Конструкция стропил мансардной крыши. Расчет, крепление и установка стропильной системы мансардной крыши. Возведение конструкции и укладка «пирога»

Выбирая ту или иную форму крыши для будущего дома, владелец фактически определяет тип её стропильной системы. От правильного выбора, грамотного расчёта и монтажа зависит эффективное функционирование всей кровельной конструкции, а в итоге - долголетие дома и комфорт его обитателей.

Понятие мансардной крыши

Дома с мансардной крышей (мансардой) отличаются от других видов жилых построек, хотя нередко их путают с двухэтажными или чердачными зданиями.

Мансардные крыши по своей конструкции сильно отличаются от обычных

Мансарда, как и полноценный этаж, является жилой надстройкой. Она внесена в техпаспорт дома и имеет подведённые коммуникации - отопление, водопровод, освещение. Главное отличие заключено в конструктивных особенностях строения:

этаж - ярус с одинаковыми по всему периметру стенами, на которые опираются стропила;
мансарда - подкровельное пространство, высота которого варьируется под скатами.

Таким образом, мансардная крыша является стенами верхнего этажа и одновременно кровлей дома, что хорошо просматривается в экстерьере здания.

Дом с мансардной крышей смотрится интересно и стильно, а полноценный многоэтажный частный дом - респектабельно и больше напоминает городские объекты

Высота мансарды регламентируется нормативами - не менее 1,5 м - что отличает её от чердачной крыши. Реально высоту мансардного помещения выбирает застройщик, учитывая:

прочность фундамента и стен;
ветровые и снеговые нагрузки на кровлю;
предназначение мансарды;
архитектурную стилистику дома;
комфортность пребывания в мансардном помещении.

Все эти нюансы оговариваются на этапе проектирования дома и, согласно результату, подбирается стропильная система крыши.

Видео: стропильные системы, от чего зависит цена и сложность изготовления

Разновидности стропильных систем для мансардной крыши

Мансардные крыши на сегодняшний день представлены в разных форматах и соответственно имеют различную конструкцию стропильной системы.

Современные строительные технологии позволяют обустроить мансарду под любой крышей, но нужно понимать, что эффективность использования подкровельного пространства у них будет разной

Различают следующие виды мансардных кровельных систем:

Односкатные мансардные крыши - простые конструкции, которые чаще всего возводят на небольших домах, поскольку обустройство большого ската потребует усиления стропильного каркаса и увеличения затрат на кровельные материалы.
Мансарду в доме с односкатной крышей нужно планировать заранее, чтобы на этапе строительства поднять нижнюю точку ската как минимум на 1 м выше перекрытия
Двускатные - самые популярные среди всех видов, так как экономичны и просты в монтаже. Несущий каркас состоит их прямых параллельных стропил, соединяющих стены и коньковый прогон. Однако их уклон ограничивает полезную площадь мансарды, из-за чего в ряде случаев затруднено её использование. Хотя в последнее время дизайнеры используют асимметрию двускатных крыш, что частично решает проблему.
Крыши, состоящие из двух скатов с треугольными фронтонами - самый востребованный вариант для всех типов зданий как с мансардами, так и без них
Ломаные крыши - разновидность двускатных систем с разными уклонами скатов, благодаря чему можно создать под крышей просторную и комфортную зону. Основу составляют разбитые на несколько частей стропила, которые при соединении формируют вогнутую либо выпуклую ломаную линию, что используется дизайнерами для стилизации экстерьера. Ломаные мансарды имеют наибольшую высоту, а помещения без наклонных стен ничем не отличаются от привычных комнат.
Ломаная конструкция наиболее эффективна и проста, именно такие по форме крыши изначально назывались мансардами
Вальмовые, полувальмовые и сводчатые - своеобразные мансардные крыши с большим числом скатных изломов, что позволяет сформировать просторные комнаты с приемлемо высокими потолками. Такие конструкции смотрятся необычно и весьма привлекательно, однако имеют сложную стропильную систему, возведение которой потребует опыта, знаний и больших финансовых затрат.
Мансардная вальмовая крыша сложной конфигурации требует точных расчётов всех нагрузок на фундамент и стены здания
Шатровые мансарды - имеют 4 и более одинаковых скатов и подходят для домов квадратной формы. Под такими конструкциями легко обустроить жилую комнату, у которой самая большая высота будет приходиться на середину, а краевое пространство из-за низких потолков будет ограничено в использовании.
Шатровые мансардные крыши придают зданиям необычайную привлекательность
Многощипцовые и комбинированные конструкции - обычно такие крыши возводят на домах со сложной архитектурой. Они имеют несколько фронтонов, удивительно красивы, хорошо отводят осадки и отличаются великолепной стойкостью к механическим нагрузкам. Многощипцовая стропильная система весьма своеобразна. Она может изготавливаться как из висячих, так и наслонных стропил (если существует капитальная внутренняя перегородка). Вдобавок состоит из нескольких отделов, благодаря чему дом выглядит необычно и презентабельно. В большинстве случаев под такими кровлями обустраивают несколько мансардных комнат, где размер каждой зависит от конкретного стропильного отдела.
Сложные многощипцовые крыши напоминают цветок в технике оригами, поэтому архитекторы так любят использовать эти конструкции, хотя в изготовлении и обслуживании они намного сложнее других видов

Основная трудность при выборе мансарды заключается в разнообразии её геометрических форм и возможностей размещения.

Ломаные и треугольные, занимающие всю площадь дома либо только часть, выходящие на обе стороны или же на одну, симметричные и асимметричные мансарды различаются расположением относительно внешних стен здания, что напрямую влияет на сложность стропильной системы, её изготовление и монтаж. Они могут быть коридорного типа, секционного или смешанного, находиться как внутри, так и за пределами стен с небольшим выносом нижнего перекрытия либо значительным, требующим формирования дополнительных опор в виде стен, подвесок, колонн.

Любая мансарда смотрится эстетично и придаёт зданию завершённость

Как бы там ни было, создание мансард сводятся к трём видам:

Видео: ломаная стропильная система для мансардной крыши

https://youtube.com/watch?v=nENtDpL0m5E

Особенности мансардной стропильной системы

Несущий каркас является основой, от которой зависит надёжность мансардной крыши. В его состав входят:

Прочность стропильного каркаса зависит от правильно выбранной конструкции, качественных материалов, точно рассчитанных технических параметров и надёжности соединения кровельных узлов с помощью шурупов, сварки, болтов и метода «шип-паз». Для создания несущей системы используют висячие, наслонные или смешанные стропила, что определённым образом влияет на вместимость мансарды:

Висячие стропила. Опираются на наружные стены и стыкуются между собой на коньковом прогоне. Стропила такой конструкции не нуждаются в мауэрлате - для горизонтального выравнивания стен достаточно проложить доску поверх рубероида. Это обеспечивает существенную экономию на пиломатериалах. К тому же отпадает необходимость в обустройстве промежуточных опор при ширине пролёта до 6 м, что позволяет получить свободное студийное пространство. Распорную нагрузку нейтрализуют затяжками, проложенными у самого основания или выше (приподнятые). Поднятие затяжки должно соответствовать строительным нормам, так как от этого зависит прочность конструкции. При бóльших пролётах усиливают каркас бабками, ригелями и подкосами.
Если в здании нет капитальных внутренних стен, то применяют висячие стропильные системы
Наслонные стропила. Это более надёжная конструкция, используемая в основном для большепролётных построек. Стропила опираются на коньковый прогон (вверху), боковые прогоны, а также на стены. Усиливаются затяжками и подкосами. Но при такой конструкции стропильной основы помещение мансарды ограничено размерами и расположением стоек - по центру, симметрично по краям или со сдвигом в одну сторону. Хотя именно стойки дают возможность при желании стильно зонировать помещение.
Наслонная конструкция более выгодная и не такая тяжёлая, как с висячими стропилами, оттого на её обустройство требуется меньше материалов
Смешанные стропила. Как правило, их применяют в ломаных конструкциях. Нижняя часть монтируется по схеме наслонных стропил и венчается треугольником из висячих стропильных ног, где затяжка одновременно служит балкой перекрытия мансарды.
Смешанная конструкция стропильного каркаса преимущественно используется при возведении ломаных мансардных кровель

Отличиями мансардной стропильной системы являются:

Вмешательство в конструкцию несущего каркаса и любые изменения в угоду личным предпочтениям и дизайнерской фантазии требуют досконального расчёта.

Расчёт несущей конструкции для мансардной крыши

Видео: проектирование стропильного каркаса в SolidWorks и ArchiCad

Мы же рассмотрим, как рассчитать стропильную систему самостоятельно, что позволит любому застройщику, имея элементарные понятия процесса вычислений, проконтролировать проектирование и ход строительства. Расчёт будем делать по упрощённой методике, чтобы не касаться аэродинамики и сопромата.

Рисуем на бумаге эскиз дома и отображаем на нём необходимые для расчёта параметры:

Дом строится в Казани (частный сектор в пределах города). Все исходные данные нами взяты произвольно, чтобы показать порядок расчёта на примере.

