Стропильные системы — виды и схемы

Расчёт стропильной системы

На стропила ложится основная нагрузка, связанная с весом кровли, давлением ветра и снега. Для обеспечения длительной и безаварийной эксплуатации крыши на этапе её проектирования необходимо сделать точные расчёты этих нагрузок, определить прочностные характеристики стропил, их сечение, длину, количество, а также объём материала, требующегося для обустройства кровельного каркаса. Все вычисления можно сделать самостоятельно.

Снеговая нагрузка

Нагрузка от давления снега рассчитывается по формуле S =μ ∙ Sg, где:

• S — искомое значение нагрузки;
• μ — коэффициент, определяемый уклоном крыши (чем больше уклон, тем меньше этот коэффициент, так как снег будет сходить лучше, поэтому его давление будет меньше);
• Sg — норма давления снега в конкретном районе страны (кг/м2), вычисляемая по результатам многолетних наблюдений.

Для определения коэффициента μ необходимо знать угол наклона ската. Бывает так, что задана ширина и высота крыши, а угол наклона неизвестен. В этом случае его нужно вычислить по формуле tg α = H/L, где H — высота конька, L — половина ширины здания (по фронтонной стороне), tg α — тангенс искомого угла. Далее значение самого угла берётся из специальных таблиц.

Угол наклона крыши вычисляется из прямоугольного треугольника, образованного высотой до конька и половиной длины фронтонной стены

Значение угла наклона ската по его тангенсу

Предположим, что дом имеет ширину 8 м и высоту в коньке 2,32 м. Тогда tg α = 2,32/4 = 0,58. По таблице находим, что α = 30o.

Коэффициент μ определяется по следующей методике:

• при углах уклона ската до 25о μ = 1;
• для углов от 25 до 60о μ = 0,7;
• для более крутых скатов μ = 0, т. е. снеговая нагрузка не учитывается.

Таким образом, для рассматриваемого строения μ = 0,7. Значение Sg выбирается исходя из расположения региона, в котором ведётся строительство, на карте снеговых нагрузок.

Карта снеговых нагрузок позволяет определить давление снега на кровлю в различных районах России

Определив на карте номер региона, можно найти величину нормативной снеговой нагрузки.

Предположим, что наш дом находится в Московской области. Это третий район по карте снеговых нагрузок. Sg здесь равно 180 кг/м2. Следовательно, полная нагрузка на кровлю дома составит S = 0,7 ∙ 180 = 126 кг/м2.

Ветровая нагрузка

Нагрузка, связанная с ветровым давлением, зависит от района строительства, высоты дома, характеристик местности и уклона крыши. Она считается по формуле Wm = Wо ∙ К ∙ С, где:

• Wо — нормативное значение ветрового давления;
• К — коэффициент, учитывающий изменение давления ветра на высоте;
• С — аэродинамический коэффициент, учитывающий форму крыши (с пологими или крутыми склонами).

Нормативное значение давления ветра определяем по карте ветровых нагрузок.

Карта ветровых нагрузок позволяет определить давление ветра на кровлю в различных районах России

По уровню ветровых нагрузок Московская область находится в первой зоне. Поэтому нормативное значение ветрового давления Wо равно 32 кг/м2.

Значение К определяем по специальной таблице. Чем выше дом и чем более открытой является местность, на которой он построен, тем больше величина К.

Коэффициент, учитывающий ветровое давление на высоте

Возьмём среднюю высоту дома — от 5 до 10 м, а местность будем считать закрытой (на такой местности в основном и производится загородное строительство). Значит, коэффициент K в нашем случае будет равен 0,65.

Аэродинамический коэффициент может изменяться от -1,8 до 0,8. Отрицательный коэффициент означает, что ветер старается приподнять крышу (обычно с пологими склонами), положительный — опрокинуть (с крутыми склонами). Для надёжности возьмём максимальное значение этого коэффициента, равное 0,8.

Таким образом, общая ветровая нагрузка на рассматриваемый нами дом будет равна Wm = 32 ∙ 0,65 ∙ 0,8 = 16,6 кг/м2.

