Конструкция крыши строительного объекта различного назначения подвержена различным нагрузкам – весу кровельного покрытия природного и искусственного характера, теплоизолирующих материалов, ветровому и снеговому давлению, весу стропильной системы. Поэтому, учитывая совокупность возможных нагрузок, возникающих при эксплуатации кровли, необходимо спроектировать шаг стропил.
От чего он зависит, мы изложим в этой статье.
Стропильная система
Элементы опираются на несущую конструкцию стены, которая создает нагрузку на фундамент строительного сооружения. Выбор стропильной системы обусловлен типом кровли.
Как правило, конструкция стропил не видна на общем фоне устройства кровли. Однако, не стоит отрицать ее важность, так как именно качественный каркас придает всей конструкции крыши устойчивость и прочность. Причем качество стропильной системы должно оставаться неизменным, несмотря на тип кровельного покрытия (черепица на кровле или оцинкованное железо, еврошифер или рулонные материалы).
В любом случае расчет размеров материалов для устройства стропильной системы должен обеспечивать механическую прочность конструкции.
В критерии расчета должно входить:
- Тип материала;
- Конструкция кровли;
- Целесообразность и экономичность строительства.
Производится на стадии проектирования крыши.
Он включает следующие позиции:
- Расчет сечения брусков для стропил;
- Расчет шага стропил
- Расчет пролетов;
- Разработку системы укладки стропил (стропильная ферма и конструкция);
- Анализ прочности несущих конструкций сооружения;
- Расчет применения дополнительных элементов (по необходимости – раскосы и затяжки).
Внимание. При строительстве типового проекта можно воспользоваться стандартными расчетами, указанными в строительных нормах.
Для индивидуального строительства к этому вопросу необходимо подходить особо, учитывая условия строительства и конфигурацию сооружения.
Расчет сечения стропильных элементов
Подбор сечения стропил зависит от таких показателей:
- Схемы крыши;
- Природных нагрузок, характерных для климатического региона;
- Длины стропил;
- Угла наклона ската и соответственно стропильных ног.
Правильный расчет геометрических параметров стропил обеспечит прочность конструкции.
В качестве стропильных элементов могут использоваться деревянные брусья или металлические элементы. Последнее время многие строители стали совмещать эти элементы в единую конструкцию.
Стоит отметить, что металлическая поверхность характеризуется появление конденсата, который капая на деревянные элементы, приводит к их гниению. В расчетах стропильных элементов мы остановимся на случае применения в конструкции только деревянных элементов.
Приведем некоторые расчеты сечения бруска для стропил:
- При длине стропил 4 м и угле наклона 30 градусов используется брусок с сечением 50х140 мм;
- Соответственно 4,3 м – 35 градусов – 50х150 мм;
- 4,6 м – 40 градусов – 50х160 мм;
- 4,95 м – 45 градусов – 50х170 мм;
- 3,9 м – 25 градусов – 50х140 мм.
Такое сечение подходит для проектов с размещением стропил на расстоянии 1,6 м друг от друга.
При увеличении шага размещения стропильных балок, увеличивается показатель толщины. Строительный рынок для типовых проектов выпускает кровельные материалы, имеющие длину 1 м. Поэтому наиболее часто в конструкции стропильной системы используется шаг с таким же размером.
Заметьте, что снижение величины шага с 1,6 м до 1 м не приводит к уменьшению сечения бруса для . Так что при условии размещения балок на 1 м друг от друга необходимо использовать расчет сечения, который мы привели выше.
Шаг между стропилами
Основу стропильной конструкции составляет треугольник, состоящий из верхнего пояса фермы – стропильных ног, и нижнего пояса – затяжки. Верхние концы стропильных ног соединяются с прогоном на коньке. Крепление нижних концов осуществляется на стенах дома с наружной стороны.
Способность выдерживать стропилами нагрузку обусловлена шагом из размещения.
Шаг стропильных ног зависит от многих показателей:
- Формы крыши (вальмовая, двухскатная или односкатная);
- Наклона ската;
- Параметров сечения балки (ширины и толщины);
- Конструкции стропильной системы (наслонная или висячая);
- Веса кровельного покрытия (согласитесь, что шифер, рулонные материалы, профилированные листы имеют различную массу);
- Сечения материала обрешетки (50х50 мм, 20х100 мм и прочие);
- Типов обрешетки (сплошная или с шагом).
