Стропильная система крыши: элементы, виды, крепления, расчет

Учет климатической карты региона

Даже самые надежные материалы имеют определенный запас прочности. На стропила действуют силы различной направленности. С одной стороны, это вес всего сооружения за вычетом массы самих несущих деталей. К вертикальному давлению добавляются массы снега и рабочих, которые могут ремонтировать покрытие, устанавливать на крыше различные сооружения типа антенны, флюгера или флагштока. Здесь нужно обратиться к разделу климатических карт, которые касаются осадков.

С другой стороны, нельзя недооценивать влияние температуры на все элементы крыши. Как сильное охлаждение, так и нагрев, приводит к их деформации. Это становится причиной отклонений несущих конструкций от технологических осей, что существенно ослабляет их несущую способность. Способ решения проблемы — увеличить толщину стропил в соответствии с температурным разделом технологической карты.

Следует помнить о главной опасности для крыш большой площади — ветре. Информацию о направлении и скорости движения воздушных масс можно найти в каждом атласе, где по каждому региону есть подробная климатическая информация.

С висячими стропилами

Это системы, у которых стропильные ноги опираются только на наружные стены без промежуточных опор (несущих стен). Для двускатных крыш максимальный пролет составляет 9 метров. При установки вертикальной опоры и системы подкосов увеличить его можно до 14 метров.

Висячий тип стропильной системы двускатной крыши хорош тем, что в большинстве случаев нет необходимости ставить мауэрлат, а это делает установку стропильных ног проще: не нужно делать врубки, достаточно скосить доски. Для связи стен и стропил используется подкладка — широкая доска, которую крепят на шпильки, гвозди, болты, ригеля. При таком строении большая часть распирающих нагрузок компенсирована, воздействие на стены направлено вертикально вниз.

Виды стропильных систем с висячими стропилами для разных пролетов между несущими стенами

Стропильная система двухскатной крыши для небольших домов

Существует дешевый вариант стропильной системы, когда она представляет собой треугольник (фото ниже). Такое строение возможно, если расстояние между наружными стенами не более 6 метров. Для такой стропильной системы можно расчет по углу наклона не делать: конек должен быть поднят над затяжкой на высоту не менее 1/6 длины пролета.

Но при таком построении стропила испытывают значительные изгибающие нагрузки. Для их компенсации или берут стропила большего сечения или врубку коньковой части делают так, чтобы их частично нейтрализовать. Для придания большей жесткости в верхней части с обоих сторон прибивают деревянные или металлические накладки, которые надежно скрепляют вершину треугольника (тоже смотрите не картинке).

На фото также показано, как дорастить стропильные ноги для создания свеса кровли. Делается врубка, которая должна выходить за пределы линии, проведенной от внутренней стены вверх. Это необходимо, чтобы сместить место надреза и уменьшить вероятность надлома стропила.

Коньковый узел и крепление стропильных ног к подкладной доске при простом варианте системы

Для мансардных крыш

Вариант с установкой ригеля — используется при организации под крышей жилого помещения — мансарды. В этом случае он является основой для подшивки потолка расположенного ниже помещения. Для надежной работы системы такого типа, врубка ригеля должна быть безшарнирной (жесткой). Лучший вариант — полусковороднем (смотрите на рисунке ниже). В противном случае крыша станет неустойчивой к нагрузкам.

Стропильная система двухскатной крыши с приподнятой затяжкой и узел врубки ригеля

Обратите внимание на то, что в этой схеме присутствует мауэрлат, а стропильные ноги для повышения устойчивости конструкции должны выходить за пределы стен. Для их закрепления и стыковки с мауэрлатом делается врубка в виде треугольника. В этом случае при неравномерной нагрузке на скаты, крыша будет более стабильна

В этом случае при неравномерной нагрузке на скаты, крыша будет более стабильна.