Крепеж для стропильной системы

Для создания надёжных креплений стропил двускатной крыши применяют монтажные детали, изготовленные из стали, алюминиевых сплавов и других металлов. Они имеют различную конфигурацию, размеры и выполняют определённую функцию в узлах соединений деревянных элементов.

Важно. Применение металлического крепежа равномерно распределяет нагрузки и позволяет избежать разрушительных деформаций внутри деревянных конструкций.

Виды крепежа можно представить следующим списком:

• перфорированные пластины и уголки;
• держатели;
• монтажная лента;
• декоративные накладки.

Перфорированные пластины и уголки

Монтажные элементы с множеством отверстий используют для скрепления деревянных деталей, как в одной, так и в двух перпендикулярных плоскостях. Пластины в плане могут быть в виде прямоугольника, литеры «Т» или литеры «Z», либо другой формы. Пластины легко гнутся, что удобно для сопряжения древесных деталей под углом. Их легко кроить ножницами по металлу.

Уголками соединяют деревянные конструкции под прямым углом. Для скользящих узлов крепления висячих стропил к мауэрлату применяют уголки с петлёй, в которой находится крепёжная планка.

Держатели

Монтажные изделия предназначены для соединения деревянных конструкций в перпендикулярных плоскостях. Крепёж фиксируют саморезами или шурупами с помощью шуруповёрта. На нижнем фото представлен один из вариантов крепежа.

Монтажная лента

Перфорированная оцинкованная стальная лента, имея небольшую толщину, способна выдерживать нагрузки в десятки, а то и сотни килограммов.

Обратите внимание. Её используют, как вспомогательный фиксатор в сложных узлах крепления деревянных конструкций.

Ножницами по металлу легко нарезать ленту на нужные отрезки.

Декоративные накладки

Ими закрывают швы соединений бруса и досок. Фасонные пластины различной формы и окраски применяют, как внутри деревянных домов, так и снаружи на их фасадах.

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.

Расчет

Перед началом работ нужно сделать расчет конструкции. Вычислять сечения всех элементов не имеет смысла. В большинстве случаев их можно принять конструктивно:

• мауэрлат — 150х150 мм;
• стойки — 100х150 или 100х100 мм в зависимости от сечения стропил;
• подкосы — 100х150 или 50х150 мм с учетом удобства соединения со стропилами;
• затяжки — 50х150 мм с двух сторон;
• прогоны — 100х150 или 150х50 мм;
• накладки толщиной от 32 до 50 мм.

Расчет обычно выполняют только для стропильных и накосных ног. Требуется подобрать высоту и ширину сечения. Параметры зависят от:

• материала кровельного покрытия;
• снегового района;
• шага стропил (подбирается так, чтобы было удобно укладывать утеплитель, для минеральной ваты между элементами в свету должно оставаться 58 см);
• пролета.

Подобрать сечение стропил можно с использованием общих рекомендаций. Но в этом случае рекомендуется делать небольшой запас.

Расчет обычно выполняют для стропильных ног

Если не хотите вникания в тонкости вычислений, можно воспользоваться специальными калькуляторами.

Если вы предполагаете сделать теплую крышу, то высоту сечения ног подбирают с учетом толщины утеплителя. Смонтировать его нужно так, чтобы он не выступал выше несущих балок. Также нужно учесть, что для минеральной ваты делается вентиляционный зазор 2—4 см между ней и покрытием. Если высоты стропил для этого недостаточно, предусматривается установка контробрешетки (контррейки).

Правильный состав теплого пирога

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.

Советы

Чаще всего советуют обработать дерево алкидной эмалью. При выборе других антисептиков надо интересоваться антисептическими характеристиками. По возможности следует заранее вымочить древесину в выбранном составе. Покрытия наносят послойно с получасовыми интервалами. К сведению: не все антисептики рассчитаны на влажность дерева свыше 20%.

Как устанавливать стропила, смотрите далее.

Особенности

Двускатная крыша, в отличие от односкатной, нуждается в более детальном расчёте, так как по её средней линии (и не только) эти скаты держатся друг на друге, разграничивая и уравновешивая нагрузку от своего реального веса. Стропильно-двускатная конструкция – доски, отрезки бруса и отдельные балки отличной друг от друга формы и площади поперечного сечения. Для монтажа применяют преимущественно хвойный брус (например, сосновый) – в отличие от лиственницы, он выдерживает заметно большие нагрузки. Этот брус со стороной 15 см (квадратного сечения) укладывают вдоль каждой из несущих стен строения. Крепление достигается при помощи анкеров, стержней с «саморезной» резьбой и шпилек диаметром от 16 мм. Это и есть мауэрлат – он передаёт равномерную нагрузку от стропил к стенам постройки.

