Стропильная система мансардной крыши: разновидности и устройство конструкции

Виды конструкции

Хоть конструкция двухскатной кровли с мансардой считается традиционной, у нее есть множество различный исполнений:

1. Классическая двухскатная. Представят собой треугольник, образованный стропильными ногами и балками перекрытий. Самый простой вариант, требующий минимального количества материала и строительных навыков у тех, кто собирается строить своими руками. Конструкция стропильной системы усиливается стойками, смещенными к краям, а также высокой затяжкой. Минус этого варианта лишь в том, что угол наклона скатов 40-45 градусов не позволяет обеспечить комфортную высоту потолков, а потеря свободного пространства у концов стропильных ног довольно большая.
2. Двухскатная с асимметричными скатами. Если классическая двухскатная кровля представляет собой равнобедренный треугольник, асимметричная имеет несколько другую геометрию. Ее конек может быть смещен, скаты могут быть с разным уклоном, различной длины. Стропильная система у таких конструкций более сложная, что «крадет» без того нелишние квадратные метры. Хоть асимметричная двухскатная крыши выглядят очень эффектно, стильно, их практическая польза для организации мансардного помещения своими руками крайне мала.

3. С ломанными скатами. Самый рациональный способ строительства мансарды. Если сравнивать с геометрическими фигурами, то такая крыша представляет собой уже не треугольник, а классический пятиугольник, который образуется за счет скатов с измененным углом наклона. В верхней части уклон кровли составят всего 10-20 градусов, а в нижней 40-45 градусов. Конструкция стропильной системы усиливается ригелем, стойками, в исключительных случаях укосами. Такое изменение угла наклона позволяет максимально эффективно использовать пространство под кровлей для обустройства полноценного жилого помещения. Своими руками ее можно оборудовать только с помощью 1-2 работников.

4. Полувальмовая. Такая крыша -переходный вариант между двухскатной и вальмовой, ее фронтон имеет трапециевидную форму. Благодаря скошенным элементам он получает дополнительную защиту от шквалистого ветра, косого дождя. Внешний вид дома с весьма привлекателен, а также не лишен так называемой «изюминки».

Как рассчитать крышу ломанного типа

Шаг между стропилами часто определяется шириной утеплителя – такое решение позволяет сэкономить на рулонных материалах, и расстояние между стропилами выбирается на 2-3 см меньше ширины материала утеплителя. Например, при ширине плиты минеральной ваты в 60 см расстояние между соседними стойками должно быть 57-58 см.
Точки креплений в ломаной крыше

Доски стропильных ног также рассчитываются по ширине, исходя из параметров утеплителя. Для вентиляции слоев теплоизоляции нужно обеспечить вентиляционный просвет 20-30 мм, иначе накапливающийся конденсат вызовет гниение древесины, а затем – и порчу утеплителя. Для условий средней полосы толщина утеплителя может быть не больше 230-250 мм, поэтому минимальная ширина стропильных ног – 230 мм при толщине доски ≥ 50 мм. Чем больше ветровые, температурные и снеговые нагрузки в регионе, тем толще следует делать стропила.
Ломаная крыша мансарды

Как вынести стропила за линию стены

Стропильные бруски выводят за линию внешней стены с целью увеличения чердачного жилого помещения. Особенности такого способа в том, что опорой нижней стропильной балки является доска перекрытия, а не доска мауэрлата.

При этом устанавливают усиливающие подкосы под крайнюю часть треугольных боков.

В таком случае не всегда целесообразно устанавливать мауэрлат, но бетонную заливку делать необходимо, так как к бетону анкерами будут крепиться балки перекрытия.

При выносе стропил за внешнюю линию должен образоваться карниз, ширина которого для домов из дерева должна быть не менее полуметра, для сооружений из камня или бетона — не менее 400 сантиметров.

Вынос стропил за линию внешней стены необходимо производить в следующей последовательности:

• Установить внешние перекрывающие балки, сечением не менее 15*20 см. Они служат контуром свесов и должны формировать прямоугольник (исходя их формы кровли);
• Натянуть шнур между крайними балками и установить остальные балки с шагом 0,6 м (для теплого помещения);
• Отмерить такое расстояние от левого до правого края, которое должно соответствовать короткому катету треугольника, и отметить точки путем вырубки гнезд установки крайних опор;
• Изготовить опоры по размерам гнезд из бруса 10*15 см. Длина опорных досок должна быть более 10 см;
• Установить временные распорки для монтажа угловых стоек;
• С помощью отвеса на шнурке, закрепленном на стойках, выверить равномерность точек выборки для опор;
• В центральной части фронтонов мансарды смонтировать две опоры;
• Установить прогоны на опоры, жестко прикрепив их уголками;
• Противоположные опоры соединить брусками, их также с помощью уголоков прикрепить к прогонам. Под каждый брус установить временную опору;
• Брус, который выполняет функцию ригеля, временно скрепить дюймовкой на расстоянии от края на 200-300 мм. Чтобы было удобно монтировать верх стропильной конструкции, установить временный досчатый настил;
• Из обрезных досок следует изготовить шаблоны, по которым потом монтируются противоположные фермы:
• Шаблон изготавливается методом прикладывания заготовки к балке и торцу прогона, и соответствует стропилинам нижнего ряда. Отметить по размеру линии пазов для устранения излишков;
• Установить стропильные ноги с торца, а затем с нижнего уровня мансарды;
• Далее по шаблону установить верхнюю часть стропильного каркаса;
• Во избежание провиса ригелей необходимо к фермам крепить бабки снизу — шарнирным способом, сверху — жестким креплением.

Стропильные доски при помощи связок из проволоки прикрепляют к стенам и устанавливается фронтонный каркас.

Вынос стропил за стену

Типы мансардных помещений

Отапливаемое мансардное помещение – реальная альтернатива второму жилому этажу деревянного или кирпичного дома. Дело в том, что увеличение этажности сооружения связано со значительными затратами на капитальный фундамент и сооружение лестницы. Разные конфигурации мансарды используют в зависимости от располагаемой площади и нужд домовладельца:

Схема конфигураций мансарды

• Одноуровневая. Под ломанными или прямыми скатами двускатной крыши располагают только одно жилое помещение. Сооружение мансарды такого типа не сопряжено с увеличением веса кровли, поэтому он подходит для строящихся и реконструирующихся построек. Выполнить расчет и построить чертеж одноуровневой мансарды может даже мастер без опыта. По строительным нормам высота потолков в жилом помещении должна быть 2,5 м и более.
• Одноуровневая с выносной консолью. Устройство мансардной крыши консольного типа размещают под асимметричной крышей. Чтобы увеличить площадь жилого помещения, его часть выносят на пределы периметра сооружения. Выступающую часть мансарды, опирающуюся на столбы, приспосабливают под навес или гараж. Крыша дома с консолями асимметрична, основную часть дома покрывает двухскатная крыша, а консоль – односкатная «заплатка». Консольный вид мансарды возводят, чтобы установить вертикальные окна для естественного освещения. Однако, создать проект и чертежи такой сложности под силу профессиональным архитекторам, а сложная схема стропильной системы не подходит для самостоятельного монтажа.
• Двухуровневая. Если высота крыши превышает 5 м, то в мансардном помещении можно обустроить две комнаты, расположенные на разных уровнях и соединенных лестницей. Такой тип мансарды не надстраивают на уже существующие дома. Двухуровневые помещения планируют на этапе проектирования, учитывают, создавая чертежи фундамента. Схема взаимного расположения стропильной системы специально разрабатывается для сложной, асимметричной геометрии скатов крыши. Второй уровень мансарды опирается на колонны, поэтому надежность конструкции напрямую зависит от правильности расчетов и профессионализма архитектора.

Двухуровневая мансарда

https://youtube.com/watch?v=eo_AenJ19zE

Подготовительный этап

Начать строительство стоит с разработки проекта или схем, на которых будет нарисована будущая конструкция. Чаще всего кровля, которая применяется для мансардного этажа — двухскатная, но возможно использование и вальмовой четырех скатной. Двухскатная конструкция позволяет предусмотреть во фронтонах полноценные окна.

Конструкция двускатной мансардной крыши

В случае применения вальмы для освещения помещений возможно установить только мансардные оконные проемы. Такой вариант может стать более трудоемким в плане установки элементов крыши и разработки внутренних интерьеров. Снижение затрат при вальмовой кровле достигается за счет отсутствия фронтонов (особенно экономия будет заметна в кирпичном доме, где достаточно велика стоимость материалов и самих работ по монтажу стеновых ограждений).

Строительство мансарды своими руками начинается с определения геометрических размеров и форм кровли. Ранее уже говорилось о выборе типа стропильной системы дома (двускатная, вальмовая), после чего нужно будет определиться с тем, будет скат прямым или ломаным. Ломаная конструкция имеет такие недостатки как повышение стоимости и трудоемкости. Ее применение обосновано необходимостью увеличения высоты помещения за счет изменения угла наклона кровли.

