Установка конькового прогона

Коньковый прогон — обязательный элемент наслонной стропильной системы, на который опираются стропила. Наряду с мауэрлатом, конек обеспечивает равномерное распределение нагрузки со скатов по каркасу кровли, а затем — ее передачу на несущие конструкции дома: стены, колонны. Кроме того, коньковый прогон обеспечивает связность всех элементов стропильной системы и повышает стойкость крыши к ветровой нагрузке и опрокидыванию. Но только если он правильно смонтирован. Хотите узнать, как это сделать? Читайте статью — в ней мы подробно расскажем об установке конькового прогона.

Содержание

Подготовка к монтажу

Перед тем как поставить коньковый прогон нужно подготовить крепеж, соответствующие инструменты и подходящие пиломатериалы. Крепеж подбирается под способ крепления, с инструментами все просто — нужен как минимум базовый набор:

• ножовка по дереву, электропила или электролобзик;
• строительный уровень, линейка, карандаш;
• шуруповерт;
• отвертка;
• молоток;
• слесарный угольник;
• рулетка;
• строительный нож;
• кисть или распылитель (зависит от выбранного состава для обработки древесины);
• разметочная нить;
• прочный трос.

Также для поднятия тяжелого конькового прогона на крышу и к коньку может понадобиться блочная система или автокран.

А вот самим коньковым прогоном все не так очевидно. Из какого материала его нужно делать? Какого сечения он должен быть? Отвечаем ниже.

Требования к пиломатериалам

Коньковый прогон — это несущий элемент стропильной системы, поэтому и требования к нему предъявляются серьезные. Они приведены в нормативной документации, в основном, в СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции» и ГОСТ 20850-2014 «Конструкции деревянные клееные несущие». Согласно этим нормативам, пиломатериалы конькового прогона должны быть:

1. Высушенными до влажности 12% и менее. Оптимально — 8%. Более влажную древесину может покоробить, она может растрескаться и рассохнуться. В особенности опасно винтовое коробление — дефект сушки, в ходе которого доска или брус закручиваются вокруг центральной оси. Деформированные подобным образом пиломатериалы не смогут выдержать нагрузку минимум в несколько тонн на погонный метр длины, которая легко может «давить» на кровлю зимой. 
2. Высокой сортности. Делать коньковый прогон можно только из древесины отборного или первого сорта. Это значит, что допустимы только «легкие» пороки, мало влияющие или не влияющие на прочность древесины. Например, пиломатериал может быть с проростью, сердцевиной, сросшимися сучками (до трети глубины или ширины). Все остальные дефекты, включая обзол, грибковые поражения, несросшиеся сучки и червоточины — 100% причина для выбраковки. 

Кроме того, древесина для конькового прогона должна быть защищена огнезащитным составом, лучше — с глубокой пропиткой посредством погружения в специальную ванну с солевым раствором. Также необходима обработка антибактериальными, фунгицидными и инсектицидными составами, которые уберегут ее от поражения гнилью, насекомыми, дереворазрушающими грибами и плесенью.

Еще желательно, чтобы коньковый прогон был сделан из цельной доски или бруса. Если это невозможно, то длину составляющих нужно подбирать так, чтобы обеспечить минимально возможное количество соединений.

Расчет конькового прогона

Если для мауэрлата чаще всего просто берут брус сечением 150×150 мм или 200×200 мм, то коньковый прогон, как и стропила, нужно обязательно рассчитывать. И дело не в том, что брус 200×200 мм слишком тяжелый, чтобы его можно было установить без подъемного крана. И не в экономии при покупке бруса. Все значительно сложнее — нагрузка на кровлю может быть настолько велика, что даже высоты конькового прогона в 200 мм не хватит, чтобы обеспечить ему приемлемый изгиб.

Если это выясняется во время расчетов, то вместо бруса просто берут две доски, одна из которых установлена на пласть другой. Поскольку высота намного сильнее ширины влияет на способность балки противостоять нагрузке на изгиб, такое решение позволяет обеспечить коньковому прогону достаточный запас прочности. Если же в такой ситуации просто сделать коньковый прогон из стандартного бруса 200×200 мм, то это обернется и высокими расходами, и недостаточной прочностью стропильной системы со всеми вытекающими из этого последствиями.