Устанавливать стропильные балки двускатной крыши непосредственно на стены – особенно на пеноблочные, газосиликатные – нельзя.

Фото стропильных систем

Части конструкции

Схема стропильной системы включает в себя множество элементов. Чтобы понимать чертежи и правильно воспринимать информацию, нужно знать хотя бы основные из них. Итак, из чего состоит крыша?

Конек, карниз и скаты — основная часть крыши

В первую очередь – это конек, карниз и скаты. Эти элементы являются основными частями. Конек — это самая верхняя часть конструкции. Карниз или свес — нижняя. Скаты — это наклонные поверхности, которые располагаются между коньком и карнизом.

Возведение стропильной системы требует знания несущих элементов. К таким относятся:

• Мауэрлат — брус, который укладывают по обрезу стен здания. Мауэрлат нужен, чтобы равномерно передать нагрузку от стропильных ног, которые опираются точечно. Обычно для его изготовления используют брус размерами 150х150 мм или 200х200 мм (для больших зданий).
• Стропильные ноги представляют собой наклонные балки, которые передают нагрузку от собственного веса крыши, снега и ветра на мауэрлат. Такие балки обычно устанавливаются от конька до карниза. Но при возведении вальмовой крыши появляются элементы, которые имеют только одну из указанных точек. Их опирают на конек или на карниз. Такие детали называют нарожниками. Они обычно имеют такое же сечение, как и стропила. По сути, нарожники — это обрезанные с одной стороны стропильные ноги.
• Прогон — балка, на которую опираются элементы крыши. Прогон может быть установлен под стойки. Еще один вариант — коньковый прогон (ригель). На него опираются стропила в верхней точке. Сечение прогона зависит от его пролета, обычно принимается 200х200 мм.
• Накосные ноги нужны только для вальмовых крыш. Они представляют собой диагональные стропила, опирающиеся на мауэрлат по углам. Сечение принимается увеличенным, обычно 150х200 или 100х200 мм.
• Конструкция деревянной крыши предполагает наличие затяжек, подкосов и стоек. Они предназначены для того, чтобы уменьшить нагрузку на основные элементы. При строительстве дома своими руками важно помнить, что стойки нельзя опирать на пролет перекрытия. Установка возможна только на нижележащие стены или на прогоны, перекинутые между стенами. Монтировать такие элементы на перекрытие можно только в том случае, если оно рассчитано на такую нагрузку и усилено в нужной зоне.
• Обрешетка нужна для того, чтобы сделать основание под покрытие. Для металлочерепицы и фальцевой кровли обрешетка может быть разреженной из досок толщиной 32—40 мм. Для битумной черепицы нужно сплошное основание из досок толщиной 25—32 мм или влагостойкой фанеры.
• Для того чтобы сделать вылет карниза, устанавливают кобылки. Они становятся продолжением стропил. Крепление кобылки к стропилу выполняется на длину минимум 1 м. Сечение элемента обычно принимается 50х100 мм.

Несущие элементы вальмовой крыши

Еще один элемент стропильной системы — ферма. Это цельная конструкция, которая состоит из стропил, затяжек, подкосов и стоек, жестко соединенных между собой. Ферма имеет треугольную форму, а внутри разбита на несколько более мелких треугольников, что обеспечивает ей хорошую устойчивость.

https://youtube.com/watch?v=ZsFJT5C9NCU%3Ffeature%3Doembed

Как сделать?

При обустройстве стропильных систем своими руками весьма важно правильно определить параметры используемых материалов.

Критически важен размер досок. Нельзя использовать доску менее 5х15 см.

Крупные пролеты предполагают еще более массивные элементы. Для небольших хозяйственных построек толщина 3,5 см вполне достойна; в случае с жилыми домами надо ориентироваться хотя бы на 5 см.