При такой схеме почти вся нагрузка ложится на стропила, потому их необходимо брать большего сечения. Иногда приподнятую затяжку укрепляют подвеской. Это необходимо для предотвращения ее прогиба, если она служит опорой для материалов обшивки потолка. Если затяжка небольшой длины, ее можно подстраховать по центру с двух сторон досками, прибитыми на гвозди. При значительной нагрузке и длине таких страховок может быть несколько. В этом случае тоже достаточно досок и гвоздей.

Для больших домов

При значительном расстоянии между двумя наружными стенами устанавливается бабка и подкосы. Такая конструкция обладает высокой жесткостью, так как нагрузки компенсированы.

Стропильная система двухскатной крыши для большого пролета и узлы врубки конька и стропил

При таком длинной пролете (до 14 метров) сделать затяжку цельной сложно и дорого, потому ее делают из двух балок. Соединяется она прямым или косым прирубом (рисунок ниже).

Прямой и косой прируб для соединения затяжки

Для надежной стыковки место соединения усиливается стальной пластиной, посаженной на болты. Ее размеры должны быть больше размеров врубки — крайние болты вкручиваются в цельную древесину на расстоянии не менее 5 см от края врубки.

Для того чтобы схема работала нормально, необходимо правильно сделать подкосы. Они передают и распределяют часть нагрузки от стропильных ног на затяжку и обеспечивают жесткость конструкции. Для усиления соединений используются металлические накладки

Крепление подкосов для стропильной системы висячими стропилами

При сборке двухскатной крыши с висячими стропилами сечение пиломатериалов всегда больше, чем в системах с наслонными стропилами: точек передачи нагрузки меньше, следовательно на каждый элемент приходится большая нагрузка.

Увеличение несущей способности стропильных ног

Стропильную систему дома, гаража, бани и других построек следует регулярно проверять на предмет повреждений и деформаций. Вовремя выполненное усиление стропил позволит избежать разрушения крыши и дорогостоящего ремонта. В случае гаража, поврежденным может оказаться и автомобиль, что связано с серьезным финансовым ущербом. Усиление несущих способностей стропил может потребоваться в стропильной системе любого типа. С этой целью чаще всего практикуется установка разгружающих балок («подмог»), монтаж подкосов либо двухсторонних накладок.

Если стропила подобраны по прочностным характеристикам, они не всегда имеют необходимые показатели на прогиб, соответствующие СНиПу «Нагрузки и воздействия». Таким образом, требуется увеличить площадь поперечного сечения стропила. Усиление тонких деревянных стропил кровли гаража или другой постройки выполняется при помощи дополнительных деревянных балок – подмог. Балка крепится к нижнему поясу стропила в пролете между подстропильной ногой и мауэрлатом. В качестве крепежного элемента может использоваться металлическая зубчатая пластина либо болтовые хомуты.

Особое внимание следует уделить усилению узла опирания неразрезной стропильной ноги на подкос. В месте опирания неразрезного стропила крыши дома или гаража на подкос возникает максимальный изгибающий момент. Необходимо избежать прогиба в данном узле, для чего требуется увеличить сечение стропильной ноги накладками, установленными с обеих сторон

Размеры дощатых накладок подбираются исходя из расчетных параметров сечения при максимальном изгибающем моменте. Усиление стропильной ноги дощатыми накладками выполняется с использованием болтовых хомутов либо гвоздей. Если увеличить длину подмоги и вывести ее за край опирания на подкос, то эта балка заодно будет выполнять функцию накладки, усиливая опорный узел, помимо увеличения жесткости пролета

Необходимо избежать прогиба в данном узле, для чего требуется увеличить сечение стропильной ноги накладками, установленными с обеих сторон. Размеры дощатых накладок подбираются исходя из расчетных параметров сечения при максимальном изгибающем моменте. Усиление стропильной ноги дощатыми накладками выполняется с использованием болтовых хомутов либо гвоздей. Если увеличить длину подмоги и вывести ее за край опирания на подкос, то эта балка заодно будет выполнять функцию накладки, усиливая опорный узел, помимо увеличения жесткости пролета