С необходимостью расчетов, надеемся, все понятно. Теперь — основы того, как их делать.

Коньковый прогон, как и любая балка, рассчитывается для двух состояний: на прогиб и на разрушение. Подход к расчетам, формулы и табличные значения отдельных переменных приведены в нормативах СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции» и СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия». Есть и другие документы, но это основные.

В первую очередь, вычисляют суммарную нагрузку на кровлю. Она состоит из постоянных (вес самой кровли) и переменных (снег, ветер, рабочие) нагрузок. Это основа для расчета конькового прогона и всей стропильной системы.

Дальше делают расчет изгиба. Для него должно выполняться неравенство:

M/W_расч ≤R_и.

Где:

• M — расчетный изгибающий момент (в случае с коньковым прогоном — максимальный изгибающий момент), кг·см;
• W_расч — расчетный момент сопротивления пиломатериала изгибу в поперечном сечении, см³;
• R_и — расчетное сопротивление изгибу, табличное значение из тех же нормативов, МПа.

В свою очередь, W_расч связано с сечением балки следующим соотношением:

W_расч =b·h²/6.

Где b — это ширина прогона, а h — его высота. Оба значения измеряются в сантиметрах.

А вот с изгибающим моментом все сложнее. Его расчет — это задача из сопромата, который нельзя назвать простым предметом. Формулу изгибающего момента выводят под конкретную схему опирания балок и тип опор.

Например, для простой двускатной крыши, у которой коньковый прогон опирается только на фронтоны без промежуточных стоек, формула изгибающего момента M примет вид:

M=qL²/8.

Где:

• L — это расстояние между опорами, м. То есть не длина всего конькового прогона, а именно расстояние между точками опоры.
• q — нагрузка на прогон, Н/м.

Нагрузка на прогон q в этом случае собирается с половины горизонтальной проекции крыши:

q=½·Q·B.

Где:

• Q — это сумма постоянных и временных нагрузок на кровлю (не на 1 м², а на всю площадь кровли), Н/м²;
• B — ширина всей кровли от ската до ската, м.

 В этом случае порядок расчета конькового прогона будет таким:

• вычисляем нагрузку q на коньковый прогон;
• рассчитываем изгибающий момент M;
• считаем расчетный момент сопротивления изгибу W_расч на основании уже известного нам M и R_и (табличное значение для сосны может быть равно от 13 до 24 МПа в зависимости от сорта древесины и сечения пиломатериала);
• выбираем ширину конькового прогона b и вычисляем необходимую в этом случае высоту по формуле h=√(6W/b);
• полученную высоту h округляем в большую сторону в соответствии с доступной номенклатурой пиломатериалов.

Проще говоря, сечение конькового прогона просто подбирается так, чтобы балка выдержала нагрузку. И подбор бруса или доски оптимального сечения — это довольно кропотливое занятие. Расчет обычно начинают с ширины в 50 мм с прицелом на доску 150×50 мм, 180×50 мм или 200×50 мм. Если необходимая высота получилась слишком большой, то ширину увеличивают и пересчитывают заново. При этом ориентируются на стандартные сечения, в идеале — на самые распространенные из них, чтобы не было проблем с покупкой материала.

Если в ходе расчетов выяснится, что даже брус 200×200 мм недостаточно прочен, чтобы выдержать нагрузку, вновь возвращаются к небольшой ширине, но уже рассматривают вариант установки двух досок друг на друга.

После того как сечение конькового прогона выбрано, его нужно проверить на допустимый по нормативам прогиб f_нор. Он не должен превышать 1/200 от длины балки L. То есть если расстояние между опорами 6 м, то коньковый прогон не должен прогибаться более чем 3 см.

Прогиб f вычисляют по формуле:

f=5·q·L⁴/(384·E·J).

Где:

• E — модуль упругости древесины, табличная величина, МПа;
• J — момент инерции балки, см⁴.

