Стропильная система мансардной крыши – конструкция, расчет и монтаж

Стропильная система мансардной крыши – конструкция, расчет и монтаж

Как говорят опытные строители, мансарду можно обустроить в доме, была бы крыша. Вид крыши влияет, насколько эта мера увеличит полезную площадь, комфортно ли пользоваться этим помещением и работы какой сложности потребуются. Распространёнными видами крыш для обустройства жилого подкровельного помещения считают двускатную я прямыми и ломанными скатами.

Стропильная система мансардной крыши конструируется таким образом, чтобы освободить пространство в центре, где высота потолков достигает приемлемой высоты, разместив основную массу опорных элементов по краям. Эта статья расскажет, из чего состоит каркас кровли, как выбрать оптимальный вариант конструкции и правильно выполнить монтаж.

Виды стропильных систем

Приступая к конструированию стропильной системы для мансардной крыши, обращают внимание на планировку дома. Исходя из видов опор, выбирают подходящий вариант устройства:

1. Наслонная. Такой тип стропильного каркаса походит для домов, в которых посредине проходит несущая перегородка. Тогда вес конструкции кровли распределяют между ней и внешними стенами сооружения. Это необременительный и рациональный способ организации каркаса, но он подходит, если расстояние между наружными стенами и внутренней опорой не превышает 7 м.
2. Висячая. Этот тип применяют тогда, кода внутри нет несущих перегородок или колонн, которые используют, чтобы перенести на них вес крыши. Висячие стропила опираются на мауэрлат и коньковый прогон. Для крыш площади до 50 кв. м, с маленьким весом крыши применяют простейшую конфигурацию, состоящую из стропильных ног и горизонтально расположенной затяжки. Чтобы перекрыть сооружение крупного размера, эту конструкцию укрепляют стойками, схватками, подкосами. Эти элементы повышают устойчивость крыши, но «съедают» полезную площадь мансарды. Допустимое расстояние между стенами сооружения для висячих стропил составляет 14 м.
3. Комбинированная. Смешанный тип стропильной системы используют, когда в доме вместо несущей перегородки посередине устанавливаются опорные колонны. Получается, что часть стропил можно облокотить на колонны, а остальные смонтировать как висячие. Этот способ довольно часто применяют для обустройства мансардных крыш, так как он позволяет использовать меньше вспомогательных элементов, снижая нагрузку на фундамент и не загромождая подкровельное помещение.

Обратите внимание, что устройство мансарды необходимо запланировать на этапе создания проекта, потому что тип, вес и конструкция стропильной системы необходимы для расчета фундамента. Если решение о возведение мансардной крыши возникло на финальном этапе строительство, необходимо пересчитать массу дома с учетом новых данных, чтобы проверить выдержи ли фундамент дополнительную нагрузку, особенно если на участке сложный грунт и маленькое расстояние между поверхностью и грунтовыми водами.

Расчет элементов стропильной системы

По строительным нормам помещение называют жилым, если высота от пола до конька не менее 2,5 м и присутствуют источники естественного света, то есть окна. Потому, главный параметр мансардной крыши, который необходимо рассчитать – угол наклона ее скатов. Загвоздка в том, что, если заложить небольшой уклон, то высота потолков в мансарде будет ниже дозволенной правилами. А, если сделать крытые скаты, крыша получится очень тяжелой, дорогой и неустойчивой. Поэтому используется ломанный тип крыши, скаты которой меняют уклон, ее верхние стропила имеют острый угол 30 градусов, а нижние – 60 градусов.

Важный этап проектирования мансардной крыши – расчет величины сечения элементов стропильной системы. Проще всего узнать рекомендованный размер в справочных таблица с рассчитанными значениями, которые учитывают длину, расстояние между соседними элементами, вид и качество материала. Однако, если крыша нестандартного размера необходимо выполнить расчет, основанный на вычислении суммарной нагрузки от веса кровли, которая ложится на стропильную систему. Схема расчета также учитывает временные нагрузки в виде массы выпавшего снега, которые отражаются в климатическом коэффициенте, характеризующим характер погоды в месте строительства.

