Устройство стропильной системы.

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 «работы» утепленных и неутепленных типов кровель, защищающих стены и внутреннее пространство дома от различных атмосферных воздействий.

При выборе вида стропильной системы приходится учитывать немало разносторонних критериев

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.

Требования предъявляемые к стропильной системе

Жесткость

Прежде всего, каждая деталь системы, а также места соединений обязаны быть жесткими, не деформируясь ни при усилии сдвига, ни при усилии распора. Основа всей конструкции – треугольник. Именно такую форму имеют рамы (фермы), которые закрепляются параллельно друг другу. Их жесткая фиксация обеспечивает крыше необходимую устойчивость. А вот если фермы получились подвижными, недалеко и до беды. Такая неполноценная крыша и сама может разрушиться, и стены обвалить.

Высокое качество материала

Дерево для стропил должно быть следующим:

Древесина берется 1 – 3 сорта. Трещин и сучков должно быть по минимуму. На метр может быть 3 сучка высотой не более 3 см. Трещины допустимы не по всей глубине, длиной до половины длины доски.
Несущие элементы делают из ??еревянных деталей толщиной от 5 см, площадью от 40 см2.
Хвойные доски могут быть длиной до 6,5 м, а лиственные – до 4,5 м.
Прогоны, подушки и мауэрлат делают из твердых лиственных пород дерева. Их обрабатывают антисептиком.

Небольшой вес

Крыша не должна быть тяжелой, поэтому систему стропил, как правило, делают из дерева. Если же вес кровли солидный, то несущую основу делают из металла. Или берут хвойное дерево, не ниже первого сорта, с влажностью ниже 18 процентов. Использование антисептической обработки и применение антипиренов для защиты от огня – два обязательных условия. Тогда узлы крепления стропильной системы кровли будут прочными и крепкими.

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.

Основные детали стандартной стропильной системы

К основным элементам стропильной системы скатной крыши относятся:

Стропильные ноги, формирующие скаты кровли.
Мауэрлат — 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.

Перед выбором стропильной системы следует сразу определиться, какая роль отводится чердаку

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 односкатная крыша 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.

На рисунке упрощенно показано ветровое воздействие на скатные кровли

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.

Консолидированная нагрузка ветра и снега может вынуждать к усилению отдельных элементов стропильной системы

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 проник??овению 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: металлическая черепица 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.

Представленная диаграмма поможет определиться с соотношением крутизны скатов и планируемого кровельного материала

Устройство стропильной системы вокруг трубы

Проход вентиляционных и печных труб через крышу иногда требует смещения стропильных ног с нарушением выбранного шага между ними. Но при наличии труб достаточно больших габаритов, объединённых в один блок, этого бывает недостаточно. Необходимо обрезать стропила в месте прохода труб и соединять отрезанные участки с другими стропилами брусками, закреплёнными на уголки. Расстояние между трубой и деревянными элементами должно соответствовать противопожарному зазору в 130–150 мм.

Стропильная система вокруг печной трубы строится с учётом противопожарного зазора, а вырез укрепляется дополнительными стойками

Далее производится крепление обрезанных стропил с помощью вертикальных стоек к затяжкам или балкам перекрытия. Таким образом, вокруг трубы создаётся короб, который не контактирует с её горячей поверхностью и при необходимости заполняется негорючим теплоизолирующим материалом.

Гидроизоляция

Укладывается непосредственно на стропильные ноги при помощи мелких гвоздей или строительного степлера. Работы следует проводить снизу верх с перекрытием нижнего слоя на 10-15 см, чтобы исключить попадание влаги под материал. Натяжение должно быть достаточно сильным для того чтобы влага не скапливалась на поверхности – провисание не должно превышать 2 см. Тем не менее, не стоит слишком сильно воздействовать материал, поскольку его легко повредить.

Рекомендуется использовать высококачественную пародиффузионную мембрану, которая помимо влагозащиты обеспечивает парообмен и способствует созданию благоприятного подкровельного микроклимата. Швы следует обязательно обрабатывать герметизирующей лентой.

Контробрешетка и обрешетка

Контробрешетка предназначена для обеспечения циркуляции воздуха внутри кровельного «пирога» и более надежной фиксации гидроизоляционного материала. Для создания обычно используются бруски сечением 25/30 мм с шагом равным шагу стропил.

Качественная вентиляция кровли позволяет защитить конструкцию от плесени, грибков и разрушений.

