Как усилить стропила для мансарды

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.

Источник

Как устроена стропильная система мансардной крыши: обзор конструкций для малоэтажных домов

Устройство мансардной крыши позволяет ощутимо увеличить полезную площадь и рационально организовать пространство малоэтажного дома. Однако ее строительство нередко пугает домашних мастеров слишком сложным и трудоемким процессом.

Опасаться не стоит, ведь результат обеспечит красивой крышей и удобными дополнительными помещениями. А для того чтобы итог работы радовал хозяина и домочадцев, нужно знать, по каким правилам сооружается стропильная система мансардной крыши, каким способом ее проще и лучше устроить.

Содержание

Главный признак мансардных крыш

При упоминании мансардных крыш мы моментально вспоминаем пятиугольную двухскатную конструкцию внушительных размеров над срубом, бетонными или кирпичными стенами. Зрительная память подсказывает, что у скатов ее непременно должен быть разновеликий уклон, т.е. нижняя часть крыши просто обязана быть намного круче, чем верхняя. Из-за разницы в углах наклона формируется выпуклый излом, подаривший крыше народное название «ломанной». Термин обоснованно перекочевал в технические определения мансардных сооружений. Он отражает суть привычного стандарта в устройстве, но с конфигурацией зачастую не имеет ничего общего. Несмотря на то, конструкция всех мансардных крыш в обязательном порядке включает две части, визуально их наличие не всегда можно определить.

Чисто по внешним показателям преобладающее количество мансардных конструкций можно разделить на:

• Треугольные крыши, нижняя и верхняя часть которых имеет равнозначный уклон. Внешне они напоминают традиционные двухскатные сооружения без изломов в плоскости скатов.
• Пятиугольные крыши со скатами, имеющими выпуклые углы. Эта категория ярко проявляет наличие в конструкции двух состыкованных частей.

В обеих указанных разновидностях стропильная система состоит из двух водруженных друг на друга ярусов. Нижнее сооружение формирует полезное пространство жилой мансарды высотой от 2 до 2,5м, чтобы перемещаться внутри него было не затруднительно. Второй ярус создает форму верха крыши, ему позволено быть произвольной высоты.

Варьируя угол наклона верхних и нижних стропильных ног, можно получить оптимальную на собственный взгляд форму крыши. Считается, что лучше всего выглядит пятиугольная мансарда, углы которой соприкасаются с воображаемой окружностью.

Отметим, что принцип строительства ломанной крыши подходит не только для двухскатных стропильных систем. Интерпретируя базовый метод мансарду можно организовать в вальмовых, односкатных, шатровых и прочих кровельных конструкциях.

Иногда под мансарду переделывают уже существующее сооружение, в возведении которого не использовалась «ломанная» технология. Однако эти крыши априори к мансардному разряду отнести нельзя. Правда, никто не мешает при достаточной мощности стропильных ног использовать ригели скатных стропильных систем в качестве потолочных балок, а опоры дополнительных прогонов в качестве бруса для обшивки мансарды.

Выяснили, что главный признак мансардной крыши это наличие двух смежных стропильных конструкций, соединенных в треугольник или пятиугольник симпатичной хозяину формы. В их строительстве используется типовые технологии сооружения стропильных каркасов для скатных крыш:

• Наслонная, согласно которой строят нижний ярус мансарды и используют в устройстве верхней части.
• Висячая. В соответствии с ней строят только верхнюю часть конструкции.

Если для упрощения разрез мансардной крыши разделить на две половины, внизу получится трапеция, а вверху треугольник. Наклонным сторонам трапеции разрешено быть исключительно наслонными, а сторонам треугольника наслонными и висячими.

Базовые схемы стропильных систем

«Классикой жанра» по праву считается пятиугольная схема стропильной системы мансардной крыши со стойками-подпорками, образующими стенки внутреннего помещения. Ее разрез условно делится на простейшие геометрические фигуры. В центре прямоугольник, по бокам которого расположены два зеркально развернутых прямоугольных треугольника, сверху равносторонний треугольник.