переменными - ветровые, снежные и оказываемые во время обслуживания кровли;
постоянными - вес кровельной начинки (пирога) и планируемого для установки оборудования;
фатальными - землетрясения, наводнения и т. д., которые бывают редко, поэтому рассчитывать их нет смысла, достаточно к общим нагрузкам добавить 5–10%.

Проводим расчёт, руководствуясь сборником правил под номером 17.13330.2011 и 20.13330.2011 с вложенными в него региональными картами распределения нагрузок, а также нормативами 2.01.07–85.

Ветровая нагрузка

Давление ветра рассчитываем по карте, соответствующим таблицам, а также по формуле W m = W o х k x c, где:

Таблица: показатель k по СНиП 2.01.07–85 для различных типов местности

Высота здания Z, м	Коэффициент k для видов местности
Высота здания Z, м	А	В	С
≤ 5	0,75	0,5	0,4
10	1,0	0,65	0,4
20	1,25	0,85	0,55
40	1,5	1,1	0,8
60	1,7	1,3	1,0
80	1,85	1,45	1,15
100	2,0	1,6	1,25
150	2,25	1,9	1,55
200	2,45	2,1	1,8
250	2,65	2,3	2,0
300	2,75	2,5	2,2
350	2,75	2,75	2,35
≥480	2,75	2,75	2,75
Примечание: «А» - открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, а также пустыни, степи, лесостепи, тундра; «В» - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м; «С» - городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

Так как сила ветра порой достигает внушительной величины, то при возведении крыши, особенно мансардной, нужно должное внимание уделить надёжному креплению стропил к основанию.

Подставляем данные в формулу W m = W o х k x c, учитывая, что Казань относится к I региону (по карте), высота постройки 6514 мм, строительство ведётся в пределах города, но в частном секторе без наличия вблизи высотных построек. Итак, 24 х 0,65 х 0,8 (если уклон скатов ≥ 30°, значит, ветер давит на крышу, тогда согласно нормативам 2.01.07–85 п. 6.6 в расчёт берётся наибольший аэродинамический показатель) ≈ 13 кг/м².

На крышах частных построек антенно-мачтового оборудования немного, а современные укрывные материалы отличаются высокой термо- и морозостойкостью, в силу чего климатические и гололёдные нагрузки для них, как правило, не рассчитывают.

Снеговая нагрузка

На карте распределения снежных нагрузок отыскиваем значение для Казани (240 кг/м²) и подставляем его в формулу расчёта S = µ х S g , где:

Здесь имеется маленький нюанс - если замерить уклон скатов невозможно (например, дом строится с нуля, и несущего каркаса пока нет), то значения углов следует определять по таблице, исходя из ширины пролёта (L) и планируемой высоты здания от перекрытия до конька (Н).

Согласно основам тригонометрии тангенс угла наклона (tg α) рассчитывается как отношение высоты к половине длины пролёта или к полной длине для односкатной крыши

Таблица: соотношение размеров дома и уклона скатов

Определение покатости крыши
Значение Н:½ L (tg α)	Угол α°
0,27	15
0,36	20
0,47	25
0,58	30
0,7	35
0,84	40
1	45
1,2	50
1,4	55
1,73	60
2,14	65

Переходим к нашим параметрам: 3514: ½ 6600 = 1,06, значит, нижний угол наклона приблизительно будет 47°, и (3514 – 2200) : ½ 4050 = 0,649, т. е. значение верхнего угла наклона приблизительно 32°.

Значение поправки зависит от уклона кровли:

если угол покатости (α) ≤ 30°, то µ = 1;
если угол α ≥ 60°, то µ = 0 - снеговую нагрузку не рассчитывают, так как на крутых скатах снег не задерживается;
если 30° < α < 60°, то µ высчитывают по формуле → µ = 0,033 х (60 - α).

Следовательно, поправочный коэффициент для уклона скатов в 47° рассчитаем по формуле 0,033 х (60–47) = 0,429. Таким образом, снежная нагрузка равна 0,429 х 240 ≈ 103 кг/м².

Нагрузка от кровли

Мансардная конструкция имеет типовой кровельный пирог:

Его слои тем или иным образом оказывают давление на несущий каркас. Обычно при упрощённом расчёте учитывают все прослойки кровельной начинки, что ведёт к упрочнению несущей конструкции, но также к её удорожанию. Тем не менее все слои оказывают давление лишь в том случае, когда обустраивается мансарда с декоративными выставленными напоказ стропилами и все кровельные материалы укладываются поверх них.

Один из способов обустройства мансарды заключается в том, что деревянные элементы стропильной системы остаются открытыми и служат украшением интерьера

При стандартном устройстве кровельного пирога утеплитель, пароизоляцию, удерживающие контрейки и обшивку в расчёт кровельной нагрузки можно не брать, поскольку они размещены между стропилами и под ними. Однако для расчёта мауэрлата их тоже нужно учитывать. Такое разделение актуально для расчёта больших кровель, где разница в стоимости будет существенной.

Заранее определившись с укрывным материалом, несложно подсчитать вес кровли, ориентируясь на технические параметры, заявленные поставщиками.

Таблица: средний вес кровельных материалов:

Наименование материала	Вес, кг/м²
Ондулин	4–6
Битумная черепица	8–12
Шифер	10–15
Керамическая черепица	35–50
Профнастил	4–5
Цементно-песчаная черепица	25–45
Металлочерепица	4–5
Сланец	45–60
Черновой настил	18–20
Наслонные деревянные стропила и прогоны	15–20
Висячие стропила под холодную кровлю	10–15
Обрешётка из дерева	8–12
Битум	1–3
Полимерно-битумные гидроизоляторы	3–5
Рубероид	0,5–1,7
Плёнки изоляционные	0,1–0,3
Гипсокартонные листы	10–12

Возвратимся снова к примеру и посчитаем нагрузку от кровли, учитывая, что будем покрывать крышу металлочерепицей и оставлять стропила открытыми. Вес слоёв кровельного пирога без утеплителя = 5 (металлочерепица) + 5 (полимерно-битумная изоляция) +12 (обрешётка) + 12 (гипсокартон) + 0,3 + 0,3 (плёнки гидро- и пароизоляционные) ≈ 35 кг/м².

Для расчёта толщины утеплителя существует формула Т = R × λ, где:

В качестве утеплителя выбираем плиты Isover «Скатная Кровля». Тогда Т = R × λ = 4,95 х 0,04 = 0,198 м. Умножив толщину на плотность материала, указанную в технических характеристиках, получим его удельный вес → 0,198 м х 15 кг/м³ ≈ 3 кг/м². Следовательно, полная нагрузка от кровли = 35 + 3 = 38 кг/м².

Суммируем все нагрузки → ветровая + снеговая + кровельная = 13 + 103 + 38 = 154 кг/м² +10% запас прочности ≈ 170 кг/м².

Общая нагрузка на кровлю должна быть не менее 200 кг/м².

В нашем примере суммарная нагрузка получилась меньше. При таком раскладе для дальнейших расчётов следует брать за основу минимально допустимую величину, то есть 200 кг/м².

Для определения давления на мауэрлат необходимо к общим нагрузкам добавить вес стропил (≈ 20 кг/м²), что составит 220 кг/м².

Расчёт сечения пиломатериалов и длины стропил

После определения общей нагрузки подбираем необходимое сечение древесины, для чего первым делом следует высчитать длину стропильных ног. Обращаемся к эскизу. Стропила ломаной крыши состоят из двух частей - до излома и после него. Рассчитываем обе части отдельно, используя в обоих случаях теорему Пифагора:

Таблица: взаимосвязь нагрузки и толщины бруса

После вычислений подбираем ширину доски по спецификации выпускаемых пиломатериалов, ориентируясь на нижнюю табличку.

Таблица: хвойные пиломатериалы (сечение по ГОСТ 24454–80)

Толщина доски, мм	Ширина доски, мм
16	75	100	125	150	-	-	-	-	-
19	75	100	125	150	175	-	-	-	-
22	75	100	125	150	175	200	225	-	-
25	75	100	125	150	175	200	225	250	275
32	75	100	125	150	175	200	225	250	275
40	75	100	125	150	175	200	225	250	275
44	75	100	125	150	175	200	225	250	275
50	75	100	125	150	175	200	225	250	275
60	75	100	125	150	175	200	225	250	275
75	75	100	125	150	175	200	225	250	275
100	-	100	125	150	175	200	225	250	275
125	-	-	125	150	175	200	225	250	-
150	-	-	-	150	175	200	225	250	-
175	-	-	-	-	175	200	225	250	-
200	-	-	-	-	-	200	225	250	-
250	-	-	-	-	-	-	-	250	-

Как видим, для доски толщиной 40 мм большой диапазон выбора. Чтобы не переплачивать лишнее, но в то же время обеспечить стропилам достаточную прочность, существуют формулы, в которые при известной толщине бруса нужно подставлять поочерёдно соответствующую ширину доски начиная с меньшего значения:

α < 30° - H ≥ 8,6 х L max х √Q r: (B х R изг);
α > 30° - H ≥ 9,5 х L max х √Q r: (B х R изг).

