Стропильная система мансардной крыши: теория и практика

Форма крыши, куда можно «запихать» как минимум одну комнату, может быть самой непредсказуемой.

Практикуется чаще всего так называемая двускатная крыша с изломом.

Пример двускатной крыши с изломом

Соотношение объемов «жилой/неиспользуемый» — максимально.

Отходят от привычной схемы из эстетических соображений, когда некая «горбатость» не по вкусу.

Однако, какова бы ни была форма, законы геометрии и сопромата неизменны.

Два правила:

  1. Расчёт стропильной системы становится понятным, если сложные формы свести к множеству простых.
  2. Единственная применяемая в «крышевании» жёсткая конструкция – треугольник.

Расчленив на треугольники и посчитав элементы каждого, можно выяснить и сечения стропильных ног, и подобрать материалы.

Выбор стропильной системы

Конструктивное решение и размеры элементов стропильных систем определяются:

    • перекрываемой площадью;
    • материалами стропил;

Стропильная система ломаной мансардной крыши

  • удельным весом кровельного материала;
  • атмосферными нагрузками;
  • формой.

Верхние концы стропил двускатной крыши всегда упираются друг в друга или соединяются ещё с коньковым брусом.

Но если висячие стропила «стоят» только на наружных стенах (с мауэрлатами или без), то наслонным помогают внутренние.

Расчет мансардной крыши из наслонных и висячих стропил

Методика лежит на таких «китах», как:

    Вес снега – см. карту-приложение к СНиП 2.01.07-85 (дополнены и изменены в 2008 г.):

Снеговые районы РФ 1 2 3 4 5 6 7 8
Q , кПа (кг/м2) 0,8 (80) 1,2 (120) 1,8 (180) 2,4 (240) 3,2 (320) 4,0 (400) 4,8 (480) 5,6 (560)

Сила ветра – карта ветровой нагрузки оттуда же. Берём среднюю составляющую от ветрового воздействия z над землёй из формулы: W = Wo х kWo — нормативное значение силы ветра, по карте:

Районирование РФ Ia I II III IV V VI VII
Wo (кгс/м2) 17 23 30 38 48 60 73 85

k — коэффициент, меняющийся из-за высот и в зависимости от местности:

Высота здания, м А B
5 0,75 0,5
10 1 0,65
20 1,25 0,85

где А — открытые пространства, B — территории, имеющие преграды 10-тиметровой высоты и более (города, леса и т. п.);

При полном расчёте умножают ещё и на C — аэродинамический коэффициент (-1,8 – крыша взлетает, 0,8 – давление ветра максимальное). Примем по максимуму: 0,8.

Далее выписываем веса:

  1. кровельного материала;
  2. чернового настила + обрешётки;
  3. утеплителя (поскольку неутеплённая мансарда — редкость);
  4. самой стропильной системы.

Дано:

  • угол уклона крыши α = 38°;
  • шаг стропил A = 0,6 м;
  • длина рабочего участка (провиса) стропильной ноги Lmax = 3 м;
  • материал возьмём распространённый — сосну I сорта (Rизг = 140 кг/см²);
  • кровля – профнастил, вес 4 — 5 кг/м².

Находим сумму нагрузок на кв. метр Q:

  • снег – зона III: 180 кг/м2;
  • ветер – зона I: 23х1х0,8 = 18,4 кгс/ м2;
  • вес профнастила: 5 кг/м²;
  • обрешётка – 20 кг/м²;
  • стропильная система (из досок): 20 кг/м².

