Крепкая кровля: стропильная система крыши и её виды

Требования к опоре

Общие технические требования к деревянным элементам, используемым при строительстве гражданских зданий и сооружений, приводятся в ГОСТ Р 56705-2015. Они в полной мере касаются и стропил.

Выбор конструкции и геометрических размеров досок и брусьев проводится с учётом толщины стен, угла скатности крыши, высоты объекта и его архитектурного дизайна. В расчёт принимается также долговечность крыши и её стойкость от перепада внешних температур, интенсивности осадков и ветровых нагрузок.

К правилам, применяемым при строительстве крыши со стропилами, относятся:

1. Оптимальный угол наклона поперечных брусьев. Уклон крыши дома обычно определяется пролётом боковых стен и конструкцией кровли. Однако этот параметр всегда зависит от погодных условий. Например, если зимой в вашем районе выпадает много снега, а в тёплую пору года – дождя, то уклон крыши должен гарантировать, самопроизвольное соскальзывание влаги с крыши.
2. Расстояние между стропилами. Они должны быть достаточно прочными, чтобы удерживать суммарный вес обшивки крыши и расположенных на ней кровельных элементов (шифера, черепицы, профилированного настила). Чем ближе стропила друг к другу, тем прочнее будет крыша.
3. Тип древесины. Часто поместным условиям стропила изготавливают из определённых пород дерева, например, если, сосны или лиственницы. В зависимости от физико-механических характеристик пиломатериала стропила обеспечат крыше ту или иную дополнительную поддержку.
4. Минимально допустимые размеры поперечного сечения всех элементов. По мере уменьшения уклона крыши увеличивается весовая нагрузка на стропила. Для крыш с малым скатом строительные нормы и правила могут потребовать увеличенного размера сечения.

ГОСТ Р 56705-2015 предусматривает определённые требования к мауэрлатам (опорным конструкциям наклонных брусьев), к самим брусьям, доскам рамы и подкосам. Они касаются несущей способности элементов, их влажности, допускаемых напряжений, несущей способности и т.п.

Превращаем деревянный брус в стропила

Изготавливаем шаблон, с помощью которого будет выполняться дальнейшая работа. Стропила имеют однотипную конструкцию, так что шаблон позволит вам сэкономить силы и время.

Для разметки и подрезания стропил используйте шаблонДля разметки и подрезания стропил используйте шаблон

Соединяем две доски по одному краю гвоздем. В результате вы должны получить конструкцию, напоминающую ножницы.

Изготовление шаблонаСхема шаблона

Ставим свободные края «ножниц» на опоры в точках будущего размещения стропил. Это позволит определить уклон кровельного ската.

Берем дополнительную пару гвоздей и фиксируем угол, установленный между досками. На этом шаблон готов. Дополнительно зафиксируйте его поперечной перекладиной. Чтобы установленный угол уклона кровельного ската не менялся под воздействием нагрузок, перекладину крепите саморезами.

Будьте предельно внимательны при создании шаблона. Даже из-за малейших отклонений вся конструкция может испортиться.

Далее делаем новый шаблон для подготовки монтажных зарезов на элементах системы. Используйте фанеру толщиной 0,5 см. Для укрепления применяйте 2,5-сантиметровую доску. Размеры зарезов подбирайте с учетом сечения используемых стропил.

С помощью готовых шаблонов делаем зарезы и начинаем собирать ферму.

Разметка противоположного конца стропилРазметка противоположного конца стропилПолноразмерный шаблон стропил

Последовательность монтажа стропильной системы

В составе стропил лежит много элементов, у каждого своя задача. Некоторые обвязывают периметр стен, другие осуществляют поддержку ног, а остальные отвечают за соединение системы и поддержку ее неподвижности. В результате создается уравновешенная конструкция с небольшим весом, но хорошими несущими показателями.

Стропильную систему нужно собирать сразу после монтажа чердачного перекрытия. Независимо от вида крыши все будет делаться по определенному алгоритму.

Мауэрлат к стене

Брус укладывается на гидроизоляционные торцы. Закрепляется конструкция анкерами. Углы бруса нужно соединить вполдерева и зафиксировать болтами.

Стропила к мауэрлату

Стропила к мауэрлату представляют собой один или два бруска, которые нужно разместить на центральной оси (или по сторонам от центра на определенном расстоянии). По торцам стропил устанавливаются крайние стойки. Между ними на расстоянии от 3-х до 6-ти метров устанавливаются промежуточные элементы (если размер крыши позволяет).

Стропила являются несущей конструкцией скатов. В ее основе лежат элементы, которые можно соединять ригелями или стойками. Опорные балки не обязательно делать на основе древесины, их можно делать из железа, бетона или смешивать материалы.

Сращивание стропил

Теперь устанавливаются и сращиваются остальные стропила. Нижней частью их нужно прикрепить к мауэрлату, верхней опереть на конек и установить крепления. Порой стропило соединяют с противоположным стропилом, создав опору на коньковый прогон. Шаг их установки от 0,6 до 1,2 м

Важно распределить стропила равномерно по всей длине крыши

Стропила укрепляются подкосами и ригелями. Здесь нужно отталкиваться от проектной схемы. Если у ската большая ширина, потребуется больше элементов.

Окончание работы

После создания каркаса нужно монтировать пароизоляционную мембрану. Она располагается полосками внахлест. Установка начинается снизу.

После идет монтаж кобылок и создание карнизного свеса. Снизу конституция подшивается сайдингом или досками.

Сверху стропил нужно сделать обрешетку или просто настелить каркас досками. Обычно для этого применяется обрезанная доска толщиной 4 см.