Обрешетка укладывается поверх контробрешетки и используются в качестве каркаса для элементов кровли. В зависимости от типа кровельного материала используется два типа обрешетки: сплошная и разреженная. Первая применяется для мягких и рулонных кровель, вторая для металлических и шиферных крыш.

Для классической обрешетки с прозорами, используют доски сечением 100х25 мм и длиной, достаточной для перекрытия двух шагов стропильных ног. Шаг обрешетки определяется типом настилающего материала – чем тяжелее материал, тем чаще шаг.

Также рекомендуется усиливать крайние элементы обрешетки вдоль линий конька и карниза дополнительной доской.

Кровельное покрытие

Выбор типа кровли происходит на основании экономических и индивидуальных (эстетических) соображений, а также зависит от угла ската крыши. Например, для мягких кровель не гарантируется устойчивость при уклонах свыше 45°.

На сегодняшний день на рынке строительных материалов наиболее распространенными являются:

керамическая черепица;
металлическая черепица;
профнастил;
ондулин;
фальцевые листы;
рулонная битумная кровля.

Методы монтажа различаются в зависимости от выбранного материала, однако практически во всех случаях укладка кровли происходит от карниза к коньку, чтобы обеспечить достаточный нахлест и защиту от затекания осадков. Также используемый крепеж обязательно должен быть сделан из оцинкованных или нержавеющих материалов и оснащен эластичной уплотняющей шайбой.

Монтаж стропильной системы

Перед началом возведения стропильной системы необходимо провести подготовительные мероприятия для обеспечения эффективной и быстрой сборки. Нужно создать безопасные условия для проведения работ, приготовить место для раскроя и изготовления шаблонов, а также обеспечить наличие пиломатериала и крепёжных элементов. В ??роцессе монтажа потребуются рабочие чертежи и следующие инструменты:

угломер (малка), уровень, строительный карандаш, шнур;
цепная бензопила для грубого раскроя и обрезки;
дисковая пила, электролобзик;
электродрель, шуруповёрт;
молоток, стамески.

Перед сборкой необходимо изготовить шаблоны однотипных элементов стропильной системы и убедиться в их качественной стыковке и хорошем прилегании на месте монтажа.

Стропильные фермы нужно изготавливать по единому шаблону, причём делать это можно как на земле, так и непосредственно на месте проведения работ

Завершающим этапом подготовительных работ является раскрой пиломатериала по размерам, пропитка элементов антипиреновыми и антисептическими составами и естественная просушка не менее суток.

При отсутствии проектной документации на крышу важно заранее выбрать способы крепления стропильных ног в коньковой и карнизной части, а также конструктивные решения для соединения деталей в различных стыковочных и иных узлах.

Крепление стропил к балкам перекрытия

Крепление стропил на балки перекрытия или затяжки в нижней части производится различными способами в зависимости от сложности фермы и длины, а следовательно, и веса стропильных ног. Стропила длиной менее 4 м и сечением 50Х100 мм достаточно крепить к балкам дощатым узлом или с помощью металлических пластин, обрезая брус под необходимым углом и используя прибоины.

Выбор способа крепления стропильных ног к мауэрлату или балкам перекрытия зависит от угла наклона скатов, веса и длины стропил, а также от предполагаемой внешней нагрузки

При больших величинах длины и веса стропильных ног и предполагаемой снеговой и ветровой нагрузки соединение необходимо выполнять лобовой врубкой, одинарным или двойным зубом. При этом используются подбалочные подкладки, обеспечивающие плотное прилегание резьбовых шпилек. Перед монтажом необходимо создать шаблоны, которые обеспечат правильный раскрой материалов на узле врубки и безупречное прилегание элементов. Чтобы избежать сколов на краях балки перекрытия, необходимо производить врубку на глубину не менее 2 см и на расстоянии 1,5 h от края балки (где h ? высота балки).

Важно, чтобы отверстия под резьбовые шпильки располагались под углом 90о к верхней плоскости стропил, поскольку это обеспечит плотное прилегание и надёжное крепление деталей между собой без смещений и перекосов.

Как правильно сделать запилы на стропильных балках

В процессе сборки стропильной системы необходимо стыковать элементы с разными углами наклона. Для разметки запилов, врубок и угловых соединений используются строительные уровни и угломерные инструменты, а при массовом производстве однотипных деталей изготавливаются шаблоны. Запилы на стропилах можно сделать в следующей последовательности.

