Стропильная система в деталях: виды конструкций, устройство и разбор основных элементов
Оценок 1Для крыши стропильная система – что-то вроде скелета. В ней тоже есть основные элементы, удерживающие весь каркас, и дополнительные, которые обеспечивают прочность и наличие внутреннего пространства под кровлей. Не зная названий всех этих элементов, довольно сложно разобраться в процессе строительства крыши. А разбираться нужно! Минимум для того, чтобы контролировать качество происходящих работ, когда вы нанимаете бригаду, и вникать в тонкости проектирования. А уверенные в себе мастера и вовсе берутся за устройство крыши самостоятельно, будучи хорошо теоретически подкованными.
Предлагаем вам рассмотреть основные понятия: что такое стропильная система и из каких элементов она состоит. Теперь для вас не останется непонятных терминов!
Содержание
Формы и виды крыши: сложность устройства
Первым делом давайте разберемся с основными понятиями. Чем больше нагрузка на крышу, чем сложнее ее форма, тем вероятнее в такой стропильной системе окажется много внутренних элементов. Например, самое простое устройство стропильной системы – у крыши с одним скатом, а самое сложное – у многоскатной или необычной крыши.
В зависимости от количества имеющихся скатов стропильную систему крышу называют односкатной, двускатной, четырехскатной или многоскатной. Так, у односкатной крыши есть только плоскость – в виде прямоугольника. А у двухскатной крыши обе плоскости опираются на две наружные стены. При этом с торцевых сторон дома образуются два треугольника, которые называется щипцами (поэтому двухскатную крышу еще нарекают щипцовой).
Обычно такую крышу обустраивают с уклоном от 14 до 60 градусов. Состоит она ряда двух стропильных ног, упирающиеся в горизонтальный брус. В самом простом варианте эти две стропильные ноги соединены бруском, который называется затяжкой, но богата дополнительными элементами. Это лежни, стойки, прогоны, подкосы и многое другое.
А вот уже более сложная четырехскатная крыша. У такой стропильной системы нет фронтонных стен, их заменяют дополнительные скаты. В какой-то степени это экономит строительные материалы, но спроектировать и построить такую крышу уже труднее. Для этого понадобятся стропила наслонного типа либо целостные стропильной фермы:
Кроме того, четырехскатная крыша еще и имеет подвиды. Так, если все скаты представляет собой одинаковые треугольники, такую крышу называют шатровой. При этом вершины треугольников всегда сходятся в одной точке. Если два ската крыши представляют собой трапеции, а другие два – срезанные треугольники, то это уже полувальмовые крыши: датские или голландские.
Еще один вид крыш – это ломаная или мансардная. Обычно такие скаты крутые, до 60 градусов, а возле конька – более пологие. Благодаря такой структуре стропильной системы площадь мансарды позволяет обустраивать там вполне комфортные помещения. Такая крыша особенно хороша для домов, у которых ширина менее 10 метров.
Нередко сегодня встречается также многоскатная крыша со сложной архитектурой, которая становится день ото дня все более модной. Но и ее стропильная система интуитивно понятна, ведь любое сложное можно разделить визуально на несколько простых сегментов. Поэтому, посмотрев на необычную крышу, вы увидите, что в ней эффектно сочетались сразу несколько самых типичных конструкций.
Скелет крыши: стропила, конек и дополнительные элементы
Теперь давайте перейдем к изучению отдельных элементов. Итак, когда вы смотрите на грамотно спроектированную и со вкусом выполненную крышу, то наверняка подозреваете (или знаете наверняка), что у нее внутри есть определенный костяк. И это действительно так: как у живого организма, у крыши есть самый настоящий скелет, а у скелета позвоночник (конек), ребра (стропила) и все остальное:
Начнем с самых важных понятий: что такое стропила или стропильные ноги? Это – металлические или деревянные брусья или балки, на которых держится вся конструкция. В основном стропила соединены между собой шарнирно, т.е. подвижно, или статично, и принимают на себя все динамические и статические нагрузки.
Стропильная нога – главный функциональный элемент стропильной системы. Она определяет угол наклона ската, общую структуру кровли и служит чем-то вроде «ребер», которые крепятся к «позвоночнику» – коньку крыши:
Но если уложить кровельное покрытие прямо на стропила, между которыми достаточно широкий шаг, то оно провиснет или вовсе упадет вниз. Поэтому прямо на стропила, перпендикулярно им кладут обрешетку – доски, бруски или металлические планки.Отдельный элемент обрешетки называется обрешетиной. Минимальное сечение бруска – 30 на 50 мм, а в остальном его параметры зависят от выбранной кровли.
