Какой размер должен быть у коньковой балки. Коньковый прогон как срастить

В основе каждой крыши лежит большое количество балок, стропил, стоек и прогонов, которые все вместе называются стропильной системой. За многовековую историю видов и способов ее организации накопилось немало, и каждая имеет свои особенности в построении узлов и врубок. Подробнее о том, какой может быть стропильная система двухскатной крыши и как при этом должны крепиться стропила и другие элементы системы поговорим подробнее.

Конструкция стропильной системы двускатной крыши

В разрезе двухскатная крыша представляет из себя треугольник. Состоит она из двух прямоугольных наклонных плоскостей. Две эти плоскости соединяются в высшей точке в единую систему коньковым брусом (прогоном).

Теперь о составляющих системы и их назначении:

• Мауэрлат — брус, который связывает крышу и стены здания, служит опорой для стропильных ног и других элементов системы.
• Стропильные ноги — они образуют наклонные плоскости крыши и являются опорой для обрешетки под кровельный материал.
• Коньковый прогон (бус или конек) — объединяет две плоскости крыши.
• Затяжка — поперечная деталь, которая соединяет противоположные стропильные ноги. Служит для увеличения жесткости конструкции и компенсации распирающих нагрузок.
• Лежни — бруски, расположенные вдоль мауэрлата. Перераспределяют нагрузку от кровли.
• Боковые прогоны — поддерживают стропильные ноги.
• Стойки — передают нагрузку от прогонов к лежням.

В системе могут еще присутствовать кобылки. Это доски, которые удлиняют стропильные ноги для образования свеса. Дело в том, что для защиты стен и фундамента дома от осадков желательно чтобы кровля заканчивалась как можно дальше от стен. Для этого можно взять длинные стропильные ноги. Но стандартной длины пиломатериалов в 6 метров для этого часто не хватает. Заказывать нестандарт — очень дорого. Поэтому стропила просто доращивают, а доски, которыми это делают называются «кобылки».

Конструкций стропильных систем довольно много. В первую очередь их разделяют на две группы — с наслонными и висячими стропилами.

С висячими стропилами

Это системы, у которых стропильные ноги опираются только на наружные стены без промежуточных опор (несущих стен). Для двускатных крыш максимальный пролет составляет 9 метров. При установки вертикальной опоры и системы подкосов увеличить его можно до 14 метров.

Висячий тип стропильной системы двускатной крыши хорош тем, что в большинстве случаев нет необходимости ставить мауэрлат, а это делает установку стропильных ног проще: не нужно делать врубки, достаточно скосить доски. Для связи стен и стропил используется подкладка — широкая доска, которую крепят на шпильки, гвозди, болты, ригеля. При таком строении большая часть распирающих нагрузок компенсирована, воздействие на стены направлено вертикально вниз.

Виды стропильных систем с висячими стропилами для разных пролетов между несущими стенами

Стропильная система двухскатной крыши для небольших домов

Существует дешевый вариант стропильной системы, когда она представляет собой треугольник (фото ниже). Такое строение возможно, если расстояние между наружными стенами не более 6 метров. Для такой стропильной системы можно расчет по углу наклона не делать: конек должен быть поднят над затяжкой на высоту не менее 1/6 длины пролета.

Но при таком построении стропила испытывают значительные изгибающие нагрузки. Для их компенсации или берут стропила большего сечения или врубку коньковой части делают так, чтобы их частично нейтрализовать. Для придания большей жесткости в верхней части с обоих сторон прибивают деревянные или металлические накладки, которые надежно скрепляют вершину треугольника (тоже смотрите не картинке).

На фото также показано, как дорастить стропильные ноги для создания свеса кровли. Делается врубка, которая должна выходить за пределы линии, проведенной от внутренней стены вверх. Это необходимо, чтобы сместить место надреза и уменьшить вероятность надлома стропила.

Коньковый узел и крепление стропильных ног к подкладной доске при простом варианте системы

Для мансардных крыш

Вариант с установкой ригеля — используется при . В этом случае он является основой для подшивки потолка расположенного ниже помещения. Для надежной работы системы такого типа, врубка ригеля должна быть безшарнирной (жесткой). Лучший вариант — полусковороднем (смотрите на рисунке ниже). В противном случае крыша станет неустойчивой к нагрузкам.

Обратите внимание на то, что в этой схеме присутствует мауэрлат, а стропильные ноги для повышения устойчивости конструкции должны выходить за пределы стен. Для их закрепления и стыковки с мауэрлатом делается врубка в виде треугольника. В этом случае при неравномерной нагрузке на скаты, крыша будет более стабильна.

При такой схеме почти вся нагрузка ложится на стропила, потому их необходимо брать большего сечения. Иногда приподнятую затяжку укрепляют подвеской. Это необходимо для предотвращения ее прогиба, если она служит опорой для материалов обшивки потолка. Если затяжка небольшой длины, ее можно подстраховать по центру с двух сторон досками, прибитыми на гвозди. При значительной нагрузке и длине таких страховок может быть несколько. В этом случае тоже достаточно досок и гвоздей.

Для больших домов

При значительном расстоянии между двумя наружными стенами устанавливается бабка и подкосы. Такая конструкция обладает высокой жесткостью, так как нагрузки компенсированы.

При таком длинной пролете (до 14 метров) сделать затяжку цельной сложно и дорого, потому ее делают из двух балок. Соединяется она прямым или косым прирубом (рисунок ниже).

Для надежной стыковки место соединения усиливается стальной пластиной, посаженной на болты. Ее размеры должны быть больше размеров врубки — крайние болты вкручиваются в цельную древесину на расстоянии не менее 5 см от края врубки.

Для того чтобы схема работала нормально, необходимо правильно сделать подкосы. Они передают и распределяют часть нагрузки от стропильных ног на затяжку и обеспечивают жесткость конструкции. Для усиления соединений используются металлические накладки

При сборке двухскатной крыши с висячими стропилами сечение пиломатериалов всегда больше, чем в системах с наслонными стропилами: точек передачи нагрузки меньше, следовательно на каждый элемент приходится большая нагрузка.

С наслонными стропилами

В двускатных крышах с наслонными стропилами, концами они опираются на стены, а средней частью опираются на несущие стены или колонны. Некоторые схемы распирают стены, некоторые нет. В любом случае наличие мауэрлата обязательно.

Безраспорные схемы и узлы врубок

Дома, сложенные из бревен или бруса плохо реагируют на распорные нагрузки. Для них они критичны: стена может развалиться. Для деревянных домов стропильная система двухскатной крыши должна быть безраспорной. О видах таких систем поговорим подробнее.

Простейшая безраспорная схема стропильной системы приведена на фото ниже. В ней стропильная нога упирается в мауэрлат. В таком варианте она работает на изгиб, не распирая стену.

Обратите внимание на варианты крепления стропильных ног к мауэрлату. В первом, площадку опирания обычно скашивают, ее длина при этом — не более сечения балки. Глубина врубки — не более 0,25 ее высоты.

Верх стропильных ног укладывается на коньковый брус, не скрепляя его с противоположным стропилом. Получаются по строению две односкатные крыши, которые в верхней части примыкают (но не соединяются) одна с другой.

Намного проще в сборке вариант со скрепленными в коньковой части стропильными ногами. Они практически никогда не дают распора на стены.

Для работы этой схемы стропильные ноги внизу крепятся при помощи подвижного соединения. Для закрепления стропильной ноги к мауэрлату сверху забивается один гвоздь или снизу ставится гибкая стальная пластина. Варианты крепления стропильных ног к коньковому прогону смотрите на фото.

Если кровельный материал планируется использовать тяжелый, необходимо увеличить несущую способность. Достигается это увеличением сечения элементов стропильной системы и усилением конькового узла. Он приведен на фото ниже.

Усиление конькового узла под тяжелый кровельный материал или при значительных снеговых нагрузках

Все приведенные выше схемы двускатных крыш стабильны при наличии равномерных нагрузок. Но на практике такого практически не бывает. Предотвратить сползание крыши в сторону большей нагрузки можно двумя способами: установкой на высоте около 2 метров схватки или подкосами.

Варианты стропильных систем со схватками

Установка схваток повышает надежность конструкции. Чтобы она нормально работала, в местах ее пересечения со стоками крепить нужно к ним гвоздями. Сечение бруса для схватки используют такое же, как и для стропил.

К стропильным ногам крепятся ботами или гвоздями. Могут устанавливаться с одной или двух сторон. Узел крепления схватки к стропилам и коньковому прогону смотрите на рисунке ниже.

Чтобы система была жесткой и не «поползла» даже при аварийных нагрузках достаточно в таком варианте обеспечить жесткое крепление конькового бруса. При отсутствии возможности его смещения в горизонтали, крыша выдержит даже значительные нагрузки.

Системы наслонных стропил с подкосами

В этих вариантах для большей жесткости добавлены подстропильные ноги, которые еще называют подкосами. Они устанавливаются под углом 45° по отношению к горизонту. Их установка позволяет увеличить длину пролета (до 14 метров) или уменьшить сечение балок (стропил).

Подкос просто подставляется под требуемым углом к балкам и прибивается гвоздями с боков и снизу. Важное требование: подкос должен быть срезан точно и плотно прилегать к стойкам и стропильной ноге, исключая возможность ее прогиба.

