Изучаем устройство стропильной системы крыши

В арсенале проектировщиков и строителей имеется несколько вариантов конструкций кровли. Выбор оптимального варианта – это ответственное дело, т.к. от него зависит надежность и долговечность всего сооружения.

Виды стропил

В зависимости от сложности крыши различают несколько видов стропил. Для сложных видов кровли — мансардная, вальмовая, двускатная используют наслонные или висячие стропила. Для односкатных крыш преимущественно используют наслонные стропильные ноги. Основанием для таких стропил служит опорная стена или коньковый брус (прогон), висячие образуют стропильную ферму, опираясь друг на друга.

С помощью стропильных ферм есть возможность пролёты помещений перекрыть без опорных стен. Внизу стропила, которые располагаются по противоположной стороне, крепятся к балке перекрытия или мауэрлату, а вверху соединяются между собой. Чтобы придать конструкции необходимую жёсткость стропильные ноги соединяют затяжками или накладками. Если длина стропил превышает 4,5 метра, то для надёжности опоры используют подкосы или дополнительные стойки.

Нижняя часть наслонных стропил крепится к балке или мауэрлату. Сверху их крепят на дополнительную балку, брус или коньковый прогон. Дополнительные подкосы и стойки усиливают стропила с большими пролётами.

Какие конструкции крыш бывают?

Для начала стоит разобраться с тем, какие же конструкции крыш существуют, и каковы их особенности? Итак, первый параметр, по которому разделяют кровли – уклон. Если между двумя краями его значение составляет около трех процентов, то речь идет о плоской конструкции. Когда уклон более крутой, то такие крыши называются скатными. Первые в основном нашли себя при строительстве гаражей, бань, подсобных помещений, а также многоэтажных домов. Стоит отметить, что такие крыши бывают только односкатными, т.е. вся поверхность находится в одной плоскости, исключением являются здания огромной площади.

Частным случаем двускатной кровли является мансардная, ее особенность – ломаные линии ската.

Разберем более сложные варианты. Вальмовыми называются четырехскатные конструкции, их главное отличие от стандартных – две вальмы вместо фронтонов, откуда, собственно говоря, и пошло название. К ее преимуществам относится повышенная прочность, возможность сконструировать большие свесы абсолютно со всех сторон и тем самым защитить здание от капризов погоды. Да и внешний вид она имеет довольно привлекательный. Разновидность же такого типа – полувальмовая кровля, используемая преимущественно в ветреных регионах. Ее треугольный скат располагается несколько выше трапециевидных и имеет усеченный вид. Если же все 4 ската выполнены в виде треугольников, сходящихся в самой верхней точке, то это шатровая крыша.

Выбор материалов

Прежде чем приступить к возведению верхней части дома, причем не зависимо от того, решили вы довериться профессионалам или обойтись собственными силами, необходимо досконально изучить данный вопрос, дабы исключить в последствие неприятных неожиданностей. Ошибки при устройстве крыши встречаются сплошь и рядом, просчеты в несущей способности основного каркаса, неверная последовательность укладки материалов при утеплении, нарушения в соединительных узлах и т.д.

Основу силовой конструкции крыши составляют стропила, они устанавливаются после того как возведены стены здания. Стропила бывают деревянными, металлическими, либо комбинированными. Выбор материала для стропильной системы обуславливается несколькими факторами:

  1. Желанием застройщика
  2. Конструктивной необходимостью

При больших пролетах и ограничении по высоте внутреннего пространства, иногда бывает невозможным установить деревянную конструкцию, тогда ее заменяют на металлическую. Так же требования пожарных норм диктуют выбор материала в пользу металла. Однако, из – за существенной разницы в цене, в частном домостроении для возведения крыши, зачастую используют древесину. В настоящее время это в основном брус, квадратного или прямоугольного сечения, доска и другие разновидности пиломатериалов. Важно помнить, что при выборе природного материала для строительства, необходимо приобретать хорошо очищенный и сухой продукт. Доска не должна иметь обзол (участки с остатками коры), поскольку это способствует появлению различных насекомых. Размеры бруса зависят от типа крыши, длины пролетов, величины суммарных нагрузок. Последняя переменная состоит из постоянных и временных нагрузок. Для разных регионов временная составляющая будет иметь свое значение, оно определяется количеством осадков и другими природными явлениями, которые свойственны для данной климатической зоны. Эти расчеты проводятся конструкторами при разработке проекта. Проявлять тут самостоятельность не уместно и опасно. Однако некоторые зависимости, прописанные в нормативной документации, могут быть взяты за ориентир для контроля ведения монтажных работ (табл. 1). В конструкции стропильной системы учитывается:

  1. Длина пролета
  2. Наклон крыши
  3. Сечение используемого пиломатериала
  4. Удельные нагрузки (временные + постоянные)
  5. Шаг между стропилами

Таблица 1

Диаметры бревен

Высота (h) доски для бруса при толщине (b), мм

Удельная нагрузка на 1 п.м. длины стропилы (кг/м.п.)