Требования (касающиеся и бревен):

• на 1 м — не более трех сучков;
• качественная сушка (до влажности 18% и ниже);
• недопустимость сквозных трещин.

Материалы изготовления

В жилых частных домах преимущественно используются деревянные стропильные системы. Конструкции на основе металлических блоков востребованы главным образом при значительной величине пролетов и при мощных кровельных нагрузках. Это уже скорее черта производственного сооружения. Стоимость металлических конструкций довольно велика, однако по надежности они сильно выигрывают у деревянных аналогов. Чаще всего за основу берут швеллеры.

Стропильные комплексы из дерева обычно выполняют на базе обрезных досок сечением 15х5 либо 20х5 см.

Причина их популярности — экономичность и легкость производства. В некоторых случаях за основу берут бревна, вырабатываемые из стволов сечением от 10 до 20 см (дерево предварительно зачищают и обрабатывают). По соображениям прочности иногда используют также стропила из клееного бруса, который в плане напоминает прямоугольник либо квадрат — такое строение упрощает выкладку на обрешетку.

Формы крыш

Кровли скатных крыш бывают разных форм. Здесь стоит выделить:

• односкатные;
• двухскатные;
• четырехскатные (шатровые и вальмовые);
• ломаные.

Наиболее распространены двухскатные и четырехскатные вальмовые крыши

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.

Крепление

Если нужно стропила крепить на односкатной крыше, обычно ведут установку на несущие стены. Этот путь сокращает расход пиломатериалов.

Важно: несущая стена в этом случае должна располагаться на уровне самой крыши. Иначе такой монтаж неосуществим.

Более традиционный подход — оформление фермы в виде треугольника, содержащего стойки и балки; все фермы могут быть заранее собраны на земле по шаблону.

Крепеж стропильных комплексов производится по различным схемам:

• с мауэрлатами;
• по балкам (как еще говорят, по перекрытию — или, более профессионально, с опиранием на балки перекрытия);
• с использованием затяжек;
• путем соединения с верхним венцом (если сооружаются срубы из брусьев);
• верхней обвязкой (при использовании каркасных технологий).

Нельзя считать, что правильно ставить можно только каким-то одним или двумя вариантами. На деле надо приспосабливаться к конкретной ситуации. Выемки в мауэрлате приходится делать не всегда. Надрез целесообразно делать на твердой древесине. А вот хвойное дерево позволяет отказаться от такого шага.

Чтобы правильно установить конструкцию, требуется вырезать разъемы в ножках стропил:

• за счет зуба с упором (если монтажный угол больше 35 градусов);
• с 2 зубами (если обустраивается пологая крыша);
• в упоры — с шипами или без них.

Опора на балки перекрытия означает мощные точные нагрузки. Подобное решение наиболее типично для деревянных домов. Рассредоточение давления производится с помощью мауэрлата, который делают на основе толстого (ориентировочно 15х15 см) бруса. Балки надо выложить на тот самый мауэрлат и основательно закрепить их.

Присоединение стропильных ног к балкам производится для наращивания площади чердаков или для разгрузки самих стропил.

Проще всего монтаж со специальными крепежами. Ногу зарезают с торца под углом. Значение угла — то же самое, что и у наклона ската. Подобное решение даст существенное увеличение площади опоры под ногой. Зубчатые пластины заколачивают на стыковых участках, а пластины с перфорацией накладывают на те же места сверху.

Иногда присоединение к стене производится с помощью подкосов. Их добавление меняет тип: была балка с одним пролетом, а после введения подкоса она делится на два пролета. Перекрытие одной балкой становится возможно на расстояние до 14 м. Одновременно сокращается диаметр стропил. Внимание: подкосы требуется стыковать со стропилинами строго так, чтобы исключить сдвиг.

Составляя план работ по монтажу стропил для четырехскатной кровли, надо учитывать, что понадобятся сложные и долгие работы. Вальмовый вариант подразумевает оформление центрального сегмента по той же системе, что и для двускатной крыши. Поднятие собранной фермы возможно либо крупной бригадой (3-4 человека как минимум), либо с помощью крана. На участках, где оборудуются вальмы, нужны диагональные стропила, которые обязательно требуют усиления, ведь нагрузка на них выше на 50%, чем на соседние элементы.

