Стропильная конструкция является основой любой кровли. Поэтому к ее созданию необходимо отнестись с особым вниманием. При монтаже крыши большинство людей обращается к профессионалам, боясь того, что не справится с задачей самостоятельно.
Стропильная конструкция – это основа для скатной крыши.
Но если общая площадь здания не превышает 100 м2, то каркас кровли можно изготовить самостоятельно.
Основная трудность, с которой сталкиваются начинающие мастера, заключается в креплении стропил и конькового прогона. Но если правильно выбрать коньковый брус и заранее спланировать все этапы работ, то никаких сложностей при монтаже обычно не возникает.
Что такое коньковый брус?
Коньковый брус – это элемент стропильной системы, который объединяет все 4 ската кровли в одну конструкцию. Коньковый прогон выстраивает узлы опирания накосных стропильных ног и рядовых стропил в единую прямую линию.
Конек изготавливают из цельного или клееного бруса. Последний обладает большой прочностью, и его применяют в домах с пролётом между стен от 12 метров и более.
Внимание! Брус должен соответствовать высшему сорту. Сухая древесина не должна иметь больших и гнилых сучковых образование, трещин и осевой (винтовой) деформации. Балку перед монтажом обязательно пропитывают антисептиком.
При пролёте перекрытия дома 6 метров в качестве конька могут быть использованы сдвоенные доски сечением 150 х 20 мм или брус 50 х 50 мм. При пролёте 12 м и более коньковый прогон делают из бруса сечением 100 х 100 мм или 100 х 150 мм.
Устройство в зависимости от типа вальмы
Коньковая балка может служить висячим соединительным элементом, который равномерно распределяет нагрузку от кровли через накосные и рядовые стропила на мауэрлат, уложенный по периметру внешних стен дома.
Обычно такая конструкция стропильного каркаса применяется в домах с пролётом перекрытия до 6 метров, когда вальмы и боковые скаты имеют небольшие размеры.
Когда нужно перекрывать стропильной системой пролёты 12 метров и более, устанавливают несущую рамную опорную конструкцию. Она представляет собой четырёхугольник, где верхняя балка служит коньком, а нижняя центральным ригелем. Боковые стойки замыкают всю конструкцию. Таким образом, при пролете более 12 м конёк является несущим элементом, который часть нагрузки передает через стойки на ригель, опирающийся концами на мауэрлат.
При наличии внутренней центральной стены, на неё сверху укладывают лежень (внутренний мауэрлат), на котором в свою очередь закрепляют ригель. Такое решение позволяет значительно разгрузить вальмы и трапециевидные скаты больших размеров при пролётах зданий от 12 метров и более.
Расчет оптимальной высоты
Высота конька в существенной мере влияет на величину всех четырёх скатов, а это в свою очередь ставит в зависимость количество расходных материалов. Чем выше конёк, тем больше понадобится материалов, тем дороже обойдётся застройщику вальмовая крыша. Найти оптимальный параметр поможет только точный расчёт высоты крыши.
Высота конькового прогона напрямую зависит от величины угла наклона кровли, который в свою очередь привязан к нормативной снеговой нагрузке. Чтобы определить оптимальный угол наклона кровли, застройщик обращается к СНиПу 2.01.07-85. По карте находят район строительства дома и соответственно по таблице находят нормативную снеговую нагрузку. Каждому нормативу соответствует рекомендуемый угол наклона кровли.
Для расчёта выполняют чертёж поперечного разреза вальмовой крыши, где:
- стороны равнобедренного треугольника – рядовые стропила;
- «А» – угол наклона кровли, основание длина пролёта.
Алгоритм расчёта высоты можно представить следующими формулами:
В формулу подставляют реальные значения тангенса угла «А» и длины пролёта дома. В результате вычисляют высоту конька – Нк. Умножив высоту конька на синус «А», получают длину рядовой стропильной ноги.
Расчёт сечения
Чтобы подобрать сечение коньковой балки, необходимо провести расчёт по двум показателям:
- на прогиб;
- и высчитать прочность на разрушение.
Чтобы рассчитать коньковый прогон на прогиб и прочность, необходимо воспользоваться следующими формулами:
- Сначала требуется определить внутреннее напряжение, которое возникает в балке при изгибе под действием внешней нагрузки. Это значение не должно быть больше расчётного показателя сопротивления материала на изгиб, которое можно найти по таблице или в СНиП номер ІІ-25-80. Внутреннее напряжение находим по формуле: Σ = М:W , где:
- Σ – искомая величина, которая определяется в кг на см²;
- М – предельный изгибающий момент (кг Х м);
- W – это момент сопротивления на прогиб у подобранного сечения стропил (находится по формуле bh²:6).