Итого: 243,4 ≈ 244 кг/м²;

  1. На погонный метр стропилины придётся Qr = A • Q;Qr = 0,6•244 ≈ 146,4 кг/м2, где 0,6 – шаг стропил, выбранный нами произвольно.
  2. Доски для стропил возьмём 50 мм.
    Просчитываем сечение стропил.При выбранной ширине высоту определяем по формуле:
    H ≥ 8,6 • Lmax • sqrt(Qr / (B • Rизг)), когда уклон α 30°.H — высота сечения стропильной ноги, см;
    Lmax – длина самого длинного рабочего участка стропильной ноги, м;
    Qr – сколько достанется нагрузки на пог. м. в кг/м;
    B — толщина досок в см;
    Rизг – показывает, насколько древесина может противиться изгибу, кг/см².Для соснового и елового материалов Rизг будет (по сортам):
    I — 140 кг/см²;
    II — 130 кг/см²;
    III — 85 кг/см²;

sqrt — квадратный корень.

Поскольку речь идёт о мансарде, то уклон менее 30° — нонсенс, следовательно:
H ≥ 9,5 • 3 • sqrt(146,4 / 5 • 140) ≈ 18,24 см, ближайшее значение H ≥ 19 см;

Уложится результат в норму?

Проверим, соблюдено ли неравенство:
3,125 • Qr • (Lmax)³ / B • H³ ≤ 1

Подставляя значения, имеем:
3,125 • 146,4 • 3³ / 5 • 19³ ≈ 0,36

Поскольку 0,36 Крыша с увеличенным свесом

Спасёт решение с упором стропил не «на», а «после» внешней стены.

Карнизный свес велик настолько, что мауэрлат уже не используется — балки.

Под стропила монтируют подкос, в каждую деревянную балку перекрытия стойки заглубляют не более трети её сечения.

Чтобы ветром крышу не снесло, стропила дополнительно увязывают проволочными скрутками и анкеруют.

Дополнительные сведения о крыше мансардного типа.

О том, как соорудить водосток для крыши своими руками, можно прочитать здесь.

Стойки ставят в местах пересечений подкосов со стропильными ногами, упирая их в балку перекрытий над капитальной ограждающей конструкцией.

Виды мансардных окон

Согласно рекомендациям СНиПа, площадь мансардных окон не должна быть меньше 10 процентов от площади пола, поэтому в каждом помещении, образованном в результате разделения мансарды, должно быть окно.

Устройство мансардных окон в крыше

На изображении выше представлены разновидности окон для установки на мансарде, при этом наиболее простой разновидностью считается наклонная установка окна. Несмотря на простоту, подобный вариант связан с некоторыми проблемами гидроизоляции стыков. Кроме этого, придется устанавливать окно с усиленной рамой и армированным остеклением из-за повышенных нагрузок на конструкцию окна.

Подобная установка имеет ряд достоинств:

  • Пропускает больше света, поскольку отсутствуют резкие границы света и теней.
  • Не усложняется поверхность крыши, так как она остается ровной.
  • Установка окна требует меньше времени.

Чем меньше угол наклона крыши, тем потребуется большее окно по площади. На изображении ниже указано, как следует расположить окно, в зависимости от угла наклона.

Чем круче наклон относительно пола, тем меньше должна быть высота окна

При монтаже окна следует брать во внимание расстояние между стропилами. Окно должно быть уже на 5 см, по сравнению с расстоянием между стропилами. Это необходимо для того, чтобы не нарушать целостность всей конструкции. В противном случае придется дополнительно усиливать элементы крыши, что не всегда оптимально.

Вместо одного большого окна лучше установить два небольших. Кроме того, что проблем значительно уменьшится, два небольших окна смотрится ничуть не хуже, чем одно большое. Не следует также забывать о нагрузках, которые больше действуют на одно большое окно.

Два окна рядом смотрятся ничуть не хуже, чем одно широкое

Установка окон-дормер связана с появлением ендов, как сверху, так и с боков. Как правило, подобная конструкция становится более сложной в любом случае. Кроме этого, имеются некоторые сложности при укладке кровельного материала, так как подобные места являются вероятными участками протечек влаги. На таких участках приходится укладывать кровельный материал особенно тщательно. В регионах, где выпадает много осадков в виде снега, такие окна подвержены особенно высоким нагрузкам при сходе снега. Решить данную проблему помогают снегозадержатели, которые монтируются над такими окнами. Достоинство подобных окон заключается в том, что возле него допустимо стоять в полный рост. На самом деле, такие окна пропускают меньше света, при этом рельеф крыши становится сложнее, с рядом некоторых проблем.

