Расчет и монтаж деревянных стропильных ферм

Двухскатная крыша считается одним из простых и оптимальных способов устройства кровли. Она представляет собой две наклонные плоскости, соединенные в верхней части под коньком. Стропильная система — силовой элемент крыши, выдерживающий ветровые и снеговые нагрузки. Если строго следовать инструкции можно изготовить стропилы своими руками.

Описание

 TOC o «1-3» h z u Состав курсового проекта Пояснительная записка:1. Исходные данные на проектирование2. Расчет и конструирование настила под кровлю2.1 Расчет настила построечного изготовления2.2. Конструирование щита настила заводского изготовления3. Расчет элементов стропильной системы построечного изготовления3.1 Расчет наслонных стропил3.2. Расчет прогона3.3. Расчет стойки3.4. Расчет подкоса3.5. Расчет ригеля (схватки)3.6. Расчет диагональной стропильной ноги3.7. Расчет соединений элементов стропильной системы3.8. Подбор сечения мауэрлата и лежня4. Связи стропильной системы5. Защита покрытия деревянных элементов стропильной системы6. Список используемых источников Чертежи:3 листа формата А2План стропильной кровли, сечения и узлы к нему, а так же кровельный щит настила заводского изготовления

Какие бывают стропильные системы крыши двускатного типа?

Всего существует две базовые разновидности для установки стропил двускатной крыши. Но в идеале крыша должна содержать элементы каждой из систем

  • Висячая система монтируется в том случае, если внешние стены здания расположены на расстоянии, не превышающем 10 метров, а также отсутствуют какие-либо стены, разделяющие здание. Данная система создает распирающее усилие, передающееся на стены. Для снижения этого фактора может использоваться затяжка, размещенная у основания стропильных ног. Для ее изготовления может использоваться не только дерево, но и металл. При таком расположении элементов образуется жесткая треугольная конструкция, которая способна выдержать нагрузки, возникающие с разных направлений. В качестве затяжек могут использоваться балки для перекрытия, а для того чтобы висячая система была более прочной, их можно располагать немного выше регламентированных правил.
  • Наслонная система устанавливается в случае расположения наружных стен здания на расстояние, превышающее 10 метров, и имеются внутренние несущие стены. Данная система оснащается опорной балкой, которая крепится посередине. Именно эта балка передает часть веса кровли на столбчатую опору или промежуточную стену. Если же в помещении используются не стены, а колонны, то можно чередовать висячую и наслонную системы.

Варианты стропильной системы

Мауэрлат и стропильная система – несущие элементы двухскатной конструкции. Сами стропила состоят из нескольких частей:

Варианты стропильной системы
  • стропильные ноги и затяжки, их соединяющие и придающие жесткость;
  • вертикальные стойки;
  • ригели;
  • коньковые и боковые прогоны;
  • продольные подкосы, в регионах с существенной снеговой и ветровой нагрузкой выполняется дополнительная установка диагональных подкосов;
  • распорки;
  • лежень и обрешетка.

Совет! Схема стропил обязательно включает установку дымовой трубы и вентиляционной шахты.

Варианты стропильной системы

Для выбранной двухскатной конструкции существует три варианта установки стропил. Рассмотрим особенности каждого способа.

  • Если крыша по ширине меньше 6 пм, рассматривается вариант установки висячих стропил. Процесс заключается в фиксации ноги между коньковым прогоном и опорной стеной. Это обеспечивает снижение воздействия распирающей силы на стропильные ноги. Соединение элементов стропил осуществляется с применением затяжки, выполненной из дерева или металла. Их установка внизу позволяет выполнять функцию несущих балок. Непременным условием является надежная фиксация затяжки, так как она подвергается распирающим воздействиям.
  • Наслонные стропила не ограничены размерами двухскатных конструкций, они включают лежень и стойки. Существенное преимущество такого типа стропил — простота установки. Омрачает практичность конструкции наличие стойки.
  • Сложные конфигурации двухскатных крыш предусматривают установку комбинированных стропил.
Варианты стропильной системы

Определив подходящий вид стропильной системы, переходят к расчету количества материала. При этом каждый элемент кровли нуждается в отдельном чертеже и фиксировании полученных результатов расчетов.

Пошаговая инструкция по изготовлению

Кровельная ферма включает в себя:

  • стропилы;
  • коньковые и боковые прогоны;
  • диагональные элементы;
  • мауэрлат.
Пошаговая инструкция по изготовлению

Треугольник — самая надёжная форма для создания крыши

Читайте также:  Интерьер мансарды – как оформить жилое помещение на мансардном этаже

Основой конструкции служит мауэрлат — брусок, положенный в основание, по которому выравнивается угол наклона системы. Для двухскатных крыш размер бруса должен быть 100 x 150 мм.