В месте опирания неразрезного стропила крыши дома или гаража на подкос возникает максимальный изгибающий момент. Необходимо избежать прогиба в данном узле, для чего требуется увеличить сечение стропильной ноги накладками, установленными с обеих сторон. Размеры дощатых накладок подбираются исходя из расчетных параметров сечения при максимальном изгибающем моменте. Усиление стропильной ноги дощатыми накладками выполняется с использованием болтовых хомутов либо гвоздей. Если увеличить длину подмоги и вывести ее за край опирания на подкос, то эта балка заодно будет выполнять функцию накладки, усиливая опорный узел, помимо увеличения жесткости пролета.

При реконструкции крыши нередко требуется выполнить более крутой кровельный скат. Чтобы не заменять полностью стропильную систему гаража, бани или жилого дома, монтируют новые стропила, скрепляя их со старыми. Сращивание деревянных элементов выполняется при помощи перекрестной дощато-гвоздевой стенки. Полученная ферма имеет заданный уклон и обеспечивает повышенную жесткость конструкций. Следует учитывать, что такой подход не позволяет увеличить пространство мансарды или чердачного помещения при переделке крыши.

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.

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.

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.

Сборка стропил из круглого леса

При смене элементов деревянных стропил размеры сечения стропил принимают в соответствии с типовым решением или проектом. Стропила рассчитываются с учетом нормативной нагрузки на перекрытие в пределах 150 кг/м2.

Для изготовления деревянных конструкций следует применять древесину преимущественно хвойных пород.

Древесину твердых лиственных пород следует использовать для нагелей, подушек и других ответственных деталей.

Элементы перекрытия и стропил обычно изготавливаются из пиломатериалов хвойных пород II-ой категории с влажностью не более 20%.

Деревянные подкладки (подушки), на которые устанавливаются опорные части несущих конструкций, следует изготовлять из антисептированной древесины преимущественно лиственных пород.

Металлические накладки в соединениях конструкций, эксплуатируемых в условиях, где возможно выпадение конденсата, должны отделяться от древесины гидроизоляционным слоем. Опирание несущих деревянных конструкций на каменные стены, стальные и железобетонные колонны и другие элементы конструкций из более теплопроводных материалов (при непосредственном их контакте) следует осуществлять через гидроизоляционные прокладки.

При смене сгнившего конца стропильной ноги ставят одну или две боковые накладки, вставляя вместо сгнившего конца новый элемент, и крепят эти детали к оставшейся конструкции накладками и болтами (или ставят металлические протезы).

На участке повреждения стропильной ноги кровлю и обрешетку разбирают. Сгнивший конец выпиливают после временного укрепления оставшейся конструкции.

До прикрепления к стропильной ноге заменяемой детали (накладки, вставки, протеза и т.д.) эту деталь врубают в мауэрлат или готовят опору для протеза.

Соединения элементов несущих деревянных конструкций должны обеспечивать надежную жесткость и прочность конструкций и деталей крыши.

Рабочие плоскости сжатых стыков и врубок необходимо тщательно приторцовывать и погонять одну к другой путем пропила. Местные неплотности в стыках составных элементов несущих конструкций не должны превышать 1 мм. Наличие сквозных щелей не допускается.

Глубина врубок может отличаться от проектной не более чем на 2 мм.

Внимание! Сквозные щели независимо от их величины не допускаются. Заполнение неплотностей (зазоров) в стыках и врубах клиньями, металлическими пластинами и т

п. не допускаются.

Сборку крыши выполняют после выполнения подготовительных работ по изготовлению деталей крыши и разметки плоскости покрытия для расстановки и крепления несущих конструкций крыши.