Для создания стропильной системы мансардной крыши используют древесину, однако не во всех случаях это целесообразно, так как, чтобы стропила справлялись с нагрузкой, приходится увеличивать сечение используемых пиломатериалов, что еще больше увеличивает вес конструкции. Чтобы вырваться из этого замкнутого цикла, необходимо отказаться от дерева в пользу стропил большей прочности из металла.

Конструкция стропильной системы

Составные части стропильного каркаса мансардной крыши ничем не отличаются от конструкции других видов скатных крыш. В него входят:

• Мауэрлат. Основание крыши, своего рода фундамент, который берет на себя вес крыши и распределяет по периметру опорных стен. Его изготавливают из бруса размером 150х150 мм или толще. Установка мауэрлата выполняется с помощью анкерных болтов или шпилек, вмонтированных в армобетонный пояс. Межу поверхностью стены и брусом прокладывают гидроизоляционный слой или обрабатывают его битумной мастикой. Очень важный момент крепежа заключается в расчете мест установки шпилек, расстояние между ними выбирают так, чтобы не попасть под стропильные ноги.
• Стропила. Это элементы стропильной системы, которые формируют уклон крыши. Верхушка стропильной ноги закрепляется на коньковый брус, а низ – на мауэрлат или стойку, если речь идет о верхних стропилах ломанной крыши. Ноги изготавливают из досок 50х150 мм или 100х150мм. Расстояние между ними называют шагом, оно варьируется от 50 до 120 см в зависимости от веса кровельного материала. Взаиморасположение и сечение стропильных ног описывает схема стропильной системы, облегчающая монтаж.

В большинстве случаев элементы стропильной системы выполняют из древесины высокого качества. Чтобы избежать деформацию в процессе эксплуатации, ее необходимо высушить до влажности 15-18%, обработать антисептической пропиткой глубокого проникновения и антипиреном, если вы планируете вывод дымохода на крышу.

Последовательность сборки

Сборку стропильной системы лучше выполнять с помощью опытного мастера, так как даже поднять тяжелые, длинные брусья проблематично. Не рекомендуется заниматься монтажом в дождь и снег, так как влажность древесины за время работы увеличится. Обычно процесс сборки выглядит следующим образом:

1. В первую очередь выполняют монтаж мауэрлатного бруса на верхнюю обвязку стен. Кстати, функции этого элемента в бревенчатых и брусовых постройках выполняют верхние венцы, усиленный с помощью скоб.
2. Следующий этап монтажа – установка балок перекрытия. Их крепят на мауэрлат или на выступы в стене. Существует два метода укладки балок перекрытия – с выносом или без выноса. Если перекрытия монтируют первым способом, то они выносятся за периметр дома для формирования свеса так, чтобы расстояние между концом балки и стеной было 50-100 см.
3. Устанавливают вертикальный стойки, определив середину балки перекрытия и отступив от нее равные промежутки. Расстояние между стойками соответствует ширине бедующей мансарды.
4. На стойки с помощью металлических уголков закрепляют затяжки. Получается, что каждая пара стоек образует конструкцию в виде буквы п.

Надежность стропильной системы мансардной кровли зависит, в первую очередь, от правильности расчетов, поэтому, если вы не уверены в своих инженерных способностях, лучше использовать типовой проект, созданный профессиональным архитектором.

Видео-инструкция

Стропильная система мансарды

Стропильная система мансарды принципиальных отличий от аналогичной системы крыши не имеет, зато нюансов огромное количество. Популярность мансардных крыш в индивидуальном строительстве огромна, и одна из причин – возможность без больших затрат обустроить помещения как на полноценном этаже дома. Строить мансарду и в частности ее стропильную систему не слишком сложно, особенно если начать с технического разбора некоторых отличий и общего принципа устройства двускатных мансардных крыш. Другие конструкции мансардных крыш после этого не покажутся критично сложными.

Мансарда своими руками

Мансардная крыша может быть нескольких типов: ломаная, двускатная и консольная.

Классика мансард – это ломаные стропильные системы. Строго говоря, именно такие системы корректно называть мансардными. Но в обиход вошли определения любых типов крыши, чердак которой возможно использовать как комфортную жилую комнату. Ломаная конструкция имеет то отличие, что стропильные ноги расположены вод различными углами относительно конька. Верхние стропильные элементы установлены под небольшими углами, а нижние напротив – с большим уклоном. Такая конструктивная схема обуславливает значительное увеличение чердачного пространства. Монтировать ломаную крышу несколько сложнее, чем обычную двускатную, но все затраты времени и средств оправданы. Данный вид мансард считают наиболее рациональным выбором, и ломаные мансарды очень популярны. Архитектурный облик дома выигрывает, приобретая новые и в то же время исторические черты.