При этом:

Видео: что нужно учитывать при выборе пиломатериалов

Проводим расчёт и проверку на прочность:

Определяем ширину нижних стропил. Поскольку нижний угол наклона 47°, то воспользуемся второй формулой, подставляя в неё табличные и расчётные параметры → H ≥ 9,5 х L max х √Q r: (B х R изг) = 9,5 х 2,543 х √160: (4 х 140) = 12,8 см, то есть Н ≥ 12,8 см = 15 см (ближайшее большее значение по таблице).
Проверяем правильность расчётов, для чего должно соблюдаться неравенство [(3,125 х Qr х Lmax³) : (B х H³)] ≤ 1 = [(3,125 х 160 х 2,543³) : (4 х 15³)] ≤ 1 = 0,61 ≤ 1, то есть неравенство выдержано и сечение 40х150 мм для нижних стропил подобрано правильно.
Аналогично определяем ширину верхних стропил, используя ту же самую формулу, так как угол излома равен 32° → 9,5 х 2,414 х √160: (4 х 140) ≥ 12,15 см = 12,5 см (ближайшие значения).
Проверяем, подставляя результат → [(3,125 х 160 х 2,414³) : (4 х 12,5³)] ≤ 1 = 0,9 ≤ 1.
Подводим итог - для нижних стропил с хорошим запасом прочности подойдёт доска 40х150 мм, а для верхних с небольшим запасом 40х125 мм.

Основное правило строительства - при любых расчётах все округления делать в бóльшую сторону. Это же касается табличных и нормативных значений.

Расчёт мауэрлата

В нормативах требований к сечению бруса для перекрытий и мауэрлата нет, оттого следует ориентироваться по таблице, скорректировав её значения на расчётную нагрузку.

Таблица: соотношение толщины и длины бруса для мауэрлата и перекрытий

Нагрузка на мауэрлат согласно нашим расчётным значениям равняется 220 кг/м², следовательно, 220/400 = 0,55. Этот индекс умножаем на близкое к шагу стропил и длине нашего пролёта табличное значение - 150х250 мм - 0,55 х 150 и 0,55 х 250 = 82,5х137,5 = 100х150 мм.

Видео: выбор древесины, как выгадать на сечении

Расчёт шага и количества стропильных ног

Шаг стропил необходимо рассчитывать, а не брать наугад, поскольку этот показатель влияет на устройство кровельного пирога, способствует экономии при строительстве, а также обеспечивает долговечность и надёжность всей кровельной системы:

Рассчитываем количество стропильных ног → длину стены: рекомендуемый шаг +1 = 8,8/0,8 + 1 = 12 штук с одной стороны.
Вычисляем шаг → длина дома: кол-во стропил = 8,8/12 = 0,73 ≈ 0,8 м. Такой шаг был нами принят изначально, поэтому корректировать его не нужно.

Видео: шаг стропил под различные крыши

Обобщаем расчёты - для сооружения несущего каркаса для ломаной мансардной крыши согласно нашему примеру потребуется:

62 пог. м доски Ø40Х150 мм (24 нижних стропила длиной 2543 мм);
60 пог. м доски Ø40Х125 мм (24 верхних стропила длиной 2414 мм);
29 пог. м бруса Ø100Х150 мм для мауэрлата, уложенного по периметру;
80 пог. м бруса Ø100Х150 мм для балок перекрытия, установленных с шагом 0,8 м - при расчёте учитывайте то, что межэтажное перекрытие должно выдерживать нагрузку до 400 кг/м² с учётом веса самих балок, к тому же старайтесь укладывать балки рационально - чем они короче, тем меньшее потребуется сечение;
27 пог. м бруса Ø100Х150 мм для вертикальных стоек;
49 пог. м бруса Ø100Х150 мм для верхних балок перекрытия - допустимая нагрузка для верхнего (чердачного) перекрытия - 200 кг/м² .

По каждой позиции следует добавить 5–10%, которые пойдут на обустройство затяжек, бабок, удлинение стропил при необходимости или на замену бракованной древесины.

Расчёт стропильной системы мансардной крыши несложный, просто объёмный, однако разобраться в нём желательно, тем более что он изложен последовательно и максимально полно.

Видео: вариант упрощённого расчёта стропильной системы

Монтаж ломаной стропильной системы

Монтаж несущей конструкции начинают с подготовки к возведению кровли, куда входят следующие работы:

закупка пиломатериалов согласно проведённым расчётам, их сортировка и обработка антисептиками;
проверка наличия и исправности всех рабочих инструментов;
расчистка рабочей площади от излишнего мусора;
монтаж строительных лесов, мостиков и трапов;
проверка геометрии основания путём замера коробки по диагоналям (допустимо отклонение не более 20 мм), а также высоты стен по всему периметру дома относительно поверхности земли;
заготовка прогонов, ригелей, подкосов и шаблона для создания стропильных ферм.

Видео: установка стропильной системы двускатной мансардной крыши, часть 1

Монтаж выполняется в следующей очерёдности:

Установка мауэрлата. Для увеличения жёсткости конструкции профессионалы советуют обустраивать под мауэрлат армопояс, в который заливают анкера или шпильки с шагом не больше 2 м. Прокладывают два слоя толя или рубероида, которые послужат гидроизоляцией, защитят мауэрлат от намокания и гниения. Поверх толя укладывают брус и закрепляют анкерами, шпильками или скобами (для кирпичных или блочных стен). В деревянных либо каркасных постройках мауэрлатом служит последний венец или брус.
Долголетие и эффективность эксплуатации любой крыши во многом зависит от качества установки и прочности крепления мауэрлата
Установка балок перекрытия. Их укладывают поверх мауэрлата или же в заранее обустроенные стеновые карманы с шагом, выбранным для стропил. При большом стропильном шаге балки перекрытия можно устанавливать чаще (оптимально через каждые 60 см, чтобы позднее уложить плиточный утеплитель без подрезки), хотя это повлечёт увеличение пиломатериалов.
Перед тем как сделать деревянное перекрытие, необходимо произвести полный расчёт предполагаемых нагрузок, приобрести необходимый материал и инструмент
Монтаж подстропильного каркаса. На уложенные балки перекрытия этажа устанавливают вертикальные стойки, формируя мансарду. Поверх них укладывают балки перекрытия мансарды и соединяют стойки продольными прогонами. По центру стоек монтируют бабки и прокладывают коньковый прогон. Для выравнивания используют уровень либо натянутый между крайними стойками яркий шнур.
Установка стропил. Начинают с монтажа наслонных стропил. В первую очередь по расчётным размерам изготавливают шаблон из выбракованной доски. Прикладывают его к мауэрлату и прогону, размечают форму запила и выпиливают. По готовому трафарету изготавливают все нижние стропильные пары. Выставляют их по уровню и при необходимости укрепляют подкосами. Аналогично изготавливают трафарет для верхних стропил, прикладывая его к прогонам и вырезая по замерам края. Висячие стропила скрепляют между собой на коньковом брусе встык или внахлёст при помощи металлических пластин, деревянных накладок, болтов и т. д.
Каркас будущей мансарды можно изготовить и установить самостоятельно, соблюдая технологические особенности кровель разных конфигураций

Видео: установка стропильной системы двускатной мансардной крыши, часть 2

Монтаж основных узлов

Основными узлами мансардной конструкции являются:

коньковый узел;
узел «стойка-подкос-стропило»;
узел «балка-стойка-подкосы»;
и прочие в зависимости от вида выбранной конструкции и наличия в ней ригелей, затяжек и т. д.

Монтаж кровельных узлов, способов крепления, возможности горизонтального сдвига и т. д. - отдельная большая тема, поэтому в рамках этой статьи как пример рассмотрим формирование некоторых.

Коньковый узел

Для обеспечения большей прочности конструкции, особенно при малом уклоне скатов, монтируют прочный коньковый прогон, чтобы он смог взять на себя часть нагрузок, оказываемых на стропила. Затем поступают следующим образом:

Крепление стропил к мауэрлату

Чтобы крепление стропил к опорному основанию (мауэрлату, балкам перекрытия или к стене) было надёжным, нужно учитывать статистические и динамические нагрузки, а также коэффициент линейного расширения. Раньше стропила крепили методом врубки, что образовывало прочный узел, но увеличивало расход древесины. Врубки используют и сегодня на деревянных конструкциях большого сечения.

Но чаще, чтобы не ослаблять конструкцию, стропила фиксируют к опоре методом запила либо «шип-паз», нашивкой упорного бруса или выпиливания пазов в мауэрлате. В качестве крепежей используют оцинкованные уголки, гвозди, скобы, нагели. Такие крепления жёсткие и не всегда целесообразны.

Жёсткое крепление стропил на мауэрлате гарантирует отсутствие любых смещений всех узловых элементов

В некоторых случаях стропила должны иметь возможность горизонтального смещения (преимущественно в деревянных домах, так как древесина подвержена температурно-влажностным деформациям, а это может вызвать перекос стен), что достигается с помощью скользящих опор. Такие опоры состоят из направляющей планки, закреплённой на стропиле и уголка с опорной площадкой, фиксируемого к мауэрлату либо верхнему венцу сруба.

Выбор скользящих стропил обоснован лишь тогда, когда предусмотрен коньковый брус, в который они могли бы упираться своей верхней частью

Видео: крепление стропил к опорному основанию

https://youtube.com/watch?v=WKsOgTaVVQY

Крепление стропил к балке перекрытия

В этом узле важно избежать скольжения стропил, чтобы предотвратить разрушение крыши, для чего используют следующие соединения:

упор в конец балки;
зуб с шипом;
зуб с упором.