Системы с подстропильными ногами. Сверху распорная система, снизу — безраспорная. Узлы правильной рубки для каждой расположены рядом. Внизу — возможные схемы крепления подкоса

Но не во всех домах средняя несущая стена расположена посередине. В этом случае есть возможность установить подкосы с углом ннаклона относительно горизонта 45-53°.

Системы с подкосами необходимы если возможна значительная неравномерная усадка фундамента или стен. Стены садиться по-разному могут на деревянных домах, а фундаменты — на слоистых или пучнистых грунтах. Во всех этих случаях рассматривайте устройство стропильных систем такого типа.

Система для домов с двумя внутренними несущими стенами

Если в доме есть две несущие стены, устанавливают две подстропильные балки, которые расположены над каждой из стен. На промежуточные несущие стены укладываются лежни, нагрузка от подстропильных балок передается на лежни через стойки.

В данных системах коньковый прогон не ставят: он дает распорные силы. Стропила в верхней части соединяются одна с другой (подрезаются и стыкуются без зазоров), места соединения усиливаются стальными или деревянными накладками, которые прибиваются гвоздями.

В верхней безраспорной системе распирающую силу нейтрализует затяжка. Обратите внимание, что затяжка ставится под прогоном. Тогда она работает эффективно (верхняя схема на рисунке). Устойчивость может обеспечиваться стойками, или расшивками — балками, установленными наискосок. В распорной системе (на картинке она внизу) поперечине — это ригель. Он устанавливается над прогоном.

Есть вариант системы со стойками, но без подстропильных балок. Тогда к каждой стропильной ноге прибивается стойка, которая вторым концом опирается на промежуточную несущую стену.

Крепление стойки и затяжки в стропильной системе без подстропильного прогона

Для крепления стоек используются гвозди дляной 150 мм и болты 12 мм. Размеры и расстояния на рисунке указаны в миллиметрах.

Строительство дома от фундамента до макушки – удивительное событие! Особенно, если какую-то часть работ вы делаете своими руками, живете и дышите будущим гнездом. И вы знаете, что какая бы усталость не накопилась к финишным работам, все равно все нужно делать грамотно и основательно. Особенно, когда дело касается крыши, где любые ошибки чреваты дорогостоящими неприятными ремонтами.

А потому, чтобы “зонт” вашего дома мечты служил исправно, правильно выполняйте все конструктивные узлы, особенно сращивание стропил в районе конька – это самая верхняя точка! А мы поможем вам разобраться с видами соединений и важными технологичными нюансами.

Что собой представляет конек крыши?

Итак, для начала немного разберемся с понятиями.

Так, прогон – это дополнительная балка, которая ставится параллельно коньку крыши и мауэрлату. Говоря простым языком, этот тот же мауэрлат, только поднятый по уровню. И в итоге конек должен располагаться на определенном расстоянии от прогона – смотря какой угол крыши был выбран.

Конек – это горизонтальный элемент крыши, который соединяет в верхней точке оба ската крыши.

А главная задача соединительных элементов в коньке – создание надежной жесткости и прочности всей конструкции крыши. О чем сейчас и будет идти речь.

Виды сращивания стропил в коньке

Всего есть три способа, как это сделать:

Этот способ отличается от всех предыдущих тем, что здесь стропила соединяются боковыми плоскостями и стягиваются шпилькой или болтом. Достаточно популярная технология на сегодняшний день.

Если дом деревянный, тогда в качестве опора для этого способа подойдет верхнее бревно или брус, а вот на блоки придется положить мауэрлат.

Самое популярное такое крепление – сращивание стропил вполдерева:

Внахлест стропила в коньке чаще всего соединяются при помощи гвоздей. Обычно это крыши беседки, навесов, бани и гаража – здесь нет особых требований к прочности стропильной системы.

Способ №2. Соединение встык

Для этого вам нужно:

• Обрезать под углом край стропила так, чтобы этот угол был равен углу ската крыши.
• Сделать упор стропила.
• Применить крепежный элемент.

Намного легче делать подобные обрезки по шаблону – просто изготовьте его заранее. Так все плоскости будут прилегать друг друга плотно.

Если вы скрепляете стропила гвоздями, берите их не менее двух. Каждый из гвоздей забивайте в верхнюю полость стропил под углом так, чтобы гвоздь шел в срез второго стыкуемого стропила. Дополнительно укрепите сращивание стропил в коньке металлической пластиной либо деревянной накладкой.

Или частично встык:

Суть этой конструкции в том, что кромки двух стропил подогнаны настолько точно, что равномерно распределяют друг с другом возложенную на них нагрузку. Но одним гвоздем это соединение будет мало закрепить – нужны еще металлические или деревянные насадки. Возьмите доску толщиной 30 мм, закрепите ее с одной (лучше двух) сторон узла и прибейте.

Способ №3. Соединение на брус

В это способе мы будем крепить стропила прямо на коньковый брус. Эта конструкция хороша тем, что брусу можно обеспечить центральные подпорки, а каждое стропило можно крепить по отдельности и в удобное время. Такой способ незаменим, если нет времени изготавливать шаблон.

Соединение на коньковый брус рекомендовано в тех случаях, если крыша получится достаточно широкой – шире, чем 4,5 метра. Эта конструкция достаточно надежна, но порой требует установки под собой дополнительных опор, из-за чего функциональность чердака снижается в разы. Ведь посреди помещения теперь балки! Для небольших чердачных крыш это, конечно, не беда, а вот в мансарде придется обыгрывать как элемент интерьера. Зато никакого шаблона для этой конструкции не нужно, и небольшие расхождения не страшны.

Вариация:

Можно, конечно, использовать металлическую фиксирующую пластину – но это только соединение, но никак не затяжка. Суть затяжки как раз в том, что она располагается ниже и берет на себя часть нагрузки.

Это – комбинированное сращивание стропил, т.к. выполняется он встык, точно так же, как при упоре на мауэрлат.

Чем сращивать? Выбор крепежных элементов

Стропильные ноги формируют контур крыши и передают точечную нагрузку от крыши на мауэрлат, а мауэрлат в свою очередь равномерно распределяет ее на несущие стены.

Издавна для крепления стропил использовались такие элементы:

• Накладки.
• Бруски.
• Деревянные штыри.
• Клинья.
• Нагели.
• Металлические скобы.

А вот современный рынок предлагает более функциональные крепления, которые позволяют сращивать стропила в области конька намного проще и надежнее. Под любым углом получается нужная жесткость и прочность. Это:

• Гвоздевые и перфорированные пластины.
• Саморезы.
• Болты и шурупы.
• И многое другое.

Но выбор того или иного крепежного элемента зависит больше не от того, сколько он стоит и насколько окажется прочным, а от того, какова нагрузка на конкретный коньковый узел и что его него требуется.

Итак, вот как, например, сращивают стропила в коньке саморезами:

А вот так гвоздевыми и перфорированными пластинами:

Но для того, чтобы эти пластины применить, вам придется поработать с прессом:

А теперь – от простого к сложному.

Сращивание стропил в коньке двускатной крыши

При опирании на коньковый прогон двускатной крыши стропильные ноги могут как упираться друг в друга своими скошенными торцами, так и быть вразбежку.

• Если стропила упираются торцами друг в друга, иными словами – встык, тогда их концы нужно соединить накладками на гвоздях или болтах.
• Если же концы стропильных ног в коньковом узле находятся вразбежку, тогда их соединяют угловыми скобами и болтами.
• Если стропильные ноги опираются сразу на два прогона, тогда концы ног опирают еще друг на друга. Возникает, естественно, определенный распор, напряжение которого снимают при помощи горизонтальных ригелей.
• Если прогон отсутствует вовсе, тогда стык стропильных ног в коньковом узле выполняют упором скошенных торцов ног друг в друга. Дополнительно закреплять такие стыки нужно парными накладками, которые прибивают к ногам гвоздями или соединяют болтами.
• Чтобы закрепить стропильную ногу с ригелем, стык выполняют при помощи деревянных накладок – боковых. Их прибивают прямо к ригелю гвоздями либо крепят болтами – все зависит от поперечных сечений используемых материалов. Далее под ригель ставят уже колодку – для восприятия поперечных усилий.
• А вот стропильные ноги из бревен с ригелем уже крепятся без накладок. Только в конце самого ригеля делают выемку в ½ от сечения шпренгеля. Чтобы система в итоге оказалась устойчивой, в поперечном направлении стропильные ноги усиливаются подкосами и ригелями-затяжками. Особенно, если речь идет о ширине пролета между наружными несущими стенами от 8 метров.
• Если в местности сильные ветра – не редкость, кровельный конек крайне важно защитить от возможного смещения. А для этой цели концы стропильных наслонных ног дополнительно соединяют с коньковым прогоном угловыми скобами. Плюс обязательно закрепляют проволокой стропильные ноги и кладку дома.
• Если вы сращиваете в коньке стропильную систему из бревен, круглого леса, тогда рассчитывайте, что она получится достаточно тяжелой.

Заметим, что при значительных нагрузках на стропильную систему врезку в стропильной ноге вообще не рекомендуют делать – только применять промежуточные косынки.

