Стропильная система - скелет крыши

Стропильная система является несущей конструкцией крыши, от которой зависит герметичность кровли, устойчивость стен, а в результате и долговечность всего дома. Поэтому стропильную систему необходимо выполнять согласно правилам и нормам, а также на основе конструкторского расчета.

Стропильная система может нести следующие нагрузки:

• Постоянные - нагрузки, которые включают в себя вес всей конструкции крыши: стропильной системы, кровельного "пирога" и материала кровли.
• Временные - нагрузки от ветра, снега и других атмосферных воздействий, а также вес людей и иных живых существ, временно перемещающихся по крыше строения.

Что необходимо учитывать при расчете нагрузок, так это, в первую очередь, форма крыши, ее уклон, а также коэффициент запаса. Что необходимо взять во внимание при проектировании стропильной системы - условия ее упора на стены, наличие на крыше окон и фронтонов, другие нюансы планирования.

Стоит помнить, что собирается стропильная система из отдельных элементов, при этом на каждый из них происходит действие сил, при чем, в определенных направлениях.

Данные моменты, а также другие требования к проектированию крыш, изложенные в ДБН В.2.6-161:2010 "Деревянные конструкции. Основные положения", необходимо взять во внимание при строительстве и проектировании крыши для своего дома.

Основные требования

Стропильная система состоит из множества элементов. На каждый элемент возложены определенные обязанности, однако все они должны соответствовать некоторым требованиям. Так, например, каждый отдельный элемент системы, а также и вся система в целом, должны обладать жесткостью - не подвергаться деформированию при различных нагрузках. Поэтому при изготовлении крыши все элементы, так или иначе, соединяются между собой в конструкцию, по форме напоминающей треугольник.

Немного геометрии и физики. Треугольник является геометрическим элементом, который согласно физике имеет показатели по жесткости выше, нежели другая геометрическая фигура.

Так вот, благодаря своей жесткости, треугольник был взят за основу стропильной системы. И поэтому все элементы системы связываются между собой таким образом, что в конечном итоге формируют конструкции в виде треугольников. Данные конструкции получили название фермы (рамы). Они устанавливаются в зависимости от проекта крыши (например, параллельно друг другу), а затем жестко фиксируются на своих местах. Если жесткой фиксации не будет, то крыша может получиться "подвижной", что в результате приведет к ее протеканию или к разрушению стен строения.

Обычно "скелет крыши" делают из дерева, но иногда в качестве материала применяют и металл. Металлическая конструкция широко применяется в каркасных домах (на основе металла), или же если необходимо создать крышу сложной пространственной формы. Однако, при использовании любого материала для стропильной системы (дерево или металл), последняя должна быть легкой, чтобы не пригружать здание.

К самому материалу также выдвигаются определенные требования. Так при использовании древесины рекомендуется брать пиломатериалы (при толщине минимум в 50 мм):

• хвойных пород - с длиной не более 6,5 м;
• лиственных пород - не более 4,5 м.

При этом антисептированная древесина лиственных пород (дуб, бук, береза), также рекомендуется к использованию при изготовлении ответственных деталей (прогонов, мауэрлата, подушек).

Следующий параметр, характеризующий качество древесины - это наличие в материале сучков и трещин. Согласно требованиям, деревянные элементы для стропильной конструкции не должны иметь на 1м длины более 3-х сучков диаметром до 30 мм, а также несквозные трещины, превышающие 0,5 длины изделия. Влажность используемой древесины не должно превышать 18%. В противном случае, после ее высыхания, произойдет ослабление между собой узлов соединения, что приведет к неустойчивости конструкции.

Если все же пришлось использовать древесину с влажностью более 18%, то для дополнительного крепления узлов применяются болты (не гвозди и не скобы).

Довольно часто для элементов стропильной системы используют не оструганные или плохо оструганные материалы, что не является правильным. Это связано с тем, что плохо оструганные деревянные элементы больше подвержены гниению и поражению грибком.