Конечно, если учесть все показатели, то расчет даст гарантированный результат в направлении создания надежной крыши при высоких нагрузках, которые определяются технической характеристикой кровельного материала и требованиями строительных норм.
Для установления ширины шага используется нормативная и расчетная нагрузка. Обычно, нормативная определена нормами СНИП, а расчетная проводится конструктивным методом. В зависимости от размера конструкции крыши и кровельного покрытия.
Распространенный вариант – это использование бруска с сечением 5х15 см и шагом укладки от 80 до 180 см. при увеличении наклона ската расширяется стропильный шаг.
Например:
- При уклоне ската 20 градусов шаг составляет 80 см;
- Угол 75 градусов – шаг равен 130 см.
При расчете ширины шага учитывается длина стропильных элементов. При увеличении размера стропил нельзя увеличивать расстояние между ними.
Приведем пример расчета шага (см) с учетом длины стропил (м) и сечения бруса (мм):
- 60 – 3,0 – 40х150;
- 60 – 4,0 – 50х150;
- 60 – 6,0 – 50х200;
- 110 – 3,0 – 75х125;
- 110 – 4,0 – 75х175;
- 110 – 5,0 – 75х200;
- 175 – 3,0 – 75х150;
- 175 – 4,0 – 75х200;
- 175 – 6,0 – 100х250.
Совет. Если в процессе эксплуатации у вас будет возникать необходимость перемещения по крыше, то рекомендуется устанавливать шаг между стропилами 85 см при наклоне ската 45 градусов.
Цель расчетов
Как мы уже говорили, необходимость проведения расчетов обусловлена получением хорошего результата – устройство надежной и прочной крыши. Разработка расчетов направлена на выявление предельного состояния конструктивных элементов, то есть устойчивость к прогибу и разрушению.
Показатели расчетов, которые приведены выше, выполнялись с учетом наклона ската, снеговой и ветровой нагрузки, веса кровли, высоты здания, что определяет устойчивость элементов к разрушению.
Устойчивость к прогибу определяется нормативными нагрузками, которые различаются для каждого региона. Значение нормативных нагрузок содержат СНИП по устройству и расчету стропильной системы.
План стропильной системы
После проведения всех расчетов и подготовки материала можно приступать к сооружению стропильной конструкции. Для правильного монтажа осуществляется раскладка стропил.
План раскладки таков:
- Определяется положение стропильных элементов (ног).
- Наносится маркировка на стропильные пары.
- Определяется положение пар относительно стеновой конструкции.
План разрабатывается на основе типа стропильной опоры. Для легких кровель можно применять конструкцию из стропильных ног и нижней затяжки. Тяжелые по весу кровельные покрытия нуждаются во включении в стропильную конструкцию дополнительных опорных элементов.
Приведем пример некоторых типов стропильной конструкции:
- Наслонная (в качестве опоры для стропильных ног выступает мауэрлат – опорный брус; расстояние между опорами составляет 6 м);
- Наслонная с ригелем (в этой конструкции монтируется затяжка между стропилами, обеспечивающая устойчивость к прогибу; расстояние опор под стропильные ноги равно 8 м);
- (дополнительно к опорному брусу и стропильным ногам устанавливается под конек стойка, к ней и стропилам крепятся подкосы; это позволяет увеличить прочность и жесткость конструкции, а также шаг между опорами до 12 м).
Внимание. Всегда в стойке закрепляется парное число подкосов для равномерного распределения нагрузки материалов на стропильную систему.
Применение конструктивных мер расчетов и укладки стропил приводит к предохранению крыши от воздействия нагрузок кровельных материалов, ветра, снежного покрова. Грамотный расчет исключает необходимость проведения капитального ремонта до истечения гарантийного срока применяемых материалов и монтажных работ.
В малоэтажных зданиях применяются, как правило, чердачные скатные крыши по деревянным стропилам с обрешеткой. Уклон крыши принимается в зависимости от материала кровли и района строительства. Минимальные уклоны стальных кровель – 14°, черепичных – 27°, из волнистых асбестоцементных листов – 18°. В районах с большим снеговым покровом следует принимать уклоны кровель более 30°.