Вот более подробная информация:

Если стропильные схеме находятся под наклоном, внешние нагрузки передаются опорами (мауэрлату, прогонам, стойкам, подкосам и лежням), при этом в самих стрежнях возникают силы напряжения сжатия и изгиба. И чем более крутая крыша ската, т.е. чем более вертикально идет наклон стержней, изгиб уже идет меньше, а вот горизонтальные нагрузки, наоборот, только увеличиваются.

Проще говоря, чем круче крыша, тем более прочными должны быть все горизонтальные конструкции, а чем скат более полог – тем прочнее должны быть уже вертикальные конструкции стропильной системы.

Сращивание стропил у вальмовой крыши происходит совсем по другому сценарию, чем у двускатной. Так, здесь уже есть новые элементы – накосные стропила, которые нужно ставить по определенной технологии. А к коньковому брусу эти детали нужно крепить методом врубки с дополнительной фиксацией верхними стяжками и ригелями. Еще своих сложностей придает то, что у вальмовой крыши наклонные скаты содержат в себе мансардные окна и вентиляционные отверстия, которые нередко располагаются прямо под коньком.

Если в вальмовой крыше – всего один прогон, его диагональную стропильную ногу опирают на консоль прогона. Сами консоли нужно выпустить на 10-15 см за подстропильную раму. Причем сделайте так, чтобы отпилить лишнее, а не наращивать недостающее.

Если же прогонов два, тогда в коньке прямо к стропилам нужно пришить короткую доску, толщиной до 5 см – прибоину. На нее как раз и будем опирать накосные стропила и диагональные стропильные ноги.

А теперь давайте разберемся с внешней ендовой. Стропильные ноги, которые опираются на нее, также называются накосными и диагональными. Причем диагональные стропила длиннее, чем обычные, и на них опираются укороченные стропила со скатов – нарожники. По-другому их еще называют стропильными полуногами. В этом случае накосные стропила уже несут нагрузку, которая в полтора раза больше, чем у обычных стропил.

Такие диагональные стропила сами по себе длиннее обычных досок, а потому делать их следует спаренными. Это сходу решает три задачи:

• Удвоенное сечение несет удвоенную нагрузку.
• Балка получается длинной и не разрезанной.
• Размеры применяемых деталей становятся унифицированными.
• Для устройства накосных стропил можно применять те же доски, что и для обычных.

Подытоживая и говоря простым языком, применение досок одной высоты для конькового узла значительноу прощает все конструктивные решения вальмовой крыши.

Идем далее. Для обеспечения многопролетности, под накосные ноги нужно установить одну-две опоры. Ведь накосные стропила по своей сути – это наклонившийся и раздвоившийся коньковый прогон, его некое продолжение. А потому сращивать по длине эти доски нужно так, чтобы все стыки были на расстоянии 15 м от центра опоры. А длину стропильной ноги подбирайте в зависимости от того, какова длина пролетов и какое количество опор.

Технически этот узел выполняется так:

Пару технических моментов:

• Если вы делаете опорный узел крепления стропил в коньке вальмовой крыши прямо над мансардным оконном, тогда опирание диагональных стропильных ног должно приходиться на боковые подкосы и ригель.
• Если же стропильные ноги вальмовой крышей сращиваются прямо над вентиляционной отдушиной, тогда центрального упора на подкосы делать не нужно.
• У вальмовой крыши обязательно убедитесь в том, что стыкуемые поверхности в коньковых узлах примыкаются плотно, почти идеально. А потому куда проще изготавливать нужную конфигурацию всех коньковых элементов еще на земле, и только потом монтировать на крыше каждую стропильную ногу по отдельности.

Вот наглядный мастер-класс:

Обязательное условие установки наслонных стропил - обеспечение их верхней части опорой. В односкатных крышах этот вопрос решается просто: стены строятся разной высоты, на них укладываются мауэрлатные балки, на которые в свою очередь настилаются стропила.

В двухскатной крыше можно поступить, также: выстроить внутреннюю стену на требуемую высоту и уложить на нее мауэрлат. Затем на низкие внешние и высокую внутреннюю стены разложить стропила. Однако это решение ограничивает варианты планировок чердачного помещения, которое все чаще используют как мансарду. Да и для обычных чердачных крыш, этот вариант не выгоден, т.к. требует значительных финансовых затрат на возведение высокой внутренней капитальной стены. Поэтому на чердаке внутреннюю стену заменяют горизонтальной балкой установленной на подпорках или опертой на противостоящие друг другу фронтоны стен. Горизонтальную балку, уложенную на крыше, называют прогоном.

Само название: прогон, говорит о том, что эта балка «прокинута» от стены до стены, хотя на самом деле, например, в вальмовых крышах он может быть короче. Самое простое конструкторское решение по установке конькового прогона, это уложить мощную балку на фронтоны стен без каких-либо дополнительных подпорок (рис 24.1).

рис. 24.1. Пример установки конькового прогона, без дополнительных опор, на стены мансарды.

При этом для расчета сечений прогонов нагрузка, действующая на них должна собираться с половины горизонтальной проекции площади крыши.

В зданиях с большими размерами прогоны получаются длинными и тяжелыми, скорее всего, их придется монтировать подъемным краном. Для изготовления прогона найти ровный брус из цельного дерева длиной более 6 м довольно проблематично, поэтому для этих целей лучше использовать клееную балку или бревно. В любом случае, концы прогонов, замуровываемые в стены фронтонов, нужно обработать антисептиками и завернуть в рулонный гидроизоляционный материал. Торцы цельнодеревянных балок скашивают под углом примерно 60° и оставляют открытыми, в нише они не должны упираться в материал стены (рис. 25). Скашивание конца балки увеличивает площадь торца и благоприятствует лучшему влагообмену всей балки. Если прогон проходит сквозь стену, то в месте опирания на стену, его тоже обматывают гидроизоляционным материалом. Балки пропускают сквозь стены из архитектурных соображений затем, чтобы обеспечить свес кровли над фронтонами, хотя его можно достичь и выносом за стену обрешетки. Прогоны, пропущенные через стену образуют разгружающие консоли. Нагрузка давящая на консоли старается выгнуть прогон вверх, а нагрузка действующая на пролете - вниз. Таким образом, общий прогиб прогона в середине пролета становится меньше (рис. 24.2).

Рис. 24. 2. Прогон с консолями.

Если использовать в качестве прогона бревно, то его не обязательно отесывать на два канта, достаточно подтесать в месте опирания стропил и в месте опирания прогона на стены. Длинные прогоны нецелесообразно делать цельнодеревянными, проходящие по расчету на прочность и прогиб они, тем не менее, могут прогнуться под собственным весом. Их лучше заменять строительными фермами.

Сечение прогона подбирается по расчету по первому и второму предельному состоянию - на разрушение и на прогиб. Балка, работающая на изгиб должна отвечать следующим условиям.

1. Внутреннее напряжение, возникающее в ней при изгибе от приложения внешней нагрузки, не должно превышать расчетного сопротивления древесины на изгиб:

σ = М/W ≤ Rизг, (1)

где σ - внутреннее напряжение, кг/см²; М - максимальный изгибающий момент, кг×м (кг×100см); W - момент сопротивления сечения стропильной ноги изгибу W = bh²/6, см³; Rизг - расчетное сопротивление древесины изгибу, кг/см² (принимается по таблице СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции» или по таблице);

2. Величина прогиба балки не должна превышать нормируемого прогиба:

f = 5qL³L/384EJ ≤ fнор, (2)

где Е - модуль упругости древесины, для ели и сосны он составляет 100 000 кг/см²; J - момент инерции (мера инертности тела при изгибе), для прямоугольного сечения равный bh³/12 (b и h - ширина и высота сечения балки), см4; fнор - нормируемый прогиб балки, для всех элементов крыши (стропил, прогонов и брусков обрешетки) он составляет L/200 (1/200 длины проверяемого пролета балки L), см.

Сначала просчитываются изгибающие моменты М (кг×см). Если на расчетной схеме изображено несколько моментов, то просчитываются все и выбирается наибольший. Далее путем несложных математических преобразований формулы (1), которые мы опускаем, получаем, что размеры сечения балки можно найти, задавшись одним из его параметров. Например, произвольно задавая толщину бруса, из которого будет изготовлена балка, находим ее высоту по формуле (3):

h = √¯(6W/b) , (3)

где b (см) - ширина сечения балки; W (см³) - момент сопротивления балки изгибу, вычисляется по формуле: W = M/Rизг (где М (кг×см) - максимальный изгибающий момент, а Rизг - сопротивление древесины изгибу, для ели и сосны Rизг = 130 кг/см²).