Момент инерции J, в свою очередь, вычисляется по формуле:

J=bh³/12.

Если после расчетов f≤ f_нор, то поздравляем — подходящее сечение конькового прогона найдено, можете закупать материалы. Если же равенство не соблюдается, то сечение нужно будет увеличивать до тех пор, пока не получите корректный результат.

В целом расчет конькового прогона даже для простой двускатной кровли с элементарной схемой опирания — непростая задача. Для крыш сложной формы она и вовсе становится почти невыполнимой для неподготовленного человека — нужно самому вывести формулу для изгибающего момента, нагрузки и даже прогиба. Поэтому рекомендуем обращаться к инженерам-проектировщикам или, как минимум, использовать специальное программное обеспечение, которое строит схемы нагрузок в зависимости от заданных вами параметров. Ручной расчет в таких случаях чреват критичными для прочности крыши ошибками.

Как установить коньковый прогон

В отличие от мауэрлата, который всегда укладывается на стены, для установки конькового прогона есть целых три способа. Разница между ними — в типе опор и распределении нагрузки.

Способ первый: с опорами на фронтоны

В небольших домах и хозяйственных постройках коньковый прогон часто опирают только на два фронтона. При этом центральная часть балки просто висит в воздухе. 

Этот способ установки конькового прогона привлекает своей простотой. Причем это касается не только монтажа, но и расчетов. Кроме того, опора на фронтоны обеспечивает максимум полезной площади мансарде и свободу при планировании ее пространства — стойки не «крадут» место и не мешают полету дизайнерской фантазии.

Но эти преимущества — не для всех.

Во-первых, коньковый прогон, перекрывающий весь проем без промежуточных опор, подвергается воздействию огромного изгибающего момента. Чтобы прогиб оставался в рамках нормы, для него нужно использовать брус большого сечения.

Во-вторых, в этом случае максимальная длина конькового прогона — 9 метров в лучшем случае. Чаще — 6-7 метров. Это прямое следствие предыдущей особенности — сложно найти достаточно качественный брус внушительного сечения большей длины. 

В-третьих, в регионах с сильной снеговой нагрузкой даже коньковый прогон очень большого сечения может не выдержать вес шапки снега без подпорок. Но в этом случае есть хитрость — брус можно смонтировать с большими выносами за пределы фронтона, а на них опереть по одному ряду стропильных ног. Помимо декоративной функции, такое решение частично компенсирует изгибающий момент, поскольку выносной участок будет давить на прогон, и, по принципу детских качелей (фронтон — точка опоры), заставит немного приподниматься его центральную часть.

В-четвертых, фронтоны должны быть несущими. Если в вашем доме внутренние несущие стены, то использовать фронтонную кладку в качестве опоры для конькового прогона вы не сможете.

А теперь от теории — к практике. Вот пошаговая инструкция, как сделать коньковый прогон с опорой на два фронтона:

1. За 5-6 рядов до точки установки конькового прогона кладку на фронтонах начинают выравнивать относительно друг друга. Для этого используют лазерный уровень.
2. Последние 3-4 ряда (если под прогоном окно, то 6 рядов) армируют. Исключение — кладка из качественного полнотелого кирпича. На стенах из особо хрупких материалов (газоблок, шлакоблок, ракушечник) за 2-3 ряда до точки крепления прогона устанавливают железобетонную перемычку, которая поможет равномерно распределить нагрузку.
3. В последнем ряду делают проем, так как это лучший способ закрепить коньковый прогон. В кладке из кирпича просто оставляют промежутки, в пористых материалах выпиливают паз под сечение бруса.
4. Торцы конькового прогона срезают под 60°. Это обеспечивает лучший влагообмен для балки и снижает вероятность ее растрескивания и коробления.
5. Края и торцы балки дополнительно обрабатывают антисептиком.
6. Место, которым коньковый прогон будет упираться в кладку, заматывают в два слоя рубероида или другой рулонной гидроизоляции — в противном случае на границе разнородных материалов будет выпадать конденсат, что приведет со временем к гниению дерева.
7. Коньковый прогон устанавливают на фронтоны с помощью блочной системы или крана. Если монтаж без выноса, в стеновую нишу, то нужно обязательно проследить, чтобы торец не соприкасался со стеной, а также что оставлены щели для проветривания.
8. Если прогон ставится в нишу, то после его монтажа кладку завершают еще несколькими рядами.

