Стропильная система двускатной крыши под профнастил
Двускатная крыша пользуется большой популярностью при загородном строительстве. Это объясняется простотой стропильной системы, невысокой стоимостью и возможностью обустроить жилое подкровельное помещение. Жёсткая конструкция двускатной системы обладает ветроустойчивостью и способна выдерживать большие снеговые нагрузки. В отличие от других металлических кровельных материалов, профнастил характеризуется невысокой ценой, простотой монтажа и малым весом, а для улучшения потребительских свойств производители окрашивают это покрытие в разные цвета. Выбор скатной крыши под профнастилом является оптимальным, и мы расскажем о том, как её построить.
Содержание
Расчёт стропильной системы двускатной крыши под профнастил
Проектирование двускатной крыши требует учёта ряда факторов, в числе которых размеры постройки, климатические условия региона, вес крыши и площадь кровли. Все эти параметры взаимосвязаны потому, что от атмосферной нагрузки зависит конструкция стропильной группы, а значит, её вес, крутизна наклона скатов и расход профнастила. Подбор конструкции крыши зависит от предполагаемой переменной нагрузки, которую создают климатические факторы. Оценить средние размеры атмосферных воздействий от снеговой, ливневой и ветровой нагрузок можно по статистическим данным метеослужбы.
Фотогалерея: климатические нагрузки на двускатную крышу
Толщина снежного покрова и ветровая нагрузка требуют уточнения в региональных отделениях МЧС и Гидрометцентра России. На основе этих данных, а также с учётом требований СП 20.13330.2016. «Свод правил. Нагрузки и воздействия», производится расчёт прочности и шага стропильной системы, а также выбирается угол наклона ската с учётом аэродинамического коэффициента. Для средней полосы ветровая нагрузка находится в пределах от 24 до 53 кг/м2, поэтому угол наклона скатной кровли подбирают в пределах от 30 до 50°. Вес снегового покрова имеет усреднённое значение от 100 до 350 кг/м2 и учитывается при расчётах несущих ферм крыши. Определение полной нагрузки на кровлю делается с учётом крутизны ската и вычисляется по формуле: Sп.н. = К х Sрасч., где Sп.н. — снеговая нагрузка полная; Sрасч. — снеговая нагрузка расчётная; К — коэффициент, равный 1 при угле наклона ската менее 25°, и равный 0,7 при угле наклона более 25°.
Наклон ската имеет большое значение потому, что при крутизне кровли из профнастила свыше 60о снег на ней не слёживается и склонен к соскальзыванию под собственным весом. В пользу большого угла наклона ската говорит и возможность сделать объёмное обитаемое подкровельное помещение.
Такой параметр, как постоянная нагрузка, зависит от общего веса стропильных ног, вспомогательных конструкций и кровельного пирога. Зная вес крыши, можно определить сечение пиломатериала, расположение и тип вспомогательных элементов, что позволит распределить вес на стены строения более равномерно. Хвойный пиломатериал весит в зависимости от влажности от 710 до 840 кг/м3, поэтому можно подсчитать вес деревянных конструкций по следующей таблице.
Таблица: количество пиломатериала в м3 для расчёта веса стропил, вспомогательных элементов и обрешётки
Размер доски, мм | Количество досок при длине 6 м в кубометре пиломатериалов | Объём одной доски длиной 6 м (м3) |
25х100 | 66,6 | 0,015 |
25х150 | 44,4 | 0,022 |
25х200 | 33,3 | 0,03 |
40х100 | 62,5 | 0,024 |
40х150 | 41,6 | 0,036 |
40х200 | 31,2 | 0,048 |
50х50 | 67 | 0,015 |
50х100 | 33,3 | 0,03 |
50х150 | 22,2 | 0,045 |
50х200 | 16,6 | 0,06 |
50х250 | 13,30 | 0,075 |
Для стропил выбирают брус 50х250 мм с шагом от 80 до 120 см, для обрешётки используется доска 25х150 мм с шагом не менее 15 см для профнастила. Количество и сечение вспомогательных элементов зависит от конструкции крыши и рассчитывается по проекту. Для того чтобы определить количество и вес профнастила, необходимо знать площадь двускатной крыши, которая вычисляется по формуле: S = (A х B) х 2, где S — площадь крыши, A — ширина ската, B — длина ската.