Основные элементы конструкции

Стропильная система крыши дома собирается из отдельных элементов, которые в зависимости от конструкции самой крыши используются в различных сочетаниях. Так:

• Стропильная нога (стропило) - балка, которая предназначена для создания уклона крыши, а также выполняющая роль опоры для кровли. Именно на стропила происходит воздействие (вес снега, сила ветра, тяжесть людей), заставляющее их изгибаться. Выполняются стропила из досок, у которых размер сечения в вертикальном направлении значительно больше, чем в горизонтальном.
• Затяжка - горизонтально расположенная доска или брус, которая соединяет стропила между собой на противоположных скатах, препятствуя расползанию их в стороны.
• Мауэрлат - зачастую квадратный брус, который укладывается на стены дома по всему периметру, и выступает в качестве опоры для стропил (в них стропила опираются своими нижними концами).
• Прогон (коньковый прогон) - брус, на который опираются стропила своим верхним концом или в средней части. Прогон подвержен действующим на него вертикальным силам.
• Стойка - вертикальный элемент, предназначенный для поддержки стропила или прогон. На него воздействуют вертикальные нагрузки. Обычно он опирается на стены, колонны нижнего этажа или же на прогон, уложенный на перекрытие этажа.
• Подкос - брус, который устанавливают под углом к вертикали, чтобы подпереть стропило, препятствуя его прогибу.
• Ветровая балка - доска, связывающая между собой стропильные ноги, в результате чего образуется скат крыши. Данный элемент препятствует сдвигу стропильных ног относительно друг друга и подвижкам крыши при ветровых нагрузках. Располагается она под углом к линии свеса крыши, прибивая ее к стропилам со стороны чердака.
• "Кобылка" - доска, предназначенная для создания свеса кровли. Крепится она к нижней части стропил.
• Шпренгель - балка из бруса или бревна, цель которой укрепить стропильную конструкцию, придать ей устойчивость, воспринимая горизонтальные ветровые нагрузки. Укладывается данный элемент горизонтально на смежные стены перпендикулярно биссектрисе угла между ними.
• Нарожник - укороченная стропильная нога, используемая в конструкции вальмой крыши, и которая опирается одним концом на диагональную ногу, а другим на мауэрлат.

Выбор сечения элементов стропильной системы

Сечение элементов стропильной системы во многом зависит от расчетной нагрузки (веса снега, силы ветра), кровельного материала, расстановки элементов. Например, чем ближе размещены стропила, чем меньше их вес и вес кровельного материала, тем меньше может быть сечение. Данное правило распространяется и на другие элементы системы.

Сечения элементов стропильной системы (ориентировочные данные):

• Стропило (наиболее распространенный размер) - 50 х 150 мм
• Мауэрлат - 100 х 100, 100 х 150, 150 х 150 мм
• Диагональные стропильные ноги - 100 х 200 мм
• Прогоны - 100 х 100, 100 х 150, 100 х 200 мм
• Затяжки - 50 х 150 мм
• Ригели - 100 х 150, 100 х 200 мм
• Подкосы - 100 х 100, 150 х 150 мм

Типы стропильных систем

В зависимости от формы дома и крыши, расположения несущих и внутренних стен, а также некоторых других факторов, различают следующие типы стропильных систем.

Конструкция с висячими стропилами

Данный тип системы зачастую применяют в зданиях со стенами из каменных материалов, где требуется двухскатная крыша и где пролет между несущими наружными стенами составляет до 6 м, при этом внутренние стены отсутствуют.

В этой конструкции стропила соединены между собой в верхних точках, а их нижняя часть опирается на мауэрлат. При этом стропильные ноги с противоположных скатов скрепляются между собой при помощи затяжки, не давая расползаться им в стороны. Если затяжки выполнены в виде балок, тогда их можно установить у основания, чтобы они одновременно служили и балками перекрытия.

Следующий вариант установки затяжки подразумевает ее расположение выше основания стропила, позволяя устроить мансардное помещение.

Используя систему с висячими стропилами в строениях, где расстояние между наружными стенами более 6 м, то стропила следует подпирать раскосами или стойками, которые устанавливаются на прогоны, уложенные на перекрытие. При подобном раскладе нижняя часть стропильной ноги должна быть длиной не более 4,5 м.

Для соединения образующих скат стропил, используют ветровую доску, которую прибивают наклонно со стороны мансарды от мауэрлата до конька. Такой вариант соединения между собой стропил, обеспечивает конструкцию жесткостью и способностью противостоять ветровым нагрузкам. При использовании сплошной обрешетки, ветровая доска не нужна.

Достоинствами данной стропильной системы является возможность перекрывать большие пролеты без промежуточных опор. А вот к недостаткам можно отнести большой вес стропильной системы, а также необходимость компенсации распора на стены при помощи затяжек.

Конструкция с наслонными стропилами

Конструкция с наслонными стропилами предназначена для крыш с уклоном от 20 до 60° различной сложности в каркасных и деревянных домах. При этом допустимы пролеты между наружными стенами до 16 м, если есть опоры в пределах пролета.

В данной системе верхняя часть стропильных ног опирается на коньковый прогон, который либо поддерживается стойками, либо лежит на лежне (внутренней стене), а нижняя - опирается на мауэрлат.