Формы чердачных крыш определяются очертаниями здания в плане и стремлением к архитектурной выразительности. Крыши могут быть односкатными, двускатными (наиболее часто применяемые), четырехскатными (шатровыми, вальмовыми, полувальмовыми) и многоскатными.
Водоотвод с кровли может быть неорганизованный или организованный. При организованном водостоке количество водосточных труб принимают из расчета 1-1,5 см 2 сечения трубы на 1 м 2 кровли. Оптимальное расстояние между водосточными трубами – 15-20 м. Вынос карниза кровли при неорганизованном водостоке должен быть не менее 500 мм, при организованном – не менее 300 мм.
Несущие конструкции крыши состоят из стропил ,выполненных из бревен, брусьев или досок. Выбор схемы стропил крыши производится в зависимости от ширины здания и характера расположения внутренних стен (опор), в соответствии с планом кровли.
При наличии в плане здания внутренних несущих стен применяются наслонные стропила ,основные несущие элементы которых
– стропильные ноги – работают как наклонно положенные балки, верхним концом опирающиеся на коньковый прогон, а нижним – на мауэрлат наружных стен. Максимальная длина стропильных ног – не более 6,5 м. Если промежуточных опор в здании нет, то применяются висячие стропила ,представляющие собой простейший вид стропильной фермы, где наклонные стропильные ноги передают распор на горизонтальную затяжку.
Сечение элементов стропил принимается конструктивно, по аналогии с типовыми деталями и данными учебников. Во избежание выпадения конденсата и промерзания утеплителя на чердачном перекрытии необходимо обеспечить сквозное проветривание чердака через слуховые окна . Особое внимание следует уделить расположению мауэрлатов, прогонов, стоек, проработке узлов и увязке сопряжений отдельных элементов крыши между собой.
Рис. 3.7. Стропильные конструкции малоэтажных зданий: а – наслонные стропила (поперечный разрез); б – висячие стропила; в – план стропил; г – продольный разрез по наслонным стропилам
Шаг стропил принимается от 1000 до 1500 мм, в зависимости от веса кровли и материала обрешетки. На плане стропил показывают мауэрлаты, стропильные ноги, диагональные (накосные) ребра, прогоны, ригели, кобылки, слуховые окна. Если накосные ребра имеют пролет более 6 м, то для их опирания применяют шпренгели, которые тоже показывают на плане.
Элементы стропильных систем даны на рис. 3.7.
3.7. Разработка чертежей разрезов здания
Продольный и поперечный разрезы выполняются в масштабе 1:100. На плане этажа намечаются линии разрезов. Их маркировка наносится в плане за размерными линиями. Стрелками обозначают направление взгляда.
Разрезы должны проходить через наиболее важные элементы здания: лестничную клетку, подвальные помещения, через оконные и дверные проемы. Для этого иногда линию разреза делают ломаной, с обозначением поворота на плане.
Составление чертежа разреза начинают с нанесения продольных разбивочных осей и привязки к ним толщины стен. Затем проводят горизонтальную линию, соответствующую уровню пола первого этажа и принимаемую за «нулевую» отметку. От этой линии производят отсчет всех вертикальных размеров вверх и вниз. Вверх от «нулевой» отметки откладывают отметку пола второго этажа (+2.800 или +3.000), а вниз – отметку уровня поверхности грунта (не менее -0.500). Затем идет детальная проработка разреза по конструктивным элементам. При составлении разрезов необходимо уточнить:
основные вертикальные отметки: высоту до подоконников, высоту оконных и дверных проемов, отметки полов и потолков, карнизов и коньков крыш и т. д.;
конструкцию и глубину заложения фундаментов под внутренние и наружные стены, вид цокольной части, конструкцию пола первого этажа и отмостки;
конструкцию лестничной клетки в соответствии с разбивочным чертежом;
конструкцию перемычек над оконными и дверными проемами, попавшими в разрез;
опирание элементов перекрытий (плит, балок) и элементов стропильной системы на стены;
конструкцию стропильной системы и сопряжение отдельных элементов друг с другом;
выход на крышу вентиляционных каналов и дымовых труб и их высоту по отношению к коньку.