Стандартная мансардная конструкция

Наслонные стропила нижней части конструкции опираются внизу на мауэрлат, а верхней пяткой на правый или левый прогон. Часть каркаса мансардной крыши, венчающую сооружение, выполняют висячие стропильные арки. Их дополняют бабкой-подвеской посредине, если им предназначено перекрывать пролет более 3м. Бабку нельзя соединять с затяжкой арки врубкой, как опорную стойку. Ее работа заключается в предотвращении провисания затяжки – это не опора, а подвес.

Подпорки-стойки наслонных стропилин нижней части опираются через лежень на перекрытие. При необходимости увеличить устойчивость под подпорки монтируют подкосы. С лежнем и прогонами стойки соединяются врубками, места соединения дублируются металлическими уголками и зубчатыми пластинами. Если перекрытие бетонное, под лежень подстилается битумная гидроизоляция. Лежень может быть уложен не на перекрытие, а на кирпичные столбики или на выравнивающие доски. При устройстве мансарды по деревянному перекрытию можно вообще обойтись без лежня и врезать стойки непосредственно в балки.

На довольно крутые нижние части скатов мансардных крыш практически не действует снеговая нагрузка, осадки ведь на них не задерживаются. Однако у круто установленных стропилин есть другая беда — порывистые ветра будут стремиться перевернуть и сорвать крышу. Поэтому к креплению системы к мауэрлату отнестись нужно очень серьезно. В мансардной ситуации к стенам скрутками привязывается каждая стропилина, а не через одну, как у обычных скатных конструкций.

Способ выноса стропил за линию стены

Нередко бывает, что запланированная мансардная конструкция формирует слишком узкое внутреннее пространство. Его можно расширить путем выноса стропильных ног за пределы стен. Т.е. опираться стропильная нога будет не на мауэрлат, а на балки верхнего перекрытия. Этот случай по идее вообще не нуждается в мауэрлате. Зато усиливающие подкосы в схеме с выносом стропилин применяют беспрекословно, потому что под крайней частью боковых треугольников никакой опоры нет совсем.

Установку мауэрлата можно упразднить, а вот заливка монолитного ж/б пояса для крепления балок к кирпичным стенам весьма желательна. Балки перекрытия к монолитному поясу крепятся анкерами, в них врубаются опорные стойки максимум на 1/3 толщины бруса. Важный момент: вынос стропилин за стену просто обязан сформировать карниз для деревянных домов шириной не менее 0,5м, для бетонных и каменных минимум 0,4м.

Технология сооружения стропильной конструкции с выносом стропильной ноги за стену:

