Устройство стропильной системы крыши

Практически любая современная крыша малоэтажного дома построена на стропильной системе каркаса. В теории устройство крыши можно выполнить в виде плоского потолочного перекрытия. Но простое изготовление конструкции такой крыши нивелировано массой недостатков, потребуется основательное увеличение теплоизоляционного слоя и обеспечение принудительного удаления снега и дождевой — талой воды. Даже при строительстве гаражей или хозпостроек к такому устройству крыши прибегают в крайних случаях, предпочитая более сложный стропильный вариант.

Почему стропильные системы так популярны

Стропильная система появилась, как результат естественного отбора среди множества различных вариантов построения каркаса. Современное устройство стропильной системы крыши основывается на нескольких базовых элементах конструкции:

• Стропильный каркас, представляющий собой набор балок одинаковой длины, образующих плоскость ската крыши. Стропила укладываются симметрично «шалашиком», верхним краем на самую высокую горизонтальную часть каркаса — коньковый прогон, и опираются на мауэрлат –толстую доску, пришитую на верхнюю горизонтальную плоскость кирпичной коробки здания;
• База или система креплений, на которые опирается стропильный каркас,состоит из мауэрлата, лежней и балок потолочного перекрытия на верхней части стен здания. Благодаря такому устройству нагрузка от веса кровли и стропил пере распределяется, выравнивается и передается на внутренние и наружные стены дома;
• Кровельная обрешетка совместно с дополнительными силовыми элементами – подкосами, распорами, ригелями служит для придания дополнительной жесткости стропильным балкам.

Для устройства стропильной системы крыши малоэтажного дома традиционно используются сосновые бревна и брусья. Это позволяет обеспечить легкое и одновременно жесткое устройство крыши. Попытки заменить деревянный брус стальным профилем приводят к утяжелению веса и стоимости стропильной системы минимум в два-три раза, а из-за многочисленных мостиков холода потребуется уложить дополнительный слой теплоизоляции.

Одной из наиболее популярных стропильных систем является устройство в виде двух или четырехскатной крыши с парным расположением стропил. В этом случае каркас из симметричных силовых элементов отлично воспринимает нагрузку в вертикальном и поперечном направлении по отношению к коньковому прогону.

Если преимущественное направление ветров на данной местности примерно одинаково, то возникающее из-за потока воздуха продольное усилие на устройство крыши чаще всего компенсируют, складывая фронтоны из кирпича. При сильном и переменчивом ветре более рационально применить четырехскатную вальмовую конструкцию.

Устройство и особенности стропильной системы

Понятно, что использование стропильной технологии направлено на формирование скатов крыши с наиболее рациональным для данной местности углом наклона ската. Чем круче угол наклона, тем быстрее и легче удаляются дождевая вода и снег.

Для оценки нагрузки можно использовать сведения метеорологической службы о мощности и максимальном давлении слоя снега на метре квадратном плоской крыши для различных регионов страны.

Для стропильной системы нагрузка на элементы стропильной системы снижается, исходя из угла наклона ската кровли:

1. Для вариантов с углом наклона до 10-20^о уменьшение давления массы снега крайне незначительно, в среднем на низкую кровлю приходится усилие в 80-90% от значения для плоской поверхности;
2. Для скатов кровли, установленных под наклоном в 25^о, нагрузка составит 70% от «плоской» величины, тогда как для угла в 65^о давление снега снизится на 70-80%;
3. На более крутых скатах давление вообще не берется во внимание, в этом случае расчет прочности стропильной системы делается на основе ветровой нагрузки.

Поэтому даже в небольших коттеджах и домах в качестве материала для устройства стропильной системы используют бревно или брус, сечением не менее 100-150 мм.

Виды стропильных систем

Конструкция стропильной системы каркаса крыши чаще всего выполняется по схеме с висячими или наслонными стропилами. Использование конкретной схемы определяется множеством факторов, среди которых определяющее значение играют размеры дома и потолочного перекрытия, наличие внутренних стен или перегородок, характер использования чердачного помещения.

Основные различия между наслонными и висячими стропилами сводятся к следующему:

1. Система с наслонными стропильными элементами или ногами всегда используется в случаях, когда есть возможность подпереть коньковую балку крыши вертикальной стойкой с опорой на капитальную стену внутри здания. Чаще всего это большие коробки с расстоянием между наружными стенами более шести метров. В конструкции висячих стропил такой опоры не предусмотрено, кроме того, коньковая балка должна быть поднята над горизонтальным уровнем мауэрлата не менее чем в 1/6 расстояния между стенами;
   
2. У висячих стропил верхние концы стропил жестко скрепляются между собой и коньковым прогоном. Нижние опоры стропильных балок опираются на мауэрлат с частично скользящей посадкой. Такое устройство позволяет частично компенсировать и выровнять дрейф и боковой крен при нагрузке от ветра. Система с наслонными стропилами может иметь узел врезки в коньковую балку в двух вариантах – со свободной посадкой и жесткой фиксацией.

