Стропильная система мансардной крыши: теория и практика

Думать о том, что приспособленный под жилье чердак недавно придуманное «know how» – глубокое заблуждение.

Франсуа Мансар (Mansard) ещё в 1630 году поручил подкровельному чердачному пространству новую роль.

С лёгкой руки французского архитектора «карлсоновы апартаменты» и носят название «мансарда».

В более суровом климате мансарды распространились позже, с развитием новых видов теплоизоляции.

Стропила для мансарды — наслонные или висячие

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

Практикуется чаще всего так называемая двускатная крыша с изломом.

Причина – выгодно.

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;

• 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:

1. 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)

2. 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 < 1, сечение материала стропил подобрано со значительным запасом.
   Проведя точный обратный расчёт, можно неплохо сэкономить.

   Из таблиц стандартных размеров хвойного пиломатериала подберём подходящее лучше всего: подойдёт доска шириной — 5 см, высотой — 19 см.

Подведём итоги: сечение стропил, смонтированных с шагом 0,6 м, для крыши этого дома будет шириной в 5 см, высотой – в 19 см.

Страшновато?

Благо, пытливые отечественные умельцы быстро приспособили для типового, но чрезвычайно нудного подсчёта «забугорные штучки», вроде Exel от Microsoft.

И теперь просто достаточно ввести в соответствующие графы таблиц данные – расчёт окончен.

Не устраивает?

Поменяйте вводные – пересчитывает пусть машина.

Например, вот такой самосчитающий лист для элементов стропильной системы:

Скачать.

В Сети разошёлся софт для расчётов такого рода программиста Андрея Мутовкина.

Найти его в сети очень просто.

А вот что касаемо наслонных или висячих стропил – тут всё от пролёта.

Небольшой пролёт, мансарда встраивается: висячие.

Пролёт велик, и опорные конструкции не мешают: наслонные.

Когда никак не вписать дополнительное помещение — их комбинация: мансардная крыша.

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 стропильной системе двускатной крыши можно прочитать в статье: https://proroofer.ru/montaz/stropilnye-sistemy/stropilnaya-sistema-dvuxskatnoj-kryshi.html.

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.

Мансарда из наслонных стропил

Сечение верхних схваток увеличивают, применяя общепринятые методики расчёта.

Схватки дополнительно поработают опорными балками для стоек наслонных стропил верха мансардной крыши.

Прибавьте сюда функцию несущих элементов для стен и потолка будущих комнат.

Верхний конец боковых стропил крутого ската опирают на боковой прогон, укладываемый на стойки или фронтоны.

Допустимо — только на стойки, без прогонов.

Нижние концы этих стропил опирают на балки перекрытия.

При большом весе кровельных материалов укорачивают шаг стропил и вводят дополнительно несколько поперечных балок.

Резонно использовать такие решения для крыш сложной геометрической формы.

Основную нагрузку понесёт каркас помещения мансарды, стропила же — из материала потоньше.

Стропильная система этого типа собирается так:

• Cначала формируют каркас, напоминающий букву «П».
• Уже на собранную конструкцию кладут прогоны.
• Крепят стропила.

Мансардная крыша в «микродоме»

Может быть выполнена двояко.

Первый, маловероятный вариант – дом в плане квадратен.

Интересно решение, предложенное ещё в 1914 году.

Это – крыша Г. Судейкина.

Особенность её в том, что чердачное пространство используется для жилого помещения почти на 90%.

Нет больше ни одной другой крыши с подобной эффективностью и простотой устройства окон непосредственно в мансарде.

Не требует чистки от снега и наледи – весьма крута.

Минус – требует тщательного расчёта элементов и мастерского исполнения.

Вариант второй: — устройство стропильной системы мансардной крыши для дачного домика:

• Стропила из доски.
• Расчёт нагрузки — на однопролётные балки.

Желательно ввести в конструкцию усиление соединений – прибоины, монтажные планки.

Собирают узлы стропильной системы так:

• Врезают стойки в балки перекрытия.
• Устанавливают стропильные ноги крутых нижних скатов.
• Ставят верхнюю балку перекрытия мансарды.
• Врезают коньковую стойку (их ставят несколько – по числу стропильных ферм — ради усиления верхнего ската) в балки перекрытия мансарды.
• Ставят стропильные ноги верхних скатов.
• Усиливают дополнительными прибоинами места сочленений стропил с балками перекрытий.
• Монтируют схватки и обрешетку под кровельный материал.

Посмотрите видео о расчете стропильных систем.

Понравилась статья? Поделись с друзьями в социальных сетях:

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

*/ ?>