кровель также относят скрадывание внутреннего пространства и отсутствие возможности установки стандартных вертикальных стеклопакетов, что в свою очередь приводит к лишним тратам при обустройстве жилых мансард.

Стропильный каркас односкатной конструкции: нюансы монтажа и элементы

Схема стропильной системы для небольшой постройки достаточно проста: наклонные стропила, уложенные на мауэрлат, перекрывают расстояние между торцевыми стенами. Пролет постройки в этом случае составляет не более 4,5 м. Угол наклона ската формирует разница по высоте противоположных стен. Обеспечить ее можно двумя способами:

установить на одной из стен специальные подпорки под верхние края стропил; при ведении кладки несущих конструкций одну выполнить выше другой. При ориентации ската, низкая часть крыши направляется в сторону постоянных ветров, это обеспечит устойчивость каркаса к высокой нагрузке.

Функция стропильного каркаса — перераспределять постоянные и возникающие нагрузки на кровлю между несущими стенами. Ее составным элементами являются:

  • мауэрлат — брус в основании конструкции, связывающий ее со стенами сооружения; стропила — доска или брус, составляющие основу каркаса;
  • подкосы, стойки, лежни — элементы, усиливающие конструкцию при величине пролета от 6 до 9 м;
  • обрешетка — рейки, набитые на определенном технологией расстоянии, являются базисом для кровельного покрытия и усиливают стропильную систему.
Стропильный каркас односкатной конструкции: нюансы монтажа и элементы

Односкатная конструкция характеризуется меньшей парусностью, чем системы с большим количеством скатов, но при ее проектировании необходимо учитывать вес снежного покрова. Это особенно актуально для крыши с маленьким углом уклона в 8-10 градусов. При создании чертежей отмечается расположение и размер всех элементов стропильной системы, а также схемы монтажа узлов каркаса.

Расстояние между стропилами односкатной крыши рекомендовано в пределах 60-80 см, это позволяет обеспечить достаточную прочность под любое используемое покрытие. Наличие свесов длиной 25-40 см с каждой стороны постройки гарантирует отвод дождевой воды от ее стен, исключая их размывание.

Читайте также:  Баня из керамзитобетонных блоков

Утепление крыши пенополистиролом

Минеральная вата – это не единственно возможный материал для термомодернизации мансардного этажа. Довольно большой популярностью продолжает пользоваться пенополистирол.

Главное его преимущество перед минватой – невысокая цена. Скаты утеплять данным материалом довольно сложно, для этого нужны навыки и особая тщательность.

Плиты должны быть идеально подрезаны под размеры межстропильного пространства. У профилированных плит придется отрезать гребень. Ровными должны быть и сами стропила, добиться чего очень сложно.

Жесткий пенополистирол, даже подогнанный по размеру, со временем может сползать, поэтому при монтаже нужно предусмотреть способ надежного крепления (скобы, дюбели, клей).

Если же между стропилами и пенополистиролом останутся щели, впоследствии они станут мостиками холода, через которые теплый воздух будет уходить из помещений, поэтому их принято заполнять герметиком.

Но даже при соблюдении всех предосторожностей пенополистирол не позволяет создать герметичный теплый контур мансарды. А вот при выполнении теплоизоляции железобетонных мансардных перекрытий он станет самым практичным решением – в этом случае нет необходимости в применении сложных инженерных решений

А вот при выполнении теплоизоляции железобетонных мансардных перекрытий он станет самым практичным решением – в этом случае нет необходимости в применении сложных инженерных решений.

Конструктивные особенности

Стропильная система вальмовой кровли представляет собой 4-х скатную конструкцию из основных и усиливающих элементов. В классическом исполнении она имеет два основных ската трапециевидной формы и две торцевых вальмы в виде треугольников.

Полувальмовая крыша Существуют разновидности — полувальмовая, вальмово-фронтонная и шатровая. Их стропильные системы выстраиваются на основе базовой схемы, о которой пойдет речь дальше.

К несущему каркасу крепится обрешетка, служащая основанием для защитно-декоративного покрытия. В теплых кровлях в состав кровельного пирога вводится утеплитель, гидро- и пароизоляция.

Как правило, вальмовая крыша устанавливается на балочную «паутину». Она увеличивает жесткость конструкции и является одновременно перекрытием верхнего этажа.

