Ломаная мансардная крыша: схемы, размеры, утепление

Стропильные системы под мансарду

Сегодня наблюдается настоящий бум использования в загородном строительстве различных архитектурных элементов, которые в условиях промышленного строительства, казалось бы, навсегда ушли в прошлое. Речь идёт о таких устройствах, как эркеры, мансарды, мезонины и им подобных. Они позволяют значительно увеличить площадь полезного пространства и придают зданию оригинальный красивый вид.

Особой популярностью пользуются мансарды, позволяющие устроить в подкровельном пространстве полноценное жилое помещение. Для этого используются специальные стропильные системы, призванные обеспечить возможность создание такого помещения при условии достаточной прочности конструкции.

Устройство ломаной мансардной кровли позволяет получить полноценное жилое помещение на втором этаже

Особенности обустройства мансардного этажа

Установку стропил мансарды нужно выполнять так, чтобы каркас обеспечивал максимальную надежность, позволяющую выдержать вес кровельного пирога. Одновременно стропильная система должна быть легкой, чтобы снизить нагрузку на несущие стены строений.

По этой причине основным материалом для строительства мансардных этажей на сегодня по-прежнему является древесина, соответствующая этим требованиям. Для покрытия крыш в этом случае используют керамическую или металлическую черепицу, ондулин. Эти кровельные материалы позволяют создать надежное покрытие с отличными эксплуатационными характеристиками.

При обустройстве мансардного этажа нужно помнить, что в нем следует обеспечить более высокую степень теплоизоляции по сравнению с другими жилыми помещениями. Одновременно с этим необходимо качественно выполнить гидро- и пароизоляцию.

Виды стропильных систем

Основные типы стропильных систем для устройства мансарды представлены двумя вариантами:

• двускатная;
• ломаная стропильная система.

Фотогалерея: что такое мансарда

Ломаная крыша позволяет получить оптимальное сочетание уклона кровли и полезной площади под ней

Увеличить объём мансарды в конструкции под двускатной кровлей можно только за счёт большой высоты конька

Мансарда может «комплектоваться» выносной конструкцией с балконом под отдельной крышей

Балкон может быть составной частью конструкции мансардной крыши

Однако на практике кровли загородного дома настолько разнообразны, что классифицировать их практически невозможно. В конструкции используются самые различные элементы:

• вальмовые скосы;
• скворечники;
• навесы;
• полувстроенные светопрозрачные конструкции (оранжереи);
• фонари и другие архитектурные решения в самых оригинальных и порой неожиданных сочетаниях.

Фотогалерея: проекты домов с двускатной крышей и мансардой

Двускатную кровлю можно украсить изящным «скворечником», который еще и увеличит площадь мансарды

В больших домах двускатная конструкция может использоваться как один из элементов композиции кровли

Главная идея такого домика заключается в сочетании простоты исполнения с идеально подобранными элементами отделки

Элементы и узлы стропильной системы мансардной крыши

Очевидно, что наиболее прочной конструкцией является двускатная крыша. Но для получения достаточно просторного помещения при таком устройстве стропил нужно уменьшать угол между скатами, а это ведёт, к повышению ветровых нагрузок на кровлю. Разумный выход находится в создании полумансарды, когда от пола до потолка устанавливаются стойки на высоту 1,3–1,8 метра, а уже к ним крепятся стропила.Такое устройство требует установки низких ригелей, чтобы компенсировать распирающие нагрузки от стропильных ног на стойки.

Для увеличения полезного объёма мансарды ригели, образующие её потолок устанавливают максимально близко к коньковому узлу

Использование ломаной крыши позволяет упростить форму помещения мансарды и получить больший объём жилого пространства.