Пошаговая инструкция по изготовлению стропильной системы предусматривает выполнение следующих действий:

  • надёжно закрепить мауэрлат к стеновым перекрытиям;
  • установить и зафиксировать две крайние стропильные фермы, натянув между ними шнур, обозначающий конёк кровли;
  • на расстоянии 60 см друг от друга прикрепить к мауэрлату остальные фермы;
  • смонтировать на опорах коньковый прогон и зафиксировать на нём диагональные, промежуточные и короткие элементы системы.
Пошаговая инструкция по изготовлению

Схема поможет начинающим строителям изготовить каркас для двухскатной крыши самостоятельно

Эксплуатационные характеристики и длительность срока службы двухскатной крыши во многом определяется качеством истропильной системы. Работу по её обустройству следует выполнять тщательно и аккуратно с соблюдением всех технологических тонкостей.

Расчеты

Можно проводить расчет двухскатной крыши по онлайн – калькулятору, располагая на чертежах данные, которые «выдала» машина. Можно сделать это вручную, однако в этом случае вероятность ошибки возрастает, что скажется впоследствии на качестве возводимой конструкции.

Расчёты для чертежей содержат необходимые исходные данные:

  •  Длина фронтонной части дома (F);
  •  Длина по коньку (D);
  •  Высота конька (H);
  •  Длина стропильной ноги (L), а если необходимо – увеличение длины стропила для установки карнизного свеса с необходимой шириной (I);
  •  Все виды нагрузок.
  •  Шаг, по которому устанавливали стропила.

Крутизна ската и высота конька

Проведем вычисления высоты конька крыши над мауэрлатом. Основой большей части коньковых узлов двухскатной кровли является треугольник, а на него действуют законы тригонометрии.

При симметричной крыше конёк располагается посередине между точками опоры стропил, поэтому используем формулу: f=F/2.

Если у вас скаты несимметричные, то на чертеже нужно сделать следующее:

  •  Линию F проецируем туда, где расположена линия конька крыши;
  •  Измеряем получившееся расстояние между ней и мауэрлатом с каждой стороны. Помните, что крутизна скатов будет различной;
  •  Теперь используем формулу H=f×tg a.

Можно доверить все вычисления машине, воспользовавшись калькулятором вычислений, а затем перенести данные на чертеж.

Длина стропильной ноги

Расстояние между каждой ногой стропил зависит от следующих параметров:

  •  Материала;
  •  Массивности конструкции;
  •  Климата региона.

Когда пролёт больше длины стропил, их можно удлинять. При этом высота сечения не может быть меньше, только толщина. Вариант менее рациональный – удлинить стропильный брус с использованием соединительных вставок или накладных брусков.

Расчеты длины стропильной ноги базируются на теореме Пифагора. Она позволяет вычислить длину гипотенузы при условии наличия данных катетов. Такой катет – один из 3 элементов:

  •  Высота конька;
  •  Высота верхнего узла;
  •  Высота верхнего края.

Каким будет этот элемент и место его расположения, зависит от типа двухскатной крыши. Измеряют их с помощью строительного уровня.

Несмотря на кажущуюся простоту вычислений, лучше доверить их онлайн – калькулятору. Чтобы получить правильные расчеты двухскатной конструкции, достаточно ввести нужные данные в указанные поля. К тому же существуют специальные расчетные программы, которые «выдадут» нужные параметры без ввода данных. Для расчета достаточно в нужном месте поместить форму конструкции. Затем полученные данные отражают на чертежах.

Нагрузка на стропильную систему

Для того чтобы снизить нагрузку на стены, применяют упоры вертикального или углового типа. При использовании «усилителей» нужно изменять направление «негативного» воздействия усилий.