Основные узлы как наслонных, так и висячих стропил должны иметь максимально надежные соединения. С технической точки зрения эти соединения также являются узлами. На длинных проходах обязательно используют расположенные под стропилами несущие части. Особенно важны они в наслонном формате.

Прогибы подрезать можно, если только величина подреза меньше, чем диаметр опоры; если это требование обеспечить нельзя, нужно наращивать конструкцию стропильными обрезками.

При установке стропильных комплексов для беседки необходимо также тщательно выдерживать расстояние между отдельными частями конструкции по проекту, как и при обустройстве жилых домов. Даже самые простые визуально способы требуют следования чертежам. Чаще всего обустройство ведут по односкатной методике, которая многократно оправдала себя. Отверстия для крепления в древесине желательно высверливать заранее, чтобы исключить растрескивание при вколачивании гвоздей в торцы стоек. Если крыша перголы горизонтальна, стропила должны иметь большой вылет либо ставиться попарно.

Модели с выносом расширяют мансарду. Опирание будет по балкам верхнего перекрытия. При строительстве крыши с кукушкой надо убирать тем больше стропил на скате, чем она крупнее. Проще всего сделать это на двускатном варианте. И, конечно же, следует все выставить строго по уровню; полезно примерять конструкции в процессе монтажа, прежде чем прикрепить их окончательно — во избежание ошибок.

Классификация по типу ската

Второе разделение можно сделать в зависимости от того, как запроектирована линия ската. Виды здесь предполагают наличие двух вариантов:

Двухскатная крыша c ломаными и прямыми скатами

• С прямыми скатами. Самый простой для выполнения способ. Позволяет выполнить работу без серьезных затруднений. Минусом такого варианта кровли своими руками является уменьшение пространства мансарды.
• С ломаными скатами. Такие виды кровли более сложны в выполнении. Предполагается наличие линии, по которой изменяется угол наклона. Угол наклона нижней части ската нужно сделать большим, чем у верхней. Таким образом получается поднять потолок мансарды и увеличить свободное пространство. Монтаж кровли осуществляется с установкой дополнительного ригеля в месте перелома.

Эти виды предполагают выбор между ними в зависимости от пожеланий будущего владельца здания.

Соединения стропил

Перед тем как сделать стропильную систему своими руками, нужно внимательно изучить узлы. Чтобы построить свой дом, не стоит экономить время или деньги. Только в этом случае результат будет радовать долгие годы.

Основные узлы соединения стропил

Узлы крепления стропильной системы кровли, которые заслуживают особого внимания, представлены следующими:

• крепление мауэрлата к стене;
• крепление стропил к мауэрлату;
• крепление стропил в верхней точке;
• сращивание стропил по длине.

Мауэрлат к стене

Этот узел может быть выполнен несколькими способами. Выбор во многом зависит от материала стены. Строительство здания из кирпича, блоков или бетона позволяет использовать следующие методы:

• на проволоку;
• на скобы;
• на шпильки;
• на анкера с устройством монолитного пояса по обрезу стены.

Соединение мауэрлата со стеной при строительстве кирпичных зданий выполняется с помощью анкеров

При деревянном строительстве в качестве мауэрлата выступает верхний венец стены. Его соединяют с предыдущими на нагеля. В каркасном доме мауэрлат — это верхняя обвязка стен. Ее фиксируют на стойки каркаса за счет врубки и металлических уголков с отверстиями для саморезов. Подробнее о креплении мауэрлата к стене.

Стропила к мауэрлату

Крепеж осуществляют двумя способами:

• жестко для зданий из кирпича, бетона или бетонных блоков;
• шарнирно для деревянных домов.

Жесткое крепление может быть с врубкой или без нее. Врубку рекомендуют делать на стропилах, а не на мауэрлате, поскольку это ослабляет его. В обоих случаях ногу жестко фиксируют гвоздями, саморезами, скобами или металлическими уголками.

При жестком креплении врубку лучше делать на стропилах и фиксировать конструкцию с помощью крепежей

Для шарнирного крепления используют специальную деталь — салазки. Они позволяют балке без препятствий перемешаться при усадке стен здания.