- Прогиб прогона нужно сравнить с нормируемым значением, которое равно L/200. Он не должен его превышать. Прогиб балки находится по формуле f = 5qL³L:384EJ, где:
- J – это момент инерции, который определяется по формуле bh³:12, где h и b – габариты сечения прогона;
- Е – величина модуля упругости (для древесины хвойных пород она равна 100 тысяч кг/см²).
Для начала нужно высчитать изгибающий момент. Если на схеме балки их присутствует несколько, то после расчёта выбирается наибольший. Далее чтобы определить габариты сечения балки, мы можем произвольно задать параметр ширины балки и потом определить её требуемую высоту по формуле: h = √¯(6W:b), где:
- b – это заданная нами величина ширины балки в см;
- W – сопротивление прогона на изгиб, величина определяется по формуле: W = M/130, где М – это самый большой изгибающий момент.
Можно сделать наоборот, задать произвольную ширину прогона и вычислить его высоту по формуле b = 6W:h². После того, как вы вычислите габариты сечения прогона, его необходимо проверить на прогиб по формуле из пункта 2.
Внимание! В расчётное значение прогиба лучше внести небольшой запас прочности.
Когда коньковый брус будет рассчитан на прогиб, то необходимо сравнить эту величину со значением L:200. Если прогиб на наиболее длинном участке не будет превышать это значение, то сечение балки оставляют таким, как получилось. В противном случае необходимо увеличить высоту прогона или использовать дополнительные опоры снизу. В последнем случае полученное сечение нужно перепроверить, снова выполнив расчёт с учётом используемых опор.
Полученные значения ширины и высоты конька нужно округлить в большую сторону. В принципе, выполнить этот расчёт несложно. Самое главное, указывать значения в нужных единицах измерения, то есть не запутаться, переводя метры в сантиметры и обратно.
Как рассчитать длину?
Этот размер конькового прогона тоже напрямую связан с углом наклона кровли. Для определения длины верхней балки стропильного каркаса вальмовой крыши нужно выполнить чертёж разреза вальмовой кровли вдоль оси конька.
На чертеже получится трапеция, у которой верхняя сторона – сам конёк, а основание – ширина фасадной стены. Нижние углы равны расчётному углу наклона кровли.
Если из вершин фигуры опустить перпендикуляры на основание, то получаться два прямоугольника, где противоположный катет углу наклона «А» – это высота крыши Hк. Умножив высоту на tg «A», получают два отрезка, которые нужно отнять от длины основания трапеции. Полученный отрезок будет равен длине конька.
Справка. Для определения расчётных параметров стропильного каркаса вальмовой крыши, в том числе конька, можно обратиться к одному из онлайн-сервисов. В Интернете выбирают калькулятор и заполняют исходными данными окна сервиса. На выходе получают искомые значения.
Установка и крепёж
Коньковый брус перед монтажом обрабатывается пропитками, защищают от отрицательного влияния внешней среды с помощью гидроизоляции стыков, монтажа вентзазоров.
Существует несколько способов соединения стропил на коньке:
Наряду с этим, стропила опирают на прогон запилами крепят к коньку, соединяя между собой гвоздями, саморезами и шпильками. На рисунке изображены эти способы крепления стропил к коньку.
Для защиты конькового бруса снаружи применяются коньковые планки из оцинковки или стройматериала, накрывающего кровлю.
Для упрощения установки деталей внешней защиты конька, вверху скатных поверхностей укладывается более широкая (или сплошная) обрешетка.
Основные особенности установки заключаются в том, что для начала нужно монтировать крайние детали коньковой отделки и натянуть между ними веревку. По этому ориентиру устанавливаются оставшиеся коньковые детали.
Нужно следить за качеством закрытия стыков, чтобы в них не попадали атмосферные осадки, и не задувал ветер.
- Для асбестоцементного шифера подойдут одноименные защитные наружные элементы. Размещаются по 2-м сторонам прогона с нахлестом на верхние части боковых плоскостей скатов и крепятся шиферными гвоздями.
- Стальные планки продаются готовые или вырезаются своими руками из листовой оцинковки. Крепятся саморезами с неопреновыми или резиновыми уплотнителями.
- Для черепицы требуется использование специальных коньковых керамических элементов. Для гибких черепиц или рулонных материалов конек делается из кровельного материала. О строительстве вальмовой крыши из металлочерепицы, читайте здесь.
Внимание! От верхнего края скатной плоскости до края кровельного покрытия расстояние должно быть до 7 см. Если зазор больше 7 см, его защищают коньковыми планками с расширенными боковыми лопастями.