Возведение ломаной крыши позволяет получить мансарду гораздо больших размеров, чем устройство обычной двускатной кровли

Основными элементами стропильной системы являются:

1. Опорное основание — мауэрлат. Его назначение — распределение нагрузок от стропил на стену.
2. Стропило — балка, воспринимающую нагрузку от кровельного пирога.
3. Брус коньковый — предназначен для восприятия нагрузки от стропила в верхней части, часто применяется для крепления и позиционирования стропил.
4. Стойка, укосина, распорка. Дополнительные детали для усиления несущей способности стропил и компенсации изгибающей нагрузки на стропило от кровельного пирога.
5. Лежень — опора для стойки. Размещается на переводах.
6. Переводы — поперечные балки, формирующие основу для потолочного перекрытия.
7. Ригель — горизонтально устанавливаемая связь между противоположными стропилами, увеличивающая их несущую способность.
8. Внутренняя и наружная обрешётка. Набивается перпендикулярно стропилам.

   
   В простой конструкции двускатной кровли некоторые элементы, например, ригели и затяжки, могут отсутствовать

При монтаже стропильной системы широко применяются дополнительные детали для усиления крепления элементов конструкции.

Применение современных крепёжных элементов позволить эффективно усилить конструкцию и значительно сократить время монтажа

Устройство стропильной системы двускатной крыши с мансардой

В основе стропильной системы с двускатной крыши лежит треугольник — наиболее жёсткая фигура.

1. Сразу после установки мауэрлата монтируются переводы и делается временный настил для удобства и безопасности при выполнении работ.
2. Устанавливаются стропильные фермы, в первую очередь — крайние, фронтонные. Они состоят из двух стропил, соединённых между собой верхней затяжкой. По ходу установки производится контроль совпадения очередной стропильной ноги с плоскостью уже установленных узлов. Для этого используется натянутый между фронтонными стойками строительный шнур. Производится временное крепление стропильных ног к мауэрлату.

   
   Сначала устанавливаются крайние стропильные фермы со стороны фронтонов

3. После установки последней стропильной фермы в углы основания треугольника, образованного балками и затяжкой, помещается два прогона перпендикулярно плоскости стропильных ног. Эти элементы конструкции крепятся уже намертво.
4. В четырёх крайних точках устанавливаются стойки, опирающиеся на лежень, назначение которого — распределение нагрузки от стропильной ноги на межэтажное перекрытие через стойки. Этими деталями обозначается контур мансардного помещения.
5. Далее производится окончательное крепление скелета стропильной системы. Стропила к мауэрлату можно крепить металлическими угловыми пластинами с использованием болтов или длинных саморезов.

   
   После установки всех стропил производится их окончательное крепление в узлах стыка с мауэрлатом и коньком

6. При необходимости устанавливаются раскосы между основаниями стоек и стропилом.

Перечислены только основные элементы стропильной системы. Могут быть использованы и дополнительные детали для увеличения прочности конструкции.

Порядок расчета стропил

Грамотно и точно сделанный расчет стропильной системы мансардной крыши позволит соорудить прочную и надежную конструкцию, способную прослужить много лет.

При проведении вычислений учитывают:

• вес элементов мансардного помещения;
• ветровые и снеговые нагрузки.

Поскольку данные показатели в разных климатических зонах разнятся, устройство стропильной системы крыш с мансардой может значительно отличаться. Методика расчета стропил при создании наслонных конструкций проще, чем висячих. В некоторых случаях кровельщики используют комбинированные варианты обустройства каркаса.

Когда предстоит строительство мансарды — чертежи стропил и сложные расчеты желательно доверить профессионалам с большим опытом подобной работы. Дело в том, что при выполнении вычислений используют математические формулы и разные коэффициенты.

Благодаря расчету веса кровли узнают величину нагрузки, которую выражают в килограммах на один «квадрат» стропильной конструкции. Обычно среднее значение данного параметра для жилых строений составляет около 50 кг/м².

Расчеты ветровых и снеговых нагрузок в регионах с неблагоприятными климатическими условиями указывают на то, что стропильные системы двускатных мансардных крыш нужно делать со спаренными стропилами и сплошной обрешеткой – они позволят избежать деформаций каркаса.