Шарнирное соединение дает балке возможность смещения

Дополнительно стропильные ноги крепят к стене. Это нужно для того, чтобы крышу не сорвало ветром. Для крепления используют скрутку из двух проволочек диаметром 4 мм, закрепленные в стену на анкер или ерш. В деревянном доме скрутку можно заменить скобами. Крепление осуществляют на каждую балку или через одну.

В уровне конька

Наслонные элементы опирают на коньковый прогон с врубкой. Дополнительно с двух сторон делают накладку из доски. Накладка нужна и для висячих элементов. Она может быть деревянной или металлической с отверстиями под саморезы.

Коньковый прогон и стропила соединяют с помощью врубки

Сращивание стропил

Существует несколько методов сращивания стропил на крыше своими руками. Выбор между ними во многом зависит от опыта мастера. Место сращивания располагают на расстоянии 0,15 длины пролета от опоры. При этом опорами считаются не только коньковый прогон и мауэрлат, но и подкосы и стойки.

Сращивание стропил по длине

Выделяют пять способов:

• стыковое соединение;
• косой прируб;
• внахлестку;
• составные ноги;
• спаренные ноги.

Обзор видов

Такая стропильная система в основном используется при обустройстве внутри здания несущих стен. Установка относительно проста, поскольку чем больше точек опоры, тем легче монтаж. Количество используемых материалов сравнительно невелико (если сопоставлять это с другими типами). Главной точкой опоры выступает доска конька. На ней все и держится.

Стоит отметить, что у безраспорных наслонных систем есть три частных типа:

• с фиксацией верхних участков стропил на коньковых (скользящих) точках опоры и с врубкой низа в мауэрлат (дополнительное усиление — скобы либо проволока);
• с подрезкой сверху под заданным углом (стыковка происходит за счет стальных пластин);
• жесткое соединение наверху, выполняемое через бруски либо обработанную горизонтальную доску (коньковый прогон зажимают между самими соединенными под углом стропилами).

Иногда наслонные стропила делают с распорной системой. Нижний край накрепко присоединяют к мауэрлату.

Возникающие побочные нагрузки корректируются путем добавления подкосов и затяжек.

Строго говоря, это так называемый комплексный, а не чисто наслонный вариант. В нем содержатся некоторые черты, характерные для висячих систем.

Висячие

К такому способу обычно прибегают, если внутри дома нет капитальных перегородок, которые можно было бы использовать как опору. При этом дистанция между боковыми несущими конструкциями — не менее 6 м, а иногда даже больше 11 м. Опирание кровельной конструкции на несущие стены – не самое плохое решение, однако при этом появляется мощная распорная нагрузка.

Немного сократить подобное напряжение помогает введение затяжек либо ригелей. Крепить их можно в любой точке, независимо от высоты стропильных узлов. Чаще всего применяется доска сечением 5х20 см, но все же правильнее исходить из индивидуального расчета по конкретному проекту.

Скользящие

Стропила такого типа имеют всего одну опорную точку. Чаще всего ею избирают конек. Дополнительно используется скользящая опора, то есть мауэрлат. Подобное решение типично для деревянных домов, подверженных усадке. Попытка использовать жесткие конструкции неизбежно обернется только разрушением и ослаблением связок при сколько-либо заметных температурных колебаниях.

Конструкция стропил гибко варьируется в зависимости от исполнения кровли.

В односкатном варианте кровля небольшого строения опирается на стропила, которые поддерживаются фасадной и противоположной ей стеной. Скат образуется за счет разницы по высоте этих стен. Но когда разрыв превышает 6 м, такое решение неприемлемо. В этом случае придется использовать подпорные стойки; на одинаково высокие стены из кирпича часто ставятся опорные конструкции, полностью сделанные из бруса либо бревен.

При длинном разрыве в систему входят:

• подкосы;
• ноги и удерживающие их стойки;
• прогоны коньков;
• мауэрлаты;
• лежни.

Предполагается опирание стропил на пару несущих стен. Важно: эти стены должны быть одинаковы по высоте. Пара прямоугольных скатов может представлять треугольник с разными или идентичными сторонами. Разность сторон хороша тем, что обеспечивает легкий сход снега с одной из сторон крыши. Чаще всего это подветренный участок; фронтоны обшивают досками либо обкладывают кирпичами, чтобы они визуально продолжали стену.