Вычисления ведутся с учетом 3 типов нагрузок:

  1. Постоянные. К их числу относят массу кровельных материалов, обрешетки и слоев утеплителя. При наличии эксплуатируемого чердака к этой нагрузке относят вес материалов для отделки. Чтобы узнать массу кровельных материалов, нужно изучить их технические характеристики. Так, металлические материалы – самые легкие, натуральная отделка в виде сланца или керамики – самая тяжелая.
  2.  Переменные. Вычисления сложные, так как часть нагрузки зависит от климатических условий, которые постоянно меняются, однако эти данные не учитываются. Сведения берут из справочника СНиПА, в котором размещены таблицы, составленные около 50 лет назад. За эти годы поменялись многие важные показатели: высота покрова снега, сила ветра и его преобладающее направление. Чтобы «подстраховаться» в этой непростой ситуации, архитекторы используют специальный коэффициент, который называют запасом прочности. Для правильных значений каждый элемент нужно умножать на 1.4. Эта цифра актуальна для жилых зданий. Истинную нагрузку от ветра и снега также вычисляют с помощью «подстраховки». Коэффициент поправки основывается на длине крыши. Учитывают также расположение дома.
  3.  Индивидуальные. Так называют нагрузки, возникающие при специфических условиях: торнадо, ураганах или других катаклизмах.
Читайте также:  Висячая стропильная система двухскатной крыши

Расчет трех типов нагрузок ведется с учетом коэффициента запаса прочности по отношению всех конструкции: стоек, растяжек, прогонов и других. Только после того, как будут высчитаны все показатели, можно переходить к построению чертежа двухскатной кровли.

Какими бывают двускатные крыши?

На первый взгляд кажется, что придумать что-то необычное из двух скатов и двух фронтонов довольно сложно, но это не так. Двускатные крыши могут быть:

  • Асимметричными. При этом конек расположен не над осью симметрии дома, а где-то сбоку. Более пологий скат можно продолжить далеко за пределы фасада, заботливо укрыв им, например, гараж или террасу.
  • Ломаными. Каждый их скат сформирован из двух плоскостей с разными углами наклона относительно горизонтали. Это отличное решение для оборудования под крышей жилого помещения, такой тип крыши иногда так и называют — мансардным.
  • Разноуровневыми. Это довольно необычный тип крыш, который предполагает наличие внутренней несущей стены, на которую на разной высоте опираются скаты. По сути, это комбинация из двух односкатных крыш. Выглядит она необычно, отличается особой прочностью и устойчивостью.

Устанавливаем стропила своими руками

Если длина пролета больше длины имеющихся стропил — их можно удлинить. Стропила могут быть клееными или наборными. При этом сечение досок может иметь меньшую толщину, но не высоту! Несколько худший вариант — удлинение стропильного бруса путем соединительной вставки или накладных брусков.

Как сделать стропила на крышу

Стропильные системы могут использовать различные соединения. От их прочности и надежности зависит прочность и долговечность крыши в целом. Наиболее предпочтительны резьбовые соединения при помощи металлических пластин, уголков, специального крепежа, или просто болтами с гайками и шайбами.

Применяемый крепеж при установке стропильных систем

Порядок сборки ферм ↑

Торцевые фермы рекомендуется предварительно собирать, не соединяя их капитально. Дело в том, что именно они обеспечивают правильную геометрию крыши, следовательно к их установке нужно относиться особенно тщательно: пару нужно многократно вымерять, а в случае необходимости корректировать.

Правильность установки проверяют следующим образом. Нижний угол каждой из временно закрепленных ферм соединяют бечевкой с вершиной противоположного угла. Таким образом, на плоскости ската образуются диагонали. Теперь можно проверять геометрию ската.

На угловых, ломаных или имеющих другую сложную форму крыш промеры производят на всех имеющихся на ней ровных плоскостях.

shema-proema-fermustanovka-kraynih-stropil

Если вы получили следующие результаты,

      1. Бечевки в точке пересечения лишь слегка касаются.
      2. Точка пересечения приходится на половину длины противолежащих стропилин.
      3. Пересекаться бечевки должны по центру длины крыши.

то это означает, что полученный скат имеет правильную геометрию.

При нарушении любого из условий «некорректную» ферму соответствующим образом подправляют. После того  как все проблемы будут устранены, фермы крепят уже капитально, используя скобы или скрутки.

Последующие стропила выравнивают по бечевке, которая натянута по коньку.

Установка стропил шале имеет свои особенности, обусловленные фронтонными стенами «под конек». В крышах этого типа опорой для крайних ферм служат стены, поэтому вышеуказанные операции выполняют еще до их установки для самих фронтонных стен. При выявлении несоответствий в данном случае их корректируют, используя выравнивающую стяжку.

© 2021

Изготовление своими руками

Чтобы правильно изготовить, необходимо обратить особое внимание на разметку стропил. Все без исключения детали будущей кровельной конструкции изготавливаются на земле, для удобства формирования фермы целесообразно использовать специальные козлы.