Давайте тут же обозначим такой термин, как контробрешетка. Ее изготавливают сечением 30х50 мм и устанавливают вдоль стропильных ног. Она необходимы, чтобы закрепить гидроизоляционную пленку и создать под кровельным покрытием вентиялционный зазор. Причем контробрешетку устанавливают раньше, чем саму обрешетку.
Идем далее. У здания со стенами из бетона, пенобетона или кирпича еще есть такой дополнительный элемент стропильной системы как мауэрлат. Это деревянная балка, которая принимает на себя всю нагрузку от крыши и аккуратно распределяет ее по всей длине стен. Этот элемент обязательно отделен от стены плотным слоем рулонной гидроизоляции:
Чтобы стропильные ноги не разъезжались, их скрепляют внизу затяжкой, а подкосы и стойки придают стропилам дополнительную устойчивость.
Свес крыши представляет собой выход стропильных ног за стену, чтобы отвести дождевой поток подальше от дома. Если при этом длины стропильных ног недостаточно, применяют кобылки.
Есть еще такой важный элемент как балка, которую заготавливают из деревянного бруса или проката. Это важная часть конструкции, которая рассчитана на изгиб.
А вот более редкий элемент стропильной системы – это бабка. По сути, это деревянный брус, который подпирает стропильные ноги. Его устанавливают перпендикулярно затяжке, чтобы соединить стропила.
Вот как выглядят все эти элементы:
И, наконец, в том месте. где пересекаются два ската во внутреннем изгибе, образуется внутренний угол, который называется ендовой. Там, где скаты пересекаются на внешней стороне, образуются хребты (или ребра), но не стоит путать их с ребрами жесткости — это специальные элементы конструкции в виде борозд и пластинок, который иногда используется в строительстве крыши. Сама наклонная поверхность крыши называется скатом.
А сама стропильная система – это совокупность всех перечисленных элементов, которые входят в нее.
Материал изготовления стропил: какой лучше?
В зависимости от того, какие нагрузки планируются и каковы пожарные требования, каркас крыши изготавливают из самых разных материалов. Вот как, к примеру, выглядит классическая деревянная и металлическая система крыши:
Предлагаем ненадолго остановиться на особенностях используемых материалов для стропильства крыши.
Деревянные стропила: преимущества и недостатки
Возведение крыши для многих представляется как работа с деревянными досками, которые в нужном месте подпиливают и скрепляют. Отчасти так, конечно, и есть:
В качестве древесины используется обычно высушенная хвойная или же клееная, если стропильные элементы должны выдерживать повышенную нагрузку. Но работать с деревом на самом деле не проще, чем с металлом, хотя многие так думают.
Так, при изготовлении деревянных стропил подходит исключительно только древесина высокого качества. Это сухие доски и брусья с влажностью, не превышающую 25%. Также внимательно следят за тем, чтобы в таких досках и брусьях не было больших сучков, обзолов, трещин или ненужного наклона волокон.
В чем суть? Любой серьезный дефект способен привести к тому, что стропильная нога попросту треснет под нагрузкой. Если же возможности купить добротный сухой пиломатериал нет, тогда его сушат прямо на объектив в специальном вентилируемом штабеле. Но на это уходит не один месяц, да и после сушки около 30% досок приходится отбраковывать.
Поэтому рациональнее для изготовления стропильной системы приобретать готовые доски, причем с запасом по ширине. И это еще не все. Обычно пиломатериал выглядит идеально ровным только на глаз, а для стропильной системы геометрия – крайне важный параметр. И как раз имея запас по ширине, мастер получает возможность самостоятельно выправить стропила при помощи строгального оборудования. Только так скаты получается действительно ровными, и на них удачно ложится абсолютно любое кровельное покрытие.
Стальные балки: для особых нагрузок
Сегодня стропильную систему нередко собирают из стальных оцинкованных балок. Вы наверняка встречали их название: двутавры, швеллера или тавры. Такие элементы получаются куда более дорогими, чем деревянные или обычные металлические, но этого стоит.
Да, в монтаже они намного сложнее, но ценят их за одно важное преимущество — это высокая устойчивость к изгибающим нагрузкам. Благодаря этому в строительстве крыши получается обойтись без всяких там вертикальных подпорок и других элементов. Но в жилом домостроении балки сегодня не часто используются, хотя такая практика есть, и сейчас объясним, почему.