Количество профнастила необходимо рассчитывать с учётом нахлёста, который составляет 10–15 см по вертикали и одну волну между листами. Вес кровельного материала толщиной 0,5 мм равен в среднем 5 кг/м2.
При отсутствии проектных данных возникает необходимость вычислить высоту конька или длину ската, это можно сделать по следующей формуле: С2 = А2 + В2, где С — длина ската, А — половина ширины здания с учётом карнизных свесов, В — высота конька.
Если известны ширина здания и угол наклона ската, то для расчёта высоты конька и длины ската можно воспользоваться формулами с тригонометрическими функциями: H = L1/2 x tgA; L = H : sinA, где H — высота конька, L1/2 — половина ширины здания, A — угол наклона крыши, L — длина стропил.
Для окончательного расчёта используем значения тригонометрических функций для разных углов наклона ската по таблице.
Таблица: значения тригонометрических функций для выбранных углов наклона ската
Угол наклона крыши, градусы | Тангенс tgA | Синус sinA |
5 | 0,09 | 0,09 |
10 | 0,18 | 0,17 |
15 | 0,27 | 0,26 |
20 | 0,36 | 0,34 |
25 | 0,47 | 0,42 |
30 | 0,58 | 0,5 |
35 | 0,7 | 0,57 |
40 | 0,84 | 0,64 |
45 | 1,0 | 0,71 |
50 | 1,19 | 0,77 |
55 | 1,43 | 0,82 |
60 | 1,73 | 0,87 |
С целью упрощения расчётов мы рассматриваем параметры для одного ската крыши, поэтому для получения суммарных значений данные нужно удваивать для двускатной кровли. Кроме того, нужно учесть карнизные свесы и расходы на раскрой пиломатериала, который рассчитывается с применением коэффициента 1,1–1,15.
Конструкция стропильной системы двускатной крыши под профнастил
Стропильная несущая система является жёсткой треугольной конструкцией и используется для распределения постоянных и переменных нагрузок на стены дома. Скаты кровли уменьшают вес снеговой нагрузки и способствуют отводу дождевой воды. При больших габаритах здания и малых уклонах скатов стропильная группа становится более сложной и тяжёлой, поскольку шаг стропил становится меньше, а сезонная нагрузка на несущие элементы больше. Большие углы наклона скатов (40–50°) снижают вес снега и упрощают конструкцию, особенно за счёт стоек и затяжек жилого подкровельного помещения.
Стропильная система двускатной крыши состоит из ряда узлов и составляющих, каждый из которых выполняет определённую функцию и необходим для увеличения жёсткости и прочности ферм. Основными опорными несущими конструкциями крыши являются такие элементы, как:
- мауэрлат — опорная связующая балка между стеной дома и несущими фермами крыши; в домах, построенных из бревна или бруса, мауэрлатом является последний венец;
- конёк — образуется стропилами, опирающимися на стену дома или затяжку, соединёнными в верхней части;
- коньковый или боковой прогон — соединяет стропила между собой по бокам или в районе конька;
- затяжка — служит опорой для стропильных ног и опирается на мауэрлат;
- стойка — центральная или промежуточная вертикальная опора для стропил;
- схватка — горизонтальный брус, соединяющий стропильные ноги одной фермы;
- подкос — брус между стропилом и стойкой;
- обрешётка — используется для надёжного крепления профнастила и крепится перпендикулярно к стропилам.
Использование дополнительных конструктивных элементов позволяет увеличить прочность крыши, но повышает её вес, поэтому необходимо уменьшать сечение бруса там, где это позволяет сделать расчётная снеговая нагрузка, например, вместо стропил 100х250 в ряде случаев используют брус 50х250. Эта же рекомендация относится к стойкам, прогонам и иным жёстким элементам.