Для выполнения работ по изготовлению стропильных ферм необходим шаблон (или боек). Как его изготовить? Для этого необходимо:

• выбрать рядом с домом ровную площадку
• выполнить окантовку бойка по размеру сборки стропил
• нарезать лаги и соединить их с окантовкой бойка
• нарезать по размеру бойка доски и уложить их по лагам бойка
• выполнить пригонку и пришивку гвоздями площадки бойка
• изготовить шаблон под размеры стропил и прикрепить его к бойку
• теперь можно (пилить, строгать, сверлить отверстия и т.п.) изготавливать стропильные фермы по шаблону

Подготовительные работы по заготовке элементов стропил из бревен:

• поперечное перепиливание деталей ферм по размерам
• разметка длины деталей и врубок
• изготовление сопряжений (за исключением сопряжений стропил с мауэрлатами)
• контрольная сборка стропил на бойке

После выполнения подготовительных работ по изготовлению деталей крыши и разметки плоскости покрытия для расстановки и крепления несущих конструкций крыши по осям стен дома выполняют сборку крыши.

Временные крепления разбирают после проверки качества выполненных работ.

Правила и тонкости устройства наслонных стропил

Наслонной стропильной конструкцией можно перекрыть пролет, максимальная длина которого составляет от 6  до 6,5 метров. При условии, что внутри здания могут быть такие несущие конструкции, как колоны или стены, то появляется дополнительная возможность устанавливать на них стойки.

Поскольку большие пролеты встречаются в частном строительстве довольно редко, то в индивидуальных постройках в основном применяются наслонные стропила.

По технологии  стропильная нога  опирается на мауэрлат (в случае с деревянной постройкой его функция передается верхнему ряду стены). Это узловое соединение считается особенно важным.

Если стропильные ноги стянуть при помощи ригеля, то величина пролета может быть увеличена до 8 м, при одной опоре – до 12 м, с использованием двух опор – до 16 метров.

Во время монтажа наслонной кровельной системы особого внимания заслуживает правильное закрепление стропил  на подстропильном бруске.

В первую очередь, нужно надежно закрепить мауэрлат. Он представляет собой  брус  со сторонами размером 140-160 мм. Делается это с помощью металлических штырей, которые бетонируют в стену не менее чем на 40 см. Таким же образом можно закрепить и болты.

С этой целью могут использоваться проволочные скрутки диаметром не меньше 6 мм. Они закладываются при возведении стен не выше, чем в третьем ряду кладки, считая с верхнего края.

Наслонные  стропила могут крепиться к мауэрлату с помощью скоб. К брусу, который кладут поверх внутренних наружных конструкций и называют «лежнем» предъявляют аналогичные требования.

При строительстве домов  используются наслонные стропильные системы, изготовленные из дерева. Использование таких элементов из металла или железобетона себя не оправдывает и, вообще, трудно реализуемо.

Для соединения и крепления деревянных стопил, опорных брусьев и других деталей удобно использовать соединения в виде шипов, зубьев и сковородень, которые широко применяются в плотницком деле.

Наслонная система, конструкция которой  выдерживает давление кровельного пирога и самой себя, должна быть хорошо рассчитана еще до того, как начнут укладывать стропила.

Когда срубы домов еще хорошо не высохли, и не произошла  их полная усадка, монтаж несущих конструкций кровли необходимо производить особенно внимательно.

Одним из решений проблемы может быть использование висячих стропильных систем. В противном случае придется

• ожидать окончательной усадки дома,
• использовать стропила, которые имеют скользящие опоры,
• укрепить все опорные конструкции, подставив под них в качестве компенсаторов усадки  винтовые домкраты.

В первом случае,  недостаток состоит в длительном ожидании, в последнем – требует высоких профессиональных навыков и точности во время проведения работ ручным способом.  А вот использование скользящих  креплений, которые можно считать саморегулирующими, дает дополнительные преимущества.

Например, скользящая конструкция прекрасно компенсирует свойство древесины давать усадку и способность «дышать» и деформироваться (хотя и незначительно) на протяжении всего срока службы.

Эту конструкцию делают следующим образом: на мауэрлат под нужным углом набивают брусок или делают вырубку нужной формы. Затем на него крепят уголок, одна полка которого загибается. Под загиб продевают рабочую рельефную пластину.