Можно и наоборот, произвольно задать высоту бруса и найти его ширину:

После этого балку с вычисленными параметрами ширины и высоты по формуле (2) проверяют на прогиб. Здесь необходимо заострить ваше внимание: по несущей способности стропило рассчитывается по наибольшему напряжению, то есть по максимальному моменту изгиба, а на прогиб проверяется сечение, которое находится на наиболее длинном пролете, то есть на участке, где самое большое расстояние между опорами. Прогиб для всех: одно-, двух- и трехпролетных балок проще всего проверить по формуле (2) то есть, как для однопролетных балок. Для двух- и трехпролетных неразрезных балок такая проверка на прогиб покажет немного неверный результат (чуть больший, чем будет на самом деле), но это только увеличит запас прочности балки. Для более точного расчета нужно использовать формулы прогиба для соответствующей расчетной схемы. Например, такая формула указана на рисунке 25. Но еще раз повторим, что лучше внести в расчет некоторый запас прочности и считать прогиб по простой формуле (2) на расстоянии L равном самому большому пролету между опорами, чем найти формулу соответствующую расчетной схеме загружения. И еще на что нужно обратить внимание, по старому СНиПу 2.01.07-85 оба расчета (на несущую способность и на прогиб) велись на одну и ту же нагрузку. В новом же СНиПе 2.01.07-85 говорится, что снеговую нагрузку для расчета на прогиб нужно принимать с коэффициентом 0,7.

рис. 25.1. Пример расположения прогонов на Т- образной крыше

рис. 25.2. Пример расположения прогонов на Т- образной крыше

рис. 26. Нагрузки действующие на прогоны Т- образной крыши.

Если после проверки балки на прогиб он на самом длинном участке будет не более L/200, то сечение оставляют таким, каким оно получилось. При прогибе больше нормативного, увеличиваем высоту балки или подводим под нее дополнительные опоры, но сечение нужно вновь пересчитать по соответствующей расчетной схеме (с учетом введенных опор).

Если кто-то сумел дочитать до этого места, то скажем, что самое сложное в этом расчете не запутаться в единицах измерения (в переводе метров в сантиметры), а все остальное… Умножить и разделить несколько цифр на калькуляторе много знаний не требуется.

В конечном итоге появятся всего две цифры: требуемая для данной нагрузки , которые округляют в большую сторону до целого числа.

Если вместо бруса (цельного, клееного или собранного на МЗП) будет использоваться бревно, то следует учесть, что при работе на изгиб, вследствие сохранности волокон, несущая способность бревна выше, чем у бруса и составляет 160 кг/см². Момент инерции и сопротивления круглого сечения определяется по формулам: J = 0,0491d³d; W = 0,0982d³, где d - диаметр бревна в вершине, см. Моменты сопротивления и инерции бревна, отесанного на один кант, равны J = 0,044d³d, W = 0,092d³, на два канта - J = 0,039d³d; W = 0,088d³, при ширине отеса d/2.

Высота прогонов и стропил, в зависимости от нагрузок и архитектурного решения крыши, может быть самой разнообразной. К тому же, силы, давящие на стены, особенно это касается прогонов, достигают больших величин, поэтому крышу, как, впрочем, и все остальное, нужно проектировать заранее, еще до строительства дома. Например, в схему дома, можно ввести внутреннюю несущую стену и разгрузить прогоны либо сделать на фронтонах стен капители, поставить под прогоны укосы и тем самым уменьшить их прогиб. Иначе будет довольно трудно стыковать разновеликие по высоте прогоны между собой и согласовывать высотные отметки с фронтонами стен.

При использовании длинных и тяжелых прогонов можно применить так называемый «строительный подъем». Это изготовление балки в виде коромысла. Высоту «коромысла» делают равной нормативному прогибу прогона. Нагруженная балка прогнется и станет ровной. Метод пришел к нам от предков. Они в рубленых домах при укладке матиц и переводов (балок) подтесывали бревна снизу, по всей длине, делая подтес глубже в средней части, и при необходимости, подтесывая края балок сверху. Коромыслообразные балки со временем прогибались под собственным весом и становились прямыми. Это технологический прием используется довольно часто, так, например, изготавливаются предварительно напряженные железобетонные конструкции. В повседневной жизни вы этого просто не замечаете, поскольку конструкции выгибаются, и без того небольшой строительный подъем становится совсем не заметным для глаз. Для уменьшения прогиба балки так же можно вводить под нее дополнительные подкосы. При невозможности установить подкосы или сделать «строительный подъем» можно увеличивать жесткость балки изменением ее сечения: на тавровое, двутавровое или решетчатое - ферму с параллельными поясами либо изменить сечение подкладыванием под опоры консольных балок, то есть делать ее низ в виде несовершенной арки.

Опирание прогонов на стену обеспечивается поперечным боковым упором и должно быть рассчитано на смятие древесины. В большинстве случаев достаточно обеспечить нужную глубину опирания и подложить под брусок деревянную подкладку на двух слоях рубероида (гидроизола и т. п.). Однако древесины на смятие провести все-таки нужно. Если опирание не обеспечивает требуемую площадь, при которой смятие не произойдет, площадь деревянной подкладки нужно увеличить, а ее высота должна распределить нагрузку под углом 45°. Напряжение смятия рассчитывается по формуле:

N/Fcм ≤ Rc.90°,

где N-сила давления на опору, кг; Fсм-площадь смятия, см²; Rсм90 - расчетное сопротивление смятию древесины поперек волокон (для сосны и ели Rсм90 = 30 кг/см²).

Нужно обратить особое внимание на стену под опиранием конькового прогона. Если ниже расположено окно, то от верха перемычки до низа прогона должно быть не менее 6 рядов армированной кладки, в противном случае над окном нужно укладывать усиленные железобетонные перемычки по внутренней стороне фронтона. Если планировка дома позволяет, коньковые прогоны не следует делать длинными и тяжелыми, их лучше разделить на два однопролетных прогона либо оставить один и добавить под него опору. Например, планировка дома, изображенного на рисунке 25, подразумевает устройство перегородки в помещении под вторым прогоном. Значит, в перегородке можно установить шпренгельную ферму и разгрузить коньковый прогон, а ферму затем скрыть обшивкой, предположим, гипсокартоном.

Рис. 26.1. Бесстропильная крыша

Другой путь разгрузки коньковых прогонов лежит в том, что можно просто увеличить количество укладываемых прогонов, например, установить по скатам крыши по одному или по два разгружающих прогона. При значительном увеличении числа балок встает вопрос, а зачем нам здесь вообще стропила, обрешетку можно сделать прямо по прогонам. Это действительно так. Такие крыши называются бесстропильными (рис. 26.1). Однако в мансардных утепленных крышах остро встает вопрос просушки утеплителя, поэтому подобие стропил все же делать придется. Для обеспечения воздушного продуха нужно будет вдоль скатов (в том же направлении, как укладываются стропила) на прогоны набить деревянные бруски, например, 50×50 или 40×50 мм, обеспечивая тем самым продух высотой 50 или 40 мм.

Примечание. Ранее, здесь и далее по тексту в формулах встречаются вот такие нелепицы: d³d, это немного режет глаза, но с математической точки зрения это правильная запись. Она показывает что переменная находится в 4-ой степени. Поскольку записать, 4-ой степени на языке вебсайта «ломает» красоту формулы, приходится прибегать к такой записи. То же относится и к подкоренным выражением: все, что в скобках, входит под знак корня.

Пример расчета сечения прогонов.

Дано: загородный дом 10,5×7,5 м. Расчетная нагрузка на крышу по первому предельному состоянию Qр=317 кг/м², по второму предельному состоянию Qн=242 кг/м². План крыши с размерами указанными на .

1. Находим нагрузки по предельным состояниям, действующим на первый прогон:

qр = Qр×a = 317×3 = 951 кг/м
qн = Qн×a = 242×3 = 726 кг/м = 7,26 кг/см

2. Рассчитываем максимальный изгибающий момент, действующий на этом прогоне (формула на ):

М2 = qр(L³1 + L³2)/8L = 951(4,5³ + 3³)/8×7,5 = 1872 кг×м

3. Произвольно задаемся шириной прогона, b=15 см и по формуле (3) находим его высоту:

h = √¯(6W/b) = √¯(6×1440/15) = 24 см,
где W=M/Rизг = 187200/130 = 1440 см³

По сортаменту пиломатериалов ближайшая подходящая балка имеет размеры 150×250 мм. Выбираем ее для последуещего расчета.

4.На самом длинном пролете проверяем прогон на прогиб по формуле (2).

Сначала определяем нормативный прогиб: fнор = L/200 = 450/200 = 2,25 см,
затем расчетный: f = 5qнL²L²/384EJ = 5×7,26×450²×450²/384×100000×19531 = 2 см,
где J = bh³/12 = 15×25³/12 = 19531 смˆ4

Условие выполнено 2 см < 2,25 см, прогиб прогона получился меньше нормативно допустимого. Сечение первого прогона определили, будет применен брус размерами 150×250 мм. Если бы расчетный прогиб получился больше нормативного, то нужно увеличить сечение (лучше высоту) прогона.

5. Находим нагрузки, действующуе на второй прогон.