Схема стропильной системы двускатной крыши под профнастил
Стропильные фермы и схема их расположения и монтажа определяется выбором конструкции, который зависит от климатических факторов или от обитаемости подкровельного помещения. Крайние фермы могут иметь более сложную, усиленную конструкцию и на них через прогоны опираются промежуточные упрощённые стропильные группы с определённым шагом. Это делается с целью уменьшения веса несущей системы и для обеспечения монтажа мансардного помещения. Кроме того, существуют стропила висячего и наслонного типа и схема их сборки существенно различается.
Висячие стропила верней частью опираются друг на друга в районе конька, а нижней — на затяжку, которая лежит на мауэрлате. Для придания жёсткости конструкции при ширине здания более 6 м используют ригели, бабки и подкосы.
Наслонные стропильные ноги верхней частью через прогон опираются на жёстко закреплённую стойку, стоящую на стене здания. Нижняя область стропильных ног через мауэрлат фиксируется к стене здания. Поскольку эта схема используется на зданиях шириной более 10 м, то требуются дополнительные крепёжные элементы, такие, как схватки, подстропильные ноги и подкосы.
По выбранной схеме производится монтаж отдельных ферм и всей стропильной группы в целом. На сложных ломаных крышах мансардного типа следует обратить внимание на наличие висячих и наслонных стропил в одной ферме, что может потребовать дополнительных узлов жёсткости с использованием откосов и бабок в зависимости от атмосферной нагрузки в регионе.
Фотогалерея: конструкция и схема расположения несущих элементов крыши
При сборке стропильной группы важно понимать, что пиломатериал не имеет идеальных размеров, поэтому сборку по монтажной схеме следует начинать с крайних ферм и по натянутым шнурам ставить последующие конструкции.
Шаг стропил двускатной крыши под профнастил
Частота расположения стропил крыши зависит от постоянной и переменной нагрузки, угла наклона ската, сечения стропил и параметров кровельного материала. Высокая снеговая нагрузка и крутизна ската меньше 30° требуют более частого расположения ферм, шаг между которыми выбирается от 60 до 100 см. С увеличением крутизны ската снеговое воздействие становится меньше и шаг между стропилами можно увеличить от 100 до 180 см. Расстояние между фермами также зависит от длины стропильных ног и сечения бруса.
Таблица: сечение пиломатериала для заданной длины стропил и шаг между ними
Длина стропильной ноги | Расстояние между стропильными ногами | ||
100 см | 140 см | 180 см | |
Сечение стропильной ноги | |||
До 280 см | 40х25 мм | 40х175 мм | 40х200 мм |
280–350 см | 40х175 мм | 40х200 мм | 40х225 мм |
350–420 см | 40х200 мм | 40х240 мм | 50х250 мм |
420–500 см | 40х225 мм | 60х250 мм | 75х250 мм |
Более 500 см | 60х250 мм | 75х250 мм | 100х250 мм |
На увеличение шага стропил влияет наличие дополнительных узлов жёсткости из стоек и подкосов, а на уменьшение расстояния между фермами оказывают влияние размеры выбранного кровельного материала. У поставщика нужно уточнять полезные размеры профнастила, которые высчитываются с учётом продольных и поперечных нахлёстов, и на основании этих данных корректировать шаг стропил.
Виды профнастила и шаг обрешётки
Профнастил характеризует стойкость к механическим воздействиям, к атмосферным осадкам и дешевизна. Материал прост в монтаже, мало весит и легко перевозится грузовым транспортом. Для кровельных работ используются недорогие листы с оцинкованным покрытием или же профиль, окрашенный полимерной краской с большим сроком службы и цветовым разнообразием.
В названии разных видов профнастила отражается наименование по ГОСТ, высота гофры и рабочая ширина листа, а также из таблицы можно узнать толщину материала и вес погонного метра профиля. Прокатные станки позволяют изготавливать листы до 14 м длиной, но перевозить их можно только с привлечением специальных машин. Поэтому длину листа определяет заказчик, и стандартными являются размеры от 1 до 6 метров с шагом 0,5 м. Шаг обрешётки рассчитывается с учётом угла наклона ската и толщины профнастила.
