Из чего состоит стропильная система кровли. Элементы стропильной системы – из чего состоит конструкция, правила устройства
Чтобы построенное здание прослужило не один год, ему необходим как надёжный фундамент, так и крепкая система кровли, противостоящая превратностям погоды. Крыша должна с достоинством выдерживать большие нагрузки: сильные снегопады, резкие порывы ветра, обильные ливни. Лучше всего для этого подходит стропильная система крыши.
Стропильные фермы крыши и её виды
Стропильная система - основа крыши, которая делает упор на несущие элементы строения и служит также каркасом для различных видов материалов для кровли: утеплителей, гидроизоляции, разнообразных покрытий.
Габариты и конструкция стропил зависят от:
- приобретённого материала;
- размеров строения;
- габаритов дома;
- стройматериала для стропил;
- индивидуальных предпочтений заказчика;
- актуальных для определённого региона нагрузок на крышу.
Стропильная система имеет:
- обрешётку - брусья, в перпендикулярном направлении укладывающиеся на стропильные ноги;
- стяжки, воспринимающие растягивающие усилия;
- стойки из дерева, расположенные в вертикальном положении;
- мауэрлат - брус, монтаж которого осуществляют вдоль стены, на него делают упор стропила;
- стропильные ноги - это своего рода балки из дерева, принимающие на себя основную нагрузку крыши.
Каждый из приведённых факторов очень важен, поскольку необходимо понимать, какой тип стропильной системы будет оптимально подходить для той или другой определённой ситуации.
Когда речь заходит о малоэтажных домах, то самую большую распространённость получают конструкции из дерева. Во многих случаях применяют три вида стропильных ферм: висячие стропила, наслонные стропила и смешанную систему стропил.
Характеристика висячих стропил
Висячие стропила - это наиболее элементарный вид стропильных систем, их характеристики:
Если крыша дома сложной конструкции, виды стропил можно чередовать. Например, при наличии опор или средней основной стены делают монтаж наслонных стропил, а при отсутствии таковых элементов - висячие стропила.
Особенности наслонных стропил
Для наслонной системы стропил дом должен быть дополнительно оборудован несущей стеной, расположенной посередине. Различают наслонные стропила по таким признакам:
Конструкция комбинированной системы наиболее сложная, поскольку включает в себя части двух других видов стропил - висячего и наслонного. Применяется она для мансардной кровли. Стены комнат, которые находятся на втором этаже, образуют вертикальными опорами, эти опоры являются и промежуточными стойками для стропильных балок.
Часть стропил, которые соединяют один конец стоек, функционирует как ригель для скатов, расположенных сбоку, причём для верхней части конструкции они являются затяжкой.
Одновременно горизонтальные брусья выполняют такие функции: для верхних скатов - мауэрлат, для боковых - коньковый брус. Чтобы увеличить прочность кровли, монтируют подкосы, которые соединяют боковые скаты и вертикальные стойки.
Комбинированная система строп в изготовлении самая сложная и трудоёмкая, но эти недостатки вполне компенсируются увеличением несущих качеств кровли в отсутствии лишних опор, особенно, когда есть необходимость перекрывать значительные пролёты в здании.
Увеличить несущие качества кровли можно с помощью смешанной стропильной системы Стропильные фермы для различных типов крыши
При строительстве определённого здания обязательно используются стропильные системы того или иного вида, причём тип крыши будет полностью зависеть от проекта будущего строения.
Стропильная ферма для двускатной кровли
Двускатная кровля - это обычное строительство крыши для жилых строений, которые имеют не более трёх этажей. Предпочтение отдаётся именно такой конструкции из-за технических характеристик наклонной формы стропильной системы, а также благодаря тому, что монтажные работы проводятся легко и просто.
В состав стропильной системы двускатной кровли входят две прямоугольные наклонные плоскости. Верхняя часть здания с торцовой стороны напоминает треугольник. Главные составляющие двускатной крыши - это мауэрлат и стропильные ноги. Чтобы правильно распределить нагрузку по стропилам и стенам, монтируют подкосы, ригели и стойки, благодаря которым можно создать долговечную, жёсткую, элементарную и лёгкую схему установки конструкции для двускатной кровли.
Двускатная кровля считается наиболее простой системой для крыши, используют ее для жилых строений не более трёх этажей Поверх стропил можно монтировать разреженную обрешётку или сплошную, а далее прикрепить на неё битумное покрытие, черепицу или какой-либо другой вид материала. Стропила и сама обрешётка обычно изготавливаются из брусьев или досок, которых скрепляют гвоздями, болтами или соединительными деталями из металла. Металлические профили можно применить в качестве стропил, благодаря чему перекрываются значительные пролёты. При этом не нужно использовать лишние стойки и подкосы.
Устройство стропильной системы для двускатной кровли позволяет равномерно распределить всю существующую нагрузку по периметру здания. Нижние концы системы делают упор на мауэрлат. Фиксируются они крепежами или скобами из металла. По углу наклона брусков для стропил можно определить, под каким углом будут наклонены скаты кровли.
Стропильная система для двускатной кровли позволяет равномерно распределить нагрузку от крыши по периметру здания Стропильная система для вальмовой кровли
При обустройстве системы для вальмовой кровли потребуется установка разных типов стропил:
- нарожники (укорочённые);
- боковые;
- вальмовые основные;
- накосные (диагональные элементы, которые формируют скат в форме треугольника).
Стропильные ноги, расположенные сбоку, делаются из доски, а монтируются они идентично деталям традиционной скатной крыши с наслонной или висячей конструкцией. Вальмовые основные стропила - это наслонные части. Для нарожников используются доски или бруски, крепящиеся не только к мауэрлату, но и к диагональным балкам.
Для установки такого вида конструкции точно рассчитывается угол наклона, а также сечение накосных балок. От длины пролёта зависят и размеры деталей.
Чтобы вальмовая кровля не деформировалась от сильной нагрузки, следует точно рассчитать угол наклона диагональных балок для стропил Соблюдайте симметричность при установке диагональных балок для стропил, иначе кровля деформируется от значительной нагрузки .
Стропильная система для ломаной крыши
Ломаная кровля - это конструкция со стропилами, которые состоят из нескольких отдельных элементов. При этом они должны располагаться под различными углами относительно горизонту. А так как нижняя стропильная часть находится практически вертикально, мансардное помещение здания получает дополнительную площадь, благодаря чему его можно использовать как жилое. Устройство такого вида крыши выполняется при строительстве четырёх- или двускатной конструкции стропил.
Рассчитывать четырёхскатную систему стропил нужно профессионалам, а вот двускатную ломаную кровлю можно сделать и самостоятельно, поскольку её монтаж очень прост. Для этого необходимо установить опорный каркас, который должен состоять из прогонов, а также стоек. Горизонтальные детали закрепляются с висячими стропилами. А вот к мауэрлату закрепляются опоры ломаной крыши укорочёнными ногами стропил.
Сборку стропил для ломаной двускатной кровли под силу выполнить и непрофессионалам, поскольку монтаж такой кровли очень прост «Кукушка» в стропильной ферме
Так называемая кукушка на кровле - это небольшой выступ, который находится на мансардном этаже. Здесь расположено окно для лучшего освещения мансардной комнаты. Монтаж «кукушки» проводят тщательно, при этом контролируют параметры всей конструкции: глубину вреза, угол наклона и другие факторы. Однако перед этим производят необходимые замеры.
Первый этап работ начинается с монтажа мауэрлата (брус с сечением 10х10 см, который нужен для опоры строп). Стропильная система выступает в качестве скелета для кровельного материала. Для придания конструкции жёсткости применяют распорки, которые монтируют между двумя ногами стропил.
После завершения установки стропильной фермы укладывают обрешётку, вид которой зависит от купленного покрытия для крыши. Монтаж обрешётки делается сплошным или с определённым шагом. Для неё обычно применяют доски, ОСБ и фанерные листы. Кроме того, установка кровельного материала должна быть идентичной по всей кровле.
Основная сложность при установке подобной системы стропил - это расположение внутренних углов. В данных местах может скапливаться снег, а значит, возрастёт нагрузка, из-за чего изготавливают сплошную обрешётку.
«Кукушкой» на крыше называют небольшой выступ на мансардном этаже, под которым расположено дополнительное окно Ферма стропил крыши-шале
Особенность устройства такой конструкции заключается в выносе козырьков, а также свесов за пределы дома. Кроме того, должны быть стропила и балки для кровли, выпускающиеся до трёх метров по сторонам здания. Каждый из этих элементов закрепляется кронштейном к стене строения в нижней части. Далее обвязывают края балок. Они служат как опора для покрытия кровли строения.