В некоторых источниках для большей надежности коньковые прогоны рекомендуют приматывать к стене проволокой, предварительно вмурованной в кладку. Но это имеет смысл, только если концы балки утоплены в нише. Если они выходят за пределы фронтона, то в дополнительной фиксации коньковый прогон не нуждается.

Способ второй: с опорными стойками

Монтаж конькового прогона на опорных стойках — самый распространенный вариант. Этот способ установки позволяет перекрыть проемы любых размеров и дает намного большую гибкость в расчетах — если вас не устраивает вычисленное сечение балки, то нужно просто поставить стойки чуть ближе.

Но выставить стойки в один уровень непросто, а это крайне важно — если коньковый прогон не будет плотно лежать на одной из опор, то это кардинальным образом меняет все расчеты и снижает прочность всей кровли. 

Кроме того, стойки должны на что-то опираться. Этим «чем-то» должны быть несущая стена или колонна. Поэтому при таком способе монтажа конькового прогона ограничивается свобода планирования пространства не только мансарды, но и нижних этажей. Теоретически, если перекрытие железобетонное, установить стойки можно прямо на него. Однако такой монтаж требует серьезных предварительных расчетов и далеко не всегда возможен.

Устанавливают стойки под коньковый прогон на армопояс, залитый поверх внутренней несущей стены, или на лежень — деревянный брус или собранные вместе несколько досок. Если лежень опирается не на сплошную стену, а на столбики, то его тоже нужно рассчитывать на разрушение и прогиб, как и коньковый прогон. При этом ширину лежня обычно берут равной сечению стоек или больше — так их удобнее устанавливать.

Сами стойки рассчитывают на сжатие. На изгиб их нужно считать, только если сечение меньше 100×100 мм, поэтому такой размер считается минимальным для стоек.

Монтаж конькового прогона с креплением на стойках начинают с заливки армопояса или установки лежня. Очень важно на этом этапе вывести опору в идеальную горизонталь — это самый простой способ выставить коньковый прогон. Чтобы добиться такой горизонтали, используют водяной или лазерный уровень.

Затем одну из стоек обрезают до нужной длины так, чтобы торцы с обеих стороны были срезаны ровно под 90°. Первую стойку примеряют на месте, как правило, возле фронтона. Если она обрезана правильно, то ее используют как шаблон для обрезки остальных. При этом важно использовать именно шаблон, а не отмерять длину по каждой стойке — миллиметры погрешности измерения могут привести к тому, что между коньковым прогоном и опорой будет промежуток.

Когда все стойки вырезаны, начинают их монтаж. Для крепления стоек к лежню обычно используют шпильки, перфорированные пластины или усиленные уголки. При использовании любого перфорированного крепежа узел дополнительно усиливается с помощью гвоздей или кровельных скоб.

Стойки устанавливают по одной оси на расчетном расстоянии. Если фронтон не несущий, то первую стойку ставят на расстоянии 1-1,5 м от него. Если же коньковый прогон будет опираться не только на стойки, но и на фронтон, то при монтаже первой деревянной опоры придерживаются расчетного шага установки. 

После монтажа всех стоек переходят к установке самого конькового прогона. Если все сделано правильно, то сложностей обычно не возникает — брус просто укладывают на стойки и закрепляют. Для крепления используют перфорированные пластины или усиленные уголки и гвозди. Иногда коньковый прогон могут «посадить» на специальное крепление, которое с одной стороны представляет собой длинный заостренный стержень, а с другой заканчивается широким П-образным ложем. Стержень погружают в стойку по центру, а брус укладывают на ложе. Получается надежное, но сложное в исполнении и достаточно дорогое крепление. Отсюда и редкость его использования.