Например, сложность стропильной системы и наличие внутренних элементов напрямую влияет на планировочное решение мансарды. Ведь чем больше разных перемычек и ригелей между строительными ногами, тем ниже получится потолок чердака.
Причем все это важно не только для обустройства еще одного жилого помещения под крышей. Дело в том, что сегодня популярны так называемые бесчердачные крыши, под которыми расположены самые обычные комнаты дома. И всякие дополнительные элементы там попросту не поместятся.
Но есть своя ложка дегтя: металлические балки часто служат мостиками холода, а потому для них обязательно монтируют кровельный пирог. В основном начинкой здесь служат ориентированно-стружечные плиты и экструдированный пенополистирол в качестве утеплителя. Это отличная альтернатива традиционным висячим стропилам!
Лучше всего в этом плане на практике показали себя LVL-брус и комбинированные двутавры. Двутавры обходятся сравнительно недорого, но пока еще временем не проверены, а вот LVL-брус в три раза дороже обычных пиломатериалов. Стоит или не стоит отдавать такой стропильной системе предпочтение – вам решать.
Расчет совокупности нагрузок на стропила
Теперь переходим к самому сложному вопросу – проектированию стропильной системы. Давайте сразу поясним: динамические нагрузки — это время от времени падающий снег, подъемная сила ветра и работающие на крыше люди. Статические нагрузки подразумевают давление своим весом кровельного покрытия, установленная на крыше спутниковая антенна и другое подобное оборудование, а также снеговая шапка, которая неподвижно лежит всю зиму.
Главная задача стропильной системы – правильно передать всю эту нагрузку на стены и фундамент дома. А также защитить все то, что находится внизу на земле, от лавинообразно исходящего снега, сплошной стены дождя и других проявлений непогоды.
Сечение и шаг стропил никогда не выбирается на глаз: для этого существуют строгие строительные нормы и правила, коротко обозначаемые как СНиПы. По этим причинам расчет стропильной системы достаточно сложный и по правилам его доверяют только профессионалам.
К слову, сегодня немало организаций занимаются проектированием стропильной системы, для любого типа дома. Обращаться к специалистам, конечно же, есть смысл, ведь крыша официально признана как объект первого значения по обеспечению безопасности дома.
Чтобы самостоятельно произвести точный расчет такой стропильной системы, нужно иметь необходимые навыки и даже образование. Вот некоторые особенности такого расчета:
Так, учитывать необходимо не только желаемый уклон ската, но и снеговые и ветровые нагрузки, вес выбранного кровельного покрытия и еще такие возможные моменты давления, как работающие на крыше люди. Вот почему стропильную систему крыши всегда строят с определенным запасом прочности.
Например, шаг и сечение балок всегда делают не меньше, чем на 25% больше расчетных. При этом сами расходы вырастают незначительно, зато крыша прослужит намного дольше.
Виды стропил по распределению нагрузки
С понятиями разобрались, теперь рассмотрим, как устроена стропильная система изнутри.
Стропила наслонного и висячего типа
Конструкция крыши в зависимости от ее внутреннего устройства может быть распорной или безраспорной. В зависимости от этого сами стропила делятся на два основных вида: наслонные и висячие.
Наслонные более просты в изготовлении, а вот с висячими придется повозиться. Их довольно сложно проектировать, ремонтировать или изменять, но именно к такой конструкции придется прибегнуть, если вся стропильная система будет опираться только лишь на наружное ограждение:
Главное преимущество висячих стропил в том, что они отлично работают на сжатие и изгиб. Но такая стропильная система создает немалые горизонтальные распирающие усилия, которые действуют на стены.
Для того чтобы уменьшить это физическое явление, устанавливается промежуточная металлическая или деревянная затяжка, которая будет соединять стропильные ноги. Чаще всего это ригель – специальный элемент, который используется при строительстве мансардных крыш. И чем выше он расположен, тем выше будет потолок в мансарде, и тем больше должно быть сечение такого элемента.
Наслонные стропильные системы более экономичны и просты в своем устройстве, но их применяют только тогда, когда у здания уже есть два или даже несколько рядов вертикальных опор, между которыми пролет не превышает 8 м.
Крыша на прогонах: для бревенчатых построек
Выбор между наслонными и висячими стропилами имеет значение, когда мы говорим об обычной крыше жилого дома, но вот баня или дача из оцилиндрованного бревна строится по-другому, по своим законам. Например, основой такой крыши часто служат слеги, или прогоны.
Это специальные длинные доски, которые расположены параллельно коньку и опираются на бревенчатые фронтоны. В этом есть свой смысл!