Брус выставляется на мауэрлат и коньковый прогон, по уровню размечаются вертикальные линии и точное положение врезки.
Угол наклона фиксируется на малке, а размеры врезки измеряются рулеткой или угольником.
С помощью угольника и угломера результаты замеров переносятся на заготовки, после чего размечаются углы обрезки и размеры шипов врубки.
На размеченной заготовке производятся необходимые запилы.

Места под запилы размечаются в несколько этапов с использованием строительного карандаша и угломерного инструмента

Диагональные стропила или нарожники приходят к стыку под разными углами в двух плоскостях, в этом случае с помощью уровня размечается вертикальный угол стыка, а затем нужный угол примыкания фиксируется малкой и переносится на деталь.

По мнению автора статьи, раскрой материала по единому образцу не является лишней операцией, поскольку потери времени на изготовление шаблонов с лихвой окупаются в процессе монтажа, который значительно ускоряется и становится более рациональным и качественным. Нужно обратить внимание на исправное состояние угломерного инструмента и использовать только проверенные экземпляры.

Один скат в малоэтажном строительстве

Односкатные крыши – верный спутник бытовых сооружений, террас, гаражей, пристроенных и отдельно стоящих веранд. Над жилыми домами на просторах отечества возводят их пока крайне редко, хотя численность приверженцев стилей модерн и хай-тек умиляет тенденцией к росту.

Несмотря на принадлежность к скатной категории, односкатные крыши все же нельзя безоговорочно назвать чердачным: слишком невелико пространство под кровлей для организации помещения. А раз использовать чердак не имеет смысла, то и отделять его перекрытием от постройки не всегда целесообразно. Потому на практике строители односкатных крыш вместо перекрытия нередко устанавливают распорки и подстропильные ноги.

Упрощенно стропильный каркас односкатной крыши можно назвать уложенным под углом перекрытием или половиной наслонной системы, что значительно ближе к конструктивной сути. Сооружают его исключительно из наслонных стропильных ног, т.е. из стропилин, имеющих надежные опоры для верхних и нижних пяток.

В числе вариантов опирания стропильных ног односкатных крыш значатся:

Две несущие кирпичные, бетонные, деревянные стены разной высоты. В этом случае стропилины односкатной крыши опираются на стены через мауэрлат, уложенный двумя несвязанными между собой полосами. Опирание может производиться через бетонный армированный пояс, заранее спроектированный и устроенный в период возведения стен, а также через верхние ряды брусовых или бревенчатых коробок.
Одн?? несущая стена из бетона, древесины, кирпича и расположенные напротив опоры. Понятно, что таким способом сооружают пристройки и навесы. Верхние края стропилин в таких случаях опираются на стальные кронштейны, прикрученные к несущей стене или на выбранные в ней же гнезда. Нижние пятки опираются на обвязку, соединяющую опорные столбы.
Два ряда бетонных, кирпичных, деревянных опор. Обе пятки стропилин опираются на обвязку. Причем опоры могут одновременно служить элементами для крепления обшивки и формирования каркасных стенок.

В частном строительстве односкатные конструкции чаще всего используются, если перекрываемый ими пролет не превышает 4,5м. Перекрытие более серьезного пролета вполне реально: для его осуществления нужно будет просто усилить систему прогонами, опорами, подкосами.

Однако среди частников немного любителей настолько масштабных односкатных крыш, потому рассматривать мы будем простейших представителей и принципы их сооружения. Разобравшись с их конструкцией, можно будет создать собственный проект путем модернизации и внесения дополнений.

Грамотно разработанный проект учитывает необходимость располагать одинокий скат с наветренной стороны, чтобы крышу не сорвал и не унес порывистый ветер.

Среднестатистические размеры составляющих

Для изготовления наслонных стропилин используют лес и пиломатериал 2-го сорта. Подойдут ошкуренные бревна, пластины – те же бревна, но отесанные с двух сторон. Используется брус и попарно сшитые доски.

Сечение стропильных ног для возведения односкатных крыш над постройками необходимо рассчитывать с учетом веса кровли, снеговой и ветровой нагрузки. Перечисленные значения в среде народных мастеров попросту складываются и вводятся в одну из многочисленных расчетных программ, коих в интернете чуть меньше, чем легион. Для того чтобы не маяться с вычислениями, мы приведем среднестатистические сечения стропильных ног и сопутствующих элементов, употребляемые для строительства односкатных крыш в средней полосе, это:

Бревна и вытесанные из них пластины O 180-200мм, брус 100?150мм (150?150мм) применяются для сооружения стропильного каркаса, перекрывающего пролет 4,5м и более.
Бревна и пластины O 120-180мм, брус 100?100мм используются, если перекрыть необходимо пролет до 4,5м.