Если же на этапе монтажа стоек допущены ошибки или коньковый брус стесан неровно, то между прогоном и некоторыми стойками могут появится зазоры. Оставлять их, естественно, нельзя, за исключением совсем тонких, «волосяных». Такие зазоры обычно видны только на просвет, а их толщина настолько мала, что в них не пролезет лезвие ножа. Под нагрузкой коньковый прогон просто немного прогнется и «ляжет» на опору. А вот зазоры побольше уже нужно обязательно устранять. Делают это обычно двумя методами:

1. Обозначают любым способом проблемные стойки — те, что выше, чем необходимо. Затем снимают коньковый прогон и с помощью угловой шлифмашинки с абразивным диском стесывают опоры до нужного размера. Этот способ эффективен, но очень трудоемок — одно снятие конькового прогона чего стоит.
2. Из фанеры вырезают тонкие квадраты, размеры которых соответствуют сечению стоек. После этого их размещают в зазоре по одному до тех пор, пока коньковый брус не «сядет» на опору плотно. Затем прогон крепят, обязательно со всех четырех сторон (пластинами и уголками). Помимо фиксации бруса крепеж также не даст подкладкам выпасть из зазора.

Также есть третий метод, но его используют крайне редко из-за недоступности для большинства людей. Зато он очень простой, поэтому мы о нем все-таки скажем. Речь о дополнительной обработке конькового бруса в рейсмусе, если проблема в нем. С помощью рейсмуса можно добиться идеального сечения, но нужно иметь доступ к такому станку. К слову, его можно взять в аренду или даже купить недорогой — есть специальные бюджетные модели для домашнего применения, которые станут отличным помощником в строительстве.

Способ третий: консольный монтаж

Очень редкий способ установки конькового прогона, который используется, только если необходим безопорный монтаж при больших пролетах. В этом случае вместо конькового бруса на стойках необходимо сделать полноценную ферму со всеми раскосами и связями, которая будет опираться на другой брус. Также возможна и арочная конструкция.

Очевидно, что консольный способ монтажа конькового прогона чрезвычайно сложен как в исполнении, так и в расчетах. Поэтому использовать такие конструкции при самостоятельном устройстве крыши не рекомендуем.

Отдельные консольные элементы в виде дополнительных подпорок бруса или стоек, раскосов могут использоваться и при монтаже прогона на опоры. Это нужно для уменьшения прогиба и перераспределения нагрузки с конькового прогона на стойки и несущие конструкции здания.

Как нарастить коньковый прогон

Соединение отдельных частей конькового прогона друг с другом — одна из самых ответственных задач при его монтаже. Место такого стыка — точка ослабления конструкции, поэтому при наращивании бруса нужно обязательно придерживаться правил:

1. Коньковый прогон всегда наращивается по центру опоры. «Висячий» стык недопустим.
2. Прогон соединяется только двумя способами: стык в стык или косым прирубом. При косом прирубе узел получается прочнее и надежнее, но он сложнее в исполнении. Поэтому такой способ соединения обычно используют на высоконагруженных крышах.
3. При наращивании рекомендуется использовать деревянные накладки из досок, закрепленные на узле гвоздями. В отличие от перфорированных пластин, деревянные накладки «дышат» вместе со всей конструкцией, что снижает вероятность появления люфта в крепеже.

Над местом соединения двух частей конькового прогона не рекомендуется устанавливать стропильные ноги.

Подведем итоги

Для монтажа конькового прогона подходит брус не более 12% влажности и высокой сортности — отборного или первого сорта. Его также необходимо обработать антисептиком и огнезащитой.

Из-за высокой нагрузки на узел коньковый прогон, в отличие от мауэрлата, необходимо обязательно рассчитывать. Как минимум на прогиб и разрушение. Для этого сначала считают общую нагрузку, а потом вычисляют подходящее сечение исходя из изгибающего момента и других характеристик.

Есть три способа установки конькового прогона: на два фронтона, с промежуточными стойками и консольный. Первый способ самый простой, но подходит он только для небольших проемов. Второй метод самый распространенный, хотя в этом случае монтаж конькового прогона — непростая задача. Консольный способ установки используется редко из-за сложности расчета и монтажа.

---