В связи с тем, что здесь нагрузки направлены вертикально, то нет необходимости в затяжке между стропильными ногами и в распоре стен. Однако, если между наружными стенами расстояние 10-16 м, то опирание стропил можно провести при помощи двух боковых прогонов (вместо конькового прогона), опирающихся на стойки. Или же используя подкосы и ригели, уменьшить изгиб стропильных ног.

Опять же, если требуется создать мансардный этаж, то наслонные стропила лучше опирать на аттиковую стенку - стену высотой 1-1,5 м. Конечно, еще можно использовать стропильную систему с изломами - мансардная крыша с ломаными скатами.

Достоинством системы с наслонными стропилами является ее универсальность, простота изготовления, а также легкость по сравнению с системой висячих стропил. Недостатком является наличие дополнительных опор.

Стропильные фермы

Ферма - плоский элемент стропильной системы, который включает в себя стропила, затяжки, стойки, раскосы. Все элементы данной конструкции не нуждаются в дополнительных опорах в виде внутренних конструкций здания. Это связано с тем, что они должным образом расположены в пределах верхнего и нижнего пояса фермы.

Сама ферма опирается на наружные стены, создавая на них только вертикальное давление. При этом пролет их может составлять более 16 м. Данные системы еще интересны и тем, что с их помощью можно реализовать крыши различных форм и размеров.

Устанавливаются строительные фермы на расчетном расстоянии друг от друга. А если необходимо перекрыть большой пролет, то фермы можно собрать из нескольких частей.

Благодаря своим особенностям фермы могут применяться:

• для любых типов зданий;
• при больших пролетах;
• при отсутствии внутренних опор;
• для крыш сложных форм;
• для чердачных крыш с небольшим уклоном (до 26°) или односкатных.

Среди преимуществ стропильных ферм можно выделить быстроту выполнения конструкций крыши, а также обеспечить свободную планировку большого пространства. Недостатками являются лишние расходы средств на расчет и конструирование системы.

В подведение итогов по типам стропильных систем, можно добавить лишь то, что каждый из вышеперечисленных типов имеет различные варианты решений, а также то, что при строении скелета крыши эти типы можно комбинировать.

Крепежные элементы

Важно понимать, что на прочность и долговечность всей стропильной системы влияет правильное соединение всех узлов элементов друг с другом. Эти соединения должны обеспечивать передачу расчетных усилий и нагрузок в определенном направлении и выдерживать динамические нагрузки.

Десятилетия назад соединение элементов стропильной системы между собой происходило при помощи врубок, а затем дополнительно скреплялись гвоздями, металлическими шпильками или скрутками. Однако в настоящее время, элементы соединяются без врубок, а с использованием металлических крепежей, болтов и нагелей. Так, например, один из способов соединения элементов крыши является использование специальных накладок из перфорированной стали с антикоррозионным покрытием, зубцы которой загоняют в древесину, а затем закрепляют гвоздями диаметром не менее 4 мм и длиной 40 мм. Данный вариант крепления обладает следующими достоинствами:

• традиционными креплениями;
• простота и удобство соединений элементов;
• сокращается срок монтажа стропильной системы.

Полезные мелочи

• Металл в стропильной системе применяют, когда при возведении сложных крыш необходимо сделать надежные соединения
• Монтаж ферм происходит на земле, а уже их готовый вариант устанавливается на стены
• Жесткость и стойкость стропильной системы должна обеспечивать защиту от нагрузок ветра и снега, вес материала кровли и укладывающих его строителей
• Монтируя стропильную систему, не стоит забывать о местах выхода дымохода и будущих мансардных окон
• Следует четко соблюдать правила и защитные мероприятия по продлению срока службы дерева. Это значит, что все элементы стропильной системы необходимо обработать антисептиками против гниения и грибка, а также антипиренами - веществом, повышающими устойчивость при пожаре.
• Стыкуя мауэрлат с конструкциями дома необходимо соблюсти как горизонтальность подошвы мауэрлата, так и горизонтальность площадки опоры стропильной ноги на мауэрлат. В противном случае на опрокидывающие опоры будут действовать силы.
• Чтобы защитить стропила от влаги и, соответственно, от гниения, для мансардной крыши создают вентилируемые зазоры, для чердачной - вентиляцию чердака, используя продувы. Также стоит защищать от влаги и гниения те элементы конструкции, которые укладываются непосредственно на кладку, вызывающую ускорение этих процессов. Для защиты используют рулонные гидроизоляционные материалы, которые прокладывают между кладкой и деревянными элементами.
• Выбор обрешетки происходит в зависимости от используемого кровельного материала, его упругости и крепления.

Коментарии