Дело в том, что бревнам свойственно давать усадку, и обычная стропильная система на них просто перекашивается. Исправить это будет почти невозможно, а в приведенном методе с усадкой фронтонов будет изменяться угол наклона стропил. Вот почему здесь ко всему на стропилах используется подвижный крепеж, а укладывать кровельное покрытие разрешается только через полтора-два года.
Конечно, на устройство такой крыши понадобится и время, и затраты, но сама технология достаточно надежна и проверена временем.
Хотя, стоит отметить, что еще довольно часто кровельщики применяют другую технологию для таких построек. Они берут заранее сухие бревна и стягивают их подпружинными глухарями (так называются специальные элементы). От классических прогонов при этом отказываются, а фермы устанавливают с вертикальными подпорками или подкосами.
В итоге все усадка фронтонов уже не сказывается на геометрии крыши, а те зазоры, которые появятся со временем, закрывают декоративными планками. Так получаются красивые русские бани и дачные дома в соответствующем стиле.
Целостные стропильные фермы: для особой прочности
Стропильную систему, как обычный конструктор, можно собрать прямо на месте, в процессе строительства дома, или же заказать в виде готовых стропил на заводе, и только потом устанавливать на крыше. Одним словом, наверх поднимаются цельные элементы, которые остается только закрепить. Это удобнее в плане стропильных работ, ведь на высоте многие манипуляции с инструментами не удобно производить.
Сегодня немало фирм занимается подобным производством. Они адаптируют проект клиента под нужную технологию, точно рассчитывают, какая должна быть структура стропильной системы, до миллиметра высчитывают все поперечные сечения элементов под выбранный тип кровли, уклон и покрытие. Также время уделяется расчету планируемых нагрузок на крышу, коих немало. Но при определенных знаниях и навыках все это реально сделать самостоятельно.
Давайте внимательно рассмотрим устройство таких стропильных рам. Они представляют собой треугольник, который достаточно жесткий по своей структуре и не деформируется при давлении или усилии распора:
Благодаря таким фермам крыша обеспечена необходимой устойчивостью, а для многих современных проектов это – главный критерий надежности.
Методы крепления стропил в каркасе крыши
Теперь давайте обратим внимание на узлы стропильной системы. Чтобы крыша получилось надежной, она должна хорошо выдерживать все нагрузки. Даже свои внутренние! Например, если сропила изготовлены из дерева, они могут менять свои геометрические параметры в разную пору года, а подвижные узлы системы позволяют добиться свести такие деформации на нет.
С давних времен на Руси все детали стропильной системы соединяли между собой при помощи врубок, и это было вполне надежный метод. Правда, не слишком экономный, ведь для этого все деревянные конструкции стропильной системы должны были иметь большие сечения.
В более тонких изделиях врубку уже делать было небезопасно, ослабляется само стропило. Хотя до сегодняшнего дня этот прием монтажа стропил все еще практикуется. Так, кто-то привержен традициям и считает врубку наиболее надежной, а кто-то доверяет современным технологиям. Нельзя сказать, что тот или иной метод лучше или хуже. Отметим только, что специализированный крепеж все-таки облегчает и ускоряет монтаж, а традиционные врубки и их качество намного зависит от навыков плотника.
Сегодня стропила чаще скрепляют болтами и шпильками, и намного реже – сварными швами. Но что касается последнего, то такие швы требуют особого строгого контроля качества, защиты от коррозии и периодического наблюдения. Также сам шов делает узел статичным, без какой-либо возможности принять на себя динамическую нагрузку.
Также стропильную сегодня систему соединяют при помощи стальных перфорированных накладок. Они надежно защищены от коррозии и держатся за счет пластин с зубьями, которые утапливается в дерево. Благодаря всему этому расход дерева на изготовление стропильной системы уменьшается примерно на 20%, чем со врубками.
Давайте подведем итог. Изначально неправильно спроектированная стропильная система в последствии практически не поддаются ремонту, а неисправности обнаруживаются только после завершения строительства крыши. Вот почему так важно разбираться в элементах строительной системы, знать значение каждого бруска и стоит ли отказываться от важных конструктивных элементов ради экономии. Зная все эти нюансы, вы легко заметите, что изначальный проект отличается от реализации вот в таком-то и таком-то месте, в какой части лучше укрепить скат и почему лучше пожертвовать высотой мансарды ради будущей долговечности крыши.
Остались ли у вас еще вопросы после прочтения статьи? Задавайте!