Но создавая большие свесы, необходимо производить монтаж армированного пояса параллельно с установкой шпилек для мауэрлата. Необходимо изготовить анкеры, способствующие закреплению консолей. В этом случае стропила превосходно зафиксируются анкерами и, кроме того, врезками.
Чтобы вынести боковые карнизы, делается коньковый брус, после чего на уровне мауэрлата выносятся балки, которые должны быть идентичными длине конька. На данные детали конструкции опирается ферма, а в дальнейшем - стройматериал для кровли.
При проектировании строения угол кровли-шале рассчитывают исходя из характеристик местного климата и прочих факторов. При угле ската около 45 о не берётся во внимание нагрузка от снега, поскольку при данном варианте он не задержится на крыше. При этом пологая кровля выдержит нагрузку от снега, однако надо делать монтаж усиленной стропильной фермы. Перед установкой кровли-шале подготавливается проект здания, ведь неординарность самой кровли, а также длинные карнизы и её свесы к этому обязывают.
Для крыши в стиле шале характерны козырьки, вынесенные на несколько метров за пределы дома Стропильная ферма, предназначенная под мягкую кровлю
Мягкая кровля делается различными способами, однако существуют в технологических методах её постройки общие характеристики. Изначально надо провести подготовку. Обустраивая кровлю для дома из пенобетона или другого материала, сначала устанавливают мауэрлат, затем в верхних венцах здания производят врубку под балки потолка с шагом до одного метра. Рассчитывается расстояние между досками исходя из вида стропильной конструкции.
- Монтируют отдельные части системы стропил. Чтобы полностью исключить риск, доски стропильных ног на земле прикрепляют шурупами. После создания стропильной фермы её поднимают на верх здания.
- Закрепляют все элементы стропил с перекрытием потолка, внутренними досками, укосинами, а также ригелями. Далее эта основа для кровли станет единой целой конструкцией.
- Следующий этап - обрешётка, которая под мягкую кровлю устанавливается с небольшими зазорами или вообще без таковых. Допускаются просветы не более 1 см. Довольно часто поверх досок производят монтаж выравнивающей фанеры. Её листы стелют по методу кирпичной кладки. Получившиеся стыки не совмещают с промежутками между фанерой и доской.
Если длины досок обрешёток не хватает, то стыки деталей необходимо располагать в различных местах. Таким способом можно правильно распределить участки, которые были ослаблены.
Самостоятельное изготовление стропильной системы
Перед тем как будет начат монтаж стропильной системы, к продольным стенам надо анкерами закрепить мауэрлат. Дальше нужно определиться с нужным сечением ног для стропил, зависящих от расстояния и их длины. Если есть необходимость в увеличении длины стропил, то соедините их различными крепёжными элементами.
При использовании различного утеплителя нужно выбрать идеальное расстояние между элементами стропил для того, чтобы уменьшить количество обрезков теплоизоляции .
Монтаж стропильной системы надо производить в таком порядке:
- Делается шаблон, по которому собирается ферма. Берутся 2 доски, соответствующие длине стропил, и соединяются между собой с одного только края гвоздём.
Шаблон для стропил под названием «ножницы» поможет быстро собрать всю стропильную систему кровли - Получится конструкция под названием «ножницы». Её свободные края кладут на опоры в местах соприкосновения стропильных ног. В итоге должен получиться финальный угол, то есть угол, под которым будет наклонен скат кровли. Его фиксируют несколькими длинными гвоздями и поперечными досками.
- Делается второй шаблон, благодаря которому выполняется установка запилов на стропилах. Изготавливается он из фанеры.
- На стропилах вырезают специальные монтажные запилы (используется для этих целей приготовленный шаблон) и соединяют их под углом наклона ската. Должен получиться треугольник, поднимающийся на кровлю по лестнице. Далее его надо прикрепить к мауэрлату.
- Монтируются изначально два боковых фронтонных стропила. Правильный их монтаж в вертикальной и горизонтальной плоскости происходит за счёт временных подкосов, прикрепляющихся к стропилам.
Для правильного монтажа всей стропильной системы устанавливается первая пара стропил на крыше - Протягивается шнур между этими вершинами стропил. Он обозначит будущий конёк и уровень других стропил, располагающихся в промежутке.
- Поднимают и монтируют остальные стропила на изначально высчитанном расстоянии, которое должно составлять минимум 60 см друг от друга.
- Если предусматривается громоздкая конструкция стропил, то её дополнительно укрепляют подкосами, подпорами и так далее.
Громоздкую конструкцию стропил дополнительно укрепляют подкосами и подпорами - На специальных опорах устанавливают коньковый брус, к которому крепятся не только короткие, но и диагональные, и промежуточные элементы стропил.
Правильное крепление конькового бруса обеспечивает надежность всей системы стропил
Типовые узлы стандартной стропильной системы
Прочность конструкции стропил зависит от идеально подобранного сечения досок, а также от высокого качества стропильных узлов. Соединение деталей для конструкции крыши делается согласно установленным правилам.
Главные типовые узлы в стропильной системе:
- опорный узел стропил на мауэрлате;
- коньковый;
- узел совмещения верхних затяжек и всей стропильной системы;
- закрепление подкоса, стойки, а также стропил и балки.
После того как была выбрана конструкция стропильной системы, надо составить план, в котором выделить все узлы. В каждой конструкции они изготавливаются по-разному, поскольку это зависит от разных нюансов: вида кровли, её размера, угла наклона.
Стропила из профильной трубы - это металлоконструкция, которая собирается с использованием решетчатых стержней. Само производство таких ферм является процессом весьма трудоёмким, однако и более экономичным. Для изготовления стропил применяют парный материал, а косынки являются соединяющими элементами. Конструкция стропил из профильных труб собирается на земле, при этом применяются клёпки или сварка.
Благодаря таким системам, перекрываются любые пролёты, но надо произвести правильный расчёт. При условии, что все работы по сварке будут сделаны качественно, в дальнейшем остаётся только перенести элементы конструкции на верх здания и собрать их. Несущие стропила из профильной трубы имеют множество достоинств, таких как:
Ригель в стропильной системе
Ригель - это достаточно широкое понятие, однако в случае с крышами он имеет определённое значение. Ригель представляет собой горизонтальный брус, который связывает стропила. Такой элемент не даёт крыше «распираться». Изготавливается он из дерева, железобетона, а также металла - всё зависит от вида сооружения. А служит ригель для распределения нагрузки, которую оказывает стропильная система.
Закрепляться он может в разнообразных местах между ногами строп. Здесь существует прямая закономерность - если ригель закрепить выше, то брус для его монтажа необходимо подбирать с большим сечением.
Способов фиксации ригеля к стропильной системе множество:
- болтами;
- гайками;
- шпильками с шайбами;
- специальным крепежом;
- гвоздями;
- смешанными креплениями, когда применяются параллельно разные виды крепежа.
Крепление существует с врезкой или накладное. В целом ригель - это расчётный узел, как, впрочем, и вся система строп крыши.
Ригель в стропильной системе предназначен для усиления конструкции кровли Крепление стропильной системы
Для обеспечения надёжности системы стропил надо изначально выяснить, каким образом они скрепляются с опорной кровлей и коньком. Если делается крепление для предотвращения деформации кровли при усадке дома, то сверху стропила закрепляются шарнирной пластиной либо гайкой с болтом, а снизу - скользящей опорой.
Висячие стропила нуждаются в более плотном и надёжном креплении в коньке, поэтому в данном случае можно применить:
- накладные металлические или деревянные пластины;
- метод врубки;
- соединение с помощью длинных гвоздей.
В наслонной системе не соединяются между собой стропильные ноги, так как прикрепляются они к коньковому прогону.
Крепление стропил к мауэрлату происходит методом вырубки, которую делают в стропильной ноге. Благодаря этому способу крепления не ослабится опора кровли. Вырубка также делается при установке стропил на балки перекрытия. В данном случае врез делается и в опорной балке.
Видео: как сделать стропила своими руками
Таким образом, идеально подобранная система стропил и их конструктивные характеристики помогут создать основу для надёжной кровли для вашего дома.
Каркасный формат выделяется среди ряда видов кровли. Он может быть выполненный довольно различным образом, но в любом случае потребуется рассчитать стропила и установить их по всем правилам. При должном знании проблемы можно решить ее собственными силами без обращения к специалистам.