В случае со свободной посадкой конца стропила на коньковый прогон каждая пара балок двухскатной крыши между собой не скрепляется, а врезается по скользящей схеме. В нижней части стропильные ноги крепятся к мауэрлату в виде жестко закрепленного шарнира, с помощью болтового соединения или гвоздей. Под нагрузкой такое устройство работает, как безраспорная стропильная система, благодаря тому, что любое вертикальное или боковое усилие на стропильную систему не приводит к появлению в опорных точках на мауэрлате горизонтальных распирающих сил.

Во втором случае наслонные балки на коньковом прогоне крепятся жестко с усиливающими накладками из металла или доски, примерно как в случае с висячими стропилами. Нижний край устанавливается на мауэрлате с вырезом на стропиле опорной поверхности и боковыми направляющими, предотвращающими скручивание доски или бруса.

Узлы стропильной системы

Чтобы обеспечить необходимую прочность устройства стропил, особенно для зданий с пролетами более 8-9 м длиной, требуется использовать бревна и брус значительной толщины, что делает сборку каркаса крыши очень тяжелым и дорогостоящим занятием. Проще и эффективнее установить дополнительные силовые элементы, компенсирующие прогиб или передающие основную часть усилия на менее нагруженные части каркаса.

Например, для компенсации прогиба стропильной ноги используют два основных элемента- подкосы и вертикальные стойки. В зависимости от устройства стропильной системы силовые стойки могут устанавливаться в центральной части и поддерживать коньковый прогон, принимая на себя часть нагрузки от веса каркаса. Элементы могут комбинироваться с подкосами в срединной части стропил, тем самым передавать нагрузку от боковых прогонов на затяжку или лежни — продольные брусы, опирающиеся на потолочное перекрытие или внутренние капитальные стены. Подкосы не врезаются в тело стропил, а крепятся гвоздями, болтами, саморезами через стальные пластины или деревянные накладки.

Вторым по популярности элементом для усиления висячих стропил является ригель или поднятая затяжка. Этот элемент позволяет уменьшить горизонтальное распирающее действие стропильных ног и всей системы, в отличие от предыдущих, работает на растяжение, поэтому устройство крепится к боковой поверхности стропил с помощью хитрого самозатягивающегося узла, называемого полусковороднем.

Для наслонных стропильных балок используется похожий элемент, называемый схватка. Если устройство каркаса, длина и толщина стропильных балок не обеспечивают должной устойчивости треугольника, в этом случае приходится устанавливать дополнительную горизонтальную распорку – схватку. Такой способ усиления системы эффективен для противодействия неравномерным ассиметричным нагрузкам, например, сильному косому ливню или резким порывам ветра.

Для получения длинного потолочного бруса или затяжки, длиной более 8 м, часто приходится сращивать два шестиметровых куска по схеме, приведенной на рисунке.

Одной из проблем, характерной для висячих стропил при большой длине пролета, может быть прогиб в центре затяжки основания потолочного перекрытия. В этом случае прибегают к устройству подвеса или бабки. Несмотря на внешнюю схожесть со стойкой, этот элемент работает на растяжение, поэтому его сечение может быть значительно меньше. При установке бабки необходимо предусмотреть устройство натяжения, позволяющее выбрать зазоры и выровнять прогиб затяжки.

Крепление элементов стропильной системы в узлах и соединениях, как правило, выполняется с помощью гвоздей 150-200 мм, забиваемых под разным углом и расстоянии от края бруса. С обратной стороны гвоздь загибается с заворотом. Такое устройство крепежа позволяет избежать эффекта «самовытягивания» гвоздя из посадки в бревно или брус. Если в стропильной системе применяется брус, наиболее удобным будет выполнить соединение с помощью накладных стальных профилированных пластин, уголков и держателей.

В ряде случаев применение таких устройств позволяет выполнить временную или предварительную сборку стропильных балок на саморезах, точно вымерять размеры и места запилов, и только после этого сделать капитальный крепеж.

Заключение

Устройство стропильной конструкции крыши достаточно эффективно, требует специальных навыков и знаний конструирования кровли. В особо сложных случаях стропильный каркас приходится собирать на земле в виде готовых ферм, выравнивать и подгонять систему в размерах, и только после этого последовательно поднимать на стены и завершать устройство крыши.

• Виды крыш частных домов
• Как правильно крыть крышу шифером
• Как крыть крышу профнастилом своими руками
• Устройство кровельного пирога под профнастил