Приобретая соединение для скольжения, необходимо знать, что оно может быть разного рабочего размера (опорные площадки пластин находятся  на разном расстоянии). Выбирать его нужно, учитывая планируемую степень усадки здания

При этом обращают внимание, что распределение размера усадки будет происходить на стропила двух скатов

Некоторые приемы работы

Чтобы увеличить несущие качества стропил, важно сделать усиление стропильной системы. Для этого производится монтаж разгружающих балок, подкосов и двусторонних накладок

Для этого производится монтаж разгружающих балок, подкосов и двусторонних накладок.

По итогам практики, стропильные конструкции, выбранные с учетом прочностных характеристик, порой не подпадают под расчеты на прогиб по СНиПу «Нагрузки и другие воздействия».

Поэтому площадь поперечного сечения нужно делать больше.

Произвести усиление стропил совсем несложно: можно применить подмогу – дополнительную балку.

Этот элемент необходимо прикрепить к нижней части стропил в пролете между ними и мауэрлатом.

Усиление стропильной ноги закрепляется металлическими пластинами с зубцами или же болтовыми хомутами.

Если стропила уже была усилена с помощью подмоги, то можно увеличить ее длину и увести за край опоры на подкос.

Тут достигается две цели: мы получаем удовлетворяющий показатель прогиба и проводим усиление опорного узла.

Чтобы усилить или восстановить поврежденные конструкции, можно воспользоваться следующими способами:

• Деревянные накладки. Они применяются, если была повреждена одиночная стропила. Накладка из дерева крепится болтами или гвоздями, что приводит к усилению участка кровли.На мауэрлат накладки должны упираться всем торцом, а крепиться к нему с помощью проволочной скрутки.
• Прутковые протезы. Этот метод применяется, когда произошло массовое повреждение стропильных ног. С помощью временных опор закрепляют поврежденные стропила.Разбирают покрытие и производят выпиливание сгнившей части. После этого, элемент из нового бруса, вставляют в свободное место и делают опору на мауэрлат.
• Накладки, опирающиеся на балку. Способ подходит для замены гнилого участка на конце стропил или части мауэрлата. Устанавливаются временные опоры и прогнившие элементы вырезаются.В кладку забиваются костыли, куда укладывается метровая балка. После этого на стену или перекрытие кладут кусок лежня такой же длины.Два подкоса, предварительно закрепленные гвоздями крепят к новой балке.

Устройство

Устройство стропильной системы крыши состоит из множества взаимосвязанных элементов, которые поддерживая друг друга, придают конструкции жесткость, необходимую прочность, а также распределяю вес кровельного материала равномерно между несущими опорами. Состав каркаса, величина сечения отдельных элементов и их размещение зависят от типа финишного покрытия, уклона ската и способа использования подкровельного пространства. Обычно каркас состоит из:

• Мауэрлата. Мауэрлатом называют подстропильный брус, который крепится поверх верхнего венца или ряда несущих стен дома. Он изготавливается из прочной, твердой древесины хвойных пород. Крепят мауэрлат с помощью длинных металлических шпилек или анкерных болтов.
• Леженя. Лежнем называют мауэрлатный брус, расположенный не на внешних несущих стенах, а на внутренних перегородках. На лежень устанавливают центральные стойки, поддерживающие конек крыши.
• Стоек. Стойками называют вертикальные опорные элементы, которые поддерживают коньковый прогон или центральную часть стропильных ног каркаса.
• Стропил. Стропильные ноги опираются на мауэрлат и коньковый прогон, располагаясь под углом к основанию кровли.
• Ригеля и затяжки. Эти терминами называют горизонтальные элементы каркаса, стягивающие между собой попарно стропильные ноги. Ригель располагается в верхней части стропил, прямо под коньком, он толще и прочнее затяжки, размещающейся гораздо ниже.
• Подкосов. Подкос устанавливают под углом к стропилам, чтобы предотвратить их прогибание под действием собственного веса. Одним концом они упираются в ногу, а вторым – в стойку или затяжку.

Устройство каркаса