Монтаж стропильной системы кровли с учётом формирования мансарды

Стропильная система двускатной крыши может формироваться двумя способами:

1. Сборка основной конструкции внизу с последующим подъёмом на перекрытие и установкой на мауэрлат.
2. Монтаж стропильных ног подетально непосредственно на месте установки.

Более производительным и удобным способом является первый вариант.

Сборка стропильных ферм внизу

Такая работа производится в следующем порядке:

1. Необходимо изготовить простейший стапель для сборки ферм. Единственное требование к нему — расположение опорных элементов стропил строго по горизонтали.
2. Детали первой фермы нужно выполнить по заранее подготовленным чертежам. Она представляет собой совокупность минимального набора основных деталей, обеспечивающих жёсткость конструкции.
3. Произвести сборку первой фермы, установить дополнительный крепёж.
4. Изготовление последующих ферм производится с использованием первой в качестве шаблона, детали изготавливаются по месту. Для точности и полного соответствия детали каждой последующей фермы нужно крепить к шаблону струбцинами. По готовности ферма убирается в сторону.

   
   Все стропильные фермы изготавливаются по единому шаблону, которым является первая собранная конструкция

5. Затем фермы поодиночке поднимаются наверх и устанавливаются на своё место.
6. Первыми устанавливаются крайние фронтонные фермы, затем все последующие. Расположение стропил в одной плоскости производится по натянутому между фронтонными фермами строительному шнуру.

Видео: сборка стропильных ферм «на земле»

Установка стропильных элементов

Стропила, как основной несущий элемент скелета кровли, должны быть надёжно соединены между собой. Для этого придумано множество разных способов, в том числе специфических, предназначенных для отдельных видов строений. Особого отношения требует стропильная система деревянного дома. К мауэрлату балка крепится скользящим устройством, а коньковое соединение производится на шарнире. Это связано с постоянными сезонными подвижками сруба, которые необходимо компенсировать.

Фотогалерея: способы соединения стропильных ног

Стропильной ноги крепятся к мауэрлату при помощи металлических уголков

Стропила соединяются на коньке встык или через запил

Ответственные узлы стропил соединяются при помощи металлических соединительных пластин

Стропильные ноги соединяются при помощи специальных шарнирных соединений, обеспечивающих свободу перемещения конструкции при сезонных деформациях здания

Узел стыка в коньке можно усилить болтами

Установка опорных стоек и прогонов

Это ответственная операция, потому что на этом этапе формируется поверхность лицевой отделки стен и потолка мансарды. Поэтому порядок исполнения такой же, как при установке стропил:

1. Первыми устанавливаются стойки на фронтонах с упором нижней части на мауэрлат. Они формируют контур помещения мансарды. Стойки вырезаются из бруса: в нижней части под прямым углом, в верхней — под углом наклона стропильной ноги. Стойка устанавливается внутрь стропильной ноги и крепится металлическими пластинами к стропилу и мауэрлату. Они крепятся саморезами длиной 45–50 миллиметров.

   
   Стойки крепятся к прогонам и мауэрлату при помощи металлических уголков

2. Укладывается лежень поверх переводов.
3. Натягиваются шнуры по всей длине помещения мансарды. На четырёх установленных стойках в рёбра забиваются гвозди и между ними натягиваются два шнура.
4. Промежуточные столбы выпиливаются из бруса по месту установки таким образом, чтобы их рёбра располагались по шнуру. Крепление стоек выполняется с использованием пластин в верхней части и уголков в нижней. На каждый столб понадобится по две пластины в верхней части и по два уголка в нижней.
5. Стойки устанавливаются под каждым стропилом с упором в нижней части на лежень. Верхняя часть столба крепится к затяжкам.
6. Затем устанавливаются прогоны с креплением к стропилам. Их нужно завести внутрь треугольника, образованного затяжками и стропильными ногами и закрепить к стропильным ногам гвоздями длиной 125–150 миллиметров в четырёх точках на каждом пересечении.