Для многощипцовой крыши нужны стропила с высокой прочностью и несущей способностью. Сразу предполагают при расчете, что она будет подвержена экстремальным воздействиям, в том числе практически ураганному ветру. Конек располагают высоко — это также учитывают при планировании.

В основных строениях с многощипцовой кровлей предпочтительна наслонная конструкция основания, в вспомогательных — висячее исполнение.

Привлекательная вальмовая кровля также создает ряд проблем при обустройстве стропил. Расчет сечений опять же предсказуемо должен проводиться особо тщательно. Низы ножек могут опираться на балки либо контактировать с мауэрлатом. Для связки углов и крайних частей конькового прогона необходимо применять диагональные стропильные компоненты. Образование вальмовых плоскостей достигается при помощи так называемых нарожников.

Для полувальмовой кровельной сборки могут уверенно применяться и наслонные, и висячие опорные конструкции. Наслонные версии крепятся обязательно на основные и вспомогательные опоры. Фермы по форме напоминают букву А либо же равнобедренный треугольник. Если скаты относительно коротки, можно отказаться от боковых прогонов. А вот раскосы, лежни и ригели, прочие вспомогательные элементы должны использоваться обязательно.

Отдельное внимание надо уделить обустройству стропил под ендовой. Правильно и четко проложить их там можно только при формировании прогонов.

Стыковое соединение, или схождение торцов под углом, означает необходимость дополнительных расчетов именно по этому узлу. Упростить четкость соединения узлов помогает схема с нахлестом. Обрешетка на стыке формируется строго сплошным способом и обязательно предусматривает еще и гидроизоляцию.

В некоторых случаях кровлю дополняют одним или несколькими эркерами. Обустройство стропил тогда тоже имеет свои особенности. 3 центральных промежуточных стропила фиксируются на каждый угол бруса конька. Угловые — они же накосные — компоненты располагаются в угловых частях каркаса. Между центральными узлами размещаются так называемые промежуточные изделия.

Чтобы быстрее и эффективнее перерассчитать каждый из элементов сложной крыши, воспользуйтесь специальным предложением – строительными калькуляторами онлайн. В них заложены программы для расчёта, работа пользователей с которыми исключает всевозможные ошибки, могущие стать фатальными при неверно подобранных данных. Автоматически будет также сгенерирован готовый эскиз – или чертёж – по которому собирается стропильная система. Автоматизированный подсчёт даёт возможность определить целый ряд характеристик:

• наклон крыши;
• численность и состав стройматериала, подстилаемого под кровлю;
• численность и состав стройматериалов для обрешёточной обшивки;
• вес стройматериалов и число, типы, виды, разновидности конструкций;
• длину стропильных перекладин и их численность, сечение доски и/или бруса;
• площадь кровли.

Несмотря на использование (полу) автоматического пересчёта, специалисты по-прежнему не обходятся без практики. Ни один калькулятор на сто процентов не спасёт неправильно просчитанное количество материалов и конструкций от преждевременного обрушения, вызванного недостаточным знанием сопромата и пренебрежением законами физики. Самостоятельный расчёт – с помощью эскизов и чужого опыта – хотя и возможен, но достаточно сложен и занимает много времени. Невнимание к некоторым мелочам обернётся фатальными последствиями – от ремонта до полной перестройки чердака и крыши, поскольку несогласованные нагрузки грозят проседанием и складыванием несущих опор всех разновидностей, из которых и собран чердачно-крышный ярус.

Уклон крыши задан составом и структурой укладываемой кровли, а также климатом в вашем регионе. Так, ширина крыши задаётся периметром стен и их расположением на плане первого этажа. От этого зависит, в примеру, высота, на которой располагается конёк крыши.

Размеры крыши, помимо климатических и погодных особенностей, определяются также ассортиментом применяемых стройматериалов.

Конфигурация потолочно-чердачной конструкции высчитывается в первую очередь в соответствии с выбранной стропильной системой. Здесь главным образом применяются пиломатериалы. Перед выбором между наслонными или висячими стропилами определитесь, какими у вас должны быть пролёты. Слишком большие пролёты – более 1,2 м – могут привести к деформации конструкции. Чтобы защититься от прогибания и провисания, мастера устанавливают фиксирующие детали и добавочные комплектующие, которые дают в итоге значительную жёсткость большому чердачному сооружению.