Особенности и формы кровли
Каркасная крыша может быть установлена только с пролетами не длиннее 1220 см, при этом разрыв от одной фермы до другой составляет максимум 0,6 м. Размеры фрагментов каркаса определяются расстояниями пролетов и расчетной снеговой нагрузкой. Стропила могут быть как свободно устанавливаемые, так и принимающие нагрузку от чердачных элементов. В случае с кровлей ломаной формы удается обеспечить достаточную для жилой мансарды высоту потолка, а смотреться она будет лучше всего на квадратном строении.
Многощипцовая крыша считается наиболее сложной и едва ли доступной вариацией для самодеятельных строителей. Сбалансированная стропильная система эффективно выдерживает даже очень высокие нагрузки, имея при этом отличную «внешность». Поскольку скат крутой, риск задержки снега будет минимален. Но при этом придется очень тщательно рассчитывать все элементы конструкции, а в процессе работы появится немало отходов. Кроме того, ендова должна будет пережить воздействие значительного количества снега.
Назначение и виды систем
В самых разных системах стропил может использоваться мауэрлат. Масса кровли дома различается в зависимости от площади, занимаемой скатами, и от использованных материалов. Но в любом случае создаваемая нагрузка весьма солидна. Когда на конструкциях есть конек, обязательно предусматривают стропильный каркас, ногами упираемый в стены. Сила прилагается сразу по нескольким векторам, а в холодный сезон накопление снега только усугубляет проблему.
Мауэрлат призван устранить этот недостаток и предотвратить разрушение стен. Под этим словом подразумевается брус значительного сечения, который бывает и деревянным, и стальным. В большинстве случаев берут тот же материал, который использовали для формирования стропил, но обязательно добиваются непрерывности обвязки либо создают прочные и особо устойчивые стыки. От использования мауэрлата отказываются только в домах из сруба или в зданиях, построенных по каркасной технологии – да и там есть свои детали, выполняющие аналогичную задачу. Когда не удается сделать неразрывный блок, все фрагменты должны быть строго одинаковой длины.
Для Т-образной крыши характерна врезка двух крыльев под определенным углом. Из-за этого приходится формировать ендову. Наружные стропила будут упираться в опорные доски. Кроме них, будут еще и основные детали, непосредственно закрепляемые на стене. Чтобы в ендове все соответствовало решаемой задаче, используют деревянные элементы толщиной 3,8 см. Обрешетку полагается делать монолитной, покрытие присоединяют к ней кляммерами через каждые 50 см. Типичный мауэрлат по толщине является в три раза меньше, чем несущая стена, а если он сделан из стали, можно немного сократить этот показатель.
Под мауэрлатом часто оборудуется упрочняющий пояс. Это особенно важно, если планируется утеплять крышу и обеспечивать надежную гидроизоляцию. Такой пояс формируется из той же смеси, которая применяется для строительства фундаод ммента. Полностью вся опалубка заливается бетоном с одного приема, недопустимы малейшие отдельные слои. В газобетонной стене вырубают промежуточные перемычки у верхней линии блоков – и сразу появляется практичный желоб. Прикрепление мауэрлата производится либо с помощью вязальной проволоки, либо армирующими болтами (но они без упрочняющего пояса не помогут никак), либо строительными шпильками.
Разобравшись с опорой для стропил, нужно выяснить, какими они могут быть, и что правильнее использовать для подпора кровли. Висячие стропила применяются, если отсутствует капитальная стена внутри здания, их точки опор расположены исключительно на внешних контурах.
Такие подпорки оказались востребованы при сооружении:
- жилых домов с одним пролетом;
- производственных объектов;
- различных павильонов;
- мансард.
Не следует недооценивать такой вариант, благодаря инженерным разработкам, подвесные стропила способны не прогибаться, перекрывая пролеты в 15–17 м. Но важно понимать, что все свои возможности они обретают только в тесном взаимодействии с другими деталями. Придется использовать и затяжки, и бабки, и ригели. Самая простая ферма выполняется из двух балок, соединяемых в верхней позиции, по конфигурации такое устройство близко к треугольнику. Горизонтальная связь деталей каркаса обеспечивается затяжкой (балкой из дерева или металлического профиля).
Благодаря затяжке исключается передача распора на стены, одновременно подавляется сила, приложенная в горизонтальной плоскости. Внешние стены переживают действие лишь тех сил, чей вектор ориентирован по вертикали. Не всегда строители помещают затяжку в самом низу, часто она выставляется у самого конька. Готовясь к строительству мансарды, этот элемент ставят чаще всего выше, чем основание стропильных ножек. Тогда удастся сделать этаж, о потолок которого не придется биться головой при любом неосторожном движении.
Висячие стропила для пролетов длиннее 6 м должны быть укреплены при помощи подвесов и раскосов. В этом случае монолитная затяжка сменяется на собранную из пары связанных балок. В классической схеме (треугольной шарнирной) низовые основания упирают в горизонтальные детали. Для нормального функционирования системы требуется, чтобы высота конька составляла как минимум 15% от пролета ферм. Стропила действуют на изгиб, но затяжка не дает им отодвинуться в стороны. Чтобы балки изгибались меньше, коньковые узлы врубают с расчетом на эксцентриситет (возникновение противоположного по вектору изгибающего усилия).
Мансардные чердаки строят по большей части с помощью треугольных арок на трех шарнирах, а затяжкам отведена функция балок перекрытия. Составные части затяжки связывают болтами путем косого или непосредственного прируба. Приподнятая затяжка также может быть применена в сооружении стропил под мансарду. Чем выше она поднимается, тем больше может быть поднят и потолок. Но важно помнить, что одновременно с этим вырастают и нагрузки на все элементы. Передача усилий производится на мауэрлат при помощи подвижного крепления, гасящего изменения размеров от перепадов влажности и температуры.
Стропила могут подвергаться неравномерной нагрузке, поскольку с одной стороны она выше. Это приводит к сдвигу в ту же сторону всей системы. Исключить такой неприятный эффект можно, если вынести стропила за контур стен. Затяжка при подобном решении перестает быть опорой, она переносит либо растягивающие воздействия (если устраивается чердак), либо растянуто-изгибающие (когда сооружают мансарду). Шарнирные арки с включением ригеля отличаются от предыдущего варианта заменой скользящей опоры на идентичную по функциям – жесткую. Благодаря изменению типа опор иным становится и вид образующихся напряжений, стропильная система превращается в распорную.
Затяжка формируется в верхней доле арки. Ее цель состоит в том, чтобы переносить уже не растяжение, а сжимающее воздействие. Дополнительная затяжка, усиливающая ригель, нужна при значительной нагрузке. Арки с подвесами и подкосами дополняют системы арок с «бабками». Такая система нужна при значительных пролетах (от 6 до 14 м). Подкосы, исправляющие возникающий изгиб, нужно упирать в бабку. Независимо от конкретного вида стропильной системы нужно максимально четко выполнять все детали и их связки между собой.
Не всегда навесные стропила могут выполнить поставленную задачу. Тогда на помощь приходят накосные элементы. Такой тип стропил применяют под вальмовыми крышами и под кровлями, оборудованными ендовой. Их длина является больше, чем в обычном случае. Вдобавок они становятся опорами под укороченные стропила скатов. Оттого на накосные стропила приходится нагрузка примерно на 50% больше, чем в других конструкциях.
Благодаря увеличенной длине удается:
- сопротивляться значительным воздействиям;
- формировать балки без разрезов;
- привести детали к единому размеру путем спаривания досок.
Чтобы построить вальмовую кровлю со многими пролетами, диагональные ноги снабжаются опорами. Такие опоры делаются в виде стандартных подкосов либо стоек из бруса, либо пары соединенных досок. Опора через подкладку из дерева и гидроизоляционный слой производится непосредственно на железобетонное перекрытие. Подкосы ставят под углом не меньше 45 и не больше 53 градусов, внизу такая деталь упирается в лежни. Угол монтажа менее важен, чем возможность фиксации частей стропил в точке, переживающей сильнейшую нагрузку.
Накосные стропила, размещенные в проемах до 750 см, должны удерживаться подкосами только в верхней доле. При длине от 750 до 900 см внизу дополнительно монтируют шпренгельную ферму или стойку. А если общая длина пролета превышает 9 м, то для максимальной надежности в середине нужно поставить стойку, никакая другая опора не подойдет. Если избранное перекрытие неспособно выдержать нагрузку, придется усиливать его балкой. Вид опоры в коньке определяется тем, сколько используется промежуточных опор, каковы они, как выполнены ключевые наслонные стропила.