40

50

60

70

80

90

100

75-100

100-125

125-150

150-175

175 и выше

Сечение стропил (b х h), мм

L стропил, (дм)

120

180

170

160

150

140

130

120

450

400

350

300

250

140

200

190

180

170

160

150

140

500

450

400

350

300

160

210

200

190

180

170

160

550

500

450

400

350

180

220

210

200

190

180

600

550

500

450

400

200

230

220

210

200

650

600

500

500

450

220

240

230

220

650

600

550

500

Стропила для разных видов крыш

В зависимости от вида крыши применяются разные несущие элементы кровли, какие именно мы сейчас и рассмотрим.

Читайте также:  Композитная черепица: свойства материала и способы укладки

Стропила для односкатной крыши

Односкатная крыша – наиболее распространенный вид кровли. Используется он в основном при строительстве сравнительно небольших построек, например, дачных домиков, гаражей, бань и прочих построек.

Стропильная система односкатной крыши состоит из отдельных элементов, точками опоры которым служат противоположные стены здания. Чаще всего в этом случае используются стропила для крыши длиной около 4,5 метров. Если производится перекрытие относительно большой площади необходимо использовать подстропильные ноги и стойки.

Стропила для двухскатных крыш

Стропила, предназначенные для двухскатной крыши, представляют собой конструкцию, сложенную в виде домика. Процесс ее обустройства более сложен, нежели в односкатной кровли. Чаще всего этого вида стропила применяются при возведении небольших построек. Они подразделяются на два основных типа – наслонные и висячие.

Стропила для вальмовой кровли

Вальмовая крыша отличается наличием дополнительных скатов, что создаются при помощи стропильной системы вальмовой кровли. Конструкция этой кровли состоит из двухскатной крыши, которая по длине не полностью закрывает боковую часть строения, а также вальма, покрывающего боковую, не закрытую часть кровли.

Примером такого вида кровли может послужить известные всем «хрущевки», где нашли свое применение вальмовые стропила.

Особенности стропил четырехскатной крыши

К четырехскатным крышам можно отнести и вальмовые и шатровые кровли. Их очевидным преимуществом является отсутствие фронтонов, что подразумевает изрядную экономию стройматериалов, а значит и денежных средств. К тому же эти дома отличает замечательный внешний вид, выглядят они на редкость эффектно.

Состоит четырехскатная крыша из мауэрлата, подкосов и раскосов, коньковых и боковых прогонов.

Стропила для ломаной кровли

Применение ломаной крыши способствует значительному увеличению площади чердака, которая, в ряде случаев используется в качестве мансарды. При возведении такой стропильной системы применяются два коротких стропила, в месте перегиба которых применяется стойка. Вследствие этого уклон нижней части крыши составит 80 градусов, а уклон верхней части лишь 25-30 градусов.

Подготовка материала

Огнебиозащита стропильных систем

Срок службы стропильной конструкции зависит от качества пиломатериала и его обработки. Для элементов конструкции необходимо подбирать сухую древесину, с уровнем влаги ниже 22%. Она должна быть гладкой и без сучков. Перед монтажом все детали проходят обработку двумя слоями антисептика и средства, препятствующего горению. При обработке стоит пользоваться кистью, а не распылителем, тогда состав лучше впитается. При выборе пиломатериала отдается предпочтение древесине хвойных пород.

Виды стропильных систем

Существует несколько видов стропильных систем: висячего и наслонного типа.

Висячая

Для первой системы отличительно, что стропила опираются об боковые стены. Негативной стороной этого является образование распирающей нагрузки, которая в будущем может повредить стены. В качестве решения данной проблемы используем затяжку для соединения ног стропил.

Как итог получаем треугольную форму, защищенную от разрушения при нагрузках. Иногда затяжки заменяют балками перекрытия, что целесообразно для мансардных помещений.

Преимуществом системы висячего типа есть возможность не крепить мауэрлат. Очень просто устанавливаются конструкции, в которых ноги стропил имеют опору к стене. Минус висячей схемы – необходимость точных и кропотливых расчетов для правильного построения карнизного устройства. При этом образуется ровная и безопасная ферма, которая обеспечивает огромную площадку опоры.