Все элементы соединяют шурупами, болтами, уголками, гвоздями, треугольными накладками, шипами.

Стропила соединяют с балками перекрытия лишь в том случае, когда точно знают, что они выдержат оказываемое давление

Видео: как установить стропила ровно и в одной плоскости

Мансарда может иметь необычную форму, красивейшее покрытие, устроена из самых современных материалов, но если несущий каркас изготовлен неправильно, то вся привлекательность мансарды сведётся к нулю. А вместе с ней надёжность и долговечность кровельной конструкции, что, несомненно, скажется на комфорте и уюте в доме. Поэтому знать принципы устройства стропильной системы мансардной крыши и грамотно рассчитать её основные элементы - первостепенная задача застройщика. Удачи вам.

Сегодня мы расскажем о популярных решениях устройства мансардных крыш, их возможностях. Ознакомившись с иллюстрациями, схемами стропильной системы, Вы получите чёткое представление об их устройстве. А изучив основы расчета сможете оптимизировать расходы на пиломатериал. Получите информацию о важных моментах планировки пространства. Узнаете в какой последовательности монтируется стропильная система мансардной крыши.

Мансардная крыша это сложная конструкция, и требует тщательных расчетов

Чертежи стропильной системы

Любое упоминание о мансарде ассоциируется с объёмной «пятиугольной» крышей, в которой можно жить, но существуют и другие варианты.

Односкатная

Предельно простая, надёжная односкатная мансардная крыша. Благодаря прямолинейным формам выглядит скромно, но элегантно. Особой респектабельности добавляют большие панорамные окна «в пол», ведь такая конструкция не просто позволяет, а провоцирует их установку.

Дом с односкатной крышей, с окнами почти на всю стену

Стропильная система очень проста: прямые стропила единственного ската опираются на мауэрлат противоположных стен разной высоты, а если необходимо на промежуточные опоры. Пропорции стен подбираются под уклон в 35-45 градусов, что гарантирует устойчивость ветровым нагрузкам и нормальный сход снега.

Объём задействуется эффективно – при желании, это дополнительный полноценный этаж, так как полезная площадь равна площади предыдущего этажа.

Двускатная

Относительно несложная широко распространённая крыша. Выглядит незатейливо, но внушает доверие, так как поддерживает традиции характерные русскому стилю. Как следствие, специально под мансарду проектируется редко, чаще адаптируется в готовом виде.

Двускатная крыша – традиционная, и чаще всего выбор падает на нее

Конструктивно проста – технические характеристики и стропильная система как у обычной двускатной крыши. Прямые стропила опираются на мауэрлат, под углом сведены в конёк. Фронтоны треугольной формы, прямые, отвесные, практически всегда остеклённые, часто с выходом на балкон.

Чаще всего применяют подобную схему для обустройства мансарды в небольшом доме с двускатной крышей

Полностью задействовать объём проблематично, но можно, даже нужно. Полезная площадь сравнительно невелика, потолок обычно «ломаный». Однако, умелой компоновкой мебели, смелыми дизайнерскими решениями недостатки можно обратить в достоинства.

Ломаная

Самый популярный вариант – ломаная крыша с мансардой. Что совсем неудивительно – несмотря на сложность он наиболее удобный и практичный. Габаритные формы и ломаные линии символизируют основательность и профессионализм. Внешний вид этой крыши «по умолчанию» ассоциируется с «мансардой». Это вполне естественно – она целенаправленно проектируется под жилое помещение.

Чтобы добавить пространства на мансардном этаже предпочтение отдают ломаной крыше

Стропильная система достаточно сложная, но её достоинства стоят затраченных средств и усилий. Характерные пятиугольные фронтоны, с функционалом как у двускатной крыши – та же возможность вставить окна, устроить выход на балкон.

Схема более сложная, но дает больше пространства

Просторная мансарда крыши частного дома. Объём задействуется по максимуму – при полноценной высоте, полезная площадь помещения равна или немногим меньше, чем у предыдущего этажа.

Основы расчета

Цель расчётов - найти компромисс эстетики, надёжности и стоимости.

Эстетическая сторона. Для начала проектируется общий эскиз крыши. Определяются пропорции, сопоставляются с размерами дома.

Разница между ломаной крышей и двускатной существенная

После чего ведётся конструктивный расчёт, где учитываются факторы:

Собственный вес конструктивных элементов крыши. Нагрузка от него действует на каждый элемент стропильной системы.

Ветровые нагрузки . Являются переменными, действуют на все элементы.

Вес людей, элементов интерьера и мебели. Нагружает только перекрытие.

Факторы обрабатываются, суммируются. На основе результатов делаются выводы о размерах конструктивных элементов. Для гарантированной прочности они, округляются в большую сторону. Но технологичной сборке мешают индивидуальная ширина и толщина каждого конструктивного элемента стропильной системы, а их изготовление на заказ – невыгодно. Поэтому элементы объединяются в группы стандартных размеров пиломатериала. А стандартные решения значительно удешевляют проект – ведь на заказ всегда дороже.

Если проект индивидуальный и нестандартный, лучше заказать точные расчёты. Принимая во внимание количество факторов, их специфику воздействия на стропильную систему напрашивается вывод – точный расчёт, это дело специалистов. Самостоятельно заниматься расчётами смысла нет – велика вероятность ошибки. Для стандартных и типовых решений можно адаптировать готовый действующий проект.

Кроме основных моментов пригодятся и несколько практических рекомендаций:

Шаг стропил соответствует размерам утеплителя.

Ширина стропил соответствует толщине утепления.

Планировка

Лестница – ключевой момент. Её положение нужно увязать с будущими балками перекрытия. Если позволяет шаг стропил – просто ориентируем её между балками. В противном случае проектируем на мансарду надёжный удобный вход.

На стадии планирования полезно продумать интерьер. На этом этапе принимаются решения о перегородках и дополнительном естественном освещении – мансардных окнах. Конечно, о декорировании думать рано, но инженерная часть должна проясниться – какой функционал будет реализован.

На мансарде можно обустроить кабинет с уголком для занятий музыкой

Ведь особенности таких помещений: ломаные-наклонные потолки, их уменьшенная высота, необычные стены и нестандартное освещение.

Поэтому необходима конкретная планировка помещений, а в них, правильно распределение – зонирование пространства:

Для основной жизнедеятельности, отводятся светлые и хорошо проветриваемые помещения.

Некомфортные участки оборудуются под места хранения .

«Необычные условия» отдать в распоряжение детей .

Дизайн интерьера и окончательный уют создаются умелым использованием потенциала отделочных материалов, мебели и аксессуаров.

Сборка

В большинстве случаев строительство мансардной крыши начинается с устройства мауэрлата. Важно строго горизонтальное положение, параллельное, надёжное крепление его брусьев.

Стропильная конструкция мансардной крыши

Для монтажа стропильной системы практикуется два варианта: элементы стропильной системы на земле собираются в фермы, поднимаются и устанавливаются готовыми. Или всё по отдельности собирается наверху – «по месту», соблюдая порядок действий :

Укладываются балки перекрытия . При этом учитывается шаг стропильной системы и возможность для устройства лестницы.

Сразу настилается черновой потолок , или временный настил для безопасной работы.

Монтируются стойки . Устраиваются временные раскосы, чтоб удержать их в вертикальном положении. На стойки укладываются прогоны.

Поверх прогонов укладываются затяжки .

Монтируются нижние стропила .

Временные раскосы меняются на постоянные ветровые связи в продольном положении.

Устанавливаются верхние стропила .

Выставляется каркас для фронтона , с учётом конструктива организуются проёмы для: окна, балкона, предусматриваются другие варианты.

Далее по стропилам укладывается кровельная мембрана , и прижимается к ним контробрешёткой – брусками сечением 50х50 мм. Для организации вентиляционного зазора. Это подготовительные мероприятия для утепления. Провести их нужно именно на этом этапе. Пропустить – огромное упущение.

На контробрешётку набивается обрешётка , с соответствующим кровельному покрытию шагом.

Монтируется кровельное покрытие , его доборные элементы: ветровые доски, конёк.

Один и тот же дом может выглядеть по-разному и иметь разную полезную площадь

Видео описание

Об особенностях расчета мансардной крыши в видео:

Точно по такому же принципу монтируется мансардный этаж с двухскатной крышей. Причём его устройство еще проще – все стропила сплошные.

Далее предстоит утепление крыши. Конечно, его можно делать снаружи, до монтажа мембраны, обрешётки и кровли. Но безопасней изнутри – не будет угрозы осадков и работы выполняться более тщательно, ведь от этого зависит успешная эксплуатация.

Утеплитель изнутри помещения защищается пароизоляционной плёнкой. А между ней и внутренней отделкой обязательное устройство вентиляционного зазора – внутренняя отделка не монтируется непосредственно на стропила. Для неё специально, так же как снаружи для обрешётки, набивается контррейка, или устраивается каркас.