Перед тем как сделать мансарду, необходимо также рассчитать все ее несущие элементы на прочность и изгиб, подобрать состав пирога кровли, выполнить теплотехнические расчеты и определиться с материалами. Об этом далее подробно.

Мансардные крыши виды

Различают несколько разновидностей кровельных систем, которые отличаются формой, количеством скатов.

Односкатная система

Это самая простая конструкция, но при строительстве мансарды она используется редко, поскольку не позволяет обустроить под ней большое помещение. Односкатная крыша мансардного типа надежна и устойчива, но характеризуется отсутствием вертикальных стен, низким наклонным потолком.

Двухскатная система

Данный тип кровли наиболее часто применяют при строительстве мансард. Состоит он из двух разнонаправленных скатов

Устройство мансардной крыши с двумя скатами позволяет получить полноценные высокие стены, что немаловажно для оформления помещения, его меблировки. Такая система весьма надежна и проста в монтаже

Ломаная конструкция

Это усложненная разновидность крыши двускатной. Дизайн такой кровли более интересный, позволяет создать большое чердачное пространство, а также придать дому необычную форму. Преимущество крыши с ломаным контуром — значительное сокращение расходов на приобретение материалов. Недостатком данного варианта является то, что соединение элементов стропильных систем очень сложное.

Ломаная мансардная крыша своими руками

Вальмовая система

Довольно таки просторное чердачное пространство можно получить при сооружении вальмы, или полувальмы. Это четырехскатная мансардная крыша с торцевыми скатами треугольной формы.

Совет: в каждом из фронтонов можно дополнительно установить окна. 

Проекты красивых загородных домов с вальмовой и полувальмовой крышей

Коническая крыша

Красивую форму дому придаст кровля конической или пирамидальной формы. Она создает достаточно простора внутри, но требует тщательного проектирования и навыков в строительстве. Остроугольная конструкция мансардной крыши проста в монтаже, дом становится похожим на настоящий замок, но при этом повышаются расходы на приобретение строительных материалов.

Особняк сложной архитектурной формы с несколькими коническими навесами

Иногда проект дома может предполагать фасад несимметричной формы, когда один скат короче другого — такая крыша называется полумансардной.

Узлы

Как своими руками выполнить монтаж соединений стропильной системы? К вашим услугам — описание способов монтажа основных узлов.

Крепление мауэрлата к стенам

Мауэлрлат изготавливается из бруса сечением 100х100 — 150х150 мм. Брус должен быть в обязательном порядке обработан антисептиком. Стены под ним гидроизолируются во избежание капиллярного подсоса воды древесиной; обычно роль гидроизоляции выполняет пара слоев рубероида.

Для крепления мауэрлата обычно используются анкерные шпильки, установленные при заливке армопояса по периметру стены. Под них в брусе сверлятся отверстия, а после укладки брус притягивается к армопоясу гайками с широкими шайбами.

Анкерные шпильки под мауэрлат установлены при заливке армопояса.

Мауэрлат закреплен гайками с широкими шайбами.

Крепление стропил к мауэрлату

Для максимальной жесткости соединения стропильных ног с мауэрлатом в них обычно делается вырез на треть ширины стропила. Для крепления могут использоваться:

Стальные скобы. Они вбиваются в оба бруса с двух сторон;

Крепление стропильных ног скобами.

Оцинкованные уголки. Они крепятся к обоим брусьям несколькими саморезами с длиной не менее 2/3 толщины стропила.

Оцинкованные накладки обеспечивают прочное и долговечное соединение.

Каждое соединение стропила и балки перекрытия усилено с двух сторон оцинкованными накладками.

Крепление ригеля к стропилам

Соединение ригеля со стропилами двускатной или ломаной крыши испытывает наиболее сильные нагрузки зимой, когда на кровле лежит снег. Сделать его максимально прочным поможет простая инструкция: ригель соединяется со стропилом внакладку и крепится к нему парой болтов с гайками и широкими шляпками через предварительно просверленные отверстия.

Соединение стропильной ноги с ригелем временно зафиксировано саморезами, затем стянуто болтом.

Технология строительства помещения чердачного типа

Технология строительства мансарды заключается в качественном и последовательном выполнении таких работ:

1. Разработка проекта строительства мансардного этажа или его переоборудования.
2. Демонтаж старых кровельных конструкций.
3. Укрепление стеновых конструкций верхнего этажа.
4. Устройство гидроизоляции и теплоизоляции потолочных перекрытий.
5. Строительство торцевых стен мансардного помещения.
6. Возведение мансардной кровли, ее утепление и отделка.
7. Установка чердачных окон.
8. Обустройство нового жилого помещения.