Наслонная

У стропильной системы наслонного типа в центре устанавливается балка (вертикально), тем самым уменьшая вес для кровли, что проходит через эту балку. Эта система подходит для крыш, где расстояние равняется 10-16 метров. При этом внутри обязательно наличие несущих стен или колонн.

В системе наслонного типа отсутствует затяжка из-за вертикальных нагрузок. Жесткий узел – не значит лучше, ведь на самом деле узел крепления наслонных стропил к мауэрлату блокирующий сдвижку, превращает конструкцию в распорную. То есть усилия от прогибающихся стропил и конькового бруса распирают стены, что при недостаточной жесткости стен, ведет к трещинам в углах и поперечных стенах.

Стойки поддерживают коньковый прогон, на который опираются стропила. Симметричное расположение стоек и подкосов. Наслонная имеет лучшую систему вентиляции кровли, ведь в крыше мансарды делаются щели, в крыше чердака – продухи. В месте соединения стропильных узлов и каменной кладки делается гидроизоляция для уменьшения количества конденсата.

Варианты соединения конькового узла стропильных ног

Для долговечной и надежной кровли важно качественно сделать все узлы стропильной системы. Что это значит, мы и разберем прямо сейчас.

Читайте также:  Возведение стропильной системы двускатной крыши своими руками

Стропила – это скелет кровли, на котором держатся внутренняя и внешняя обшивка, утеплитель, гидроизоляция и иные элементы. Также очень часто именно их используют в качестве основы под коммуникации. На крышу и, соответственно, стропила приходятся огромные нагрузки, которые могут достигать 200 кг/м 2 . Это вес строительных материалов, снега с листвой и прочего мусора. А чего стоят порывы ветра?

Стропила кровли как основа под коммуникации

При проведении ремонтных работ эта система должна выдержать не только вес человека, но и необходимого оборудования. При этом все эти параметры строго индивидуальны и зависят от ряда факторов, начиная от конфигурации и заканчивая климатической зоной. Однако в любом случае кровля и все ее элементы должны быть достаточно надежными, и только тогда мы сможем себя чувствовать действительно защищенно.

Для начала необходимо ознакомиться с терминологией. Фундаментом всей системы по праву можно назвать мауэрлат. Он представляет собой балку, на которой и крепится конструкция. Его главная функция – равномерное распределение нагрузок на стены. А вот балка, на которой фиксируется обрешетка, называется стропильной ногой.

Мауэрлат для крепления стропильной конструкции

Благодаря подкосам и стойкам стропильные балки располагаются максимально устойчиво. Перпендикулярно ногам набиваются обрезные доски – обрешетка. Она служит основой для кровельного материала. А место соединения скатов кровли принято называть коньком. На нем набивается сплошная обрешетка, чтобы сделать эту часть крыши максимально надежной.

Продолжение стропильных ног – кобылки. Они располагаются под свесом, защищающим стены от осадков. Очень часто первыми начинают гнить именно эти конструктивные элементы, так как они наиболее подвержены негативному влиянию погоды, при этом сами ноги могут служить еще очень долго. Надежность всей конструкции зависит от того, насколько качественным будет абсолютно каждый узел крепления стропильной системы кровли. О них мы и поговорим более подробно.

Проектирование (чертежи) и необходимые расчеты

Для того чтобы сделать четырехскатную крышу, необходимо правильно произвести расчеты и установить основные параметры кровли. Наиболее важно определить ее площадь, т.к. она определяет эксплуатационные нагрузки, размеры и количество стропил, угол наклона скатов, от которого зависит высота крыши.

Для возведения четырехскатной кровли обязательно разрабатываются детальные чертежи. Без знания точных размеров всех элементов кровли невозможно свести их в единое целое. Лучше всего создать 3D модель по специальной компьютерной программе. С ее помощью будут определены точные размеры всех деталей.

Расчёт площади

Общая площадь кровли складывается из площадей 4-х скатов. В расчетах используются формулы для равнобедренных треугольников и прямоугольников.

В шатровой крыше общая площадь кровли составит S=4Sc=4(аха/2cosA)/2 =аха/cosA, где:

  • а – длина стены дома,
  • А – угол наклона скатов.

В вальмовой крыше общая площадь складывается из 2-х треугольников и 2-х трапеций: S=2(b+c)h/2 +2ah/2sinA = h(b+c)+ah/sinA, где:

  • а – ширина дома,
  • b – длина дома,
  • с – длина конькового прогона (конька),
  • h – высота крыши над перекрытием,
  • А – угол наклона треугольного ската.