• Устанавливаем крайние балки перекрытия, определяющие контур карнизных свесов. Т.к. перекрытие будет нагруженным, сечение балок принимаем от 150×200мм. Если при укладке стартового бруса выявится, что стены не формируют идеальный прямоугольник, стремимся изменением положения балок исправить огрехи.
• По натянутым между закрепленными крайними балками шнуркам укладываем и фиксируем остальные бруски. Контролируем высоту и шаг укладки балок перед креплением. Расстояние между элементами перекрытия равно шагу между стропильными ногами. Для утепленных крыш оптимальный шаг установки стропилин 0,6м, потому что он равен ширине плиты теплоизоляции. Если стропила будут монтироваться с подобной частотой, их можно сделать из доски 50×150мм.
• От левого и правого края откладываем расстояние, равное длине короткого катета прямоугольного треугольника. В отмеченных точках аккуратно стамеской выбираем гнезда на треть высоты балки под крайние опоры.
• Изготовим опоры путем вытески шипов. Их нужно сделать по размерам выбранных гнезд. Для изготовления угловых опор подойдет брус сечением 100×150мм, из него же следует сделать две несущие опоры для фронтонных сторон крыши. Под рядовые стойки достаточно бруса 50×100 мм. Материал для опорных элементов должен быть длиннее проектной высоты на длину шипа, но лучше на 10см на случай ошибок при стеске.
• Устанавливаем угловые стойки и скрепляем их временными распорками. Соединяем стойки шнуркой.
• По шнурке отвесом выверяем в балках точки выборки гнезд под рядовые опоры и выбираем указанные отверстия.
• Устанавливаем рядовые стойки и две несущие опоры в центрах фронтонов мансарды.
• На установленные опоры укладываем прогоны — доски сечением 50×150мм. Крепим прогоны уголками. Необязательно использоваться столько же гвоздей, сколько в уголках отверстий. Достаточно двух-трех на каждую плоскость. В результате укладки доски получается каркас стен будущей мансарды.
• Соединяем установленные друг против друга опоры брусками, прикрепив их к прогонам уголками. Эти элементы будут выполнять функцию ригелей, работающих на растяжение. Потому для их изготовления потребуется пиломатериал 1го сорта сечением 100×150мм. Под каждый установленный ригель нужна временная опора из дюймовки 25×150мм.
• Сверху ригели временно скрепляем все той же дюймовкой, отступив от краев каркаса 20-30см. Временный редкий настил из одной-двух-трех досок нужен для удобства монтажа верхней части стропильной системы.
• Делаем из дюймовки шаблон для стропилин нижнего ряда. Для этого прикладываем доску-заготовку к торцу прогона и балки. Затем очерчиваем линии пазов, вдоль которых предстоит отпилить излишки. Примеряем, при необходимости подтесываем излишки.
• По шаблону изготавливаем стропильные ноги. Если есть сомнения в безупречности строительства, то выпилить для начала лучше только верхний паз. Поместив стропилину на положенное ей место, можно будет потом скорректировать нижний паз по факту без нежелательной порчи материала.
• Устанавливаем торцовые стропильные ноги, которые нужно будет опять соединить шнуркой.
• Ориентируясь на шнурку монтируем стропильные ноги нижнего яруса мансарды.
• Аналогично изготавливаем шаблон для верхней части стропильной системы. Для того чтобы найти линию верхнего спила, временно нашиваем на фронтонную опору доску.
• Делаем зеркального собрата для предыдущего шаблона. Опираться стропила верхнего яруса будут друг в друга.
• Примеряем оба шаблона на крыше. Если все в норме, изготавливаем по ним требующееся количество верхних стропилин из доски 50×150мм.
• Сооружаем верхний ярус стропильной системы.
• Для того чтобы ригели не провисали, монтируем к каждой верхней ферме бабки требующегося размера. Жестко пришиваем их только к коньковой зоне, низ не должен быть жестко закреплен.

Дальше стропильные ноги прикручиваются к стенам проволочными связками. Затем устанавливается каркас фронтона, по которому его нужно обшить. В завершении монтируется обрешетка с шагом, соответствующим характеристикам кровельного материала.

Метод с каркасными модулями

Технология отличается от предыдущего способа тем, что на перекрытие устанавливаются не отдельные опоры, а полностью подготовленные к креплению модули-блоки боковых стен будущей мансарды.

Блочный метод устройства стропильной системы позволяет оптимизировать строительство мансардной крыши, потому что сооружение модульных элементов производится на земле. В спокойных условиях без ощущения высоты достичь точности узловых соединений легче.

Процесс устройства блочной мансардной крыши:

• По заранее сделанному проекту изготавливаем рамы стенок мансарды. Продольные брусья по этой методе играют роль прогонов и лежней. Их вместе со стойками раскладываем на ровной площадке и отмечаем при помощи угольника гнезда под опоры боковых стен. По отмеренным линиям делаем пропилы.
• Вырезаем на стойках шипы, размер которых обязан соответствовать размерам гнезд.
• Соединяем продольный брус с вертикальными стойками, получаем две модульных рамы – это стенки мансарды.
• Поднимаем рамы наверх, устанавливаем на предназначенное место. Временно фиксируем положение стенок распорками, затем прикрепляем их к балкам перекрытия скобами.
• Стамеской выбираем на краях балок гнезда для установки нижнего ряда стропил. Расположить их надо в одну линию. Чтоб соблюсти геометрию проще сначала наметить их бензопилой, потом доработать стамеской.
• Верхний стропильный ярус мансарды выполняем на земле, примерив предварительно заготовки к установленным элементам. Для точности подгонки к торцу будущей крыши временно прибиваем доску так, чтобы один ее края четко повторял центральную ось стропильной системы. Основание верхнего мансардного треугольника выполняет функцию растяжки. Длина его равняется расстоянию между наружными вертикальными плоскостями установленных рам. По краям растяжки выбираем гнезда, а на нижних пятках стропилин шипы.
• Собираем стропильные фермы верхнего яруса, для надежности монтируем дополнительный ригель, коньковый узел усиливаем треугольной леревянной накладкой.
• Пока не переместились на крышу, делаем заготовки стропильных ног. Примеряем их к разложенным на земле рамам. «Раскроить» их удобнее одним махом, прихватив несколько штук струбциной. Выпиливаем только верхний скос с учетом того, что опираться он будет частично на стойку стенки, частично на растяжку верхних стропильных ферм.
• Примеряем нижнюю стропилину к торцу. Прорисовываем в зоне ее нижней пятки форму шипа, повторяющую конфигурацию гнезда в балке. Выпиливаем шипы.
• Перемещаем на крышу фермы верхнего яруса и стропильные ноги нижнего яруса. Монтируем сначала фермы, прикрепив их к верхней обвязки стенок скобами, затем стропила нижней части, прикрепив их к балкам перекрытия все теми же скобами.

Последующие этапы строительства крыши выполняются по стандартным правилам. Подробно ознакомят с описанными принципами сооружения стропильной системы чертежи для мансардной крыши, наглядно представляющие конструкцию. Благодаря производству соединений врубкой вполдерева увеличивается прочность и жесткость каркаса в целом, что позволит не монтировать дополнительные подкосы.

Минус метода заключается в том, что готовые модули довольно тяжело транспортировать на крышу. Чтобы перенести туда собранные блоки без применения грузоподъемной техники потребуется минимум 4 человека.

Дощато-гвоздевая стропильная система

Строить мощную мансарду над небольшими дачными домиками нецелесообразно, но сэкономить место на малогабаритном участке все же хочется. Для хозяев небольших строений есть отличный вариант – легкая дощато-гвоздевая наслонная конструкция. Способ должен понравиться приверженцам экономии, потому что в сооружении не используется цельный брус.

Для изготовления каждого из опорных элементов используются две доски, между которыми установлены дистанционные отрезки бруска. Формируемая брусками полость объясняет, почему система легка в сравнении с цельными собратьями. Для обеспечения пространственной жесткости устанавливаются ветровые схватки, соединяющие опоры со стропильными ногами. Свой вклад в усиление конструкции в свою очередь внесет обрешетка.

Народный способ разработки макета

Для успешного результата работы очень желателен проект. Не факт, что представленные чертежи с размерами подойдут для обустройства конкретного дома. Типология в строительстве сейчас совсем не приветствуется. Если нет вообще никакой документации, лучше сделать хотя бы набросок будущей крыши, не забывая о высоте потолков в мансардном помещении. При этом:

• Следует соблюдать пропорции, ведь слишком большая мансарда может превратить небольшой дом в несуразную, похожую на гриб постройку.
• Нужно помнить, что нижняя часть мансардной крыши строится с использованием наслонных стропильных ног, а они оптически занижают свес и перекрывают верхнюю часть высоко расположенных окон. Ощутимого эффекта нависания не будет при устройстве мансарды по схеме с выносом стропил.
• Не стоит забывать, что высота мансардного помещения обязана обеспечить свободу передвижения. Именно этот ориентир требуется для правильного определения высоты стоек мансардных стенок.

Подобрать наилучшие пропорции крыши можно народным шаблонно-макетным способом. Согласно ему на ровной просторной площадке раскладываются бруски или доски, повторяющие контур строения в реальную величину. Меняя углы, передвигая составляющие, можно добиться оптимальной конфигурации. Элементы нужно зафиксировать гвоздями и тут же померить длины балок, стропил, затяжек, стоек. Полученные размеры помогут в изготовлении шаблонов.

Расчеты и планировку стропильной системы под мансардную крышу продемонстрирует видео:

Приведенные нами базовые варианты и схемы устройства мансардной стропильной конструкции помогут определиться с выбором оптимального типа стропильной конструкции.

Источник