Кроме типа стропил, нужно четко разобраться с их материалом. Как деревянные, так и металлические конструкции могут быть хороши, но только каждая на своем месте. Даже высокая прочность металла не позволяет оттеснить привычную древесину. Дерево в течение тысячелетий уверенно доказало свои преимущества, а сейчас оно даже наращивает популярность ввиду отличных экологических характеристик. Доски и брус можно купить по доступной цене, и если что-то не было учтено, всегда легко прямо на стройплощадке отпилить нужный фрагмент или нарастить деталь.
Иногда возникают проблемы, связанные с эксплуатацией созданных конструкций. Деревянные стропила придется тщательно обрабатывать антисептиками, а также средствами, блокирующими развитие плесневых колоний, поедание насекомыми. Горючесть древесины подавляется за счет регулярной обработки, а кроме того, под скаты длиннее 7 м слишком сложно искать необходимые комплектующие. До монтажа стены прокладываются мауэрлатом, делающимся из бревенчатого каркаса либо на основе блока из бруса. Толщина конструкций составляет минимум 180 мм, это единственное условие однородного распределения нагрузок.
Металлические стропила являются неизбежно тяжелее, чем деревянные при идентичном сечении. Поэтому стены нужно усиливать, работы по их строительству становятся дороже и длиннее. Не получится смонтировать блоки из металла вручную, обязательно потребуются подъемные краны. Невозможно или очень затруднительно корректировать размеры, геометрию стропил, поэтому сразу максимально точно придется сооружать стены и исключать ошибки при их строительстве. Малейший промах может сделать дорогостоящий блок почти бесполезным на деле.
Металлические стропила связывают при помощи сварки, а сварные соединения неизбежно ослабляются, поскольку там ускоренно развивается коррозия. Стоимость работ является весьма высокой, а при выполнении их необходимо выполнять требования огневой и электрической безопасности. Но есть такое неоспоримое преимущество, как возможность подпереть скат кровли от 700 см и длиннее. Если использовать особую антикоррозийную краску, долговечность металлических конструкций обеспечена полностью. Все эти преимущества позволяют быстро и комфортно строить промышленные здания со значительной высотой и протяженностью пролетов.
Как выбрать: что учесть?
Стропильная система должна быть выбрана максимально правильно и четко.
При поиске подходящего решения нужно обращать внимание на следующие моменты:
- прочность;
- возможность подпереть скаты и кровлю в целом определенного размера и геометрии;
- создание позитивного эстетического образа здания в целом.
Технические параметры имеют приоритетное значение. Даже самые красивые конструкции, соответствующие принципам дизайна, не проявят своих позитивных качеств, если они прослужат слишком мало. Опытные строители всегда анализируют среднегодовые и сезонные температуры, финансовые возможности застройщиков, предельно возможный темп ветра и тяжесть вышележащей кровли. Во внимание также принимают будущее использование подкровельного пространства, необходимый для него масштаб. Недооценивать ветер, снег и дождь нельзя, поскольку эти факторы могут оказать очень сильное воздействие на кровлю, а через нее и на стропила.
Если достоверно известно, что конкретная местность отличается мощными снегопадами, минимальный угол ската оказывается непрактичен. Еще актуальнее этот момент при использовании плоских кровель. Под давлением накапливающихся осадков каркас может стремительно деформироваться или же внутрь польется вода. Другое дело, когда определенный регион часто подвергается приходу циклонов и приносимых ими сильных ветров. Тут уже скат стоит сделать поменьше, тогда практически исключена будет ситуация со срывом единичных элементов конструкции.
Избежать ошибок можно, если посмотреть на уже построенные поблизости и длительное время эксплуатируемые дома. Точно воспроизведя конструкцию их кровли и взаимосвязанную с нею стропильную систему, можно наилучшим образом учесть местную специфику. Но не все идут по этому пути, иной раз ставится задача выработать исключительно оригинальный проект. Тогда придется тщательно собирать исходные данные, проводить скрупулезные расчеты. При отсутствии специальных знаний на помощь лучше привлечь квалифицированных исполнителей.
Проанализировав совокупную нагрузку, создаваемую ветром и снегом, можно обнаружить иногда, что те или иные части стропильного комплекса нуждаются в выборочном усилении. При оценке необходимого угла наклона кровли обращают внимание также и на вид используемого покрытия. Тяжелая металлочерепица или профнастил при очень большом уклоне может самопроизвольно сползать вниз, приходится дополнительно их крепить, усложняя себе работу и удорожая монтаж. Кроме того, отдельные материалы имеют склонность задерживать воду или пропитываться ей, бороться с этим можно только делая склон круче. Создание хорошей кровли и стропильной системы, удовлетворяющей столь противоречивым требованиям, не всегда доступно для неспециалистов.
Из чего состоит?
Устройство стропильной системы, как нетрудно заметить, довольно сложное и даже противоречивое. Каждая часть этой конструкции имеет строго определенную роль. Так, мауэрлат представляет собой длинные бруски из хвойной древесины, причем для работы используется строго смолистое дерево. Такие элементы раскладывают вдоль внешних несущих стенок, присоединяя к основанию анкерами либо стержнями особой конструкции (с резьбой). Эта деталь передает нагрузку от кровли на стену.
Следом идет такое приспособление, как стропильная нога. Под этим названием фигурирует деревянный брус, применяемый для возведения контура скатов. Форма конструкции всегда треугольная, потому что она наилучшим образом помогает кровле переносить разрушительное воздействие ветров, снега и других атмосферных процессов. Стропильные ноги ставят на равномерных расстояниях вдоль всей крыши, шаг не может превышать 120 см.
Определенное значение для опоры кровли имеет и лежень – это деревянный брусок, заменяющий мауэрлат в отдельных случаях. Лежни кладут на внутренние опорные стены. Они превращаются в основу кровельного треугольника. Благодаря им скаты не расползаются под собственной тяжестью. А также стоит сказать и про стойки – это поставленные по вертикали бруски с квадратным сечением. Они воспринимают давление, которое оказывает вниз коньковый узел, и транслируют его механически на внутреннюю несущую плоскость. Иногда стойки оказываются под стропильными ногами.
Подкосы призваны укрепить всю конструкцию крыши, они связывают в одно целое ноги и лежни. Эта деталь по форме напоминает ромб. Общность, образуемая затяжкой и подкосами, получила название фермы. Кроме них, нужна еще и обрешетка, которая представляет собой тонкие доски, набиваемые под прямым углом к ногам стропил. Она помогает удержать стропильные ноги как единую систему. К обрешетке прикрепляется абсолютно любое покрытие крыши.
Под мягкие материалы обрешетка должна делаться неразрывной, причем наилучшим средством считается фанера. На самом верху располагается конек, который логически и физически завершает кровельный треугольник. Соединение пары противопоставленных ног стропил обеспечивается квадратным деревянным брусом, который предотвращает разрушение крыши в целом. А в самом низу скатной кровли располагается свес, который выводится приблизительно на 0,5 м от периметра. Благодаря ему потоки дождя, уходящие с крыши, не заливают наружные несущие плоскости и не вредят им.
Кобылки используют лишь в той ситуации, когда стропильные ноги не удается выполнить по той длине, которая позволила бы организовать свес. Соединение с досками пониженного сечения эффективно решает эту проблему. Для крепления деревянных элементов стропил чаще всего рекомендуется использовать хомуты, скобы. Применять гвозди нежелательно, потому что проколотое ими дерево через несколько лет становится слабым и непрочным. Поэтому профессионалы если и используют соединения, делаемые непосредственно на стройплощадке, то пускают в ход болты.
Но даже болтовая связка ослабляет строительные конструкции, пусть и сравнительно немного. Крепче всего оказываются соединения при помощи хомутов либо скоб из металла. Максимально повысить качество изделий может только их промышленное получение, поскольку лишь в строго стандартизированных и полностью контролируемых условиях исключены отклонения от норм, ухудшение качества. Собрать стропильную конструкцию из полностью готовых ферм можно очень быстро, никакого риска в ее использовании нет. Другое дело, что требуется как можно точнее собрать информацию о необходимых характеристиках и без искажений передать ее производителю.
Кроме названных элементов, стропильная система граничит с ендовой. Так называют особое соединение геометрически сложной крыши в точках, где меняется ее траектория. Отличие от конька состоит в том, что в таких местах кровельные детали образуют отрицательный угол. Техническая суть изделия заключается в том, что желоб помогает отводить в сторону жидкость. Чем сложнее конфигурация, тем больше должно быть количество таких желобов.
