Стропильная система односкатной крыши

Стропильная система односкатной крыши


Насколько существенны недостатки односкатной стропильной системы Увы, они есть, и с ними тоже приходится считаться:
Чердака при односкатной кровле или не предполагается вовсе, или он получается настолько маленьким, что о его широкой функциональности приходится забыть.
Исходя из первого пункта – есть определенные сложности в обеспечении достаточной термоизоляции расположенных под односкатной крышей помещений. Хотя, конечно, это можно исправить – ничто не мешает утеплить сам скат кровли или же расположить под стропильной системой утепленное чердачное перекрытие.
Односкатные крыши, как правило, делаются с небольшим уклоном, до 2530 градусов. Это влечет за собой два последствия. Во-первых, не все виды кровельных покрытий подойдут для таких условий. Во-вторых, резко возрастает значимость потенциальной снеговой нагрузки, что следует обязательно учесть при проведен расчетов системы. Но зато при таких уклонах значительно снижается влияние ветрового давления на кровлю, особенно если правильно расположить скат – в наветренную сторону, в соответствии с преобладающими ветрами на данном участке местности.
Еще один недостаток, пожалуй, можно отнести к очень условным и субъективным – это внешний вид односкатной крыши. Он может не прийтись по душе любителям архитектурных изысков, дескать, очень упрощает облик постройки. На это тоже можно возразить. Первое – простота системы и экономичность возведения часто играют все же решающую роль при строительстве подсобных сооружений. А втрое – если посмотреть обзор проектов жилых домов, то можно встретить очень интересные дизайнерские варианты, в которых упор сделан именно на односкатной крыше. Так что, как говорится, о вкусах не спорят.
Как рассчитывается односкатная стропильная система

Общие принципы расчета системы

В любом раскладе односкатная система крыши представляет собой конструкцию из установленных параллельно друг другу наслонных стропильных ног. Само по себе название –«наслонные» говорит о том, что стропила опираются (наслоняются) на две жёстких точки опоры. Для удобства восприятия обратимся к несложной схеме. (Кстати, к этой же схеме будем возвращаться еще не раз – при проведении расчетом линейных и угловых параметров системы).
Итак, две точки опоры стропильной ноги. Одна из точек (В) расположена выше другой (А) на определенное значение превышения (h). За счет этого создается уклон ската, который выражается углом .

Таким образом, как уже отмечалось, в основе построения системы лежит прямоугольный треугольник АВС, в котором основанием является расстояние по горизонтали между точками опоры (d) – чаще всего это длина или ширина возводимой постройки. Второй катет – превышение h. Ну а гипотенузой становится длина стропильной ноги между точками опоры – L. Угол при основании () определяет крутизну ската кровли.
Теперь рассмотрим основные аспекты выбора конструкции и проведения расчетов несколько подробнее.

Каким образом будет создаваться необходимый уклон ската

Принцип расположения стропил односкатной кровли – параллельно друг другу с определенным шагом, с необходимым углом уклона ската – общий, но достигаться это может различными способами.
Необходимая крутизна установки стропил создается превышением одной стены здания относительно противоположной
Необходимая крутизна установки стропил создается превышением одной стены здания относительно противоположной
Первый заключается в том, что еще на этапе разработки проекта здания высота одной стены (показано розовым) сразу закладывается с превышением h относительно противоположной (желтый цвет). Двум оставшимся стенам, идущим параллельно скату кровли, придается трапециевидная конфигурация. Способ- достаточно распространенный, и хотя несколько усложняет процесс возведения стен, зато предельно упрощает создание уже самой стропильной системы крыши — практически все для этого уже готово.
Второй способ можно, в принципе считать разновидностью первого. В этом случае речь идет о каркасном строительстве. Еще на стадии разработки проекта в него закладывается то, то вертикальные стойки каркаса с одной стороны выше на ту же величину h по сравнению с противоположной.
При строительстве здания по каркасному принципу стойки с одной стороны сразу же делаются выше – для обеспечения уклона стропил.
При строительстве здания по каркасному принципу стойки с одной стороны сразу же делаются выше – для обеспечения уклона стропил.

На представленных выше иллюстрациях и на тех, что будут размещены ниже, схемы выполнены с упрощением – не показан мауэрлат, проходящий по верхнему торцу стены, или обвязочный брус – на каркасной конструкции. Это ничего не меняет принципиально, но на практике без этого элемента, являющегося основой для монтажа стропильной системы, не обойтись.
Основная задача этого элемента – равномерное распределение нагрузки со стропильных ног на стены здания. Правила подбора материала и самостоятельного монтажа мауэрлата на стены дома – читайте в специальной публикации нашего портала.
Следующий подход практикуется в том случае, когда стены имеют равную высоту. Превышение одной стороны стропильных ног над другой может быть обеспечено установкой вертикальных стоек необходимой высоты h.
Решение несложное, но конструкция получается, на первый взгляд, несколько нестабильной – у каждого из «стропильных треугольников» есть определенная степень свободы влево — вправо. Это достаточно просто устраняется креплением поперечных брусьев (досок) обрешетки и зашивкой прямоугольной фронтонной части крыши с фасадной стороны. Оставшиеся по бокам фронтонные треугольники также зашиваются деревом или другим удобным для владельца материалом.