Для изготовления всех деталей стропильной системы используется брус одинаковых размеров, как правило, размером 50х150 или 40х150 миллиметров.

Видео: быстрый монтаж стропильной системы

Обрешётка

Это обязательный элемент стропильной системы. В случае когда в подкровельном пространстве формируется тёплое мансардное помещение, обрешётку делают дважды:

1. Наружная обрешётка выполняется для крепления финишного покрытия кровли. Кроме того, если каждая её доска крепится к стропилу двумя гвоздями, она служит скрепляющим элементом каркаса. Кроме того, под обрешёткой формируется утепляющий и влагозащитный пирог кровли.
2. Внутренняя обрешётка служит каркасом для утепления мансарды и установки чистовой отделки стен и потолков.

Кроме того, устанавливаются ещё и контробрешётки, при помощи которых организовывается вентиляционная система подкровельного пространства.

Контробрешётка кладётся параллельно стропильным ногам и обеспечивает зазор для внтиляции подкровельного пространства

Для обрешётки используется доска размерами 25х100 миллиметров обрезная или необрезная. Необрезную доску нужно предварительно ошкурить. Доску шире указанного размера применять не рекомендуется. При короблении она может деформировать финишное покрытие или повредить кровельный пирог.

Крепление досок обрешётки производится гвоздями длиной не менее 70 миллиметров и не менее двух штук на каждое пересечение. Такой способ увеличивает сопротивляемость конструкции ветровым нагрузкам.

Шаг обрешётки зависит от материала финишного покрытия — для керамической черепицы и мягкой кровли он должен быть минимальным (порядка пяти сантиметров), для металлочерепицы или профнастила допускается расстояние между досками до 70 сантиметров.

Правильно уложенный кровельный пирог обязательно содержит вентиляционный зазор между утеплителем и кровельным материалом, который помогает быстро отводить влагу

Расчёт ломаной кровли

Расчёт выполняется с учётом вида основного покрытия кровли, а также углов наклона стропил. Высчитать необходимый объём укрывного материала на ломаную крышу просто:

• замеряют длину и ширину скатов, перемножают, получают площадь каждого ската;
• суммируют обсчитанные площади и полученный результат делят на площадь кровельного настила (листы металлочерепицы, ондулин и прочее) + 10–15% на нахлест и запас.

Аналогично рассчитываются изоляционные материалы.

Перед тем как обсчитать стропильную систему, нужно составить план дома и посмотреть карты снеговых нагрузок и ветровых нагрузок по областям. Тот, кто знаком с ArchiCad или SolidWorks и знает азы строительства, может создать проект крыши своего дома в этих программах, где все элементы имеют вес и размер. На основании чего можно сразу же составить смету и узнать, какие предстоят затраты на обустройство выбранной крыши.

Видео: стропильная система крыши, проектирование в ArchiCad и в SolidWorks

Рисуем на клетчатом листочке эскиз дома, где отображаем особенности стропильной системы ломаной крыши — форма, ширина стены, углы наклона скатов и т. д. Возьмём за пример эскиз с фотографии.

При составлении схемы дома необходимо соблюдать пропорции

Отправные данные: ширина стены, на которой сформирован торец крыши (Вд) 6,4 м, строится, например, в Тюмени, высота коробки по эскизу 2,3 м, расстояние от перекрытия до конька крыши 3,5 м, углы скатов — угол а 60° между перекрытием и скатом и угол б в месте излома скатов 30°, желаемая высота помещения (Нм) 2,5 м, выноса балок перекрытия за пределы стены (Вв) нет, шаг стропил примем равным 0,6 м.

Находим на карте месторасположение строительства и узнаём величину снеговых нагрузок для данной местности. При этом если строительство ведётся на границе регионов, то предпочитают большее значение. В нашем примере снеговая нагрузка (Тюмень) равна 180 кг/м².