На нашем сайте Вы можете найти контакты строительных компаний, которые предлагают услугу расчета и ремонта кровли под ключ. Напрямую пообщаться с представителями можно посетив выставку домов «Малоэтажная Страна».

Заключение

Мансардная крыша – это отличное решение, позволяющее увеличить полезную площадь дома без значительного увеличения затрат на его возведение. Решений для возведения мансардного этажа существует достаточно много – они могут быть как типовые, так и разработанные для определенного дома. Но в любом случае, монтаж мансарды требует профильных знаний и эту работу должны выполнять профессионалы.

Мансарда – это отличная возможность увеличить общую и полезную площадь дома. Она обустраивается в чердачном помещении и вполне пригодна для проживания при условии, что сконструирована правильно. Стропильная система мансардной крыши, чертежи которой можно найти в этом материале, является основой всей конструкции. И именно ей нужно уделить самое пристальное внимание при проектировании.

Стропильная система мансардной крыши — чертежи

Мансарда – это помещение, которое находится непосредственно под крышей. Ее фасад частично или полностью образован поверхностями кровли (согласно СНиП 2.08.01-89).

СНиП 2.08.01-89. Жилые здания. Файл для скачивания (нажмите на ссылку, чтобы открыть PDF-файл в новом окне).

Она является полноценным жилым этажом, здесь может быть одна или несколько комнат в зависимости от параметров конструкции.

На заметку! Слово «мансарда» пришло из Франции. Именно французский архитектор в 1630 году придумал с пользой обустраивать чердачные помещения. И звали этого человека Франсуа Мансар – отсюда и появилось название данного типа надстройки.

Особенностями мансардных кровель является не только особая конструкция стропильной системы, но и необходимость детального продумывания остальных аспектов – утепления, влаго- и пароизоляции и т. д. Так как из-за мансарды нагрузка на фундамент и стены самого здания обычно возрастает, то преимущественно все ее элементы строятся из легких материалов. То есть для создания стропильной системы рекомендуется использовать дерево, в качестве утеплителя применяются легкие варианты материалов.

Мансарда может иметь внушительные размеры и занимать всю площадь здания, но в пределах его стен. Иногда она обустраивается только на части перекрытий, а далее задние закрывает обычная крыша.

Очень часто мансарда используется в индивидуальном строительстве, ведь это возможность увеличить жилую площадь дома, сделать его теплее (потери тепла через крышу снижаются в среднем на 7-9%). А затраты на обустройство мансарды будут гораздо меньше, чем на строительство полноценного этажа.

В целом, построить мансарду не очень сложно и можно справиться с задачей самостоятельно. Главное – правильно рассчитать ветровую, снеговую и другие виды нагрузки.

Цены на брус

Типы мансард

Конструкция мансарды будет напрямую зависеть от того, какой формы предполагается обустраивать кровлю. Ведь часть стен этого помещения будет сформирована как раз скатами крыши. В зависимости от этого, выделяют несколько видов мансардных крыш.

Пожалуй, самый простой вариант обустройства непосредственно самой кровли и мансардного этажа. Эта кровля имеет всего один скат, который опирается на разноуровневые стены строения. Таким образом, формируется угол ската. Он, кстати, не должен выходить за строго ограниченные рамки – 35-45 градусов (если уклон будет меньше, то на кровле будет постоянно скапливаться снег в зимнее время, что значительно увеличит нагрузку на весь дом и станет причиной установки дополнительных опор в и без того небольшой по размеру мансарде). Стропильная система здесь предельно проста.

На заметку! Конструкция стропил не будет нуждаться в дополнительных подпорках, если между двумя стенами, расположенными друг напротив друга, расстояние не превысит 4,5 м.

Такие мансардные кровли смотрятся оригинально, несмотря на всю простоту их конструкции. Обычно со стороны высокой стены мансарды выполняется довольно большое окно, что позволяет получить хорошо освещенную комнату.

Крыша мансардная с двумя скатами

Этот вариант тоже относится к относительно простым в исполнении и за счет этого распространен максимально широко. Главное, чтобы высота самой кровли позволила обустроить под ней жилое помещение. Стропильная система у этой кровли выглядит, как и у обычной двухскатной, может быть асимметричной или симметричной в зависимости от места расположения конька.

Фронтоны, как правило, простые и прямые, а комната внутри будет иметь форму трапеции либо квадрата (последний вариант возможен только при условии, что чердачное помещение достаточно просторное). Высота потолков у стен не должна быть более 1,5 м, выше идет скошенный конусообразный потолок.

Главный недостаток двухскатной крыши в аспекте обустройства мансарды – это потеря большей части свободного пространства. То есть скатами крыши отсекается львиная доля помещения. Конечно, это свободное пространство обычно используется в качестве складского помещения, но на размерах мансарды этот аспект сказывается очень значительно.

Ломаные кровли мансардного типа

По сути, это тоже своего рода двухскатная кровля, но ее скаты имеют как бы две части, расположенные под разным углом относительно перекрытий. За счет этого можно получить довольно просторный мансардный этаж, который по площади будет равен практически полноценному второму этажу (будет меньше нижнего этажа всего на 15%). Высота от потолка до пола будет одинаковой по всей мансарде и составит около 2,2-2,3 м.

Мансардная крыша ломанная — чертеж

Однако такая конструкция подразумевает сооружение достаточно сложной стропильной системы. И с этой задачей сможет справиться далеко не каждый начинающий мастер. Однако, несмотря на это, вариант ломаной кровли достаточно распространен.

Крыши четырехскатные (вальмовые) мансардные

Такая кровля подразумевает создание самого сложного типа стропильной системы, требующей точнейших и кропотливых расчетов. Поверхность самой кровли будет иметь достаточно обширную площадь, из-за чего придется потратить немалые средства на другие материалы – утеплитель, гидро- и пароизоляционные пленки и т. д. Но в целом, мансарда получается достаточно просторной, хоть у нее и отсекаются части полезной площади.

Зато такая крыша имеет максимальную устойчивость к снеговым и ветровым нагрузкам. Свесы могут быть достаточно большими и будут готовы защищать стены здания от воздействия осадков. Выглядят такие мансардные кровли очень привлекательно.

Внимание! При обустройстве четырехскатной кровли важно озаботиться необходимостью усиления наслонных стропил – именно они испытывают максимальную нагрузку.

Стропильная система мансардной кровли

При обустройстве мансардной кровли стропильная система может изготавливаться из элементов наслонного или висячего типа. В первом варианте стропила устанавливаются так, что образуют собой треугольник с ровными гранями. Опора осуществляется в этом случае на мауэрлат, закрепленный по периметру стен, на дополнительные опоры, установленные под стропилами, также опорной точкой служит сопряжение двух досок в области конька.

При установке стропил висячего типа опор в виде дополнительных балок не предусмотрено. Они опираются только на стены дома. Могут использоваться затяжки. Сами стропилины в этом случае работают на изгиб и сжатие.

Висячие и наслонные стропила — пример чертежа

Создание системы стропил при строительстве мансарды является первостепенной задачей. Предварительно важно правильно рассчитать ее и учесть все тонкости ее сооружения. Чтобы понимать, о чем будет идти речь, требуется ознакомиться с основными ее элементами.

Таблица. Основные детали системы стропил.

Элемент	Описание
Мауэрлат	Это брус (или доска), который фиксируется на верхней торцевой части несущей стены строения. На нем будут крепиться стропильные ноги. Он играет роль опоры и будет передавать всю нагрузку от кровли стенам здания.
Стойка	Любая вертикально расположенная балка, которая выступает в роли опоры для стропильных ног.
Перекрытия	Это ряд балок, уложенных горизонтально и формирующих пол мансардного этажа. Также они играют роль потолка первого этажа строения.
Ригель	Эти балки располагаются горизонтально и являются дополнительными укрепляющими и опорными элементами для стропил. Также могут носить название «затяжки».
Стропила	Также носят название «стропильные ноги». Именно они образуют каркас кровли и придают ей форму. Сверху на них будут крепиться влагозащитные материалы, обрешетка и кровельное покрытие.
Обрешетка	Множество брусков или листы фанеры, которые крепятся на стропила. Именно на них непосредственно будет фиксироваться кровельный материал.
Подвеска	Доска, которая помогает распределять нагрузку. Устанавливается под ригелем или затяжкой.
Кобылка	Доска, которая формирует свес крыши, закрепляется в нижней части стропильной ноги.

Цены на доски строительные

Доски строительные

Требуемые расчеты

Чтобы при конструировании мансарды не допустить ошибок, важно провести ряд предварительных расчетов. В зависимости от выбранного типа стропильной системы и вида кровли, они могут отличаться. Проще всего воспользоваться какой-либо специальной программой, но можно попытаться сделать все расчеты вручную.

Важно определить площадь итоговой кровли, размеры мансарды, ширину перекрытий. Расчет производится на основе следующих данных:

длина и ширина дома;
объемы осадков в зимний и летний период (это поможет выявить требуемый угол ската крыши);
ширина стыков между частями перекрытий.