От расчетной равномерно распределенной для первого предельного состояния она будет равна: qр = Qр×b = 317×3 = 951 кг/м;
для второго предельного состояния qн = Qн×a = 242×3 = 726 кг/м = 7,26 кг/см

В точке соединения прогонов от действия первого прогона на второй прогон будет приложена сосредоточенная сила Р (формула на ):

по первому предельному состоянию Рр=RB = qр b/2 — M2/b = 951×3/2 + 1872/3 = 2051 кг
по второму предельному состоянию Рн=RB = qн b/2 — Mн/b = 726×3/2 + 1429/3 = 1566 кг,
где Мн = qн(L³1 + L³2)/8L = 726(4,5³ + 3³)/8×7,5 = 1429 кг×м

6. Сначала нужно определить по какой формуле будем просчитывать максимальный изгибающий момент на втором прогоне, для этого находим соотношения сил Р/qрL и длин приложения силы c/b (см. ):

Рр/qрL = 2051/951×7,5 =0,29; c/b = 4,5/3 = 1,5

c/b получилось больше, чем p/qрL, значит максимальный момент рассчитываем по формуле:

Ммах = ab(qрL + 2Pр)/2L = 4,5×3(951×7,5 + 2×2051)/2×7,5 =10112 кг×м

7. Произвольно задаемся шириной прогона, b=20 см и по формуле (3) находим высоту прогона:

h = √¯6W/b = √¯(6×7778/20) = 48 см,
где W=Mмах/Rизг = 1011200/130 = 7778 см³

Брусьев такой высоты в сортаменте пиломатериалов нет, значит принимаем решение взять два бруса размерами 200×250 мм, уложить их друг на друга, скрутить шпильками и сшить стальными пластинами МЗП либо изготовим балку с деревянными связями. Таким образом получим балку шириной 200 и высотой 500 мм.

8. Проверяем составную балку на прогиб по формуле . Сначала определяем нормативный прогиб:

fнор = L/200 = 750/200 = 3,75 см

Затем расчетный, в нашем случае он рассчитывается как сумма прогибов от приложения к балке равномерной нагрузки и сосредоточенной силы:

f = 5qнL²L²/384EJ + PнbL²(1 — b²/L²)√¯(3(1- b³/L³)/27EJ) = 5×7,26×750²×750²/384×100000×208333 + 1566×300×750²(1 — 300²/750²)√¯(3(1 — 300³/750³)/27×100000×208333) = 1,4 + 0,7 = 2,1 см,
где J = bh³/12 = 20×503/12 = 208333 смˆ4

Расчетный прогиб получился меньше нормативного 2,1 см < 3,75 см, значит составная балка удовлетворяет нашим требованиям. Таким образом, первый прогон принимаем из цельного бруса 150×250, второй - составным, общей высотой 500, а шириной 200 мм.

Расчет явно показывает, что введением под место пересечения прогонов дополнительной подпорки можно было бы исключить сосредоточенную силу и уменьшить сечение второго прогона, а при данных в примере размерах строения, сделать его равным первому прогону.

Пример проверки узлов опирания прогонов на смятие.

Проверяем площадь опирания прогонов на стены для того, чтобы не произошло необратимого смятия древесины или разрушения материала стены. Предположим, что стены фронтонов выполнены из газосиликата D500. Предел прочности газосиликата D500 на сжатие составляет 25 кг/см², предел прочности древесины сосны на сжатие в опорных частях конструкций под углом 90° к волокнам составляет 30 кг/см². Для недопущения разрушения материала стены и необратимого смятия древесины должны соблюдаться условия:

N/F ≤ Rсж - для материала стены;
N/Fcм ≤ Rc.90° - для древесины

В данном примере получилось, что древесина имеет большую прочность, чем материал стен. Расчет будем производить на недопущение разрушения материала стены, т.е. напряжение сжатия не должно превысить 25 кг/см².

Находим величину давления первого прогона на стены (формулы на , нагрузка qр на странице примера расчета прогона):

RА = qр а/2 — M2/а = 951×4,5/2 +1872/4,5 = 2556 кг
RС = qр L/2 + M2L/аb = 951×7,5/2 — 1872×7,5/4,5×3 = 2526 кг

Вычисляем площадь опирания концов первого прогона:

F=N/Rсж = 2556/25 =103 см
где N=2556 кг (наибольшая из сил давящих на стену), а Rсж = 25 кг/см².

Выходит, что для опирания прогона шириной 15 см нужен «зацеп» на стену равный всего 103/15 = 7 см и при этом не произойдет необратимого смятия древесины и разрушения газосиликатных блоков стены. Поэтому длину опирания прогона на стену примем конструктивно, например, равную 15 см.

Находим величину давления на стены второго прогона:

RD = qр L/2 + bPр/L =951×7,5/2 +4,5×2051/7,5 =4797 кг
RE = qр L/2 + aPр/L =951×7,5/2 +3×2051/7,5 =4387 кг

Вычисляем площадь опирания концов второго прогона:

F=N/Rсж = 4797/25 =192 см,
где N=4797 кг (наибольшая из сил давящих на стену).

Для опирания второго прогона шириной 20 см нужен «зацеп» на стену не менее 192/20 = 10 см. И здесь длину опирания прогона на стену примем конструктивно, равным 15 см.

При строительстве дома практически нет таких элементов или соединительных узлов, которые были бы не особо важны, так как от каждого из них зависит общая надежность конструкции в той или иной ее области. Сращивание стропил в районе конька – это достаточно сложная задача, которая может быть выполнена различными способами. Мастер обычно выбирает из них наиболее надежный, применимый для конкретного строения.

Следует постоянно помнить, что любые ошибки, совершенные при монтажных работах при возведении конструкции крыши, начиная от стропильной системы и заканчивая кровельным материалом, рано или поздно негативно отразятся на качестве всей постройки. Поэтому, составляя проект дома, необходимо обязательно продумать соединение каждого из узлов. И особенно важно выбрать надежное скрепление стропильных ног при формировании конька.

Несколько слов о базовой конструкции стропильной системы

В первую очередь несколько минут внимания необходимо уделить общему строению стропильной системы, чтобы вспомнить, как называются ее основные элементы, так как в дальнейшем описании монтажных работ они будут достаточно часто встречаться.

• Мауэрлат - это брус, закрепляемый на несущей стене. Он служит для закрепления на ней нижней стороны стропильной ноги, и для равномерного распределения нагрузки от всей кровельной системы на стены.

Мауэрлат – надежная основа для стропильной системы

Этот элемент стропильной системы должен быть правильно подобран и зафиксирован на стене, так как от этого зависит надежность установки всех других несущих деталей. Как установить – подробно описано в соответствующей публикации нашего портала.

• Стропильные ноги или просто стропила – формируют каркас ската, закрепляется на мауэрлате в нижней части, а сверху – на коньковом прогоне или же между собой, формируя конек.
• Коньковый прогон закрепляется на стойке, подпираемой подкосами. Он предназначен для жесткого крепления стропил.
• Затяжка – это горизонтальный брус, дополнительно связывающий пару стропильных ног, придавая конструкции дополнительную жесткость. Особое значение затяжки имеют в висячих стропильных системах, когда невозможно создать промежуточные опоры на капитальные стены. Затяжки, уложенные между двух брусьев мауэрлата, часто используются в качестве балок чердачного перекрытия. Установленные ближе к коньку – могут послужить основой для подшивки потолка чердачного помещения.
• Подкосы и подмога – это усиливающие элементы, предназначенные для придания ферме стропильной системы дополнительной жесткости и прочности. Обычно применяются в случаях, когда требуется большая длина стропильных ног, более 5 ÷ 6 метров.

• Стойка используется как подпора для конькового прогона и чаще всего устанавливается в каждую из ферм, если возводится наслонная стропильная система, имеющая дополнительные опоры в виде капитальных внутридомовых перегородок.
• Лежень - это брус, укладываемый на несущие перегородки дома, и предназначенный для закрепления на нем стоек или подкосов.

Важность правильности креплений стропил на коньке

Такой элемент, как конек, присутствуют в конструкции большинства разновидностей крыш. Нет его в шатровом, сводчатом и

крепление для стропил

Конек является самой высокой точкой крыши, в которой соединяются элементы, формирующие скаты – стропила. Поэтому основная миссия конькового узла заключается в придании всей стропильной системе прочности и жесткости. От того, насколько правильно будет произведено крепление, настолько длительнее станет эксплуатация конструкции крыши без необходимости выполнения ремонта.

Основные способы монтажа стропил

Установка на несущие стены строения может производиться различными способами, о которых нужно иметь представление перед тем, как выбрать тип соединений несущих элементов скатов на коньке:

• Стропила и затяжка соединяются в треугольник на земле, а затем поднимаются на коробку дома в готовом виде, где закрепляются на мауэрлате, уложенном на стенах. Установленные фермы соединяются между собой боковыми откосами или коньковым прогоном.

• На земле собираются две крайних треугольных фермы, которые будут выходить на торцевые, фронтонные стороны конструкции. Затем они поднимаются наверх и закрепляются на мауэрлате. Верхние коньковые углы двух противоположных ферм соединяются натянутым шнуром, становящимся своеобразным уровнем, по которому будут выставляться остальные, серединные стропильные пары, собираемые уже на месте. После этого собранные фермы соединяются коньковым прогоном.

• Все элементы поднимаются на перекрытие по отдельности и собираются по месту их установки. В этом случае на торцевых стенах, по центру, устанавливаются вертикальные стойки, задающие высоту конька. Затем стойки соединяются между собой коньковым прогоном, на который и ведется закрепление стропильных ног.

Если стропила соединяются на прогоне, то они не требуют контроля с помощью натягиваемого шнура. Поэтому стойки и прогон должны быть выставлены очень тщательно, по уровню и отвесу, под прямым углом друг к другу.

Разновидности соединений стропил на коньке

Как говорилось выше, существует несколько способов сопряжения стропил при формировании конька, и для этой цели используются разные крепежные элементы.