Стропильные фермы рекомендуется предварительно собирать «наживую». Это правило в первую очередь касается торцевых ферм. Готовая конструкция должна устанавливаться параллельно устанавливаемой стене и иметь строго вертикальное положение. Правильность сборки и установки проверяется временным креплением и натягиванием шнура от нижнего угла каждой фермы к вершине противоположной конструкции.

Подготовка и обработка пиломатериала для каркаса

Монтаж стропильной системы выполнить несложно, имея под рукой чертеж крыши, необходимые материалы и обладая опытом работы со столярными и плотницкими инструментами.

При выборе древесины для каркаса кровли предпочтение следует отдать предварительно высушенным доскам без гнили и с минимальным количеством сучков.

При этом категорически запрещается применять пиломатериал с большими выпадающими сучками, значительно снижающими прочность деталей.

При желании стропила, стойки, мауэрлат и другие элементы можно предварительно прострогать. Обработка антисептическими составами и антипиренами в два слоя обязательна.

Подготовка и обработка пиломатериала для каркаса

Наносить протравы жидкой консистенции кистью или валиком сложно и занимает много времени. Гораздо эффективнее использовать окунание. Для этого из обрезных досок сечением 200х25 и длиной 6 метров изготавливают корыто, внутри которого одним куском расстилают полиэтиленовую пленку и фиксируют ее по краям строительным степлером.

В полученную емкость выливают несколько канистр антисептика, погружают в раствор пиломатериалы и, таким образом, проводят обработку за один раз. По инструкции запрещено смешивать составы с различным действием для ускорения пропитки.

Сборка стропильных ферм

У строителей нет единого мнения о том, где собирать фермы из стропил. Одни делают их на земле и уже готовые конструкции поднимают наверх для установки, другие предпочитают выполнять все работы на месте будущей крыши. Оба способа допустимы. Более безопасным является первый вариант, менее затратным – второй, так как для подъема крупногабаритных ферм потребуется кран-манипулятор, что сопряжено с дополнительными расходами.

Независимо от места выполнения работ первый шаг заключается в подготовке шаблонов для запиливания торцов деталей под определенным углом или необходимой формы. С учетом заданных параметров отмеряют нужную длину пиломатериалов и отрезают столярной ножовкой или циркулярной пилой.

Первую готовую ферму устанавливают вертикально на одном из фасадов дома и крепят к мауэрлату. Для удобства и надежности соединения можно к лицевой стене поставить и прибить пару толстых досок, которые не дадут стропилам опрокинуться. Фиксируют ферму к мауэрлату в нужном положении с помощью укосин и проставок.

Подготовка и обработка пиломатериала для каркаса

Схема стропильной системы

Следующая стропильная пара крепится с учетом шага установки. Чтобы не измерять каждый раз необходимую величину, заранее заготавливают куски досок заданной длины и фиксируют их к мауэрлату между фермами. После установки всех стропил верхнюю часть опор соединяют коньковым прогоном. Для повышения прочности конструкции по бокам монтируют продольные бруски.

На этом установка стропил завершена. Остается только обшить фермы снаружи обрешеткой из необрезных досок, брусков или листов фанеры и ОСП, уложив утеплитель и пароизоляцию. Подробнее об этом читайте в других статьях.

Размеры стропил

Минимальный размер стропила для крыши дома должен быть 50х150 мм (40х150 мм), обычно применяют стропила 50х200 мм. При больших пролетах кровли могут использоваться стропила 50х250 мм или же сдвоенные, то есть две доски соединяются вместе с помощью гвоздей. Также возможен вариант использования брусков с размерами 100х150 мм. Чтобы точно знать какой размер стропил нужно выполнить расчет. Для этого собирается вся нагрузка (см. выше), которая воздействует на стропило и вычисляется нужное сечение.

Если же делать расчет нет желания, то можно воспользоваться табличными значениями, по крайней мере это лучше, чем принимать размеры наугад.

Размеры стропил

Задавшись шагом стропил и зная длину можно определить размер сечения стропилы. Данный вариант является не точным и желательно его подтвердить расчетом!

Монтаж кровли

От выбора типа кровли целиком зависит конструкция крыши. Монтаж разных кровельных материалов различен между собой, поэтому при установке нужно в точности следовать инструкциям от производителей. Дополнительным помощником в строительной работе могут служить множественные видео по установке кровли, которые можно в большом количестве найти в интернете.

Монтаж кровли

В качестве заключительных работ, на крышу можно установить дополнительное оборудование вроде флюгеров, водостоков и различных декоративных элементов.