Для герметизации стыков можно использовать различные составы:
- герметик для наружных работ;
- монтажная пена;
- раствор портландцемента (для шифера);
- средства от изготовителей кровельного материала.
Завершающий этап монтажа
Верхний край стропил необходимо дополнительно зафиксировать. Для этого противоположные ребра стягивают с помощью металлических пластин, крепя их саморезами. После того как вся стропильная конструкция установлена и надежно закреплена, выступающие части досок необходимо опилить. Для этой работы удобнее использовать ручную ножовку. Особое внимание необходимо уделить углам ребер, которые расположены на коньковом брусе. Если вы оставите выступающие части ребер, то правильно уложить покрытие кровли будет затруднительно.
В последнюю очередь необходимо смонтировать банты. Бантами называют доски, расположенные примерно посередине треугольника, образованного стропилами. Такая перемычка необходима для того, чтобы снять лишнюю нагрузку со скатов кровли. Банты же уменьшают прогиб покрытия крыши и всей стропильной конструкции под тяжестью снега зимой или их деформацию при сильном ветре.
Место фиксирования бантов зависит от высоты расположения конькового бруса. При возведении одноэтажных домов конек поднимают на высоту 3,8-4,3 м. В таком случае бант необходимо закрепить точно посередине стропильного треугольника. Подобное расположение поможет снять с кровли нагрузку, но при этом чердачное пространство будет достаточно просторным для того, чтобы в нем мог свободно перемещаться человек среднего роста. На весь монтаж каркаса крыши требуется примерно 2 рабочих дня.
Ошибки и рекомендации по строительству
По разным причинам возникают ошибки при возведении стропильной системы вальмовой крыши. Вот самые распространённые промахи, сделанные на монтаже конькового прогона.
Пренебрежение нормами СНиП 2.01.07-85 приводит к тому, что угол наклона кровли занижен. В результате кровля не выдерживает накопления снега и теряет свою целостность.
Чтобы этого избежать, нужно обязательно выполнять нормативные требования. В противном случае придётся перебрать весь стропильный каркас.- Со временем коньковый брус деформируется, как по оси, так и по вертикали. Это может произойти по причине применения переувлажнённых пиломатериалов. Для конька надо выбирать хорошо просушенный брус без дефектов древесины.
- Некачественный крепёж приводит к разрушению узлов соединений стропил с коньковой балкой. Лучше установить лишний крепёж, чем его не добрать.
Подготовительный этап работ
Виды стропильных систем.
Коньковым прогоном называют горизонтальную балку, которая располагается в верхней части кровли на стыке 2 скатов. Обычно в качестве балки используют брус коньковый. Этот вид пиломатериалов специально предназначен для больших нагрузок. Но прежде, чем закупать материал, необходимо рассчитать углы наклона кровельных скатов. Принято считать, что чем меньше этот угол, тем дешевле обойдется возведение крыши. В основе расчетов должна лежать не экономическая выгода, а технические характеристики. Необходимо учесть нагрузку на стропила и предположительный вес осадков (особенно зимой). Именно поэтому в средней полосе России крепление стропил располагают так, чтобы скаты располагались под углом в 45°. Именно такая кровля считается оптимальной.
Далее следует выбрать необходимый строительный материал. Действительно надежную кровлю может обеспечить только легкая, но достаточно прочная конструкция. Поэтому разумнее остановить свой выбор на пиломатериале, изготовленном из сосны. Для каркаса кровли обычно используют доску, размеры которой не превышают 20х5х600 см. Кроме того, необходимо приобрести брус коньковый сечением 20х20 см.
Рисунок 1. Схема конька крыши.
Выбирая материалы, необходимо учитывать не только их размер. Нужно обратить внимание и на качество. Ни в коем случае не покупайте непросушенные пиломатериалы. Через какое-то время крепление стропил, собранное из таких досок, непременно поведет. Соответственно, деформируется вся крыша. Помните, что идеальной считается древесина, в которой содержание влаги не превышает 20%.
Перед строительством кровли все материалы необходимо тщательно подготовить. Их проверяют, для того чтобы исключить наличие гнили или паразитов, и обрабатывают антисептиками. Это обеспечит долговечность стропил. Если вы не собираетесь проводить монтаж крепления немедленно, то подготовьте материалы к хранению. Для этого выделите сухое и хорошо проветриваемое помещение. Не кладите доски и брус на пол. Подложите под них рейки. Такое же основание должно быть между каждым рядом досок. Расстояние между ними должно быть не меньше 1,5-2 см. Только так вы обеспечите свободную циркуляцию воздуха. В противном случае в древесине может накапливаться влага и начнут размножаться плесневые грибы.