Основные элементы каркаса

Чтобы провести расчет, необходимо точно определить положение каждого элемента системы и принцип его работы:

  • Мауэрлат — горизонтальный мощный брус для опирания стропил. Он расположен по всему периметру дома и внутренним несущим стенам. Передает нагрузку на опоры. Его жестко крепят с отступом от внешней плоскости стен.
  • Коньковый прогон — балка, расположенная в самой верхней точке крыши. На нее опираются стропила скатов. Придает устойчивость системе.
  • Центральные основные стропила — наклонные несущие элементы кровли, воспринимают нагрузку от веса кровли и погодных явлений. Связывают концы конька и мауэрлат на боковых стенах.
  • Центральные вальмовые стропила — соединяют коньковый прогон и мауэрлат на торцевых стенах.
  • Диагональные стропила — опираются верхним концом на конек, а нижним — на углы дома. Их еще называют угловые, накосные или ендовые. В классических крышах их 4.
  • Промежуточные стропила — расположены между центральными с одинаковым шагом.
  • Укороченные стропила, нарожники — опираются на диагональные стропильные ноги и мауэрлат. Их длина уменьшается по мере приближения к углу здания.

Усиливающие элементы

Основные составляющие несущего каркаса усиливаются жесткими связями. Они скрепляют элементы воедино, перераспределяют усилия в стропильной системе.

Это:

  • Стойки — подпирают коньковый прогон. Устанавливаются вертикально на лежень или балочную систему.
  • Ригели, затяжки — могут располагаться в нижнем поясе в виде «балочной паутины» или связывать стропила по верху. В последнем случае используются как перекрытие для чердачного помещения и подшивки потолка.
  • Укосы, раскосы — применяются при длине стропил более 4,5 м для увеличения жесткости и снижения прогибов. За счет перераспределения усилий позволяют уменьшить сечение основных несущих элементов.
  • Шпренгель — диагональная балка, расположенная в углах строения.
  • Предназначена для опирания стоек для накосных стропил.
  • Кобылки — элементы, удлиняющие стропильные ноги при их недостаточной длине. Устанавливаются для организации карнизного свеса, имеют меньшее сечение, чем стропильные ноги.
  • Ветровая доска — крепится внутри системы и служит для сопротивления деформациям от сильных порывов ветра.

Жесткий элемент из 2 стропил, ригеля, стойки и подкосов называется фермой. При монтаже такие конструкции устанавливаются на мауэрлат и скрепляются между собой прогонами.

Устройство стропильной системы

Стропильная система является основной составляющей всей конструкции кровли.

В отличие от двускатной, устройство несущей конструкции вальмового типа кровли более сложное.

Независимо от того будет здание прямоугольным или квадратным, форма скатов не изменится.

Рассматривая устройство системы стропил вальмовой кровли можно определить, что она состоит из нескольких элементов:

  1. Мауэрлат — основание для стропил, связующее звено между несущими стенами и стропильной системой.
  2. Накосные или диагональные опоры – имеют наибольшую длину и несут наибольшую нагрузку.
  3. Центральные стропила – служат для соединения конька с мауэрлатом по бокам скатов, сходятся на углах конька с 3-х сторон.
  4. Промежуточные стропила — соединяют конек и карниз.
  5. Подкосы – создают не только жесткость, но и обеспечивают конфронтацию ветровым нагрузкам со стороны фронтонов здания, располагаются под разным углом к стропильным ногам.
  6. Нарожники – наиболее короткие стропила.
  7. Шпренгели или шпренгельные фермы – усиливают несущую способность конструкции кровли. Представляют собой балку из бруса, расположенную на углу соединяющихся внешних стен.
  8. Стойки – придают ногам опор дополнительную устойчивость, устанавливаются на стыке двух стропил и коньковой балки.
  9. Угловое стропило (ребро) – расположено под меньшим углом, чем промежуточные элементы системы.
  10. Короткие стропильные ноги – закреплены на угловой опорной доске.
  11. Конек.
  12. Затяжка – выполняет функцию балки перекрытия.
  13. Ветровая балка – крепится с наклоном с ветреной стороны крыши.
  14. Прогоны – расстояние между соединением опор к коньку.

Особенности проектирования и расчёты

Стропильная система односкатной крыши представляет собой ряд уложенных параллельных деревянных наклонных балок. Сами стропила становятся основанием для обрешётки под укладку кровельного покрытия.

В основу проектирования крыши закладывают расчёты таких параметров, как:

  • угол наклона и его направление;
  • форма и конструкция стропил;
  • сечение и длина несущих балок;
  • сложность конструкции ферм;
  • теплоизоляция.