К основным вариантам в частном домостроении относят три вида соединений:

• Врубка «в полдерева», когда в краях стропильного бруса выбирается половина его толщины. Эти выбранные участки накладываются друг на друга и скрепляются одним из подходящих для этого случая креплений, например, скручиваются пропущенным насквозь болтом.

• Внахлест – концы стропил накладываются друг на друга и фиксируются между собой сквозным крепежным элементом.

• Подрезкой торцевых сторон стропил – этот способ соединений выполняется чаще всего. Он осуществляется путем накладки стропил внахлест друг на друга, затем они одновременно подрезаются. Так формируется ровный срез двух стропильных под одинаковым углом в зеркальном отображении, поэтому они идеально стыкуются друг с другом.

Необходимо отметить, что существуют и другие способы соединений, например, «шип-паз» или встык к коньковому прогону, возможно – с закреплением на прогон для дополнительной прочности между стропилами дополнительных брусков или досок.

Часто одна из сторон стропильной ноги, верхняя или нижняя, фиксируются на подвижные крепления, шарнирное (сверху) или скользящее (снизу). Это важно предусмотреть в тех случаях, когда крыша устанавливается на только построенный, новый дом, в особенности – бревенчатый сруб. Такой подход обусловлен тем, что в первые годы эксплуатации строение обычно дает усадку, и если будет применено жесткое крепление, то кровельная конструкция может быть повреждена, деформирована, так как будет изменяться «геометрия» системы, нарушаться распределение нагрузок.

Читайте советы профессионалов, какой лучше выбрать , в нашей новой статье на нашем портале.

Элементы для скрепления стропил на коньке

Существует немало вариантов креплений стропил между собой или на коньковом прогоне — они могут быть жесткими или шарнирными. Чтобы определиться с их выбором, нужно знать, что они собой представляют и на какие соединения стропил подходят.

Для фиксации стропил в коньковой области используют такие крепления, как накладки из металлических или деревянных пластин, брус, металлические уголки различной конфигурации, скобы, подвижные крепления, деревянные клинья, гвоздевые пластины. Эти крепежные детали фиксируются саморезами, шурупами, болтами и гвоздями. Выбор креплений, в основном, зависит от выбранной конструкции соединения.

Фиксация болтом

Фиксация стропил на коньке с помощью одного болта дает им возможность смещаться в одну или другую сторону относительно оси при усадке строения. Если применено такое крепление в верхней части, нижняя сторона стропильной ноги должна иметь жесткую установку на мауэрлате.

• На представленной выше схеме под первым номером показано соединение стропил способом «паз-шип» и скрепленных болтом, допускающим их небольшой люфт относительно друг друга при усадке здания.

Необходимо особо отметить, что этот способ подойдет для легких холодных крыш, которые не будут отягощены большой нагрузкой, так как стропила в крепежном узле несколько ослаблены вырезами для соединения «паз-шип» и просверленным в них сквозным отверстием.

• Шестым рисунком схемы показано также крепление стропил болтом, но они в этом случае, установлены между собой «внахлест», а на прогоне – методом врубки. Этот способ скрепления дает меньший диапазон смещения, но все-таки оно в определенных пределах возможно. В подобном варианте стропила менее ослаблены, так как не имеют вырезов для соединения и смогут выдержать большую . Тем не менее, все-таки не рекомендовано применять такую технологию соединения для крыш с большой площадью скатов.

• Если планируется сделать в коньковой части жесткое скрепление подогнанных в торцевой части стропильных ног с помощью болтов, то используются два крепежных элемента, устанавливаемых в сквозные отверстия, через две металлические пластины, которые монтируются с двух сторон соединения.

• При желании сделать соединение стропил, установленных внахлест и зафиксированных одним болтом, жестким, используются дополнительные крепежные элементы – металлические уголки, закрепляемые к коньковому прогону.

Скрепления стропил пластинами

На представленной выше схеме, под номерами два и три, показаны варианты жесткого скрепления с помощью металлических пластин и деревянных накладок. В этом случае очень важное значение принимает правильное расположение дополнительных элементов. Подобный способ скрепления применяется в том случае, когда соединение стропил производится встык методом подрезки и подгонки их краев, а также при установке стропил на коньковый прогон.

• Металлические перфорированные пластины закрепляются на стропилах с помощью гвоздей, саморезов или болтов. Для жесткости соединения стропила могут дополнительно прикрепляться к прогону с помощью металлических уголков. Этот вид фиксации достаточно прочен, и вполне может быть применен для монтажа крыш с большой площадью и нагрузкой.
• Деревянные накладки более надежны, так как они работают не только, как крепления, но и в качестве затяжки стропил между собой.

Если предполагается сделать усиленный вариант крепления, для кровельного покрытия, имеющего большой вес, стропила скрепляются двумя рядами накладок, между которыми защемляется коньковый прогон. Этот способ фиксации жестко скрепляет стропила в области конька, но на мауэрлате в этом случае, должно быть установлено скользящее соединение, которое позволит избежать деформации системы при усадке строения.

саморезы по дереву

• Отдельной строкой можно выделить скрепление стропил на коньке треугольной накладкой, повторяющей .

Этот способ фиксации дает высокую степень жесткости крепления, но если скаты имеют большую площадь, то дополнительно стропильные ноги соединяются затяжками. Их располагают ниже конькового соединения, и они предназначены не только для придания жесткости конструкции, но и для снятия с несущих стен части распирающей нагрузки от стропильной системы.

Эти элементы также могут выполнять роль каркаса для обшивки потолка, если на чердаке планируется обустроить жилое или хозяйственное помещение.

Накладки и затяжки могут быть закреплены на стропилах с помощью гвоздей или саморезов.

Закрепление стропил врубкой

Этот способ закрепления показан на представленной выше схеме четвертым и пятым номерами. При таком подходе на стропилах делаются вырезы по размеру ширины конькового прогона. Вырезы делаются на 5÷7 мм больше ширины прогона, так как необходимо предусмотреть расстояние для температурных и влажностных расширений. Врубка может быть применена в комплексе с другими креплениями, например, «внахлест», «паз-шип», накладками и металлическими уголками.

Шарнирное крепление стропил

Этот способ соединения стропил нечасто применяется в строительстве, хотя он достаточно удобен в монтаже и позволяет балансировать стропильной системе при усадке несущих стен. В этом способе не придется подгонять угол стропильных ног, так как его можно сформировать с помощью шарнирного крепления. Оно фиксируется между стропилами на необходимом расстоянии, которое будет зависеть от угла уклона скатов крыши. В качестве шарнира выступает болт, которым скрепляются стропила после установки их на прогон под нужным углом.

Скрепление стропил гвоздевыми пластинами

Кроме упомянутых выше элементов для скрепления стропил на коньковом соединении, применяют гвоздевые пластины.

Однако, их возможно применить только в том случае, когда фермы собираются в лежачем положении на земле, и уже в готовом виде устанавливаются на мауэрлат, так как этот вид пластин закрепляется на стропильных ногах с помощью специального пресса. Этот процесс практически невозможно провести на весу, в вертикальном положении.

Применяя этот способ скрепления деревянных деталей, можно значительно ускорить процесс монтажа, но для этого придется приобрести или взять в аренду специальный пресс.

шуруповерт

Этим способом скрепляются не только стропильные ноги, но и другие элементы конструкции. Гвоздевые пластины помогают значительно сэкономить средства на саморезах, болтах или гвоздях, так как этих крепежных элементов придется приобрести немало, учитывая количество соединительных узлов в стропильной системе.

Кроме этих креплений, как вспомогательные используются металлические уголки и скобы нужного размера, вбиваемые сразу в оба стропила на коньковой их части. Однако со скобами необходимо работать крайне аккуратно, так как ими вполне можно расколоть стропильный брус.

Сращивание стропил на разных типах крыш

Теперь, ознакомившись с основными способами соединения и скрепления стропильных ног на коньке, далее следует рассмотреть, какие их виды применяются для монтажа различных стропильных систем.

Двускатная система крыши

Сращивание стропильных ног в системе двускатной крыши может производиться:

— Встык, то есть они упираются друг в друга, и в этом случае их концы подгоняются с помощью подрезки;

— С закреплением на коньковом прогоне с двух его сторон.

• Если стропила соединяются встык, то их обычно фиксируют между собой накладками, которые прикручивают саморезами или болтами.

• Если же стропила закрепляются на коньковом прогоне, то их фиксируют на нем металлическими уголками, угловыми скобами или накладками, прикручиваемыми с использованием саморезов.

На этой схеме представлена конструкция с двумя прогонами:

1 – Стропильные ноги.

2 – Стойки.

3 – Затяжки (ригели).

4 – Прогоны.

5 – Мауэрлат.

6 – Лежни.

• Стропильные ноги двускатной стропильной системы могут опираться на два прогона, закрепленных на стойках, которые устанавливаются и фиксируются на лежнях. Для распорного эффекта конструкции также применены затяжки (ригели). Все эти элементы прочно удерживают стропильные ноги, снимая с конька основную нагрузку, поэтому стропила могут быть скреплены внахлест или соединением «шип-паз».
• Если стропильная система собирается без применения прогона, только соединением встык торцов стропильных ног, то дополнительно они обязательно снабжаются одной или двумя парами накладок, которые закрепляются на стропилах гвоздями, саморезами или болтами.
• Для скрепления стропильной ноги с ригелем, при установке его встык, используются боковые деревянные или металлические накладки, а также могут быть применены гвоздевые пластины, если ферма собирается заранее.