Пример расчета шага стропил в программе «Стропила 1.1»

Рассмотрим пример расчета: длина дома – 12 м, ширина – 3 м. Количество осадков в данной местности сообщает, что требуемый угол наклона кровли должен быть около 40 градусов. Расчет производится по формуле Нк = L х tgА , где Нк – нужная высота, L – ½ ширины строения, tgА – тангенс угла. Итого: Нл = 3/2 х tg40 = 1,26. Значит, рекомендуемая высота крыши должна составлять 1,26 м.

На заметку! Чаще всего при устройстве мансардных крыш владельцы останавливают свой выбор на ломаных стропильных системах. С методикой расчета параметров в этом случае можно ознакомиться в СНиП 2.08.01-89 и ТКП 45-5.05-146-2009.

Существует несколько вариантов крыш, под которыми можно разместить комфортное жилое помещение. Для того чтобы обеспечить максимальный объём подкровельного мансардного пространства, необходимо подобрать оптимальный угол наклона скатов и не забывать о снеговой и ветровой нагрузке на крышу. Мы рассмотрим наиболее популярные конструкции мансардной стропильной системы в условиях средней полосы.

Конструкция стропильной системы мансардной крыши

Мансардная крыша даёт возможность получить дополнительное полезное пространство при сравнительно небольших финансовых вложениях, поэтому такое архитектурное решение завоевало большую популярность. Так что же называется мансардой?

Манса́рда (от фр. mansarde) - эксплуатируемое чердачное пространство (как жилое, так и нежилое помещение), образуемое на последнем этаже дома, либо последнем этаже части дома, с мансардной крышей.

Википедия
https://ru.wikipedia.org/wiki/Мансарда

Мансарда располагается в пределах несущих стен здания и опирается на них через мауэрлат, горизонтальные балки (затяжки) и стропила. Чем больше чердачное пространство, тем больше его полезный объём, который достигается путём увеличения угла наклона скатов и образуется более сложной стропильной системой. Расположение стропил мансардной крыши зависит от конструкции, которая может быть разных типов, а именно:

Шатровая или пирамидальная конструкция с минимальным объёмом подкровельного пространства.
Скаты шатровой конструкции опираются на боковые стропила и центральную стойку, поэтому объём подкровельного пространства здесь минимален
Вальмовая или полувальмовая крыша, в которой основное жилое пространство находится под трапециевидными скатами.
Стропила вальмовой крыши образуют два треугольных и два трапециевидных ската
Щипцовая конструкция, представляющая собой симметричную двускатную крышу с врезанными под прямым углом щипцами, что обеспечивает значительный объём чердачного помещения.
Многощипцовая крыша позволяет обустроить полноценный мансардный этаж
Двускатная симметричная крыша с мансардой − классический вариант, отличающийся простотой монтажа и стойкостью к ветровым воздействиям благодаря жёсткой конструкции.
Двускатная крыша требует наименьших затрат рабочего времени и небольшого расхода строительных материалов
Стропильная система мансардной ломаной крыши, обеспечивающая максимальный объём жилого пространства при относительно невысокой стоимости.
Ломаная крыша является оптимальным решением по соотношению стоимости возведения к объёму полезного пространства мансарды

Стропильная система должна выдерживать постоянные нагрузки, которые состоят из веса конструктивных элементов, утеплителя и кровельного покрытия. Кроме этого, существуют переменные нагрузки, зависящие от силы ветра и от веса снега на кровле. Выбор сечения несущих элементов и способа их соединения должен быть направлен на создание максимально прочной и жёсткой конструкции, равномерно распределяющей нагрузку на стены здания.

В зависимости от ширины здания применяются разные виды мансардных стропильных систем, которые делятся на висячие, наслонные и комбинированные.

Висячими называют стропила, которые опираются на стены здания через мауэрлат и затяжку, а в верхней части образуют конёк. При этом способе соединения отсутствует промежуточная опора, а распирающее давление на стены дома снижается с помощью ригелей, стоек и подкосов. Система висячих стропил обычно используется при ширине здания не более 6 м.
Для компенсации распирающих усилий в висячих стропильных конструкциях с длиной пролёта до 6 м используются затяжки и ригели
Наслонными именуют стропила с промежуточной опорой на внутреннюю стену дома. Они применяются, когда ширина здания составляет от 6 до 16 м. Чем она больше, тем больше элементов используется для равномерного распределения нагрузки.
Наслонные стропила имеют одну или несколько опор внутри дома
Комбинированный вид стропильной системы используется в мансардных крышах с переменным углом наклона скатов. Наиболее характерным примером служит ломаная мансардная крыша, где нижние стропильные ноги являются наслонными с опорой на стойку и мауэрлат, а верхние монтируются как висячие стропила с опорой на затяжку и бабку. При возведении мансардных крыш используются все виды стропильных систем, и их выбор зависит от конструкции, в которой они применяются.
В конструкции ломаной крыши верхние стропила являются висячими, а нижние − наслонными

Схема стропильной системы мансардной крыши

Для возведения крыши необходимо иметь проект, в котором указан перечень и размер конструктивных элементов, а также способ их соединения. Чтобы понимать принцип и последовательность монтажа, нужно знать назначение элементов стропильной группы и способ прилегания крыши к стенам здания. Мансардная крыша состоит из следующих элементов:

связующим элементом между стеной здания и стропильной группой является мауэрлат, который крепится на стены дома шпильками, скобами или анкерами;
на мауэрлат параллельно короткой стене здания крепятся затяжки, а вдоль длинной стороны устанавливаются лежни;
на центральном лежне монтируются вертикальные стойки;
на стойки опирается коньковый прогон;
стропила верхней частью опираются на коньковый прогон, а нижней частью соединяются с затяжкой, образуя карнизный свес;
стропильные ноги в верхней части соединяются ригелями;
на вальмовых крышах используются диагональные стропила и укороченные нарожники;
дополнительной опорой диагональным стропилам служат шпренгели;
для промежуточного крепления стропил используются стойки и подкосы;
при необходимости стропила удлиняются кобылками.

Основными несущими элементами мансардной крыши являются стропильные лаги, лежни и затяжки, а также вертикальные стойки и коньковый прогон

На схеме указываются размеры элементов стропильной системы, их расположение, углы наклона и способы врезки в узлах соединения. Обязательно также приводится информация о расположении сдвоенных стропил, наличии дополнительных опор, размерах карнизных и фронтонных свесов.

Схема является основным документом для сборки системы стропил, в ней отражаются все нужные параметры. Однако перед раскроем материала необходимо ещё раз проверить расчёты и создать шаблоны основных деталей. При отсутствии проекта провести расчёты и создать схему нужно самостоятельно.

Шаг стропил мансардной крыши

Перед началом работ нужно выбрать шаг стропил мансардной крыши. Расстояние между стропилами и нарожниками (в случае вальмовой крыши) зависит от нескольких факторов:

размера здания;
типа стропильной системы;
постоянной и переменной нагрузки на кровлю;
сечения стропил, стоек и укосов;
вида кровельного покрытия;
типа и шага обрешётки;
размеров утеплителя.

Для стропил, обрешётки и контробрешётки выбирают материал хвойных пород в соответствии со СНиП II-25, а нагрузку на стропила рассчитывают по СНиП 2.01.07 и СТ СЭВ 4868. Исходя из изложенного в строительных нормах и правилах, можно сказать, что для стропил длиной менее 9 м применимо сечение бруса от 50Х150 до 100Х250 мм при шаге от 60 до 100 см. Размер здания оказывает влияние на конструкцию фермы и наличие стоек, подкосов и ригелей, применение которых повышает прочность стропильных ног и позволяет увеличить шаг между стропилами до 120 см и более. Обычно для выбора шага используют справочные таблицы, которые содержат рекомендации с учётом длины стропил и сечения бруса.

Таблица: зависимость шага между стропилами от сечения бруса и длины стропил

Вид используемого кровельного покрытия также влияет на выбор шага стропил, потому что разные материалы имеют разный вес:

черепица в зависимости от вида весит от 16 до 65 кг/м 2 , шифер − 13 кг/м 2 . Такие тяжёлые покрытия подразумевают уменьшение шага стропильных ног до 60–80 см;
вес металлических покрытий и ондулина не превышает 5 кг/м 2 , поэтому шаг стропил можно увеличивать до 80–120 см.

На вальмовых крышах шаг нарожников в любом случае выбирают равным 50–80 см для придания скату большей жёсткости.

Кроме этого, шаг установки стропил зависит от:

Длина стропил и обрешётки мансардной крыши

При самостоятельных расчётах размеры некоторых конструктивных элементов крыши приходится вычислять по имеющимся габаритам здания и углу наклона скатов. Длину стропил иногда приходится корректировать для разных видов мансардной крыши, подбирая оптимальные размеры всей конструкции в целом.

Допустим, что основные размеры здания известны и необходимо рассчитать длину стропильных лаг для нескольких предполагаемых вариантов угла наклона и типа крыши. Пусть половина ширины здания L составляет 3 м, размер карнизного ската − 50 см.

Дополнительные расчёты показывают, что увеличение угла наклона нижнего ската с 60 до 70 о позволит прирастить ширину мансарды на 10%.

Длину обрешётки, соединяющей стропильные ноги, определяют, учитывая фронтонные свесы, которые защищают стены фасада от осадков. Длина фронтонного свеса зависит от высоты здания и выбирается в пределах от 40 до 60 см. Поэтому общая длина ската будет равна длине дома, увеличенной на удвоенную длину свеса.