Нахлёст по длине и ширине для разных видов профнастила, а также шаг обрешётки необходимо уточнять у поставщика кровельного материала. При этом толщина металла не должна быть менее 0,5 мм и продукция должна иметь сертификат качества.
Узлы стропильной системы двускатной крыши под профнастил
Важными узлами стропильной системы двускатной крыши могут считаться элементы и их соединения, которые несут значимую нагрузку и определяют форму строения в целом. Неслучайно сама крыша и её фрагменты имеют жёсткую треугольную конструкцию, способную выдержать большое давление без разрушения. Также в функции крыши входит равномерное распределение веса нагрузки на стены строения, и состоит она из следующих основных узлов:
- крепление мауэрлата к стене здания;
- соединение нижней балки (затяжки) с мауэрлатом;
- скрепление стропильной ноги с затяжкой, образующее карниз;
- соединение стропильной ноги со стойкой, ригелем и подкосом;
- стык двух стропильных ног, образующий конёк.
Крепление мауэрлата к стене здания осуществляется замоноличенными шпильками, а в случае деревянных стен — производится резьбовыми болтами, проходящими не менее чем через два венца. Соединение затяжки с мауэрлатом выполняется с помощью скоб, болтов или кронштейнов, таким же способом с затяжкой сочленяется стропильная нога. В остальных узлах элементы соединяются болтами либо с помощью разнообразных металлических кронштейнов.
Соединения в узлах стропильной системы отвечают не только за прочность крыши, но и за её геометрию, поэтому необходимо ответственное отношение к монтажу несущих конструкций. В случае большого веса стропил нужно собирать фермы на земле по шаблону и только потом монтировать и подгонять их на высоте. Крепление узлов должно быть предельно жёстким и прочным и исключать даже небольшой люфт. Перед окончательной сборкой деревянные детали должны быть обработаны огнезащитными и антисептическими составами.
Монтаж двускатной стропильной системы под профнастил
Начинается монтаж стропильной системы двускатной крыши с подготовки качественного пиломатериала и кровельного покрытия. Подготавливается инструмент и крепёжные элементы, а также проверяется исправность лесов и наличие страховочных верёвок. После этого приступаем к монтажу, который осуществляется в такой последовательности:
- На земле собирается шаблон, по которому будет происходить предварительная сборка стропильных ног и дополнительных элементов.
- Затяжка под прямым углом крепится к мауэрлату с учётом длины карнизного свеса.
- Крепятся стропильные ноги к затяжке и скрепляются косынкой, образуя конёк, выставляются крайние фронтонные фермы.
- Крайние стропильные ноги ставятся вертикально и фиксируются временными подкосами, затем между ними натягиваются направляющие шнуры.
- Далее выполняется монтаж промежуточных стропил и фермы связываются прогонами.
- Собираются дополнительные крепёжные элементы на каждой ферме.
- Крепится гидроизоляционная плёнка, на которую настилается обрешётка с учётом выноса фронтонов, карнизных свесов и размера листов профнастила.
- Выставляются кронштейны водосточной системы, крепится карнизная планка и монтируется профнастил с доборными элементами.
При большой длине стропил в последовательность монтажа нужно внести изменения, которые заключаются в установке коньковых и боковых прогонов в начале сборки стропильной группы. Прогоны устанавливаются на стойки, на них опираются стропильные ноги и создаётся шаблон для раскроя последующих стропил. Вариантов монтажа существует много, и выбор наиболее удобного и безопасного способа должен быть направлен на улучшение качества сборки двускатной крыши.
Монтаж стропильной системы происходит на большой высоте, поэтому соблюдение правил техники безопасности является обязательным, особенно в зимнее время.
Видео: монтаж стропильной группы двускатной крыши
Перед сооружением стропильной системы двускатной крыши под профнастил нужно осуществить необходимые расчёты и выбрать конструкцию крыши. При этом значение имеют основные узлы несущих ферм, шаг между стропилами и порядок монтажа. Существует большой выбор вариантов сборки ферм и разные виды профнастила, выбор за вами.