• Если же стропильные ноги изготавливаются из бревна, то их скрепляют с ригелем без применения накладок. Для соединения на концах ригеля делаются выемки на ½ их толщины, затем их прижимают к стропилам и фиксируют с помощью гвоздей или саморезов. Дополнительно усиливают такие стропильные ноги подкосами. Особенно это важно учесть в том случае, если расстояние между несущими стенами составляет более 7000 мм.
• Угловые скобы применяют для более надежной фиксации стропильных ног на коньковом прогоне в строениях, расположенных в регионах с сильными ветрами. Скобы помогут предотвратить возможные смещения и деформации элементов стропильной системы.

Стропила из бревен делают только при надежно укрепленных, имеющих большую толщину несущих стенах, так как вся стропильная система из них получится достаточно массивной. Если планируется применить для конструкции именно этот материал, то рекомендовано заранее произвести точные расчеты несущей способности стен и самой системы, и лучше всего будет доверить их специалистам.

Еще один момент, который должен быть учтен при составлении проекта крыши и при ее монтаже – чем круче скаты крыши, тем прочнее должны быть укрепляющие горизонтальные элементы конструкции. И, наоборот, если скаты крыши расположены под небольшим углом, то особое внимание нужно уделить прочности вертикальных подпорных элементов стропильной системы.

Вальмовая и полувальмовая крыша

Существует две похожие конструкции — это и полувальмовая стропильная система. Отличаются они конфигурацией торцевых скатов: если в первой обустраиваются два полных вальмовых ската, от конька до уровня карниза, то во второй скат заканчивается выше уровня карниза или же сверху венчается небольшим треугольным вертикальным фронтоном.

Закрепление стропил в коньковом прогоне в обеих конструкциях имеет свои особенности, несколько отличающиеся от обычной двускатной крыши. Усложняют монтаж этих стропильных систем дополнительные элементы, формирующие вальмы – накосные ноги или диагональные стропила. Кроме того, помимо обычных стропильных ног, которые в этой конструкции называются центральными и промежуточными, параллельно им устанавливаются укороченные (нарожники).

Если выбирается вальмовая крыша, то размер конька будет меньше длины здания. По «классической» схеме, при равных углах крутизны боковых и вальмовых скатов длина конька уменьшится на величину ширины постройки.. Карнизная же сторона боковых скатов будет равна длине стены без учета свесов. Таким образом, боковые скаты будут иметь трапециевидную форму, а торцевые вальмы — треугольную.

В таких крышах установка конькового прогона (консоли) отличается от стандартной конструкции, так как нагрузка на нее будет намного выше, чем в обычной стропильной системе с двумя скатами.

Стойки-опоры, на которые будет закрепляться прогон, должны быть установлены на лежень, уложенный и закрепленный на капитальную внутридомовую перегородку или на мощные балки перекрытия. Крайняя к вальме стропильная нога в данной конструкции фиксируется на прогоне, с отступом от края 150÷200 мм. Это расстояние будет зависеть от ширины диагональных стропил, которые должны быть закреплены на этот участок прогона встык с крайними стропилами трапециевидной части крыши. Подобный соединительный узел - достаточно сложен в самостоятельной подгонке, и углы элементов, сходящиеся на нем, должны быть тщательно просчитаны и подогнаны подрезкой.

Мауэрлат в вальмовой и полувальмовой конструкции крыши укладывается обязательно по всему периметру коробки строения, представляя собой единую, жестко соединенную раму, так как это необходим для закрепления элементов вальмы и равномерного распределения всех нагрузок на стены.

Диагональные (накосные) стропила, формирующие края вальмы, должны иметь по всей своей длине с двух сторон вырезы в виде ступени, или смонтированные черепные бруски. Это необходимы для упрощения крепления укороченных стропильных ног вальмы – Так как диагональные стропила имеют более значительную длину, чем центральные, и на них выпадает максимальная нагрузка, их нередко делают из двух досок, скрепляя их между собой. Черепные бруски на диагональных стропилах закрепляют с помощью гвоздей или саморезов.

Работы по монтажу элементов вальмы осуществляются в следующем порядке:

• Готовые диагональные стропила устанавливаются и закрепляются методом врубки на край конькового прогона и к центральным стропилам двускатной части конструкции. Нижняя сторона стропил закрепляется точно на углу строения на мауэрлат. Крепление может осуществляться с помощью металлических уголков и угловых скоб.

• Следующим шагом может стать установка двух подкосов, которые фиксируются на стойке основной стропильной системы одним краем, и на внутренних сторонах диагональных стропил, на уровне примерно ⅓ длины от верхнего крепления – другим. Закрепление осуществляется с помощью металлических уголков или накладок и саморезов (гвоздей).

• Далее, если в этом есть необходимость, следует усилить диагональные накосные стропила снизу стойками-подпорками, закрепленными на шпренгеле. Шпренгель – это брус, устанавливаемый по диагонали на углах рамы мауэрлата, на который опирается стойка, подпирающая накосные стропила. Эти элементы могут скрепляться металлическими уголками или скобами.

• Верхний край стоек срезается под углом, равным уклону диагональных стропил, и закрепляется на них саморезами. При необходимости стойка может быть дополнительно укреплена подкосами, фиксируемыми на ней и на шпренгеле.

• Затем, в зависимости от уклона диагональных стропил, на них размечаются и закрепляются способом врубки на черепные бруски нарожники. В нижней части конструкции нарожники закрепляются на мауэрлате.

Расчет и монтаж вальмовой крыши – непростая задача!

Если принято решение возвести именно такую крышу, то придется хорошо поработать и над расчетами, и над подготовкой необходимых конструктивных элементов. Подробнее о рассказывается в специальной публикации нашего портала.

Установка любой стропильной системы – это чрезвычайно ответственное мероприятие, так как от качества ее монтажа зависит долговечность всего строения в целом. Поэтому, если решено выполнять эту работу самостоятельно, то рекомендовано пригласить в помощники опытного мастера, который не допустит совершения грубых ошибок, которые часто допускают новички.

В завершение публикации – небольшой видеосюжет, в котором показан процесс подгонки и установки стропильных ног.

Видео: установка стропил на двускатную конструкцию крыши

Стропильная система является основой вашей будущей крыши, поэтому к ее строительству необходимо отнестись очень серьезно. Прежде чем вы приступите к работе, необходимо набросать для себя примерный план системы для того, чтобы понимать каков будет вид общей конструкции и какие функции выполняют ее отдельные элементы.

Для того чтобы рассчитать параметры и технические характеристики стропильной системы для больших объектов — лучше всего прибегнуть к услугам профессионалов. Если ваша крыша предназначена для частной постройки относительно небольшого размера (площадь дома до 100 м 2), то можно выполнить монтаж, руководствуясь ниже приведенными материалами.

Первым делом требуется определиться с углом наклона скатов. Обычно среднестатистические расчеты исходят из количества материалов, что очень хорошо влияет на материальную составляющую вопроса, принято считать, что чем меньше угол наклона, тем выгоднее и дешевле обойдется постройка. На самом деле выбирать угол наклона необходимо из двух основных показателей — ветровые нагрузки и вес осадков (в частности в зимнюю пору), как видно вопрос расценок в технических параметрах не принято принимать во внимание. Универсальный угол наклона для нашего климата 45-50 градусов, при таких параметрах максимально сбалансированы показатели прочности перед нагрузками, как ветровыми, так и теми, что могут быть вызваны давлением осадков. Порой бывает, что на один квадратный метр крыши приходится около 180 кг снега. Кроме того, финансовая составляющая тоже будет находиться на среднем уровне, что гораздо лучше, нежели сэкономить, уменьшив угол наклона, но впоследствии переплатить две цены за устранение дефектов, которые будут вызваны вышеупомянутыми факторами.

Выбор дерева

Для стропильной части важны два параметра — прочность и легкость конструкции, поэтому для монтажа нам подойдет обычная сосна. Ее часто используют для подобных конструкций, так как она обладает этими двумя качествами, плюс она отличается выгодной ценой, по сравнению с древесиной благородных пород. Необходимо использовать доску первого сорта, размером 150-200х50х6000 мм, также нам понадобится брус сечением 200х200 мм.

Важным техническим моментом является влажность древесины. Свежеспиленное дерево обладает 50% коэффициентом влажности, монтировать такое дерево нельзя, так как если оно будет высыхать в состоянии напряжения, то его может повести, оно выгнется и потрескается в местах, где расположены сучки. Необходимо приобретать материал с 15-20-ти процентным содержанием влаги.

При покупке проверяйте, чтобы все доски были ровными и без гнили, от этого зависит прочность и долговечность конструкции.

Когда дерево доставят к вам на строительную площадку, его необходимо обработать антисептическими препаратами и уложить в максимально проветриваемом помещении. Укладку дерева требуется выполнить определенным образом: сначала укладываем три-четыре поперечные рейки, на них, вдоль, укладываем доски, таким образом, чтобы между каждой доской было расстояние 0,5-1 см, потом опять ряд поперечных реек и ряд, досок.