При расчете необходимо учесть длину свеса, который формируется со всех сторон кровли. Для этого к расчетной площади надо прибавить 3-5% в зависимости от длины свеса.

Расчет сечения стропил

Полный расчет стропильной системы достаточно сложен. Он учитывает все эксплуатационные нагрузки, длину стропил, угол наклона ската, шаг установки, реакции опор и другие факторы.

Самостоятельно проводить его не всегда возможно, а потому рекомендуется пользоваться строительными нормами.

Выбор сечения стропил основывается на прочностных свойствах материала с учетом коэффициента запаса порядка 0,8. В целом, расчет вальмовой кровли во многом аналогичен расчету двухскатной крыши.

Рекомендации по выбору сечения стропил с учетом некоторых факторов сведены в табл.1.

Таблица 1. Сечение стропил вальмовой четырехскатной кровли:

Длина стропила, м Размеры стропил, мм Шаг установки стропил, м
брус (спаренная доска) Бревно, диаметр
До 3 80х100 90х100 90х160 100 150 160 1,1 – 1,4 1,4 – 1,7 1,7 — 2,2
3- 4 80х160 80х180 90х180 160 180 190 1,1 – 1,4 1,4 – 1,7 1,7 — 2,2
4- 5 80х200 100х200 200 200 1,1 – 1,4 1,4 – 1,8
5- 5,8 100х200 200 1,1 – 1,5
До 6,5 120х220 240 1,1 – 1,4

Длина стропила не превышает 6,5 м. При необходимости получения большей длины приходится делать сращивание и вводить дополнительные упрочняющие элементы.

Выбор угла наклона

Угол наклона скатов выбирается, исходя из снеговой и ветровой нагрузки, применяемых кровельных материалов и размеров чердачного помещения (мансарды). Он может колебаться в широких пределах – от 5 до 65°.

Для регионов со значительной снеговой нагрузкой необходим угол 45-65°. Причем при наклоне 60% нагрузку от снега можно вообще не учитывать, т.к. он не накапливается на крыше.

Однако с увеличением наклона повышается парусность сооружения, что снижает сопротивление ветру. Эту нагрузку можно не учитывать при угле менее 25°в. Для регионов, где возможны сильные ветра, наклон не должен превышать 45-48°.

Читайте также:  Как утеплить мансарду если кровля без гидроизоляции?

С учетом свойств различных кровельных материалов и особенностей их наложения рекомендуются такие углы наклона:

  • мягкие, рулонные материалы – от 5 до 20°;
  • шифер, металл, асбесто-цементные листы – 12-65°;
  • керамическая черепица – 22-60°.

Важно также учитывать, что с увеличением угла наклона ската увеличивается высота крыши, а значит, и расход материалов. В каждом конкретном случае следует искать оптимальное соотношение между размером чердачного помещения и затратами на материалы.

Шаг стропил

Расстояние между стропилами или шаг их установки зависит от эксплуатационных нагрузок, а также размеров сооружения и самих стропил. Важное значение имеет вес кровельного материала. Кроме того, учитываются размеры элементов кровли или ширины рулонов мягких материалов.

Минимальные шаги необходимы для шифера, металла, черепицы. Они устанавливаются в пределах 0,6-0,8 м. При укладке мягкой кровли шаг увеличивается до 1,4-1,6 м.

Другой важный фактор – длина стропила. Так при длине более 4 м оптимальный шаг для мягкой кровли составляет 1-1,2 м.

Конек

В верхней части соединения стропильных ног крепится конек. Его монтируют к обрешетке при помощи длинных кровельных саморезова. При этом между коньком и листами профнастила должно оставаться пространство не более 30-40 миллиметров. Именно через него будет происходить вентиляция крыши. Покрытие из профнастила должно выступать за боковые стены и фронтоны. Такой свес будет служить «козырьком» защищающий от дождя и стекающей со скатов воды. Карнизный свес необходимо сделать еще до монтажа кровельного материала. Здесь обрешетка делается сплошной, и крепятся специальные карнизные планки. Торцевые планки на фронтоне монтируются на уже уложенный кровельный материал.

Отличия монтажа для мансарды от нежилого чердачного помещения

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.

Из чего состоит?
Из чего состоит?

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.

Из чего состоит?

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.

Из чего состоит?

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.

Из чего состоит?

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.

Из чего состоит?

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.

Из чего состоит?

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.

Из чего состоит?

Горизонтальными ветровыми связями оказываются такие элементы, как:

Из чего состоит?
  • раскосы;
  • параболические затяжки;
  • комплексы обычных затяжек;
  • фермы, дополненные крестовидной решеткой.