В соответствии с периметром, длиной и шириной основания (стен, фундамента) уже возможно вычислить ширину кровли. Для точного подсчёта воспользуйтесь теоремой Пифагора, знакомой каждому из школьного курса геометрии: квадрат длины гипотенузы (стропильной балки) равен сумме квадратов длин катетов (поперечных подстропильных балок, делённых надвое, и высоты от их середины до конька крыши). В итоге общая ширина кровли равна сумме значений основной ширины (над потолком и стенами) и свисающей части.

Собирая конструкцию своими руками, выдерживайте абсолютное равенство соответствующих расстояний.

Мауэрлат монтируется из бревна или бруса достаточного диаметра для выдерживания общей нагрузки крыши. Свесы с карниза изготавливаются на основе стропильных балок, но для них также применяется и выступ, образуемый карнизом стен. Ширина свешиваемой зоны крыши определяется, исходя из предпочтительного в данном случае типа материала кровли и стен. Так, шиферный свес должен составлять не менее 10 см, для керамической черепицы его ширина достигает 60 см, для профлиста – полметра. Черепица, посаженная на битумный слой, потребует 40-сантиметровый свес.

Больший свес в обязательном порядке усиливается подпорными столбами и/или подкосами.

Определение угла наклона крыши – расчёт уклона по отношению к горизонту. В зависимости от разных размеров и климата, угол уклона колеблется в районе 10-60 градусов. Для обоих скатов применяют одно значение. Симметричность достигается монтажом скатов разного размера. Крутизну крыши возможно рассчитать, исходя из следующих характеристик.

• Параметры покрытия, свеса и обрешётки. Конкретный вариант кровельного покрытия решает, какая технология монтажа всей сборки применяется.
• Собственная масса кровли и всех технологических конструкций и слоёв. Слишком пологий уклон даст большую весовую нагрузку на чердачно-потолочное перекрытие.
• Особенности климата: больший угол наклона позволяет быстро стечь дождевой воде и упасть снегу. Сопротивление ветру при этом возрастёт.

Для чердачной и мансардной кровли учитываются крутизна крыши и высота конька. Дело в том, что, согласно большинству требований к безопасности, конёк отстоит от чердачно-потолочного перекрытия не менее чем на 1,6 м. Такая высота обеспечивает удобство обслуживания и противопожарную безопасность.

Даже сложная, разноуровневая крыша, обладающая несколькими коньками и вершинами, не должна опускаться ниже отметки в 1,6 м.

Расходные материалы рассчитываются исходя из общей формулы расчёта двускатной крыши. Расчёт, произведённый до начала работ, в процессе возведения потребует дополнительных поправок. Общие методы подсчёта заключаются в следующем:

• для мауэрлата и лежня – брусья 100х150-200х200 мм, запас по длине – 5%;
• стропильные балки – пиломатериалы 25х150-100х150 мм, запас длины – до 1/5;
• опоры, затяжки, подкосы – брус или доска 50х100-100х100 мм, запас длины – до 10%;
• обрешётка – определяется видом покрытия (фанера или доска/горбыль);
• гидроизол – длина материала в каждом рулоне зависит от типа стропильных конструкций, площади кровли;
• само покрытие – определяется по площади скатов;
• обшивка свесных и фронтонных составляющих;
• количество элементов крепежа – поставляется в упаковках (саморезы, анкеры, уголки, шпильки, гвозди).

Не превышайте максимальное сечение бруса и досок, указанное выше – конструкция получится слишком тяжёлой, что в лучшем случае создаст запредельную нагрузку на фундамент, в худшем – приведёт к растрескиванию стен по всей высоте, напоминающее тектонические разломы. Потребуются фасонные детали для сквозных проходов через крышу. Например, если в доме есть классическая печь или дровяной камин, то необходимо обустроить переход для печной трубы в соответствии с противопожарными нормами постройки такой топки.

Теплокровельная крыша требует также тщательного пересчёта тепло-, паро- и гидроизоляции, контробрешётки, которая крепится уже не сверху, а снизу.