Карнизный брус служит для упирания в него распорки, другой конец которой упирается в лобовую доску, при этом капельник не деформируется и его конфигурация не искажается. Ветровые связи – это те элементы стропильной системы, которые переводят нагрузку, создаваемую ветром, с кровли на фундамент. Они не только увеличивают суммарную устойчивость конструкции, но и помогают избежать ее опрокидывания при нестабильности единичных деталей. Крыша сохранит пространственную жесткость даже при весьма сильных ветрах.
Горизонтальными ветровыми связями оказываются такие элементы, как:
- раскосы;
- параболические затяжки;
- комплексы обычных затяжек;
- фермы, дополненные крестовидной решеткой.
По вертикали сохранение характеристик под сильным воздушным давлением обеспечивается за счет ветровых опор и балок. Иногда применяется монолитное упрочняющее ядро. Инженеры придумали немало и других вариантов оформления ветровой связи. Она обеспечивается рамами и полурамами, защемленными подпорками. В малых зданиях применяют жесткие (сопротивляющиеся сжатию) или растянутые диагонали, некоторые охватывают сразу два пролета. Расположение каждого из элементов точно отражается в проектной документации.
Качественные характеристики стропильных систем и их состав понять не так и сложно, если проявить внимательность и усердие. Но не менее важно рассчитать количественные параметры этих систем. Если не сделать этого или провести расчеты неправильно, можно или израсходовать слишком много средств, или столкнуться с протечками даже с разрушением отдельных элементов.
- изгибы кровли;
- среднегодовую массу снега;
- неравномерности в ее распределении по скатам в зависимости от крутизны склона и розы ветров;
- ветровой перенос уже упавшего снега;
- сход снежных и ледяных масс, сток жидкой воды вниз;
- аэродинамическую характеристику и парусность конструкции;
- различия в силе воздействия на отдельные точки.
Просчитать все необходимое, притом смоделировав реалистичные ситуации и заложив в проект обоснованный запас прочности – не так просто. Тем более что нужно обратить внимание и на сложение различных нагрузок, на их совокупное действие. Но все же любому заказчику вполне по силам оценить качество работы проектировщиков. Нагрузки, прилагающиеся к стропильным системам, делятся на три ключевые группы: главную, дополнительную и экстремальную.
В главный разряд попадают:
- стабильные факторы – тяжесть кровли и стропильных конструкций, дополнительных устанавливаемых поверх них элементов;
- долговременные воздействия – снег, температура;
- периодически меняющиеся факторы – полные расчеты снеговых и температурных воздействий с учетом всех тонкостей.
Дополнительная группа – это давление, оказываемое ветром, строителями и ремонтниками, гололедом и дождем. К экстремальной категории относятся все чрезвычайные происшествия природного и техногенного характера, которые могут возникнуть в конкретном месте. Их уровень прогнозируется с запасом, чтобы гарантировать исключение неприятных последствий. При расчете каркасной крыши и находящихся под ней конструкций во внимание принимают предельную нагрузку, в случае приложения которой все сооружение рассыпается. Дополнительно приводится показатель или группа показателей, при достижении которых неизбежно появляются различные деформации.
Коэффициент сноса снега отражает то, насколько больше он будет отлагаться на подветренной стороне и перед предметами (частями), которые задерживают поток воздуха. В проблемных местах придется максимально сблизить стропила и основательно просчитать необходимую толщину лицевого материала. Максимально точную оценку всем параметрам можно дать лишь при умножении любых полученных цифр на коэффициенты надежности. Что касается ветра, то развиваемое им усилие направлено на сбрасывание крутых крыш и на подъем с подветренного участка плоской кровли. Нельзя забывать, что воздушный поток воздействует одновременно на фасады и на скаты крыш.
При ударе о фасад воздух распадается на две волны: одна уходит вниз и более интереса не представляет, а другая по касательной нажимает на кровельный свес, стремясь приподнять его. Действие на скат происходит под прямым углом, этот участок вдавливается вглубь. Одновременно формируется завихрение, которое по касательной воздействует на наветренный сектор ската. Этот вихрь обходит конек и начинает создавать подъемную силу уже в приложении к подветренному сегменту. К сведению: при подсчете массы кровли нужно учитывать тяжесть стропил, утеплителей, гидроизоляции и парового барьера.
Стандартная нагрузка на 1 квадратный метр крыши составляет до 50 кг независимо от ее размеров и других значимых обстоятельств. Меняя расстояние от одних стропильных ног до других, можно задавать фактическое распределение нагрузок на них. По мнению большинства специалистов, приемлемыми значениями будут показатели от 60 до 120 см. Но на утепляемой кровле стоит выбирать такие дистанции, которые равны одному листу или рулону утеплительных материалов. Одновременно стоит учитывать, что среди нескольких подходящих вариантов расстановки стропил предпочтительнее тот, что дает оптимальный эффект при минимальном расходе используемых материалов.
При подсчетах нагрузок, переносимых стропилами, всегда смотрят и на то, чтобы они не превышали предельной выносливости кровельного материала. Ведь никакого смысла в таком превышении нет. Если при запланированном воздействии кровля все равно станет прогибаться, говорить о солидном результате нельзя. При расчетах полезная нагрузка от конструкций, соединенных с фермами стропил, подсчитывается соответственно той площади касания, которая нанесена на чертёж. К таким конструкциям относятся камеры вентиляции, потолки мансард и первых этажей, поставленные на крыши водяные резервуары. Кроме величины давления на стропильную систему, подсчитывают и резкость склона кровли.
Угол наклона: значение
На форумах при консультациях специалистов и в профессиональной литературе можно встретить упоминания сразу трех единиц измерения наклона. Кроме привычных и ожидаемых градусов, тут будут и проценты, и соотношения между сторонами. Нередко они уживаются вместе даже в рамках одной публикации или инструкции от производителя кровельных материалов. Но на самом деле ничего загадочного в этом нет, понять суть может любой потребитель. Под углом наклона крыши специалисты понимают тот угол, который возникает на пересечении горизонтали со скатом кровли.
Тупых углов в этом случае быть не может в принципе. Более того, встретить скат круче 50 градусов можно лишь в декоративных элементах, всевозможных башенках. Исключением из общего правила становятся лишь скаты на нижних рядах стропил мансардной кровли. Во всех остальных случаях углы колеблются от 0 до 45 градусов. Относительные пропорции сторон высчитываются как соотношение между высотой ската и его проекцией на горизонталь. Этот показатель равняется для равномерно сконструированной крыши с парой скатов половине пролета.
На односкатной крыше пропорция равна единице, а в более сложных конфигурациях все же придется проводить все расчеты и прикидки самостоятельно, не отталкиваясь от готовых значений. Угол уклона обычно выражают в виде дроби, числитель и знаменатель разделяются двоеточием. Но когда получаемые цифры невозможно округлить до целых чисел, рекомендуется использовать проценты: просто делят одно на другое и увеличивают в сто раз. Плоскими кровлями считаются те, что имеют уклон не более 5 градусов; малым признается уклон 6–30 градусов, а все остальные крыши принято считать крутыми. Плоская конструкция радикально увеличивает полезную площадь и довольно устойчива к ветру, но потребуется чистить ее от снега вручную и усиливать гидроизоляцию до предела. Уклон обязательно сообразуется с конкретным материалом, причем необходимые значения можно найти в инструкциях от производителя. Чтобы рассчитать даже самые сложные и причудливые конфигурации крыш, их разбивают мысленно на треугольники и в каждом подсчитывают угол особо.
Шаг, длина и сечение стропил
Когда стало понятно, какая длина скатов, какие углы, образуемые этими скатами с горизонтальной плоскостью, настало время заняться собственно просчетом стропил. Если каркас крыши сделан из бруса 5х15 см под металлочерепицу, монтажный шаг колыхается от 0,6 до 0,8 м. По мере роста крутизны уклона, промежуток тоже увеличивается. Если крыша наклонена под 45 градусами, требуется ставить стропила через каждые 800 мм, а для скатов по 75 градусов можно добавить еще 200 мм.
Следующий важный параметр – это длина стропил. Она тесно связана с шагом: если блоки делаются длинными, их максимально сближают, а при укорочении единичной детали - раздвигают. При подсчете шага обрешетки исходят из вида положенной сверху черепицы и из того, что на каждом скате следует раскладывать целое число рядов. Если получается дробь, лучше округлить, уменьшить или увеличить немного показатель. Стропильные ножки под металлочерепицей, сечение которой составляет 15х5 см, колеблются от 65 до 95 см. Нельзя увеличивать шаг при сечении обрешетки 3х5 см.