Еще одно решение проблемы – это монтаж кровли с применением односкатных ферм. Такой способ хорош тем, что есть возможность после проведения расчетов идеально собрать и подогнать одну ферму, а затем, взяв ее в качестве шаблона, изготовить на земле необходимое количество точно таких же конструкций.
Подобную технологию удобно применять в том случае, когда стропила, в силу своей большой длины, требуют определенного усиления (об этом речь пойдет чуть ниже).
Жесткость всей стропильной системы заложена уже в конструкции фермы — достаточно установить эти сборки на мауэрлат с определенным шагом, закрепиться на нем, и соединить затем фермы обвязкой или поперечными брусьями обрешетки.
Еще одно достоинство такого подхода –ферма выполняет и роль стропильной ноги, и балки перекрытия. Таким образом, существенно упрощается проблема термоизоляции перекрытия и подшивки потока – все для этого уже сразу будет готово.
Наконец, еще один случай – он подойдет для той ситуации, когда односкатная кровля планируется над возводимой около дома пристройки.
С одной стороны стропильные ноги опираются на стойки каркаса или же стенку возводимой пристройки. С противоположной стороны находится капитальная стена основного здания, и стропила могут опираться на зафиксированный на ней горизонтальный прогон, либо на индивидуальные крепления (кронштейны, закладные бруски и т.п.), но также выровненные по горизонтали. Линия крепления этой стороны стропильных ног также делается с превышением h.

Стропила со стороны основного здания упираются или на горизонтальный прогон, или на индивидуальные точки крепления, но обязательно выверенные по горизонтали
Стропила со стороны основного здания упираются или на горизонтальный прогон, или на индивидуальные точки крепления, но обязательно выверенные по горизонтали
Обратите внимание, что несмотря на различия в подходах к монтажу односкатной системы, во всех вариантах присутствует тот же «стропильный треугольник» — это будет важно для проведения расчетов параметров будущей крыши.

В какую сторону предусмотреть скат кровли

Казалось бы – праздный вопрос, однако, с ним необходимо определиться заранее.
В некоторых случаях, например, если крыша делается над пристройкой к дому, вариантов особых и нет – скат должен располагаться только в направлении от здания, чтобы обеспечивался свободный сток ливневой воды и талого снега.
На отдельно стоящем строении уже есть определенные возможности выбора. Конечно, мало когда рассматривается вариант, при котором стропильную систему располагают таким образом, чтобы направление ската приходилось на фасадную часть (хотя не исключено и такое решение). Чаще всего уклон организовывают назад или в одну из сторон.
Направление ската кровли можно выбрать любое – суть геометрических построений та же, и меняются только лишь исходные линейные параметры для вычислений
Направление ската кровли можно выбрать любое – суть геометрических построений та же, и меняются только лишь исходные линейные параметры для вычислений
Вот здесь уже можно взять за критерии выбора внешнее дизайнерское оформление возводимого здания, особенности территории участка, удобство прокладки коммуникаций системы сбора ливневых вод и т.п. Но все равно следует иметь в виду определённые нюансы.
Оптимальное расположение односкатной кровли – в наветренную сторону. Это позволяет минимизировать ветровое воздействие, которое может работать с подъемным приложением вектора силы, когда скат превращается в своеобразное крыло – ветер пытается сорвать кровлю вверх. Именно для односкатных крыш это имеет важнейшее значение. При ветре же в кровлю, особенно при небольших углах крутизны скатов, значение ветрового воздействия будет минимальным.
Второй аспект выбора – это длина ската: его при прямоугольной постройке можно расположить вдоль нее или поперек. Здесь важно учесть то, что длина стропил без усиления не может быть беспредельной. Кроме того, чем длиннее пролет стропила межу точками опоры, тем толще должен быть в сечении пиломатериал, идущий на изготовление этих деталей. Эта зависимость будет пояснена чуть позднее, уже при проведении расчетов системы.
Тем не менее, практикуют правило, что свободная длина стропильной ноги обычно не должна превышать 4,5 метров. При возрастании этого параметра обязательно предусматриваются дополнительные элементы усиления конструкции. Примеры показаны на иллюстрации ниже:

Так, при расстоянии между противоположными стенами от 4.5 до 6 метров уже потребуется установка подстропильной ноги (подкоса), расположенной под углом в 45°, и упирающейся снизу на жестко закрепленный опорный брус (лежень). При расстояниях до 12 метров придется устанавливать по центру вертикальную стойку, которая должна опираться или на надежное перекрытие, или же даже на капитальную перегородку внутри здания. Стойка также упирается в лежень, а кроме того, в каждую из сторон устанавливается еще и подкос. Это тем более актуально в связи с тем, что стандартная длина пиломатериалов обычно не превышает 6 метров, и стропильную ногу придется делать составной. Так что без дополнительной опоры обойтись в любом случае не получится.
Дальнейшее увеличение длины ската приводит к еще большему усложнению системы – появляется необходимость установки нескольких вертикальных стоек, с шагом не более 6 метров, с опорой на капительные стенки, и со связыванием этих стоек схватками, с установкой тех же подкосов и на каждой стойке, и на обеих внешних стенах.
Таким образом, следует хорошо подумать, куда будет выгоднее сориентировать направление ската кровли еще и из соображений упрощения конструкции стропильной системы.