Предположим, что длина дома равна 10 м, а фронтонный свес составляет 0,6 м. Тогда размеры обрешётки необходимо рассчитывать из учёта длины ската, равной 10 + 0,6 ∙ 2 = 11,2 м.

Рассчитывать параметры обрешётки следует с учётом длины фронтонных и карнизных свесов

Любая корректировка проекта требует тщательного пересчёта параметров стропильной системы с учётом возникших изменений.

Видео: расчёт мансардной крыши

Узлы стропильной системы мансардной крыши

Узлы стропильной системы крыши представляют собой место соединения отдельных элементов в единую конструкцию, которая позволяет равномерно распределить нагрузку на стены здания. Соединение производится гвоздями, саморезами или болтами с помощью накладных деревянных элементов или металлических угольников и пластин, а также путём соединения в паз. Для возведения двускатной крыши используют следующие основные узлы:

Коньковый узел, обеспечивающий соединение стропильных ног между собой и коньковым прогоном.
Места, в которых ригель связывает стропила для придания большей прочности и жёсткости стропильным фермам.
Точки крепления подкосов и стоек, которые придают дополнительную опору стропилам.
Карнизный узел, в котором стропила крепятся к затяжке или мауэрлату, образуя карнизный свес.

Узловые соединения стропильной системы должны выполняться так, чтобы обспечивалось максимально жёсткое крепление элементов между собой

Для двускатной ломаной крыши характерным является узел, где соединяются верхняя и нижняя стропильные лаги, вертикальная стойка, ригель и прогон. Такое сложное соединение требует применения врезок, болтов, стальных пластин и строительных скоб.

В самом сложном узле ломаной мансардной крыши соединяются пять стропильных элементов

Наиболее сложным узлом вальмовой мансардной крыши является место соединения боковых или диагональных стропильных ног с мауэрлатом. Боковое стропило в нижней части опирается на угловой брус мауэрлата и на врезанную балку, в другом варианте между врезанной балкой и стропильной ногой ставится вертикальная стойка или шпренгель. Верхняя часть вальмовых стропил крепится к коньковому прогону с помощью болтов или гвоздей.

Угловые стропила вальмовой крыши несут на себе наибольшую нагрузку, поэтому узел их соединения с мауэрлатом нужно продумывать наиболее тщательно

Описанные узлы применяются наиболее часто при монтаже стропильных систем разных конструкций и позволяют осуществить монтаж несущих элементов своими силами. Для эффективной и качественной сборки необходимы чертежи и изготовление шаблонов с выверенными углами стыков и врезок.

Видео: узлы стропильной системы

Расчёт стропильной системы мансардной крыши

Стропильная система является основой крыши, поэтому важно выбрать ту конструкцию, которая наиболее подходит климатическим условиям региона и имеющимся требованиям к размерам жилой мансарды. После выбора конструкции производится расчёт угла наклона скатов и высоты конька для требуемых размеров мансардного помещения. Вычисления производятся с учётом размера карниза по следующим формулам:

Значение тригонометрических функций можно найти в справочных таблицах.

Таблица: значения тригонометрических функций для различных углов наклона ската

Самым сложным при проектировании мансардных крыш является подсчёт пиломатериала. Рассчитать количество необходимых стропил и увязать их со стандартной длиной в 6 м иногда бывает довольно сложно. Допустим, что мы выбрали самую сложную в расчётах вальмовую крышу размером 10Х13 м с учётом карнизных свесов длиной 80 см и углом наклона скатов 45 о. Тогда боковые стропила будут иметь длину 5 / sin 45 о = 7,04 м. Поэтому стандартный шестиметровый брус придётся удлинять. Обычно для стропил длиной чуть больше 6 м используют брус 100Х200 мм или доску 50Х250 мм.

Если здание имеет большие размеры, то для него требуются стропила длиннее стандартного размера в 6 м, поэтому брус приходится удлинять

Что касается горизонтального бруса перекрытия, то поскольку ширина здания равна 10 м, затяжки должны состоять из двух частей, которые либо опираются на внутреннюю стену здания, либо стыкуются между собой усиливающими элементами и опираются на прогон. Для затяжек и прогонов используют брус сечением не менее, чем 50Х200 мм. По периметру здания проходит мауэрлат, для которого используется брус 150Х150 мм или 200Х200 мм. По выбранной нами схеме периметр здания составляет 39,6 м, поэтому для монтажа мауэрлата потребуется семь шестиметровых брусьев. Размеры всех остальных элементов стропильной системы не будут превышать 6 м.

Вес пиломатериала стропильной системы рассчитывается путём суммирования длин всех элементов с определённым сечением и пересчёта их количества в кубические метры. Это необходимо для определения массы всей крыши, а также бывает нужным при закупке и транспортировке материала. Подсчёт производится по таблице, а затем полученные значения умножаются на вес 1 м 3 пиломатериала.

Таблица: расчёт количества пиломатериала в 1 м 3 и объём одной единицы материала

Сосновый пиломатериал при 12% влажности весит 505 кг/м 3 , при транспортной влажности 25% − 540 кг/м 3 . Вот некоторые примеры расчётов:

Если в 1 м 3 материала сечением 50Х200 мм содержится 16,6 досок, то вес одной доски будет равен 540 / 16,6 = 32,5 кг.
Если закупается 25 м 3 пиломатериала, то весить он будет 25 ∙ 540 = 13 500 кг.
Если требуется 100 досок 25Х200, то необходимо купить 100 / 33,3 = 3 м 3 древесины, которая будет весить 3 * 540 = 1 620 кг.

Важно отметить, что обрезной пиломатериал желательно приобретать с наименьшей влажностью, чтобы после монтажа он не коробился и не растрескивался, особенно это касается бруса большого сечения. Для строительства стропильной системы влажность древесины не должна превышать 18%.

Монтаж мансардной стропильной системы

Монтаж стропильной системы с жилым подкровельным пространством требует тщательной подготовки. Необходимо смонтировать удобные леса, настилы и лестницы, а также снабдить рабочие места страховочными верёвками. Рабочие должны быть обеспечены спецодеждой, средствами защиты и исправным оборудованием. На земле необходимо выбрать ровное место для предварительной сборки ферм, разметки углов и изготовления шаблонов. Все деревянные элементы должны быть обработаны антисептическими и противопожарными составами.

После этого можно приступать к работам, которые проходят в следующей последовательности:

На стены с замурованными шпильками монтируется по периметру мауэрлат. При наличии внутри здания несущей стены укладываем на неё лежень или прогон одной высоты с мауэрлатом.
Если дом возводится из строительных блоков, то мауэрлат удобнее всего укладывать на резьбовые шпильки, замурованные в стену в процессе её кладки
На мауэрлат параллельно короткой стене крепятся затяжки с карнизными выносами.
На затяжках выставляются вертикальные стойки, ограничивающие мансардное помещение.
Стойки соединяются с затяжкой, служащей потолком мансардному помещению. Установленные таким образом фермы соединяются между собой горизонтальными прогонами.
Вертикальные стойки, верхние затяжки и горизональные прогоны формируют каркас мансардного помещения
Устанавливаются нижние, а затем и верхние стропила, которые крепятся в коньковой части.
Для укрепления нижних и верхних стропил используются подкосы, бабки и прибоины.
Монтируется обрешётка и лобовая доска на карнизном свесе.
После установки всех стропильных лаг остаётся уложить обрешётку и прибить лобовую доску

Мы рассмотрели сборку стропильной системы на примере ломаной мансардной крыши. Сооружение прочих конструкций состоит из аналогичных операций и в основном заключается в выполнении работ по проектной монтажной схеме, где отражены способы соединения элементов стропильной системы. При наличии тщательно рассчитанных чертежей бригада из четырёх человек в состоянии смонтировать крышу со стропильной системой любой сложности.

Видео: монтаж мансардной крыши

Мы рассмотрели стропильную группу мансардной крыши, её конструкцию, расчёт, а также схему и описание основных узлов. Предложили вариант пошагового монтажа несущих конструкций мансарды, приложили иллюстрации и видео, которые поясняют порядок сборки конструктивных элементов мансардной крыши. Теперь её успешное возведение зависит только от тщательности выполнения требований инструкций и технологий и наличия у исполнителей определённых навыков проведения строительных работ. Желаем вам успехов.

Возведение полумансарды позволяет придать дому выразительный, эстетичный облик. Но стропильная система полумансардной крыши требует особого подхода при проектировании.

Преимущества полумансарды

Вопрос увеличения полезной площади дома за счет обустройства дополнительного верхнего этажа – один из наиболее актуальных в частном строительстве. Возведение полноценного второго (третьего и более) этажа требует серьезных финансовых вложений и существенно увеличивает итоговую стоимость строительных работ. К наиболее популярным решениям относится строительство мансардной крыши – это позволяет оборудовать дополнительные жилые помещения непосредственно под кровлей. Стенами и крышей мансардного этажа являются скаты кровли. Если есть желание создать вертикальные стены в мансардном этаже – устанавливаются перегородки.

Полумансарда – это принципиально иной подход к обустройству дополнительного этажа. Под полумансардой подразумевается жилое помещение, боковые стены которого образованы вертикальной строительной конструкцией и скатом крыши.