Угол наклона и его направление

Чем больше угол, тем круче уклон крыши. Минимальная его величина определяется в соответствии со СНиПом *. Пользуясь его картой и таблицей, определяют максимальную снеговую нагрузку в месте строительства бокса и основное направление ветров.

На основании этих данных находят в соответствующей таблице оптимальный угол наклона кровли. Направление наклона крыши выбирают в сторону преобладающих ветров с тем, чтобы силовой поток воздушных масс прижимал книзу крышу.

Особенности проектирования и расчёты

Кроме этого, наклон крыши должен способствовать быстрому сходу тающего снега, а также соответствовать определённому виду кровельного покрытия:

  • от 10 до 200 – профилированный настил;
  • более 200 – шифер, ондулин, натуральная черепица;
  • от 250 – металлочерепица.

Форма и конструкция стропил

Стропила, подстропильные ноги, опорные балки, лежени и подкосы изготавливают из трёх видов древесины:

  1. Цельный брус.
  2. Брёвна.
  3. Клееный брус.

Цельный брус

Стропила и подстропильные элементы изготавливают из бруса. Это самый популярный материал для монтажа кровельных систем.

Брус сечением 50 х 150 мм и более обладает большой несущей способностью, выдерживающий максимальную снеговую, ветровую нагрузку и вес покрытия из самых тяжёлых материалов.

Брёвна

В редких случаях опорную часть кровли гаража возводят из брёвен. Для этого используют стволы деревьев ø 15 – 20 см, очищенные от коры и обработанные антисептиками.

Клееный брус

Особенности проектирования и расчёты

Его получают путём склейки отдельных досок в единый монолит в заводских условиях.

Материал обладает повышенной несущей способностью, но «боится» повышенного уровня влажности. Такие стропила обойдутся дороже, чем балки из цельного бруса и брёвен.

Если высокая часть крыши располагается над воротами гаража, то стропила удлиняют свесами с кровельным покрытием с целью защиты от осадков место въезда и выезда автотранспорта из бокса.

Сечение и длина несущих балок

Стандартный размер гаражного бокса равен 3 х 6 м. Длина стропил, в случае прокладки в длинную сторону, будет примерно равна 6,2 – 6,5 м, в зависимости от длины свесов. Нередко стропила монтируют параллельно плоскости ворот бокса. Тогда балки изготавливают длиной 3,2 – 3,4 м.

При длине более 6 метров несущая балка с остальными элементами образует рамную опорную конструкцию – ферму. Что касается сечения несущих балок, то при длине пролёта до 3,5 метров (с учётом свесов) достаточно использовать цельный или клееный брус 50 х 150 мм, или брёвна ø 150 мм. При длине 6 метров и более использую брус сечением 50 х 200 мм или брёвна ø 200 мм.

Сложность конструкции ферм

Ферма отличается от простой стропильной системы тем, что внутри рамы устанавливают одну или две дополнительные распорки (подстропильные ноги). Их функция заключается в том, чтобы максимально разгрузить пролёт стропил. Такие стропильные системы называют висячими.

Различные решения конструкции ферм представлены на нижнем рисунке. На нижнем фрагменте рисунка представлена схема перекрытия кровлей пролёта гаража длиной от 12 до 16 метров. Такие гаражи строят для предприятий, содержащих свой автопарк.

Теплоизоляция

Утепление кровли имеет смысл, если бокс будет отапливаться. Для этого устанавливают котлы различной конструкции, электрообогреватели или протягивают трубы к радиаторам от домового котла. В любом случае, чтобы удержать тепло внутри гаража нужно утеплять не только пол, стены, но и потолок.

Особенности проектирования и расчёты

Наилучшим вариантом теплоизоляции односкатной крыши со стропильной системой является укладка рулонного утеплителя между балками перекрытия на подшивку из досок или листов ОСБ.

Читайте также:  Балки перекрытия — виды, особенности, устройство

Так как рулонный материал утеплителя бывает шириной 1м и 1,2 м, то шаг между балками выдерживают в этом размере по осям. Утеплитель при укладке плотно занимает своё пространство, не оставляя щелей. Теплоизоляционные маты толщиной 50 мм укладывают внахлёст, в три слоя.