Брус в обоих случаях допустимо заменять попарно сшитой доской, размеры которых в итоге позволят получить балку требующегося сечения.

Следует помнит??, что бревно O меньше 120мм, пластины толщиной меньше 70мм и доски сечением менене 40?150мм в сооружении стропильных конструкций не используется. Даже для малоответственных навесов, устраиваемых на площадках в средней полосе, указанные размеры – минимум.

Мауэрлат в средней полосе рекомендовано устраивать из бруса со стороной 180-200мм. подкосы большепролетных крыш следует делать из бруска 80?80мм, бревна O 100мм, из сшитых досок 25?150мм.

Если схема стропильной системы односкатной крыши предопределяет устройство прогона, его устанавливают параллельно скатам. Нужен он для повышения жесткости конструкции в качестве дополнительной опорной системы. Для фиксации прогона монтируют опоры и лежень точно так же, как диктует технология сооружения двухскатных крыш. Только цель заключается не в формировании конькового перелома, а в поддержании плоскости крупного ската. Прогоны большепролетных конструкций делают из бруса 180?180мм или из бревна O 200-260мм. Для изготовления стоек под прогоны берут брус со стороной 120мм или бревно 130-200мм в диаметре.

Шаг односкатной стропильной системы

Шаг установки стропильных ног определяется в соответствии с геометрическими данными обустраиваемой коробки. Скаты, на которые предстоит опереть стропилины, делят на равные участки, чтобы расстояние между стропилами было одинаковым. Разбивку скатов под их монтаж выполняют, учитывая размеры и тип применяемых материалов:

Для стропильных ног, изготовленных из бруса, бревна пластин, шаг установки от 1,5м до 2м.
Если стропила изготовлены из спаренной доски, шаг установки от 1м до 1,75м.
Для стропилин из одинарной доски шаг установки от 0,6м до 1,2м.

На выбор шага установки стропильных ног утепленной кровельной конструкции оказывает влияние размер утеплителя. Очень удобно, если плиты теплоизоляции устанавливаются между стропилами жестко, с легким сдавливанием. Это весьма экономное решение, потому что в два слоя их укладывать не нужно, и теплопотери исключены, благодаря исключению причин образования мостиков холода.

Не забывайте, что при увеличении рекомендованного расстояния между стропилинами, придется сокращать шаг установки обрешетки или вообще делать ее сплошной. Подобный выбор не всегда целесообразен с точки зрения и затрат труда, и строительных расходов. Лучше придерживаться технологических рекомендаций и заранее просчитать, что выгоднее: установить на одну-две стропилины меньше или усиливать обшивку скатов.

Как принято в сооружении скатных крыш, стропилины крепятся к вбитым в деревянную стену костылям или заложенным в кирпичную кладку пробкам с анкерами. Фиксация производится через одну стропильную ногу скрутками из отожженной проволоки. Точки крепления стропильных ног к стенам располагают ниже мауэрлата на 20-30см. Проволочные скрутки можно закладывать во время кладки кирпича. К стенам из бруса или бревна допускается крепить скобами.

Расчет стропильной системы при монтаже двускатной крыши

Не нужно бояться расчетов, которые необходимы перед началом монтажа двускатной крыши. Они довольно просты, хотя и требуют максимальной концентрации и тщательности. Главное – в конце перепроверить все данные.

Ведущий показатель, без которого невозможно представить ни один серьезный расчет, – общая площадь кровли. И чтобы процесс вычислений прошел максимально гладко, важно понимать, что представляет собой данный параметр.

В процессе расчетов следует придерживаться таких общих положений:

Прежде всего вычисляется длина одного и второго ската. Она равна промежуточному расстоянию между точкой на коньке (самой верхней) и точкой на карнизе (самой нижней).
При вычислении данной цифры необходимо брать во внимание все побочные сооружения кровли: парапеты, свесы и прочие элементы, придающие конструкции объем.
На данном этапе также нужно определиться с кровельным материалом.
Чтобы вычислить площадь, такие элементы, как вентиляция или дымоход, включать в расчет не нужно.