Чтобы утеплитель лучше проветривался, в районе верхней кромки стропил готовятся ряды отверстий диаметром 1–1,2 см. Рядовые стропила под профнастилом идут через каждые 0,6–0,9 м. Когда расстояние превышает поневоле этот показатель, придется ставить поперек хода монтажа обрешетку со значительным сечением. Обрешетка под профнастилом собирается из досок габаритами 3х10 см, которые ставятся с интервалом от 0,5 м. Подсчитывать интервал нужно сообразно высоте и толщине материалов.
При всех выявившихся недостатках шифера, он остается широко востребованным. Под шиферной кровлей монтируются стропила сечением 5х10–15 см, отдаленные друг от друга на 60–80 см. Чаще всего рекомендуется среднее расстояние, которое составляет 0,7 м. Паузы между частями обрешетки вычисляют сообразно крутизне материала. На сравнительно пологих участках опора на 4 куска дерева оправдывает себя. Если кровля делается круче, ставят 3 бруска, отделяемые 63–65 см.
Нельзя забывать, что из-за ответственности стропильной системы лучше оставить резерв прочности, нежели сделать неоправданно слабый тип стропил. Для их изготовления применяют брус, высушенный максимум до 15%. Заменой брусу может послужить не обрезная доска той же сухости. Под керамическую черепицу используют обрешетку из бруса 5х5 см. В намеченных согласно рассчитанному расстоянию местах применяют гвозди для шифера или простые саморезы.
Монтаж: технология
Строительство крыши подразумевает использование стандартного круга плотницких инструментов и электрической дрели. Если используются металлические конструкции, потребуется болгарка для точной нарезки. Помните, что обрабатывать ею металлочерепицу или профнастил нельзя, это может привести к повреждению материала. Шатровая крыша без стоек делается при помощи затяжек, которые усиливают сооружение.
В вальмовом варианте приходится укреплять прогоны, идущие по диагонали. На них отводят спаренные доски и особо крепкий брус. Точки соединений всегда имеют подпорку (стойку), а главная опора ставится примерно в четверти длины, отделяющей крупные стропила от конька. Под фронтонами на двускатной кровле всегда делают стропила меньшей длины. А вот под основной частью четырехскатной конструкции могут ставиться крайне длинные детали, даже больше 7 м. Чтобы они держались надежно, применяют либо стойку, переводящую напряжение на перекрытие, либо шпренгель.
Первым шагом при создании стропил под ломаной кровлей оказывается формирование опорного комплекса в виде буквы П. Он опирается на балки перекрытий и удерживается стропильными ножками. Далее, ставят три или более прогона, два из них выводят на углы каркаса, а остальные располагают в середине перекрытия. Завершающим шагом при стропиловке оказывается закрепление ножек. Стропильные системы желательно делать по шаблону – соединить две доски, которые по длине совпадают со стропилами, и приколотить друг к другу гвоздем. Шаблон ставят краями в точки присоединения стропильных ножек и фиксируют его при помощи поперечины.
Дополнительный шаблон (на этот раз фанерный) поможет сделать монтажная пила. Фермы присоединяют к мауэрлату, начиная с крайних. Чтобы не напутать с точкой крепления конька, верхушки этих ферм связывают прямой веревкой. Массивность затяжек по мере приближения к коньку возрастает. Если стропильные элементы крепятся болтами, стоит применять шайбы или пластины. Это не даст гайкам углубляться в дерево.
Как установить стропилы своими руками, смотрите в видео ниже.
Проектируя любое жилое строение, архитекторы особое внимание уделяют крыше, так как она выполняет не одну, а сразу несколько функций, в зависимости от ее конструктивных особенностей. Нужно сказать, что далеко не всех будущих домовладельцев удовлетворяет обычная двухскатная крыша, хотя ее можно назвать самой надежной, так как она имеет всего две скатные плоскости и один стык между ними. Многих привлекают более сложные конструкции, которые добавляют строению особую привлекательность и оригинальность. Другие, более практичные домовладельцы, предпочитают мансардные конструкции, которые одновременно способны выполнять роль кровли и второго этажа.
Основой любой крыши является индивидуальная стропильная система, имеющая свои конструктивные особенности. Сделать выбор нужного каркаса крыши будет значительно проще, если заранее разобраться какие же виды и схемы стропильных систем используются в строительной практике. После получения подобной информации станет более понятно, насколько сложны такие конструкции в монтаже. Особенно это важно знать, если каркас для крыши предполагается возводить самостоятельно.
Основные функциональные задачи стропильных систем
При обустройстве скатных конструкций крыш, стропильная система является каркасом для покрытия и для удержания материалов «кровельного пирога». При грамотном монтаже каркасной конструкции будут создаваться необходимые условия для правильной и неутепленных типов кровель, защищающих стены и внутреннее пространство дома от различных атмосферных воздействий.
Кровельная конструкция также всегда является завершающим архитектурным элементом экстерьерного оформления строения, своим видом поддерживая его стилистическое направление. Тем не менее, конструктивные особенности стропильных систем в первую очередь должны соответствовать требованиям прочности и надежности, которым должна соответствовать крыша, и лишь затем уже – эстетическим критериям.
Каркас стропильной системы формирует конфигурацию и угол наклона крыши. Эти параметры во многом зависят от природных факторов, характерных для конкретного региона, а также от желания и возможностей домовладельца:
- Количество осадков в разные периоды года.
- Направление и средняя скорость ветра в местности, где будет возводиться постройка.
- Планы по применению пространства под крышей – обустройства в нем жилых или нежилых помещений, или же использования его лишь в качестве воздушной прослойки для термоизоляции расположенных ниже помещений.
- Разновидность планируемого материала кровельного покрытия.
- Финансовые возможности домовладельца.
Атмосферные осадки и сила потоков ветра дают весьма чувствительную нагрузку на строение кровли. Например, в регионах с обильными снегопадами не стоит выбирать стропильную систему с небольшим углом наклона скатов, так как снеговые массы будут задерживаться на их поверхности, что может привести к деформации каркаса или кровельного покрытия или к протеканиям.
Если же местность, где будет производиться стройка, славится своими ветрами, то лучше выбирать конструкцию с небольшим уклоном ската, чтобы случающиеся резкие порывы не сорвали отдельных элементов крыши и кровли.
Основные элементы конструкции крыши
Детали и узлы стропильных систем
В зависимости от выбранного вида стропильной системы, используемые элементы конструкции могут значительно разниться, однако, существуют детали, которые присутствуют и в простых, и в сложных системах крыш.
К основным элементам стропильной системы скатной крыши относятся:
- Стропильные ноги, формирующие скаты кровли.
- - деревянный брус, закрепляемый на стенах дома и служащий для фиксации на нем нижней части стропильных ног.
- Конек - это стык каркасов двух скатов. Он обычно является самой высокой горизонтальной линией крыши и служит опорой, на которой закрепляются стропила. Конек может быть сформирован стропилами, скрепленными между собой под определенным углом или же зафиксированными на коньковой доске (прогоне).
- Обрешетка - это рейки или брус, монтируемые на стропила с определенным шагом и служащие основой для настила выбранного кровельного материала.
- Подпорные элементы, куда можно отнеси лежни, прогоны, стойки, подкосы, стяжки и другие детали, служат для повышения жесткости стропильных ног, поддержки конька, связывания отдельных деталей в общую конструкцию.
Кроме упомянутых деталей конструкции, в нее могут быть включены и другие элементы, функции которых направлены на упрочнение системы и оптимальное распределение нагрузок крыши на стены строения.
Стропильная система подразделяется по нескольким категориям в зависимости от разных особенностей своей конструкции.
Чердачное пространство
Прежде чем перейти к рассмотрению разных видов крыш, стоит разобраться, каким может быть чердачное пространство, так как многие собственники с успехом используют его в качестве хозяйственных и полноценных жилых помещений.
Конструкцию скатных крыш можно разделить на бесчердачные и чердачные. Первый вариант называется именно так оттого, что пространство под крышей имеет небольшую высоту и используется только в качестве утепляющей сверху помещения здания воздушной прослойки. К таким системам обычно относится или же имеющая несколько скатов, но расположенных под очень незначительным углом.
Чердачная конструкция, имеющая достаточно большую высоту конька, может использоваться по-разному, быть утепленной и неутепленной. К таким вариантам можно отнести мансардный или же двухскатный вариант. Если выбирается кровля с высоким коньком, то в обязательном порядке необходимо учитывать ветровые нагрузки в регионе, где выстроен дом.