Какой угол крутизны ската будет оптимальным

В подавляющем большинстве случаев когда речь идет об односкатной кровле выбирается угол до 30 градусов. Это объясняется рядом причин, и самая главная из них уже упоминалась – сильная уязвимость именно односкатной консрукции к ветровой нагрузке с фасадной стороны. Понятно, что, следуя рекомендациям, направление ската ориентируют в наветренную сторону, но это вовсе не говорит о том, что ветер с другой стороны полностью исключается. Чем круче угол уклона – тем значительнее становится создающаяся подъемная сила, и тем большую нагрузку на срыв будет испытывать кровельная конструкция.
Чем круче скат односкатной крыши, тем больше она будет «ловить ветер», и тем значительнее становятся срывающие нагрузки на кровельную конструкцию
Чем круче скат односкатной крыши, тем больше она будет «ловить ветер», и тем значительнее становятся срывающие нагрузки на кровельную конструкцию
Кроме того, односкатные кровли с большим углом наклона смотрятся несколько несуразно. Конечно, это иногда используется в смелых архитектурно-дизайнерских проектах, но мы-то говорим о более «приземленных» случаях…
Слишком пологий скат, с углом уклона до 10 градусов, тоже не слишком желателен, по той причине, что резко возрастают нагрузки на стропильную систему от снежных наносов. Кроме того, с началом таяния снегов весьма вероятно появление наледи по нижнему краю ската, затрудняющей свободный сход талой воды.

Важным критерием выбора угла крутизны ската является и задуманное кровельное покрытие. Не секрет, что для различных кровельных материалов имеются определенные «рамки», то есть минимально допустимый угол уклона крыши.
Сам угол уклона ската может выражаться не только в градусах. Многим мастерам удобнее оперировать другими параметрами – пропорциями или процентами (даже в некоторых технических источниках можно встретить подобную систему измерений).
Пропорциональное исчисление – это отношение длины пролета (d) к высоте подъема ската (h). Может выражаться, например, соотношением 1:3, 1:6 и так далее.
То же соотношение, но уже в абсолютной величине и приведенное к процентам, дает несколько иное выражение. Например, 1:5 – это будет крутизна ската в 20%, 1:3 – 33,3 % и т.п.

Как задать необходимый угол ската

Итак, чтобы задать необходимый угол уклона ската , необходимо обеспечить возвышение одно стороны стропильной ноги на величину h. Соотношения параметров прямоугольного треугольника известны, то есть определить эту высоту – сложности не представит:

h = d tg

Значение тангенса – это табличная величина, которую несложно отыскать в справочной литературе или в таблицах, опубликованных в интернете. Но чтобы максимально упростить нашему читателю задачу, ниже размещен специальный калькулятор, который позволит выполнить расчеты буквально за несколько секунд.
Кроме того, калькулятор поможет решить, при необходимости, и обратную задачу – изменяя угол уклона в определенном диапазоне подобрать оптимальное значение превышения, когда именно этот критерий становится определяющим.
В этом вопросе также трудностей быть не должно – по двум известным сторонам прямоугольного треугольника не составит сложности рассчитать третью, используя всем известную теорему Пифагора. В нашем случае, в приложении к базовой схеме, это соотношение будет следующим:

L = d + h
или:
L = (d + h)

При расчете длины стропильных ног следует учитывать один нюанс.
При небольших длинах ската часто длину стропил увеличивают на ширину карнизного свеса – так проще будет монтировать весь этот узел впоследствии. Однако, при больших динах стропильных ног, или же в том случае, когда в силу обстоятельств приходится применять материал очень большого сечения, такой подход выглядит не всегда разумным. В такой ситуации применяют удлинение стропил с помощью специальных элементов системы – кобылок.
Понятно, что в случае с односкатной кровлей карнизных свесов может быть два, то есть с обеих сторон постройки, либо один – когда крыша пристраивается к стене здания.
Понятно, что если длина стропильной ноги превышает стандартные размеры имеющегося в продаже пиломатериала (обычно это 6 метров), то либо придется отказываться от формирования карнизного свеса с помощью стропил в пользу кобылок, либо прибегать к сращиванию бруса. Можно сразу оценить, в какие последствия это «выливается», чтобы принять оптимальное решение.

Как определить необходимое сечение стропил

Дина стропильных ног (или расстояние между точками их крепления к мауэрлату) теперь известна. Найден параметр высоты поднятия одного края стропила, то есть имеется и значение угла ската будущей кровли. Теперь необходимо определиться с сечением доски или бруса, который пойдет на изготовление стропильных ног и, в связке с этим – шаги их установки.
Все перечисленные параметры тесно взаимосвязаны между собой.