Устройство вертикального окна-дормера в мансардной крыше

Утопленные окна также используются, но в основном тогда, когда необходимо организовать выход на балкон. Утопленное окно – это не лучший вариант, поскольку света оно пропускает мало, а тени становятся достаточно глубокими. Это не совсем комфортно для глаз человека. Кроме этого, усложняется геометрия крыши, хотя не настолько, как в случае с выступающими окнами.

Если организовать окна в торцевых частях мансарды, то это существенно упростит данную проблему. В таком случае можно вполне обойтись без усиления рамы и стекол, поэтому подойдут самые обычные качественные стекла. Вариант малозатратный и легко реализуемый своими руками, поэтому именно такие окна чаще всего устанавливают хозяева на мансардах.

Форма мансардной крыши

О формах крыш частных домов подробно рассказано в статье. Для обустройства мансарды больше всего подходят, конечно же, двускатные крыши, особенно ломаные. При использовании классического варианта двускатной крыши жилое помещение мансарды получается довольно небольшим, а часть площади по периметру дома, где высота потолка очень мала, буквально пропадает зря. Если же предусмотреть ломаную крышу, скат которой образован двумя линиями – более крутой внизу, у карниза, и более пологой сверху, у конька, то полезная площадь мансарды заметно увеличится и жить в ней станет намного комфортней. Чаще всего нижняя часть скатов по отношению к плоскости пола мансарды наклонена на 60°, верхняя — на 30°. Вообще же, наклон нижних скатов может колебаться между 45° и 80°.

Проект дома с двускатной ломаной крышей

В регионах с повышенной ветровой нагрузкой нужно делать более пологие крыши, чтобы снизить их парусность. Еще один интересный вариант – консольная крыша. Под такой крышей часть помещения мансарды расположена за пределами контура стен, что увеличивает ее полезную площадь.

Классическая схема

Чаще всего выбирают мансарду с пятиугольной крышей, ведь данная схема стропильной системы мансардной крыши дает пространство большее по размерам, более функциональное. Используются подпорки, которые создают стены помещения. Легче всего описать конструкцию при помощи нескольких геометрических фигур:

  1. Прямоугольник. Это — центр мансарды, пространство, которое можно применять в любых целях.
  2. Прямоугольные треугольники: по одному слева и справа. Это пространство уже не так универсально.
  3. Потолочная часть — треугольник с равными сторонами.

Данная стропильная система у мансардной крыши не отличается оригинальностью. Если вы хотите создать на своем участке нестандартную, возможно, дизайнерскую мансарду, то ниже — список других схем, менее распространенных.

Варианты конструкций

В зависимости от типа конструкции, мансардные (жилые) крыши бывают трех видов:

Виды мансардных крыш

Далее рассмотрим все виды стропильных систем.

Ломаные

Ломаная стропильная система является классическим вариантом мансарды. По сути, только такую систему правильно называть мансардной. Однако в последнее время мансардными принято называть любые типы крыш, чердачное помещение которых можно использовать как жилое.

Схема устройства ломаной стропильной системы

Основная особенность ломаных конструкций заключается в том, что стропильные ноги располагаются под разным углом по отношению к коньку — верхние стропила устанавливаются под небольшим углом, а нижние, наоборот — имеют большой уклон.

Такая конструкция позволяет увеличить чердачное пространство. Учитывая, что процесс монтаж не намного сложней строительства обычной двускатной крыши, она в ряде случаев является наиболее целесообразным решением. Поэтому такие жилые крыши пользуются наибольшей популярностью.