Уклон скатов
Чтобы определить оптимальный наклон скатов крыши будущего жилого строения, в первую очередь нужно присмотреться к уже выстроенным малоэтажным соседским домам. Если они стоят уже не один год и стойко выдерживают ветровые нагрузки, то их конструкцию смело можно брать за основу. В том же случае, когда владельцами поставлена цель создать эксклюзивный оригинальный проект, непохожий на стоящие рядом постройки, необходимо ознакомиться с конструктивными и эксплуатационными особенностями различных стропильных систем и произвести соответствующие расчеты.
Следует учитывать, что от того, насколько велик уклон скатов крыши, зависит изменение касательных и нормальных значений силы ветра — чем круче угол наклона, тем большее значение имеют нормальные силы и меньше касательные. Если крыша пологая, то на конструкцию больше влияет касательная нагрузка ветра, так как увеличивается подъемная сила с подветренной стороны и уменьшается с наветренной.
Зимняя снеговая нагрузка тоже должна быть учтена при проектировании кровли. Обычно этот фактор рассматривается в комплексе с ветровой нагрузкой, так как с наветренной стороны снеговая нагрузка будет гораздо ниже, чем с подветренного ската. Кроме этого, на скатах существуют места, где обязательно будет собираться снег, давая большую нагрузку на эту область, поэтому ее следует укрепить дополнительными стропилами.
Уклон скатов крыш может варьироваться от 10 до 60 градусов, и он должен быть выбран не только с учетом консолидированной внешней нагрузки, но и в зависимости от кровельного покрытия, которое планируется использовать. Этот фактор учитывается потому, что кровельные материалы различаются по своей массе, для их закрепления требуется различное количество элементов стропильной системы, а значит, будет разниться и нагрузка на стены дома, и насколько она будет большой, тоже зависит от угла уклона крыши. Немаловажное значение имеют и особенности каждого покрытия по сопротивляемости проникновению влаги – многим кровельным материалам в любом случае необходимо тот или иной уклон для обеспечения свободного схода ливневой воды или тающего снега. Кроме этого, выбирая уклон крыши, нужно заранее продумать то, как будет осуществляться процесс очистки и ремонтных работ на кровле.
Планируя тот или иной угол скатов крыши нужно знать, чем меньше стыков между листами покрытия, и чем они герметичнее, тем меньше можно делать уклон ската, конечно, если не предполагается устроить в чердачном пространстве жилое или хозяйственное помещение.
Если же для покрытия кровли используется материал, состоящий из небольших элементов, например, керамическая черепица, то уклон скатов нужно делать достаточно крутым, чтобы вода никогда не задерживалась на поверхности.
Учитывая вес кровельного материала, нужно знать – чем тяжелее покрытие, тем угол скатов должен быть больше, так как в этом случае нагрузка правильно распределится на стропильную систему и несущие стены.
Для покрытия крыши могут быть использованы следующие материалы: или профильный лист, оцинкованная сталь, волнистые асбестобетонные и битумно-волокнистые листы, цементная и керамическая черепица, рубероид, мягкая кровля и другие кровельные материалы. Ниже на иллюстрации показаны допустимые углы крутизны скатов для различных типов кровельных покрытий.
Базовые конструкции стропильных систем
В первую очередь стоит рассмотреть базовые виды стропильных систем относительно расположения стен дома, которые применяются во всех конструкциях крыш. Базовые варианты разделяют на наслонную, висячую, а также комбинированную, то есть включающую в свою конструкцию элементы и первого, и второго типа систем.
крепления для стропил
Наслонная система
В постройках, где предусмотрены внутренние несущие стены, чаще устанавливается наслонная стропильная система. Монтировать ее гораздо проще, чем висячую, так как внутренние несущие стены обеспечивают для ее элементов надежную опору, а кроме того, для этой конструкции потребуется меньшее количество материалов.
Для стропил в этой системе определяющей опорной точкой является коньковая доска, на которой они и закрепляются. Безраспорный вид наслонной системы может быть обустроен в трех вариантах:
- В первом варианте верхняя сторона стропил фиксируется на коньковой опоре, называемой скользящей, а нижняя их сторона закрепляется путем врубки к мауэрлату. Дополнительно стропила в нижней части фиксируется к стене с помощью проволоки или скоб.
- Во втором случае стропила в верхней части подрезаются под определенным углом и соединяются между собой при помощи специальных металлических пластин.
Нижний же край стропильных ног крепится к мауэрлату подвижными креплениями.
- В третьем варианте стропила жестко скрепляются в верхней части брусками или обработанными досками, расположенными горизонтально, параллельно друг другу с обеих сторон соединенных под углом стропил, а между ними защемляется коньковый прогон.
В нижней части для закрепления стропил, так же, как и в предыдущем случае, применяются скользящие крепления.
Необходимо пояснить, почему для фиксации стропил на мауэрлате часто используются именно скользящие крепления. Дело в том, что они способны избавить несущие стены от излишнего напряжения, так как стропила не зафиксированы жестко, и при усадке строения они имеют возможность сдвигаться, не деформируя при этом общей конструкции кровельной системы.
Этот вид крепления применяется только в наслонных системах, что также отличает их от висячего варианта.
Однако в некоторых случаях для наслонных стропил применяют распорную систему, в которой нижний конец стропил жестко фиксируется к мауэрлату, а чтобы снять нагрузку со стен в конструкцию встраиваются затяжки и подкосы. Этот вариант и называется комплексным, так как включает в себя элементы наслонной и висячей системы.
Конструкция крыши
Любая малоэтажная жилая постройка строится так, чтобы при минимальных затратах материалов получить большой срок ее службы и максимум полезного пространства. С этой точки зрения особый интерес представляют собой чердачные помещения, позволяющие удвоить полезную площадь без каких-либо дополнительных изменений. С другой стороны, конструкция крыш, стропильные системы которых рассчитаны на создание жилой мансарды, будет более сложной.
Сегодня при строительстве загородных домов используется несколько видов крыш:
- Односкатные. Это самый простой вариант, поскольку здесь часто можно обойтись без конькового бруса и даже без ряда других элементов, обязательных в других случаях. Обычно подобные решения используются при строительстве подсобных помещений, пристроек и гаражей, однако они подходят и для жилых домов, имеющих небольшую площадь.
Крыши данного типа являются одними из самых экономичных. Они требуют минимального количества кровельного материала и древесины, которая используется для стропильных конструкций.
- Двухскатные. Это – второй по сложности создания тип крыши, поскольку здесь требуется выполнить лишь два ската, да и стропильная система, как правило, ничем особенным не отличается. Крыши такого типа являются одними из самых популярных в современном загородном строительстве, поскольку, несмотря на свою простоту, отлично справляются с ветровой и снеговой нагрузкой, а также подходят для создания мансарды.
- Четырехскатные. К данной категории относятся вальмовые, шатровые и ломаные крыши. В последнем случае стоит оговорить, что речь идет о разновидности двускатной кровли, которая за счет излома получила четыре ската. Подобные сооружения сложнее чем два предыдущих варианта, однако и эстетичность постройки вместе с ними выше.
- Щипцовые и многоскатные. Сложные узлы крепления стропил, специальная технология устройства и необходимость в тщательном расчете – причины, по которым такие крыши возводят лишь профессионалы. Самостоятельно попробовать построить что-то такое конечно можно, но лишь в том случае, если вы являетесь специалистом в данной области.
Выбор типа крыши зависит от особенностей климата в данном регионе и ветровой нагрузки. Второй момент – это угол наклона скатов, который зависит от расположения постройки, наличия рядом массивов зданий или деревьев и климата.
Угол наклона скатов
Идеальный вариант для любой крыши – это такая конструкция, которая потребует минимального внимания владельца. Как правило, привлекательными являются самоочищающиеся крыши, поскольку они позволяют не беспокоиться о том, что скапливается большое количество снега.
Накоплением снега нельзя пренебрегать, поскольку его масса после интенсивного снегопада может составлять до 200 кг на м2, а значит, только очень прочные стропила выдержат подобный вес.
Альтернативой является устройство оригинальной крыши по типу альпийских домиков, имеющих очень большой наклон скатов, опускающихся часто почти до земли. Нужно отметить, что для получения эффекта удаления снега потребуется угол в 45 градусов. В этом случае осадки будут скатываться по покрытию под собственным весом.
С другой стороны увеличение наклона скатов приводит к повышенному расходу кровельных и строительных материалов. Более того, если мансарду планируется строить, то и утеплитель обойдется дорого, ведь чем больше высота конька, тем выше расход этого материала. Кроме стоимости скатной крыши на выбор наклона влияет ее вид. Для неэксплуатируемых кровель не требуется использовать большое количество утеплителя, однако и повышение угла наклона себя не всегда оправдывает.
