Виды стропильных конструкций

Для прочности и долговечности постройки большое значение имеет не только фундаментная часть, но и крыша, а именно её несущий каркас. Стропильная конструкция воспринимает не только вес покрытия крыши, но и различные нагрузки, которые возникают в результате погодных воздействий (влага от таяния снега и дождя, вес снега, ветровые нагрузки, град, перепады температур и т.п.). Чтобы эта конструктивная часть дома должным образом справлялась со своими задачами, стропильную систему необходимо правильно спроектировать и соорудить.

Конструктивные части системы

Конструируя стропильные системы, необходимо знать, из каких элементов они состоят, а также какие функции возлагаются на каждый из них:

• Основанием всей стропильной конструкции можно считать мауэрлат. Это брус, который воспринимает нагрузку от стропил и всей крыши и, равномерно распределяя, передаёт её на стены дома.
• Стропило или нога стропильная – это базовый элемент, формирующий скат крыши. Между стропилами прокладывается теплоизоляционный материал. К нему крепятся другие конструктивные слои крыши — обрешётка, гидроизоляция, пароизоляция, покрытие.
• Прогон – это деталь для скрепления стропильных ног или для опирания некоторых конструктивных частей. Так, коньковый прогон или конёк фиксирует стропила в верхней части, не позволяя каждому из них отклоняться от вертикальной оси. На прогон можно опирать коньки нижних скатов, слуховых окон. В ломаной крыше боковые прогоны позволяют сформировать излом ската.
• Затяжка нужна для соединения парных стропил в средней части с целью получения жёсткой конструкции.
• Подкосы и стойки выполняют функции дополнительных опорных элементов для стропил. Фактически они делают стропила более устойчивыми. Стойки опираются на лежень – брус, который лежит в основании конструкции и проходит параллельно коньку.
• Кобылка – это брус меньшего, чем у стропил, сечения, который крепится к низу стропильной ноги и нужен для формирования крышного карнизного свеса.
• Конёк – это линия, по которой стыкуются два ската крыши. Конёк нужно особо тщательно защищать от протечек, а для усиления этой части в ней делается сплошная обрешётка.
• Обрешётка – это система брусков или досок, которая набивается поперёк стропил с определённым шагом или сплошным слоем. Обрешётка служит опорой для кровельного покрытия и равномерно распределяет и передаёт нагрузку от покрытия и погодных воздействий на стропильную систему.
• Свес крыши по фронтону нужен для защиты стен дома от осадков. Свес может формироваться за счёт выпуска брусков обрешётки за плоскость крыши или посредством укладки более длинного конька и прогонов.

В некоторых постройках могут использоваться не отдельные стропильные пары, а целые фермы. Стропильная ферма состоит из пары стропил, соединённых в нижней части растяжкой, стоек и подкосов. Такие фермы позволяют распределить нагрузку от крыши на внешние стены, то есть внутренние несущие стены не нужны (в противоположность случаям с использованием стоек, опирающихся на лежни). Шаг между фермами зависит от расчётов. Нижний пояс фермы является потолком чердачного помещения или верхнего этажа.

Требования

Все стропильные конструкции должны отвечать определённым требованиям, чтобы должным образом выполнять свои функции:

1. Основные требования предъявляются к качеству используемой древесины. Обычно для каркаса крыши используется древесина хвойных пород с влажностью не более 15 %. Кроме этого, дерево должно соответствовать таким характеристикам:
• Используется древесина 1-2 сорта с минимальным содержанием сучков. На каждый метр длины допустимо не более трёх сучков диаметром не более 30 мм.
• Допускается наличие неглубоких трещин с длиной, не превышающей половину длины элемента.
• Для изготовления несущих элементов используют брус толщиной как минимум 50 мм.
• Максимальная длина хвойных досок составляет 6,5 м, а лиственных – 4,5 м.
• Для изготовления прогонов и мауэрлата можно использовать древесину лиственных пород, но только твёрдых.
• Все элементы обрабатываются антисептиками и антипиренами.

2. Все места соединения должны быть максимально жёсткими и не подверженными деформациям. Готовая ферма – это жёсткий треугольник, который является основой всей конструкции и гарантией жёсткости и долговечности. Парные стропильные ноги обязательно соединяются затяжкой, чтобы добиться такого же жёсткого треугольника.
3. Лёгкость. Важно учитывать, что крыша может разрушиться и деформироваться под собственным весом. Именно поэтому для обустройства стропильной системы используют древесину, которая отличается прочностью и лёгкостью. Однако длинный брус большого сечения может прогнуться под собственной тяжестью, поэтому в некоторых случаях вместо него лучше использовать металлический прогон или ферму.

Внимание! В местах стыковки деревянных элементов крыши с кладкой стен нужно использовать гидроизоляцию для защиты древесины.