Стропильная система включает себя несколько основных элементов:

  • Мауэрлат. Приставляет собой брус, который укладывается на стены по периметру дома. Его задача заключается в том, чтобы равномерно передать нагрузку от кровли на стены;
  • Стойки. Являются одним из основных несущих элементов. Как правило, опоры служат еще и основной стен мансардного этажа;
  • Балки перекрытия мансарды. Соединяют ответные опоры, поэтому не следует путать их с балками перекрытия, которые укладываются на стены. Надо сказать, что существуют двухуровневые (двухуровневые) мансарды, у которых балки перекрытия служат полом второго уровня;
  • Прогоны. Соединяют опоры скатов и обеспечивают равномерное распределение на них грузки от скатов;
  • Коньковая балка. Объединяет все верхние стропила в единую систему;

Большая мансарда может иметь два уровня, разделенных балками перекрытия

  • Верхние стропила. Служат основой верхних скатов, как я уже говорил выше, они располагаются под небольшим углом по отношению к коньку;
  • Стойки верхних стропил. Устанавливаются на балки перекрытия мансарды и служат несущим элементом коньковой балки;
  • Нижние стропила. Служат основой нижних скатов.

Надо сказать, что кровля может содержать и дополнительные элементы – всевозможные подкосы, перемычки и прочие детали, которые укрепляют стропильную систему.

Чтобы выполнить расчет и составить чертежи кровли, воспользуйтесь онлайн-калькулятором. Это специальная программа, которая может предоставить все размеры деталей, для этого нужно лишь ввести основные параметры конструкции.

Монтаж такой стропильной системы осуществляется следующим образом:

Иллюстрации Действия
Установка стоек. Прежде всего вдоль скатов нужно установить на балки перекрытия опоры, на которые будет опираться верхний край нижних стропил и нижний край верхних ног. Для установки стоек необходимо правильно рассчитать их положение. Делается это по теореме Пифагора, так как стойка с перекрытием и нижним стропилом образует прямоугольный треугольник.

Зная длину ноги и высоту опоры, можно найти меньший катет, т.е. расстояние от края стены до стойки.

Для соединения всех деревянных деталей используйте саморезы и стальные уголки либо пластины.

Схема устройства двускатной жилой кровли

Двускатные

Двухскатная кровля имеет более простое устройство, чем ломаная, так как ее скаты ровные. В результате она чаще всего не имеет стоек и прогонов. В остальном конструкция не отличается от ломаной кровли.

Как я уже говорил выше, в результате того, что угол скатов постоянный, чердачное пространство имеет меньший объем, по сравнению с ломаной крышей. Правда, чтобы расширить пространство, можно увеличить угол наклона скатов. Но, если само строение небольшое, то получить полноценный второй этаж все равно не получится.

Как правило, двускатная мансардная кровля выполняется на основе висячих стропил. Поэтому процесс ее монтажа выглядит так:

Имейте в виду, что при выборе угла наклона скатов следует учитывать еще и тип кровельного материала, так как разные материалы рассчитаны на разный угол наклона. В противном случае могут возникнуть проблемы с герметизацией кровли.

Консольные

Устройство стропильной системы консольной крыши не отличается от обычной ломаной. Особенность заключается лишь в том, что ее края выступают за несущие стены. В результате увеличивается полезная площадь чердачного пространства.

Консольную конструкцию можно укрепить колоннами

Консольная крыша выполняется за счет расширения перекрытия. Для увеличения его прочности зачастую под ним устанавливают колонны. При этом пространство под крышей можно использовать в качестве веранды.

Не забывайте, что мансарда увеличивает нагрузку стены и фундамент. Этот момент необходимо учитывать при проектировании дома.

Вот и все основные виды и особенности мансардных крыш, о которых я хотел вам рассказать.

Стропильная система мансарды с опорой нижних (наслонных) стропил на мауэрлат

В рассматриваемом варианте нижние (наслонные) стропила опираются сверху на прогон, а снизу – на мауэрлат. При строительстве такой стропильной системы я, в зависимости от типа перекрытия, использую различные способы установки стоек, на которые и будет опираться прогон:

  • Если перекрытие бетонное, я кладу под стойки лежень (на гидроизоляционный слой и, при необходимости, выравнивающие подкладки), устанавливаю на него стойки и по верху – прогоны. Таким образом, получается каркас, который впоследствии станет основой для стен мансардного помещения.