При существующем многообразии кровельных материалов монтаж крыши, как правило, происходит по одной и той же схеме, объединенной несколькими основными правилами.
После установки лежня приступают к креплению стоек, которые должны иметь одинаковый размер по высоте и быть закреплены строго по отвесу в поперечном и продольном направлениях, после чего в них должен быть уложен прогон. После этого можно приступить к , которые должны быть установлены между прогоном и лежнем ветровых подкосов.
Установка стропил и обрешетки
Для устройства стропил и обрешетки понадобятся некоторые материалы и набор инструментов.
Необходимые материалы:
- стропильный брус;
- доска для мауэрлата, лежня;
- дюймовая доска или брус для обрешетки;
- утеплитель;
- паро- и гидроизоляция;
- скобы, гвозди;
- антисептик для обработки дерева, кисть, валик.
Схема монтажа стропильной системы: А – узел крепления стропил к мауэрлату, крепления кобылок; Б – общий вид правильно выполненных стропил; В – растяжка и подкос; Г – правильное крепление конька; Д – крепление к подкосу; Е – стропила в сборке.
Необходимые инструменты:
- рулетка;
- уровень, отвес, шнур, угольник;
- ножовка, электрическая пила, лобзик;
- молоток, гвоздодер, топор, кусачки;
- страховочный пояс и веревка.
Стропила должны быть установлены на одинаковом расстоянии друг от друга, оно называется шагом, а рассчитывается путем деления длины дома на их количество. Например, при длине стены 8 метров и через м их понадобится 9 штук на каждую сторону. Крайние стропила кровли устанавливаются по водяному уровню по отношению друг к другу, а те, которые находятся между ними по натянутому шнуру.
Собирать треугольную схему с лучше внизу на земле, потому что такую конструкцию тяжело собрать в вертикальном положении, их лучше устанавливать в собранном виде. Благодаря одинаково собранной форме стропильных ферм, выставленным по отвесу и точно установленным прокладкам, строго по уровню, горизонтальное положение конструкции получается без особых усилий.
Обрешетка кровли может быть сплошной, выполненной из дюймовой доски или бруса сечением 50х50 мм, который устанавливается в местах стыка кровельного материала. В зависимости от его длины, рассчитывается необходимое количество бруса между стыками. Лишнюю, торчащую по торцам дома обрешетку обрезают на одинаковом расстоянии от крайних стропил, оставляя края выступать по 10 см за них, образуя свободный свес для кровельных материалов. По сплошной обрешетке можно разложить рулоны рубероида или паронепроницаемой пленки.
Расчет и укладка кровельного материала
Расчет необходимого количества того или иного вида материала для устройства кровли производится путем замера и вычисления площади скатов, например, при длине 8 м и ширине 3 м площадь ската составит 24 м. Таким образом, учитывая нахлест, можно установить точное количество листов, необходимых для покрытия крыши дома. Если накрывать крышу профлистом длиной 3 м и шириной 1 м 15 см, то понадобится 8 таких листов.
Вне зависимости от того, какой кровельный материал выбран, порядок его укладки начинается снизу вверх, как бы навстречу потокам воды, в одну сторону нанесенной на нем маркировки. При укладке асбестоцементного шифера на стыке четырех его углов необходимо два нижних накрываемых угла откусить, это делается для того, чтобы зимой снег не скапливался на чердаке и весной не заливало талой водой верхний этаж. В основном кровельные материалы крепятся с помощью гвоздей или саморезов, часто они красятся под цвет покрытия и имеют уплотнительную резинку.
После окончания этих работ устанавливается конек и делаются примыкания вокруг труб или смотрового окна, если оно предусмотрено конструкцией кровли. обычно отделываются сайдингом или другим выбранным материалом. При проведении работ не стоит забывать о безопасности, необходимо использовать монтажный пояс и специальную проверенную веревку, можно сбить ходовой трап, по которому легко передвигаться.
С учетом всех технологических особенностей прослужит без затрат на ее ремонт и эксплуатацию на протяжении многих лет. Работы по ее устройству лучше всего доверить профессионалам, знающим все тонкости.