Разновидности и отличия стропильных систем

Конструкция стропильной системы может быть наслонной или висячей и подбирается в зависимости от конструктивных особенностей постройки. Также есть комбинированная разновидность, в которой присутствуют оба типа систем. Отличия между висячей и наслонной системой состоят в расположении стропил относительно стен дома.

Наслонная система

Если в доме есть внутренние несущие стены, то обычно используют наслонную систему. Она проще монтируется, поскольку несущие стены внутри дома будут служить дополнительной опорой элементам стропильной конструкции. В отличие от висячей системы в наслонной не используются затяжки, также только здесь можно использовать скользящее соединение стропил с мауэрлатом.

Стоит знать: ещё одно преимущество наслонной системы состоит в экономии материала. Для её изготовления потребуется меньше древесины.

Стропила в такой системе фиксируются на коньке, который и является основной опорной точкой для них. Безраспорная разновидность наслонной конструкции может быть трёх видов:

1. Верхний край стропил крепится к коньку, а нижний край закрепляется врубкой в мауэрлат. Для дополнительной фиксации нижний край стропил крепится к стене дома скобами или проволокой.
2. Верхний край стропильных ног подрезается под необходимым углом, и парные элементы соединяются друг с другом посредством металлических пластин. Нижний их край крепится к брусу мауэрлата подвижным соединением.
3. В последнем варианте для соединения парных стропил в верхней точке используются доски или бруски, которые набиваются горизонтально с двух сторон стропильной пары, наподобие затяжки. Между двумя парами горизонтальных затяжек и защемляется прогон. Внизу используется скользящее соединение с мауэрлатом.

Важно! Скользящее соединение стропил с мауэрлатом позволяет избежать деформации всей конструкции крыши в случае усадки строения. Также несущие стены избавляются от излишнего напряжения.

В комбинированной системе используются наслонные стропила и распорная система, которая характерна только для висячих стропил. В этом случае нижний край стропильной ноги жёстко соединяется с мауэрлатом, а между собой стропильная пара соединяется затяжками и подкосами.

Висячая система

Висячая конструкция стропил подходит для зданий, у которых нет внутренних несущих стен.  При этом расстояние между внешними несущими стенами может быть в пределах 6-11 м. В такой ситуации вся конструкция стропил крыши опирается на внешние стены и обеспечивает большую распорную нагрузку. Именно поэтому для ослабления напряжения в стенах в такой системе используются горизонтальные затяжки. По сути, это ригели, которые стягивают стропильные пары, формируя жёсткий треугольник.

Затяжку можно установить в любой части стропил. Если это сделать посередине, то можно получить потолок мансардного этажа или чердака. Если ригель затяжки установить в нижней части стропильной пары, то он будет одновременно выполнять функции балок чердачного перекрытия.

Выбор стропильной системы по форме крыши

У крыши может быть разное количество скатов, которые соединяются разными способами. Именно поэтому для каждой формы крыши используется своя каркасная система. И главный элемент в ней – стропильная нога. Существуют такие конструкции крыш:

• односкатная и двускатная;
• плоская;
• четырёхскатная или вальмовая;
• многощипцовая;
• полувальмовая и вальмовая;
• шатровая;
• мансардная;
• сложные крыши.

Рассмотрим подробнее самые распространённые варианты крыш и их стропильную систему.

Односкатная

В такой крыше только один скат, расположенный под уклоном. Если разрыв между несущими стенами разной высоты не более 6 м, и они выполнены из бетона или кирпича, то стропила можно опирать прямо на стены. Если стены находятся на расстоянии более 6 м, то используются дополнительные подпорные стойки.

Такую систему можно использовать и на стенах одинаковой высоты, приподняв один скат на подпорных стойках, установленных на одной из наружных несущих стен. В составе такой стропильной системы должны быть следующие элементы:

• стропило;
• подкос для поддержки длинной стропильной ноги;
• подпорка в качестве опоры для стропил;
• конёк для опоры верхнего края стропильных ног;
• лежень нужен для фиксации подкоса и передней стойки;
• мауэрлат для фиксации нижнего края стропильной ноги методом врубки.

Двускатная крыша

Этот вариант обычно применяется в частном домостроении. Такая крыша может быть с наслонной или висячей системой, установленной над ж/б перекрытием или деревянными балками. Стропильные пары опираются на наружные несущие стены с одинаковой высотой. При этом скаты могут быть одинаковой или разной длины и угла наклона.

При двускатной крыше две стены дома имеют фронтоны, которые могут быть выполнены из того же материала, что и стены или из брусков и обшиты досками. Если пространство под крышей будет жилым, то используется минимальное количество стоек и распорок. Обычно в этом случае используются затяжки на верхнем отрезке стропильной пары, которые будут выполнять функции потолка мансардного этажа. Стойки устанавливаются как можно ближе к низу стропил и служат основанием для обшивки стен мансарды.