  • Если же перекрытие деревянное – стойки устанавливаю на балках перекрытия. В таком случае, расчет балок перекрытия должен производиться с учетом нагрузок передаваемых от крыши.

Дальше вдоль обеих стен монтирую наслонные стропила, начиная с основных (угловых), при установке которых провожу тщательную проверку плоскости скатов. Между каждой стойкой и стропилом при необходимости устанавливаю подкос, а для устойчивости нижних «треугольников», связываю стропила со стойками схватками.

Верхнюю часть собираю из классических висячих стропил, опирающихся на прогон и сшитых снизу затяжкой, которую я подвешиваю к верхним стыкам стропил бабкой. Затяжка в данном случае может выполняться из более слабых брусьев, чем стропила. Такие стропильные фермы я устанавливаю на прогон в местах соединения со стойками. Затяжки, таким образом, образуют основу для потолка мансардного помещения, который не будет прогибаться благодаря бабкам.

Обратите внимание

Теперь рассмотрим особенности еще двух оставшихся вариантов.

Стропильные системы ломаной мансарды

Схема стропильной системы ломанной крыши мансарды

Стропильная система мансарды включает такие виды, как наслонные и висячие стропила. Рассмотрим их на примере ломаной мансардной крыши. Наслонные стропила образованы стеной и нижним скатом крыши и представляют собой прямоугольный треугольник. Висячие стропила состоят из верхних скатов кровли и потолочной балки. По низу висячих стропил необходимо сделать затяжку (ригель), когда расстояние между двумя стенами по ширине не превышает 8 м. Она, как правило, впоследствии и послужит для подвешивания потолка. Если между стенами расстояние более 8 м, то конструкция ломаной крыши мансарды включает монтаж бабки с подкосами, то есть вертикальной стойки, на которую крепится конек.

В наслонных стропилах зачастую требуется установка подкосов к нижнему скату, так чтобы стропильная система мансардной крыши была более прочной. А стропильные ноги упираются на мауэрлат. Если свес карниза слишком сильный, мауэрлат не устанавливают. В таком случае необходимо сделать так, чтобы стропильные ноги упирались на балки. Если балка перекрытия выступает за стены, то подкосы нужны обязательно. Конструкция стропил ломаной крыши может включать схватки, которые усиливают сопротивление досок и не дают им прогнуться. Схватки соединяют наслонные стропила нижних скатов.

Стойки наслонных стропил под опорой имеют балку перекрытия, которая может быть выполнена из различных материалов. К ним относятся деревянные брусья, железобетонные плиты, металлические конструкции. Стойки врезают в балку на 1/3 ее сечения. Снять нагрузку с балок перекрытия помогут дополнительные стойки, которые нужно установить в месте, где пересекаются подкос и стропильная нога, один конец прикрепив к балке. Осуществляя монтаж нижних стропил ломаной мансардной крыши, учитывайте ветровую нагрузку и вес верхних скатов. Поэтому используйте проволочные скрутки и анкерные соединения.

Расчет размеров мансардной крыши

Главным условием комфортного устройства мансарды является высота потолков – она не должна быть ниже 2,5 метров. Для обеспечения такой высоты помещения линия излома мансардной крыши должно находиться на высоте не менее 2,8 метров с учетом толщины слоя утеплителя и внутренней обшивки мансарды, а также толщины чистовых полов.

Перед тем как приступить к покупке материалов и строительству крыши, необходимо начертить подробный чертеж, на котором будут указаны габаритные размеры дома, линия скатов и высота мансарды.

Укладка кровли

Процесс обустройства ломаной крыши завершается обшивкой стропильной системы обрешеткой и укладкой кровельного «пирога».

Тип обрешетки и способы крепления ее элементов зависит от вида выбранного кровельного покрытия.