Вертикальная часть боковой наружной стены полумансарды не превышает 1,5 метров.

В отличие от мансарды, в полумансарде боковые вертикальные стены являются несущими. К преимуществам данной конструкции можно отнести рациональное использование внутреннего пространства, возможность выполнить практичное вертикальное остекление.

Через кровельные конструкции дома происходят значительные теплопотери, поэтому при строительстве мансардного этажа требуется особое внимание уделить теплоизоляции крыши. Утеплить полумансарду значительно проще, так как ее стены возводятся из того же материала, что и вся коробка дома. При этом следует отметить, что конечная стоимость возведения полумансардного этажа выше, чем мансардного. Кроме того, необходимо учитывать некоторые особенности обустройства полумансардной стропильной системы.

Проектирование крыши полумансарды

При разработке проекта каркаса крыши полумансарды, важно правильно выбрать угол наклона кровли. Из-за архитектурных особенностей такой постройки, кровлю редко делают высокой, чтобы не нарушать пропорции здания. Но при этом крыша должна успешно справляться с эксплуатационными нагрузками, включая снеговую. Полумансарда обычно снабжается односкатной или двухскатной крышей. Необходимо учитывать, что стропильная система должна быть безраспорной, чтобы не передавать распорную нагрузку на стены полумансарды .

Подготовленная схема стропильной системы должна отражать не только расположение элементов конструкции, но и принципы их крепления. Чтобы стропила не передавали распор на стены, возводится каркас крыши с наслонными стропилами, причем стропильные ноги должны крепиться особым образом, с определенными степенями свободы. Безраспорная система обычно применяется при возведении зданий из камня, кирпича и других блочных материалов.

Устройство системы с наслонными стропилами требует укладки мауэрлата и монтажа конькового прогона, который должен опираться на фронтоны или специальные строго вертикальные стойки.

Чтобы стропило работало на изгиб и не передавало распор на стены, одна из его опор должна быть закрепленной, но иметь возможность свободно вращаться . При этом вторая опора выполняется подвижной и свободно вращающейся . Такой монтаж стропил может выполняться тремя различными способами.

Монтаж безраспорных наслонных стропил: способ №1

Нижнюю часть стропильной ноги можно подшить опорным бруском, либо выполнить в ней врубку зубом для упора в мауэрлат. При этом в верхней части стропила необходимо сделать горизонтальный запил со скосом. Глубина этого запила не должна превышать а = 0,25h, а площадка опирания в длину не должна быть более h – высоты сечения стропила. Скос подрезки позволяет избежать распорной нагрузки при работе стропила на изгиб – запил без скоса будет жестко упираться в прогон боковой щекой. Длина скошенного запила должна составлять не менее двух а .

Если нет возможности выполнить подрезку верха стропила, его требуется подшить обрезком доски того же сечения, что и стропильная нога и закрепить с двух сторон деревянными прибоинами либо монтажными металлическими пластинами. Стропильные ноги верхними концами свободно укладываются на коньковый брус. В двухскатной конструкции крепеж к прогону выполняется по принципу скользящей опоры, при этом стропильные ноги между собой не скрепляются. Таким образом, данный вариант двухскатной крыши можно рассматривать как комплекс из двух отдельных односкатных конструкций, примыкающих друг к другу.

Подшивка прибоинами верхней части ног стропил или запил выполняются горизонтально. Установка стропил с изменением схемы опирания стропильных ног на прогон ведет к возникновению распорных нагрузок.

Монтаж безраспорных наслонных стропил: способ №2 и способ №3

Установка стропил данным способом является наиболее распространенным вариантом монтажа безраспорной конструкции при строительстве двухскатной крыши. Нижняя часть стропильной ноги выполняется на ползуне, при этом верх требуется закрепить, с этой целью :

стропила упираются в прогон либо друг в друга и связываются при помощи деревянных прибоин или зубчатых металлических пластин;
верхние части стропильных ног скрепляются болтом или гвоздевым соединением.

Особое внимание уделяется принципу крепления нижней части стропил к мауэрлату . Необходимо закрепить стропила в проектном положении, для чего с обеих сторон в боковую поверхность вбиваются под углом по одному гвоздю. Либо может быть вбит сверху один гвоздь большой длины или установлена гибкая стальная пластина. Также можно применять стальные уголки – в этом случае стропило фиксируется с двух сторон уголками, и в него гвозди не вбиваются. Дополнительно данные элементы стропильной конструкции крепятся гибкими проволочными скрутками – они предотвращают ветровое опрокидывание крыши, не мешая основному креплению работать в качестве ползуна.

Если применить жесткий крепеж с большим количеством гвоздей или саморезов, узел крепления нижней части стропила станет передавать распорную нагрузку на мауэрлат.

Особенности третьего способа монтажа заключаются в жестком защемлении конькового узла, при этом в нижней части крепеж стропил выполняется на ползуне . Следует отметить, что такая конструкция провоцирует возникновение сильного изгибающего момента в коньковом узле, который может вызвать его разрушение. При этом прогиб стропил за пределами конькового узла минимален. Существуют определенные сложности с самостоятельным расчетом максимального изгибающего момента такого конькового узла, поэтому рекомендуется применять формулы расчета для балок с двумя опорами (однопролетных). Устройство узлового соединения с жестким защемлением стропильных ног в верхней части позволяет выполнить стропильную систему с определенным запасом прочности.

Особенности возведения безраспорной стропильной системы

Все три варианта монтажа предусматривают особое крепление стропил: один конец стропила выполняется на скользящей опоре, которая позволяет поворот, а для крепления второго конца используется шарнирное соединение, допускающее только поворот. Современные крепежные элементы (пластины) удобны в применении и позволяют с успехом выполнять фиксацию стропильных ног на ползунах и в шарнирах системы. Также могут применяться традиционные варианты крепежа с использованием скоб, гвоздевого боя, обрезков досок и брусков. Важно правильно выбрать тип крепежа, чтобы он в полной мере выполнял свою задачу: допускал скольжение стропильной ноги в опоре или препятствовал этому.

Расчетная схема, которая применяется при разработке проекта стропильной системы, базируется на допуске равномерно распределенной нагрузки на кровлю, то есть, считается, что на все точки плоскостей скатов крыши воздействует одинаковая сила. В реальности нагрузки на кровельные скаты воздействуют неравномерно, в зависимости от розы ветров, ориентации дома относительно сторон света (с южной стороны сугробы снега быстрее тают) и т.д.

Установка стропил всеми тремя способами обеспечивает необходимую статическую устойчивость стропильной системы, в случае, если соблюдено ключевое условие: коньковый прогон должен быть жестко закреплен.

Чтобы обеспечить необходимую жесткость фиксации конькового прогона, он вводится концами в фронтоны полумансарды. Это позволяет предотвратить его горизонтальное смещение. Если опереть коньковый прогон только на стойки, неравномерная нагрузка на скаты может повлечь за собой смещение крыши, в случае, когда на одном из скатов нагрузка близка к расчетной, а на другом значительно снизилась .

Повышение жесткости конструкции

Для повышения устойчивости стропильной системы можно использовать горизонтальную схватку, которая должна гвоздевым боем крепиться к стойкам, поддерживающим коньковый прогон. В безраспорной конструкции схватка не функционирует при отсутствии высоких снеговых нагрузок, но в предаварийной ситуации она работает на растяжение. К таким ситуациям можно отнести прогиб конькового прогона под повышенной нагрузкой, неравномерную просадку фундамента. Схватки обычно монтируются на высоте около 2 метров от пола полумансарды, чтобы они не мешали свободному передвижению людей по помещению.

При монтаже безраспорной стропильной системы по второму и третьему варианту, можно обустроить ползун (узел опирания стропила на мауэрлат) с выносом конца стропильной ноги за пределы стены. Такая конструкция в большей степени статически устойчива, в том числе успешнее противостоит неравномерным нагрузкам.

Чтобы повысить устойчивость безраспорной системы с наслонными стропилами, низ стоек, поддерживающих прогон, рекомендуется жестко закрепить за счет врубки в лежень и крепления к перекрытиям с целью превратить шарнирный узел опирания нижнего конца стойки в конструкцию с жестким защемлением . Если речь идет о полумансарде из камня или кирпича, в которой коньковый прогон надежно зафиксирован во фронтонах, дополнительного укрепления стоек не требуется, но противоаварийные схватки желательно установить.

Монтаж схватки имеет свои особенности. При обустройстве узлов с установкой болтов или шпилек требуется внимательно отнестись к изготовлению отверстий под крепеж. Их диаметр должен точно соответствовать диаметру болта или шпильки или даже быть меньше данного значения на 1 мм. При возникновении аварийной ситуации схватка начинает работать только после того, как выберет зазор между болтом и стенкой отверстия. За этот промежуток времени стропильные ноги в нижней части «разъедутся» на некоторое расстояние (его величина зависит от того, на какой высоте установлена схватка), в результате чего мауэрлат может оказаться сдвинутым или поврежденным. В сложных случаях может оказаться поврежденным карниз крыши, а жестко закрепленный мауэрлат заставит раздвинуться легкие стены.