Величина снеговых нагрузок определяется в зависимости от местности

Определяем значение мощности ветров по карте ветровых нагрузок и умножаем на поправочный коэффициент (k) из представленной ниже таблицы, поскольку здесь имеют значение тип местности и высота будущего строения. В нашем примере ветровая нагрузка для Тюмени равна 24 кг/м², k 0,65 (колонка «Б»). Итого получаем 24 х 0,65 = 15,6 кг/м².

По карте ветровых нагрузок определяется мощность ветра по всем регионам

Таблица: коэффициент (k) для типов местности

Если дом строится в городской черте, но возле моря, то берут значение колонки «А».

В нашем примере взято значение колонки «Б» — высота дома свыше 5 м и строится он в городской черте (Тюмень) в коттеджном посёлке, где нет высотных домов.

Видео: ломаная крыша с мансардой, часть 1 — расчётная схема, нагрузки, РСУ

Проводим расчёты.

1. Рассчитываем зависимость ширины мансарды от крутизны мансардного ската (угол а) по законам геометрии — Вм = Вд – {2 х (Нм : tq а)} = 6,4 — {2 х (2,5 : tq 60°)}= 3,51 м. Расчёт произведён без выноса балок, когда стропила опираются на мауэрлат. С выносом балок перекрытия наружу, допустим, на 0,5 м, ширина мансардного помещения увеличится до 4,01 м. Отсюда вывод — чем больше вынос балок перекрытия, тем шире можно сделать помещение мансарды.
2. Рассчитываем общую высоту крыши: Нм + Нк (высота конькового треугольника), где Нк = 0,5 х Вм х tq б = 2,5 м + (0,5 х 3,51 х tq 30°) = 2,5 м + 1,01 м = 3,51 м.
3. Рассчитываем длину стропильных ног: для расчёта нижних стропильных ног Нм : sin угла а = 2,5 : sin 60° = 2,89 м длина стропильной ноги; для расчёта конькового стропила Нк : sin угла б = 1,01 : sin 30° = 2,02 м. Если конструкция формируется с вынесением балок перекрытия, т. е. свес крыши образуется за счёт выноса, то на этом расчёты стропильных ног закончены. Если же выноса балок нет, тогда потребуется удлинение стропил, значит, нужно провести дополнительный расчёт.
4. Рассчитываем удлинение стропил — рабочую длину кобылки — на планируемую величину карнизного свеса по формуле — желаемая длина карнизного свеса (k): cos угла а = 0,5 м, к примеру: cos 60° = 1 м.
5. Узнаём уклон скатов и величину нагрузки на стропила, ориентируясь по таблице «Рекомендуемые уклоны скатных крыш», расположенной ниже.
6. Рассчитываем нагрузку на стропила. Для этого воспользуемся исходными и расчётными данными. Нагрузка за счёт уклона ската (например, металлочерепичной кровли) + снеговая нагрузка, согласно карте снеговых нагрузок + ветровая нагрузка (определена по карте с корректировкой на коэффициент). Итого: 5 кг/м² + 180 кг/м² + 15,6 кг/м² = 200,6 кг/м² х заданный шаг установки стропил (у нас 0,6 м) ≈ 110 кг/погонный метр.

Таблица: рекомендуемые уклоны скатных крыш

Зная величину нагрузки можно правильно выбрать сечение стропильного пиломатериала.

Таблица: взаимосвязь нагрузки и толщины бруса для стропильной системы

Примечание: при выборе нагрузки округляем в большую сторону.

Видео: ломаная крыша с мансардой, часть 2 — расчёт в Scad, подбор сечений кровельных элементов

При закупке пиломатериала нужно учитывать утеплитель, а также вентиляционный зазор и паронепроницаемый слой кровельного «пирога» (что составляет 20–30 мм).

Расчёт ломаной кровли объёмный, но несложный. Его под силу сделать самостоятельно вручную или с помощью расчётной программы Scad. Можно также воспользоваться онлайн-калькулятором расчёта стропильной системы на строительных сайтах, где нужно ввести запрашиваемые данные и получить готовый расчёт.

Видео: ломаная крыша с мансардой, часть 3 — конструктив и планировка