Во втором варианте, когда односкатная крыша гаража представляет собой железобетонные плиты, уложенные под наклоном на стены разной высоты, утепление кровли производят следующим образом:

  • по периметру крыши устраивают борта высотой 150 – 200 мм. Это может быть продолжением кладки стен или специальные щиты из листового материала;
  • сухую поверхность плит очищают от грязи и мусора;
  • застилают плёночной пароизоляцией;
  • всё засыпают керамзитом толщиной 100 – 150 мм;
  • засыпку уплотняют подручными средствами;
  • поверх делают стяжку из цементного раствора марки не менее М 150 и толщиной 50 мм;
  • стяжку укрывают мягкой кровлей на битумной мастике.

Особенности конструкции двускатных кровель

Такая кровля состоит из двух наклонных плоскостей, расположенных под определённым углом. По торцевым стенкам устраиваются фронтоны, являющиеся вертикальным продолжением стен. По форме они представляют собой равнобедренные или произвольные треугольники, если скаты устроены под разными углами к горизонтали. В случае устройства двускатной ломаной крыши, фронтоны имеют форму трапеций.

При построении кровли создаётся стропильная система, являющаяся опорным элементом кровельного пирога. Стропильная система может быть выполнена в виде висячих стропил, если внутри коробки здания нет капитальных перегородок. При их наличии устраивается настильный каркас, когда пролёт опирается на три и более точек.

Особенности конструкции двускатных кровель

В зависимости от конфигурации здания двухскатная крыша может возводиться по разным схемам

Использование автоматических систем расчёта кровли

Расчёты стропильной системы на первый взгляд кажутся запутанными и трудными с множеством непонятных терминов. Но если вникнуть внимательно и вспомнить школьный курс математики, то все формулы вполне доступны для понимания даже человеку без профильного образования. Тем не менее многие предпочитают несложные онлайн-программы, где требуется лишь занести данные в форму и получить результат.

Видео: расчёт крыши бесплатным калькулятором

Для более глубоких расчётов имеется специальное программное обеспечение, среди которого заслуживают внимания ПО «Автокад», SCAD, 3D Max и бесплатная программа «Аркон».

Видео: расчёт мансардной кровли в программе SCAD — подбор сечений элементов

Роль стропильной конструкции — удерживать вес всех нагрузок, равномерно распределять их и передавать на стены и фундамент. Поэтому от продуманного подхода к расчёту зависит надёжность, безопасность, долголетие и привлекательность всего строения. Лишь разобравшись в деталях обустройства стропильного каркаса, можно справиться с расчётами самостоятельно или как минимум проконтролировать добросовестность своих подрядчиков и проектировщиков, чтобы по незнанию не переплачивать лишнее. Удачи вам.

Углы наклона стропил

При составлении проекта мансарды с двухскатной крышей нужно учесть угол наклона боковых элементов. Конечно, все зависит от конкретного дома и значение может быть любым. Например, при проведении расчетов угла наклона боковых стропил ломаной крыши нужно принимать минимальное его значение в 60 градусов. При расчете следует опираться на следующие способы:

  • Наиболее простым и надежным является геометрический. При проведении расчетов достаточно использовать теорему Пифагора.
  • Можно использовать справочники для определения угла наклона.
  • Методика, основанная на геометрических построениях. При этом строится план в масштабе, затем вычисляются все нужные параметры.
  • Можно использовать строительные калькуляторы, которые предлагают фирмы, занимающиеся монтажом кровли.
  • Если решите ставить ломаную кровлю, то необходимо придерживаться угла наклона коньковых стропил в 30 градусов. Это наиболее оптимальное значение. При изготовлении мансарды с двухскатной крышей своими руками это значение не учитывается. О параметрах двускатной конструкции мы поговорим далее.

    Вальмовая крыша для беседки своими руками

    Беседка с вальмовой крышей создаёт единое архитектурное пространство на участке застройки. Для сооружения необходимо подвести каркас по типу мауэрлата и далее выполнить следующие действия.

    Все деревянные детали беседки необходимо обработать антисептическими и антипиреновыми составами и придать им соответствующий цветовой оттенок.

    Вальмовая крыша для беседки своими руками

    Мы рассказали о конструкции и расчётах вальмовых крыш, о стропильной системе и пошаговом порядке монтажа её элементов. Коснулись вентиляции, утепления и структуры кровельного пирога. Самостоятельный монтаж вальмовой кровли позволит вам сэкономить деньги и быть полностью убеждённым в качестве выполненных работ. Надеемся, что материалы этой статьи помогут вам в строительстве крыши для уютного дома.