Основные элементы стропильной системы:

• Подстропильный брус, или мауэрлат. Это элемент из бруса, смонтированный по верху несущих стен, по всему контуру здания. Задача мауэрлата – равномерное распределение и передача усилий от кровельного пирога на несущие конструкции стен;
• Стоечные опоры – эти несущие элементы выполняют не только роль стропильных, одновременно это и каркас стен мансарды;
• Балочное перекрытие мансарды – необходимо для соединения ответных опор. К балкам перекрытия, уложенными в стены, мансардные балки отношения не имеют. Но в сложных двухъярусных мансардах балочное перекрытие выполняет еще и функцию пола второго яруса мансарды;
• Скаты мансард имеют в уровне опирания прогонные элементы, выполняющие задачу равномерного распределения усилий от скатных участков;
• Аналогично коньковому брусу – у мансард имеются коньковые балки для объединения верхних стропил в общую систему;
• Основу верхних скатов составляют верхние стропила, их угол относительно конькового бруса невелик;
• По балочному перекрытию мансарды установлены стропильные верхние стойки – несущие элементы балки конька;
• Основа нижних мансардных скатов – нижние стропила.

Это основные элементы классической ломаной мансарды, а в дополнение им применяют все возможные подкосные укрепляющие детали; для мансард большой площади — это шпренгельные элементы и раскосы различных видов: для обеспечения жесткости и устойчивости системы.

Последовательность монтажа стропильных систем ломаной мансарды:

1. Первым этапом монтируют по балкам перекрытия опорные элементы. Эти брусья идут по линиям скатов, и будут опорным каркасом для верхнего края нижнего стропильного ряда и нижних опор вторых стропильных ног. Перед монтажом стоек просчитывают их шаг и расположение – по формуле прямоугольного треугольника. Проще говоря, нужно посчитать длину меньшего катета – расстояние от центра стойки до поверхности стены (перекрытие, нижняя стропильная нога и стойка образуют пифагоров треугольник с прямым углом). Когда все стойки смонтированы, их связывают прогонами.
2. Собирают нижнюю часть стропильной конструкции. Опорные элементы соединяют попарно балочными элементами – в итоге получается простая балочная клетка П-образной формы. После этого закрепляют нижние стропильные ноги. Крепеж выполняют: нижний торец бруса подрезают соответственно угла уклона ската, а в прогоне вырезают паз под верх стропила.
3. Верхнюю часть стропильной системы начинают собирать с установки стоек – по центрам балок. Задача опор – нести коньковую балку. Когда все стойки установлены, на них монтируют, выверяют и крепят коньковый брус. Затем выполняют крепеж верхних стропильных ног так же, как крепились нижние стропила. Весь крепеж выполняют на саморезах с применением стальных уголковых и пластинчатых элементов.
4. Завершение каркаса – установка фронтонных стоек. Далее будет выполнена обшивка листовыми материалами, и утепление по типу основного кровельного пирога.

Двускатные мансарды намного проще монтировать по сравнению с ломаными. Каждый скат такой мансарды – плоскость, и стоек с прогонами для небольших двускатных мансард не требуется. Кроме общего упрощения конструкции и монтажа, принципиальных отличий от ломаной мансарды нет. поскольку в этом случае скаты ровные, то внутреннее пространство большого объема не получит. Немного увеличить этот объем можно за счет увеличения угла уклона скатов, но большой комнаты в мансарде сделать не удастся. Основное отличие стропильной системы двускатной кровли от ломаной состоит в том, что стропила здесь висячие. Монтаж будет выполняться с некоторыми отличиями:

1. Коньковый брус монтируют или на фронтонных опорах, или на дополнительных – если фронтоны не предусмотрены. В последнем случае опорные стойки устанавливают по центрам стен;
2. Далее монтируют систему стропил. Мауэрлат оснащают пазами, в верхних частях стропилин делают вырезы, чтобы площадь опирания коньковой балки на стропила была наибольшей. Соединяют стропильные ноги попарно прогонами. Несущие прогоны выполняют такую же задачу, что и балочные для конструкции ломаной крыши. От высотного положения прогонов зависит высота потолка мансардной комнаты;
3. При оформлении фронтонов опорные стойки крепят на подстропильный брус (мауэрлат). Эти стойки станут несущим каркасом для фронтонных обшивок.