Благодаря этому мы создадим воздушное пространство между каждой единицей пиломатериалов, они будут проветриваться в правильных условиях, что позволит нам избежать запревания и скопления влаги.

Ставим коньковый брус

Коньковый брус — это центральная верхняя перекладина, которая предназначена для того, чтобы равномерно переносить общий вес крыши на фронтоны, распределяя площадь давления по всему боковому периметру. Установка бруса весьма сложный процесс. Первым делом определимся с его длиной. Как правило, с боков крыши, по плану, идут небольшие козырьки (от 0,5 до 1,5 м), коньковый брус должен в точности лежать по этой длине со всеми выступами снаружи фронтонов. На бетонных основаниях, в местах соприкосновения с брусом, укладываем куски рубероида, так, чтобы дерево не касалось фронтона напрямую — только через гидроизоляцию. Загибаем рубероид вокруг бруса, а по бокам забуриваемся и вставляем два отрезка 12-й арматуры, 0,4 м каждая. Сам брус мы не сверлим, чтобы избежать трещин.

Удлиненный брус

Очень редко хватает для «конька» стандартных 6 метров. В большинстве случаев эту длину приходится наращивать. Наращивание происходит по месту монтажа, в противном случае срощенный брус очень сложно будет поднять наверх и установить. Место стыковки бруса необходимо подобрать таким образом, чтобы оно находилось максимально близко к какому-нибудь перестенку или прочей точке, на которую можно поставить временную вертикальную опору. Для вертикальной опоры отмеряем и отрезаем доску, по бокам которой прибиваем две маленькие доски, таким образом, у нас получится что-то вроде деревянной вилки, между зубцами которой будет находиться стык конькового бруса. С верхней стороны конька натягиваем нитку, которая будет служить нам уровнем перед тем, как мы закрепим брус между собой. Крепить их необходимо двумя полутораметровыми отрезками доски, стыковочные отрезки располагаются исключительно по бокам, в таком случае нагрузка будет подаваться на дерево в правильном направлении, снижая риск разлома в месте стыка. Крепятся доски гвоздями, так как если попытаться организовать болтовые соединения брус может дать ряд трещин при засверливании.

Мауэрлат

Данный элемент служит для стыковки стропил с продольными основаниями несущей стены, для точечного распределения нагрузки всей конструкции. Укладывать его необходимо с использованием рубероида (как и в случае с коньком). Выберите самые ровные доски, они должны максимально прилегать к поверхности стены. Фиксация мауэрлата выполняется с помощью анкерных болтов 0,2 м длиной. Точки, где будут размещаться анкера, необходимо просчитать заранее, их расположение должно оказаться в промежутках между будущими стропильными досками, так, чтобы шляпки анкеров не мешали нам при дальнейшем креплении следующих элементов.

Если стандартной длины доски не хватает — смело добирайте доски и крепите их аналогичным образом, каким образом будет организован стык между досками мауэрлата — неважно, главное чтобы они плотно прилегали к бетону.

Не забывайте положить мауэрлат на короткие отрезки за фронтонами, там где у вас намечены козырьки крыши.

Устройство и монтаж стропил

Первым делом необходимо определиться с количеством стропил, для этого берем общую длину крыши и делим приблизительно на 1,2-1,4 м, после того как получим целое число, делим на него длину крыши. Целое число это количество стропил с одной стороны, деление длины на это количество даст нам более точный шаг между ними, например, если длина крыши 9 метров:

• 9 м / 1,3 м = 6,92 (округляем в большую сторону) = 7 — количество стропил;
• 9 м / 7 = 1,28 м — шаг между стропилами.

Количество стропил умножаем на два и еще раз на два, благодаря этим вычислениям мы получим общее число досок, которое необходимо будет использовать для изготовления конструкции.

Следующий шаг — срез досок под угол наклона крыши. Для этого с одной стороны доски перпендикуляр между срезом и продольной частью необходимо сместить на необходимое количество градусов вниз. С помощью транспортира и карандаша эту процедуру сможет выполнить каждый. Далее отрезаем доску по намеченной линии, у нас получится шаблон, по которому мы выполним подрезку всех остальных досок.

Сначала монтируем крайние стропила, что находятся внутри зоны между фронтонами. Монтаж стропил выполняют по двум уровням, первый у конька, второй возле мауэрлата. Разметка шага между стропилами должна быть выполнена как вверху, так и внизу. Данная линия это середина стропил, конструкция одной стропилины состоит из двух досок, расстояние между ними 50 мм.

Отрезаем 9 досок длиной 30 см и крепим их на коньковом брусе четко по разметкам шага. Крепление выполняется с помощью саморезов и уголков, доска должна лежать сверху и перпендикулярно коньку. Данные отрезки будут служить связующим звеном для крепления двух противоположных стропил.

Аналогичным образом крепим по 9 отрезков с каждой стороны на мауэрлат, только длина доски должна быть 20 см, и располагаться она должна вертикально, этот узел будет использован для крепления нижних сторон стропил.

Теперь можно приступать к основным процедурам. На каждом верхнем отрезке (30-ти сантиметровом) необходимо начертить среднюю вертикальную линию, она будет играть роль направляющей, где проходит стыковка двух срезанных под угол досок. Монтаж стропил начинается с того, что первую доску выравнивают по центру сверху и прихватывают на гвоздь к 30-ти сантиметровому отрезку. Затем с другой стороны прибивают вторую доску. Надо смотреть за тем, чтобы доски находились на одном горизонтальном уровне, для этого необходимо доску, которая посажена ниже, подорвать и приподнять до уровня второй доски, фиксируя ее на гвоздь к соединительной перемычке. Крайне не рекомендуется делать надрезы в коньковом брусе. Снизу, для выравнивания уровня между досками, выполняется противоположная процедура, доска, которая оказывается немного выше, топится в мауэрлат, для этого необходимо выдолбить небольшой паз с помощью стамески.

После того как доски будут подогнаны по уровню необходимо стянуть нижнюю часть стропилины двумя гвоздями и выполнить два болтовых соединения, одно вверху, другое внизу, в местах, где доски наживлены на гвозди. Болтовое соединение должно быть сквозным через три доски.

После этого у нас получается почти готовая стропилина, которую необходимо укрепить, чтобы придать ей жесткости. Условно разделим длину стропилины на четыре части, можно набросать разметку карандашом. На месте стыка первой и второй четверти крепим между досками 60-ти сантиметровый отрезок, чтобы стянуть стропилину. В качестве крепежных материалов используем гвозди. Аналогичную процедуру выполняем на месте стыка третьей и четвертой четверти.

После того как будут смонтированы четыре стропилины у нас образуется два крайних треугольника, у оснований и у вершины необходимо натянуть нитки вдоль всей крыши, которые мы будем использовать в качестве направляющих, для подгонки уровня всех диагонально расположенных элементов.

После боковых стропил монтируется центральная часть, теперь можно выбивать опору, которая располагается в месте стыка конькового бруса, она нам больше не нужна, на данном этапе конструкция уже обладает достаточным запасом прочности. Далее ставятся все остальные стропила, по одной секции с каждой стороны в шахматном порядке, для равномерного распределения нагрузок. Наверху, в местах стыков противоположных стропил, необходимо дополнительно укрепить соединения, используем для этого соединительные пластины и саморезы.

Когда все стропильные секции будут располагаться на своих местах, необходимо срезать ручной ножовкой все углы, которые выходят за уровень стропил, в частности это углы соединительных досок на брусе и на мауэрлате.

Монтаж бантов

Бант — это соединительная доска, которая располагается примерно на уровне средней линии стропильного треугольника. Он служит для того, чтобы снижать нагрузку на боковые стороны крыши, благодаря бантам намного уменьшается вероятность прогиба крыши под тяжестью осадков и вероятность образования колебаний при ветровых нагрузках.

В нашем случае высота поднятия конькового бруса составляет чуть больше 4-х метров, а это значит, что расположение бантов можно сделать строго по центру, таким образом, все нагрузки распределятся равномерно, плюс высота потолка чердачного помещения будет относительно нормальной и не будет никаких преград для перемещения в нем человека со средним ростом.

Как и в случае со стропилами первые банты крепятся по бокам, после чего натягиваются две нитки, они помогут нам выдержать уровень. После этого крепится центральный бант и все остальные. На крайних стропильных треугольниках банты не нужны, это испортит внешний вид крыши, к тому же там очень слабые нагрузки, так что с технической точки зрения данный шаг не требуется.

Одна сторона банта заводится в середину стропилины и насаживается на гвоздь, вторая сторона, после соблюдения горизонтального уровня, тоже наживляется на гвоздь, затем выполняем два болтовых соединения. Очень важно придерживаться уровня на этом этапе, так как бант является не только распоркой, но и основой потолка чердачного помещения или мансардной комнаты.

На самом деле данная технология очень проста, какой бы сложной она не показалось на первый взгляд. Вооружившись листом бумаги и карандашом, нарисуйте крышу поэтапно, как указано в статье, тогда вся головоломка сложится в одну доступную и элементарную картинку.

С помощью стандартного набора строительных инструментов два человека способны построить подобную крышу за 5-6 рабочих дней.

Евгений Ильенко, рмнт.ру