Для работы понадобится приобрести материалы и инструменты. Обычно необходимо иметь стеновые панели (или другой материал) для обшивки торцевых стен чердачного помещения, теплоизоляционные материалы для стен и скатной кровли, кровельные материалы, балки для конструкции кровли, отделочные материалы и т. д.

После подготовки всего, что потребуется для строительства, разработки проекта можно начинать основные работы. Сначала необходимо сделать каркас для крыши. Стропила можно сделать из брусьев размером 50х150 см. Конструкцию необходимо хорошо закрепить, установить стропы, опорные блоки, возвести стены мансарды и установить стропила. Стропильная конструкция должна быть смонтирована надежно и точно. После этого устанавливают ступенчатые скосы стен, перегородки мансардного помещения, и выполняются работы по утеплению и гидроизоляции чердака. Далее следует соорудить обрешетку для крыши мансарды, уложить теплоизолятор на нее, укрепить его и потом отделать крышу кровельным материалом. После этого выполняется установка дверей и окон, внутренняя отделка и обустройство помещения.

Крыша мансарды

Для того чтобы понимать, как сделать крышу на мансарде правильно, не лишними будут знания об особенностях такого помещения. Протечки в крыше и другие дефекты кровли скажутся негативно на всем здании в значительно большей степени, чем те же дефекты обычной чердачной крыши. В этом случае вода будет поступать в жилую комнату, что, скорее всего, приведет к ремонту помещения.

Основной особенностью мансардной кровли является то, что она подвергается воздействию влаги как снаружи и сверху (снег, дождь и т. д.), так и снизу (образование конденсата из влаги воздуха жилых помещений нижних этажей). Для устранения этой проблемы технология строительства мансарды предусматривает устройство специального парозащитного слоя, который препятствует проникновению влажного и теплого воздуха из жилых комнат к черепице.

Конструкция стропильной системы мансардной крыши

Стропила для мансарды бывают двух видов.

Типы стропильных систем

• Висячие, имеют две опоры, скажем, стены, колонны и т. п. Они одновременно работают на изгиб и на сжатие, передавая таким образом несущим стенам горизонтальные усилия. Самые простые висячие стропильные фермы состоят непосредственно из стропилин и нижнего пояса – затяжки (ригеля), опирающегося на мауэрлат. Такая система оправдывает себя, если опорные стены друг от друга отстоят не больше 6–6,5 м.
• Наслонные стропила имеют по центру дополнительную опору, к примеру, внутреннюю стену или колонну, поэтому они работают только на изгиб. Такая конструкция снижает нагрузки, под воздействием которых находятся несущие стены. Наслонная несущая система может перекрывать расстояние до 10 м, а при установке дополнительных прогонов и стоек – до 16 м.
• Несущая система мансардного этажа нередко включает эти оба типа

Простейшая стропильная система мансарды

Как видно из верхнего рисунка, в несущую систему мансардной крыши входят нижние стропильные ноги (наклонные), верхние (висячие) стропила, вертикальные стойки, связующая горизонтальная перекладина и коньковый брус. Для небольшой мансарды наличие конькового бруса необязательно. Его вполне можно заменить сплошной обрешеткой, которая создает диафрагму жесткости.

Как известно, самой жесткой фигурой в геометрии является треугольник, поэтому коньковые и боковые фермы, выполненные в треугольной форме, способны обеспечить жесткость системы в двух направлениях – боковом и вертикальном.

Конструкция несущей системы для мансарды

Что же касается объемной жесткости, то для этого устанавливают подкосы, также образующие треугольник вместе с вертикальными стойками.

Материалы в конструкции стропил для мансарды

Наиболее популярными материалами для мансардной стропильной системы являются древесина и металл.

Как правило, систему собирают из массива древесины таких пород, как сосна и ель. Брусья и доски в обязательном порядке проходят обработку антисептиками и антипиренами, которые защищают их от грибка, плесени, насекомых и огня.

Нередко для этих целей используют клееный брус, который имеет определенные преимущества перед обычным:

• он более прочный и легкий;
• позволяет увеличить расстояние между стропилами мансардной крыши без потери жесткости;
• не требует дополнительной пропитки.

Металлические стропила мансардных крыш

Для придания особой прочности мансардной конструкции применяют стальные тонкостенные конструкции. Они отличаются долговечностью, выносливостью и простотой в сборке, огнестойкие, но, к сожалению, стоят значительно больше деревянных.