Для конструирования мансарды выбирают угол уклона ее скатов, и этот угол зависит от вида кровельного покрытия дома. все материалы для финишного слоя кровли рассчитаны на свой диапазон углов наклона, и данные технических характеристик обязательно учитываются при проектировании. Если пренебречь этим простым правилом, то проблема разгерметизации кровельного покрытия вполне возможна.

Еще одна стропильная система мансардной крыши – консольная – мало отличается от ломаной мансарды. Только одно отличие: краевые части имеют выступы за наружные несущие стены здания. Как следствие полезный объем мансардных помещений увеличен. Консольные стропильные системы имеют еще один несущий элемент – колонны. Таким образом, верхнее чердачное перекрытие дома расширяется, и колонные опоры служат для его усиления. Под выступом перекрытия получаются отличные террасы.

При постройке мансард нагрузка на несущие конструкции дома, начиная с фундамента, увеличивается. Это учитывают при проектировании нового дома и при модернизации крыши имеющегося строения.

Мансардная стропильная система: правила монтажа

В этой статье описаны варианты устройства мансардного этажа. Вы узнаете об основных правилах создания мансардной стропильной системы, о преимуществах и недостатках. В тексте приведены таблицы зависимостей разных показателей деревянных элементов.

Примечание. Термины и специфические названия элементов вы можете найти в этой статье.

Мансардную крышу устраивают в двух случаях — при строительстве нового здания или при реконструкции существующего. В обоих случаях принцип устройства, функциональное назначение и конструкция похожи. В современной практике различают три основных вида устройства мансардного этажа.

Прямой скат на стойках

В этом варианте мансарду устраивают, не внося коррективы в двускатное строение кровли. Стропила остаются прямыми, стенки помещения устраивают по ряду промежуточных стоек, а потолок — по подстропильной затяжке (ригелю). При этом внутренние плоскости стен и потолка могут быть «ломаными», т. е. сопрягаться под разными углами.

1. Устройство мансарды не влияет на несущую способность стропильной системы.
2. Боковые «карманы» держат воздух и служат утеплителем.
3. При большой площади перекрытия комната может сохранить ровную прямоугольную геометрию.

1. Неполная реализация площади: 50–75%.
2. Боковые пазухи либо не используются, либо доступ к ним затруднён (из-за тесноты). В половине случаев их просто «глушат».

Прямой скат на стенах

Дома с таким устройством называют «1,5 этажа». Несущие наружные стены такого здания подняты примерно до половины второго этажа и служат опорой для кровли. Стропильные фермы в данном случае выполняются без нижней затяжки, только с подстропильным ригелем. Стены комнаты выше середины будут повторять угол ската, но такая компоновка позволяет использовать площадь второго этажа на 100%. Подкрышевое помещение легче и быстрее отапливается за счёт меньшего объёма.

1. Капитальные стены второго этажа (50%).
2. Возможность отрегулировать высоту потолка и объём воздуха в верхнем помещении на стадии проектирования.
3. Возможность установить вертикальные окна, частично расположенные в стене*.
4. Полноценное использование площади.

1. Больший расход материала стен.
2. Большая нагрузка на фундамент.
3. Зачастую армопояс «разорван» — нагрузка передаётся на стены неравномерно.

* Вертикальная установка окон может ослабить надёжность армопояса здания.

«Ломаная» крыша

В этом случае линия скатов преломляется и разделяется на два участка — верхний под максимально острым, а нижний под максимально тупым углом к горизонту. Нижний участок ската зачастую делают почти вертикальным, до 80°. К такой конструкции чаще всего прибегают при надстройке или на домах малой площади. Перекрытие используется на 80–85% и это хороший показатель, если невозможно (или невыгодно) поднимать стены до «1,5 этажа».