Основным признаком неэксплуатируемой крыши является другая схема стропильной системы и отсутствие зазора между перекрытием и внешней защитной конструкцией. Обычно это плоские кровли или те, которые имеют очень малый наклон. Их главный недостаток заключается в том, что при интенсивных снегопадах могут образовываться сугробы, которые не только создадут нагрузку на перекрытие, но и устроят «наводнение» во время оттепели.
Тип кровельного материала потребуется определить заранее, поскольку он должен учитываться при расчете угла наклона стропил. Обычно для многощипцовых конструкций выбираются гибкие материалы и битумные покрытия. Например, металлочерепица, профнастил или оцинкованное железо. Другие варианты, такие как шифер или черепица лучше подходят для крыш, имеющих простую конфигурацию.
Классическая черепица сегодня используется редко, поскольку она требует достаточно большого угла наклона скатов, находящегося в пределах от 30 до 60 градусов.
Битумные материалы могут использоваться даже при малых углах наклона (от 8 градусов), а предельная для них величина составляет 18 градусов. Металлочерепица и асбоцементные листы применяются при углах от 14 до 60 градусов. На рассмотрении кровельных материалов мы не будем останавливаться подробно, поскольку данный вопрос уже освещен на нашем сайте.
Распорные и безраспорные наслонные стропила
Это два типа стропил, один из которых выбирают с учетом формы дома, крыши и размеров будущей конструкции. Наслонные стропила – это вариант, подходящий для односкатных или двухскатных крыш. Главная их особенность заключается в том, что используется две точки опоры. С одной стороны стропильная нога опирается на конек крыши, а с другой – на стену дома.
Безраспорные наслонные стропила монтируются таким образом, чтобы избежать распирающего давления на стену дома. Обычно стропильные конструкции крыши создаются с использованием одного из следующих вариантов:
- Стропильная нога упирается в мауэрлат. Она подшивается бруском и фиксируется за счет врубки зубом. Кроме того выполняется дополнительная страховка проволокой. Верхняя часть бруса монтируется на коньковый прогон. Крепление производится с использованием принципа скользящей опоры.
- Низ стропила крепится за счет использования подвижного соединения. В качестве точки монтажа может использоваться не только мауэрлат, но и штучные бруски. Верхняя же часть фиксируется болтом, гвоздями или другим способом после того, как будет уложена на коньковый прогон.
- Третий вариант предполагает установку наслонных стропил с жестким креплением к прогону. Здесь могут использоваться гвозди, шпильки или другой крепеж.
Если толщина стропил, которая была выбрана первоначально, окажется недостаточной, то в процессе работ можно использовать подпорки, которые монтируются под слишком длинные элементы в тех местах, где ожидается максимальный прогиб.
Распорные стропила Наслонные стропила бывают распорными. В этом случае предполагается создание такой конструкции, где на стены дома будет передаваться распирающее усилие. Способ монтажа в этом случае тот же, что и в предыдущем, однако крепление стропильных ног выполняется неподвижным, поэтому вся система получит внутреннее напряжение. Стоит сказать, что подобный вариант является переходной схемой, разделяющей безраспорные наслонные стропила и висячие.
Висячие стропила
Такая конструкция стропильной системы будет идеальной в том случае, когда необходимо перекрывать большие пролеты, протяженность которых превышает 7 м. В такой ситуации есть только одна точка опоры для стропильной ноги – стена. Верхняя же часть бруса соединяется со встречным элементом, расположенным на другом скате. Вариантов стыков используется несколько: вполдерева, прорезным шипом, металлическими пластинами.
Чтобы стропильные ноги были надежно зафиксированы необходимо соединить их с помощью затяжки. Обычно – это прочная балка, которая крепится к нижней части данных элементов. Конечно, её можно расположить и выше, однако в этом случае нагрузка будет расти, а значит, потребуется увеличивать и вес балки. В такой ситуации может использоваться один из следующих вариантов монтажа стропильных ног:
- Стропильная нога соединяется с мауэрлатом с помощью дополнительного запила и надежно удерживается с помощью гвоздей. Второй вариант предполагает использование металлических уголков. Затем верхние части стропил соединяются встык, а нижние удерживаются затяжкой. В данном случае верх стропильных ног может прижиматься и к коньковому прогону, который будет опираться на бабки.
- Затяжки устанавливаются так, что пятки стропильных ног упираются вырубленным зубом в края затяжек, которые, в свою очередь, крепятся к мауэрлату. Верхние части стропил удерживаются с деревянными накладками.
- На роль затяжек могут выбираться балки перекрытия. В этом случае их концы должны выноситься за пределы стен не менее чем на 55 см. Вырубка гнезда для зуба выполняется не ближе 25-40 см от края стены.
- В домах из бревен крепление стропильной ноги производится на верхний венец через соединение шип-гнездо. Могут также использоваться специальные металлические крепления, например ползунки, салазки и т.д. Последний вариант позволят элементам конструкции двигаться и избежать возникновения дополнительных напряжений.
Сами затяжки могут представлять собой цельные балки или составные элементы. Сращивание брусков производится любым удобным способом, например косым зубом, внахлест и т.д. Установка затяжек может выполняться не только на уровне пяток стропил, но и в любом другом месте.
Если используются стропила для крыши, размеры которых более восьми метров, то мы рекомендуем создавать конструкцию из бабки и подкосов, а также применять стойки и ригели, которые способствуют повышению надежности стропильной системы.
Стропила для разных видов крыш
Наиболее простым вариантом является конструкция односкатной крыши, стропила которой упираются на стены здания. Длина данных элементов не может превышать 4.5 метров, но существует и решение для перекрытия больших площадей. В таком случае рекомендуется применять подпорки или стойки, которые будут удерживать протяженную конструкцию.
Большинство двускатных крыш похожи друг на друга как близнецы, однако их внутреннее строение может сильно отличаться. Сегодня используют четыре варианта:
- Применяют коньковый прогон, на который опираются ноги стропил. Скаты усиливаются за счет использование подстропильных ног, а прогон удерживается стойками. Сами стойки устанавливаются на лежень. Ширина крыши такого типа может достигать 10 м.
- Второй вариант предполагает использование подстропильных ног, нижние части которых упираются в стойку конькового прогона, а верхние в схватку (затяжку), соединяющую стропильные ноги ближе к коньку. В этом случае ширина крыши увеличивается до 14 м.
- Коньковый прогон отсутствует. Его заменяет брус, расположенный под одним из скатов. Кроме того, используется затяжка, подстропильные ноги и стойка, опирающаяся на лежень. Углы наклона подстропильных ног варьируются в пределах от 45 до 53 градусов. Данный вариант по сравнению с предыдущим не дает особого выигрыша в ширине крыши, однако подходит в том случае, когда опорная стена расположена не по центру постройки, а смещена в сторону.
- В том случае, когда требуется покрыть широкие постройки, могут применяться симметричные конструкции, использующие два прогона, расположенных параллельно под стропильными ногами скатов. Такие двускатные крыши предполагают использование двух затяжек, верхняя из которых соединяет стропила, а нижняя – стойки и подстропильные ноги. Ширина конструкции в этом случае может достигать 16 м.
Расстояние между стропилами выбирается с учетом их длины и сечения. Например, для сечения 40х150 мм необходим шаг 60 см, для 50х150 – 90 см, а для 100х150 – 215 см.
Вальмовая крыша – это еще один распространенный сегодня вариант, который хорошо зарекомендовал себя для загородных домов. Она отличается тем, что не имеет фронтонов, место которых занимают дополнительные скаты – вальмы. В общем случае конструкция предполагает наличие прогона, и обычных стропил на основных скатах и вальмовых стропил на боковых. Вальмовые стропила опираются на длинные диагональные элементы, где стыкуются с верхними частями обычных стропильных ног. Для таких крыш рекомендуется использовать усиленную обвязку.
Ломаная крыша завершает список, поскольку имеет достаточно сложную конструкцию. Здесь используется способ, предполагающий создание каркаса для стропильных ног, состоящего из горизонтального бруса и вертикальных стоек, после чего производится установка остальных элементов. Верхняя перекладина П-образного каркаса выступает в роли перекрытия мансарды, но на нее опирается и стойка конька.
Расстояние между стропилами стропильной системы в этом случае следует выбирать с учетом нагрузки действующей на крышу, толщины используемого бруса и угла наклона скатов.
Выше были рассмотрены основные вопросы, касающиеся устройства стропильной системы для различных видов крыш, поэтому данный материал может использоваться в качестве краткого пособия, позволяющего быстрее разобраться в вопросах строительства кровли.