1. Простая и лёгкая конструкция из дерева.
2. Относительно высокая эффективность реализации жилого пространства.
3. Меньшее скопление снега на скатах.
4. Более удобное расположение окон и их проще монтировать.
5. Стропильные фермы для небольших пролётов можно изготовить на полигоне или в цеху.
6. Сохраняется возможность устройства чердака.

Недостаток: неказистый (стандартный, узнаваемый) внешний вид.

У всех вышеперечисленных видов есть общий признак — в мансардных этажах можно использовать только мансардные окна.

Примечание. В строительстве нет нерешаемых задач. Можно добиться вертикальной (стандартной) установки окон, но это приведёт к существенному усложнению конструкции и удорожанию работы.

При выборе мансардного устройства стропил достигаются следующие цели:

1. Надстройка жилого этажа на существующем здании.
2. Лёгкая конструкция жилого помещения.
3. Комбинированная функция (кровля и комната) экономит время на возведение.
4. Наружные стены — элементы кровли — выполнены из каркаса стропил, который обычно дешевле стенового материала.
5. Относительная лёгкость готовой конструкции не требует существенного усиления фундамента.
6. Уменьшается площадь скатов, расположенных под острым углом к горизонту, т. е. уменьшается площадь скопления снега.

Мансардная стропильная система своими руками

Ввиду того, что конструкция кровли напрямую зависит от расположения несущих стен, ширины или асимметричности пролётов, площади перекрытия, мы приведём только общие правила монтажа. Все рекомендации по применению врубок и затяжек RMNT.RU уже давал в статьях «Стропильная система», «Двускатная стропильная система», «Стропильная система двускатной крыши своими руками», «Вальмовая стропильная система». Методы крепления и сочленения элементов справедливы для любого вида кровли на основе деревянной рамы.

Правило № 1

При прямых скатах проекция рабочей части стропил (расстояние от опоры до опоры) не должна превышать 2 метра.

Таблица нормы пролёта (длины стропилы) для разной толщины стропильной ноги

В данном случае подстропильная затяжка (ригель), которая соединяет стропилы в средней или верхней части, считается опорой.

Правило № 2

Шаг стропил мансардной стропильной системы зависит от толщины и конструкции стропильных ферм.

Таблица зависимости шага от толщины

Примечание. Все приведённые величины и пропорции зависимости взяты из нормативно-справочной литературы.

Правило № 3

При ширине пролёта пологой (верхней) части ската более 3 метров обязательны промежуточные опоры. Пологий скат будет так или иначе аккумулировать снег, который весной и осенью имеет вес воды. Даже хорошо раскреплённая ферма со временем будет деформироваться на значительных пролётах под действием гравитации (от своего веса).

Внимание! Не пренебрегайте дополнительными усилениями. Они играют решающую роль (после основных) в распределении нагрузки. Отсутствие промежуточных опор может привести к деформациям скатов и конька — провисанию и образованию ступеней в течение 5 лет после монтажа.

Правило № 4

Даже короткие стропильные ноги следует обязательно усиливать откосами и тягами везде, где это возможно. Любая стропильная система работает как одна сплошная рама и таким образом держит форму. Чем больше элементов раскрепления, тем выше её устойчивость к деформации. Особенно это актуально для пологих скатов и «карманов» стен.

Правило № 5

Старайтесь избегать креплений «внакладку», особенно если нагрузка передаётся не через силу трения на поверхность другого элемента, а на стержень, предназначенный для затяжки.

Цель стяжки элементов резьбовыми тягами и турбовинтами не в том, чтобы усилить деревянный узел металлическими стержнями, а в том, чтобы сильнее прижать плоскости, создав максимальную силу трения, которая и будет удерживать их в связке. Так же работают саморезы и турбовинты. Идеально, если на плоскости нанести столярный клей.

Постоянные вертикальные стойки устанавливайте на врубки. Это займёт больше времени на монтаж, но прибавит 5–7 лет жизни конструкции. Самые слабые места мансардной фермы — соединения переломов ската. Они обязательно должны иметь вертикальную опору.

Мансардный этаж — разумное решение для реконструкции любого здания. Перед принятием такого решения обязательно убедитесь в несущей способности стен. Увеличение жилой площади дома почти вдвое даст ему новую жизнь, причём за небольшие средства (в сравнении с фундаментным строительством).

Видео по теме