Выполняется монтаж утеплителя. Подробнее об утеплении кровли можно ознакомиться в статье: «Как утеплить крышу самостоятельно: выбор утеплителя, порядок работ»

Последний слой – кровля. Здесь все зависит от выбранного покрытия. Обычно материал для кровли продается с инструкцией по установке, поэтому с этим шагом проблем возникнуть не должно.

Из какого материала создаются стропильные системы?

Для формирования этих конструкций могут использоваться различные материалы. Наиболее оптимальным считается применение элементов из древесины.

Важно! Узлы стропильной системы, сделанные из дерева, отличаются высоким качеством, долговечностью и надежностью, но для их долгого срока службы перед применением надо обработать их особыми защитными составами. Для создания конструкций используется брус, причем желательно, чтобы он имел размеры 150х150 мм

Дополнительно применяются доски 50х150 мм, а для усиления крыши подходят более толстые бруски и доски, которые надежно фиксируются друг с другом

Для создания конструкций используется брус, причем желательно, чтобы он имел размеры 150х150 мм. Дополнительно применяются доски 50х150 мм, а для усиления крыши подходят более толстые бруски и доски, которые надежно фиксируются друг с другом.

Во время формирования стропил оптимальным считается использование сосновой древесины, причем брус предварительно должен вылежаться, чтобы после организации кровли не изменил свою форму и размеры, поэтому при таких условиях значительно увеличивается стойкость всей конструкции перед разными факторами.

Небольшого размера стропила делаются из досок, причем для придания им оптимальной прочности рекомендуется сшивать несколько элементов.

Некоторые люди предпочитают при возведении частного строения пользоваться металлическими элементами для создания крыши. Но применение металлического профиля обладает некоторыми минусами, так как металл подвергается процессу коррозии. Обычно устанавливаются такие элементы под прогонами конька, что дает возможность сделать оптимальную опору, так как именно прогоны обычно подвергаются значительным нагрузкам.

Описание стропильных элементов

Стропила крепятся на мауэрлат, который укладывается на верхнюю часть обвязки стен. Между ними должен быть уложен гидроизоляционный слой, защищающий обвязку от попадания влаги. Для существенного упрочнения крепления используют анкера или стальные штыри с нарезанной резьбой, которые затягиваются на гайки и прижимаются шайбами.

В верхней части крепления стропил друг к другу устанавливают коньковый прогон. Он может либо находиться в висячем положении, либо закреплён к вертикальным опорам. Основное его назначение — увеличение прочности стропильной системы и обеспечение крепления для конька крыши. Торцевые части прогона могут выходить на торцевые стенки здания при формировании двускатной крыши.

Рисунок 5. Элементы конструкции стропильных систем.

Коньковый прогон существенно увеличивает вес конструкции, однако при этом снижает сдвиговые и деформационные напряжения в стропилах. Чтобы обеспечить оптимальное соотношение прочности к весу необходимо провести соответствующие расчёты. Наиболее оптимальными считаются диаметры брёвен от 200 до 260 мм, а брусья — с размерами более 180х180 мм.

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

Нормативное регулирование

При устройстве крыши важно учитывать следующие факторы:

• Наличие вентиляционного зазора между ветрогидроизоляционной мембраной (укладывается поверх слоя теплоизоляции) и покрытием на утепленных совмещенных крышах из штучных и листовых кровельных материалов.
• Наличие пароизоляционной мембраны с внутренней стороны чердака или мансарды, перед слоем утеплителя. Она служит для защиты волокнистого теплоизоляционного материала от конденсата.
• Несущие конструкции обычно сооружаются из пиломатериалов – сечение выбирается в зависимости от разновидности системы, веса «кровельного пирога» и предполагаемых эксплуатационных нагрузок.
• Элементы безопасности подбираются с учетом вида и особенностей кровли – снегозадержатели, молниеотводы, лестницы, ходовые трапы и т.д.
• При реконструкции существующей крыши проверяется состояние теплоизоляции – при недостаточной прочности и высокой влажности ее нужно полностью заменить. При удовлетворительных прочностных показателях утеплитель допускается просто просушить – для этого можно обустроить вентиляционные каналы в 2-х взаимно перпендикулярных направлениях или полностью раскрыть гидроизоляционную мембрану (при наличии такой возможности) на определенное время.

Типы конструкций и их чертежи

Стропильные системы отличаются типом устройства в зависимости от разновидности крыши. К основным типам каркасов относят наслонные, висячие и шатровые виды.

Висячие

Находят применение при возведении многоуровневых крыш. Представляют собой структурные элементы крыши на пересечении двух поверхностей, которые образуют раму. Такие стропила идут от конька к углам стен, поддерживающих кровельное покрытие. Характеризуются закреплением только по двум точкам, среднее поддерживающее звено отсутствует.

Несущая способность висячих стропил невысока, поэтому их используют при строительстве домов малых размеров, пристроек, оранжерей. Однако простота конструкции и отсутствие многих элементов, обязательных для установки в стропильных системах иных типов, обеспечивают малую трудоёмкость работ и экономию по номенклатуре приобретаемых пиломатериалов.

С другой стороны, малое количество точек закреплений налагает повышенные требования к прочности соединительных элементов.

Наслонные

Характеризуются наиболее традиционным использованием составляющих элементов. Используются в основном для создания двускатной крыши. Этот тип начинается от внешней стены и продолжается до коньковой доски. Размеры составляющих элементов определяют высоту крыши и уровень размещения коньковой доски. В зависимости от ширины строения может понадобиться дополнительная опора, которая располагается по продольной оси симметрии.

Разновидностью наклонных стропил являются вальмовые, угол ската которых составляет 450. Вальмовые стропила устанавливают на угол стены или фундамента и доводят до коньковой доски. Этот тип используется для отделки конца крыши, где она встречается с торцом здания.

Шатровые

Готовятся под крышу, у которой все четыре стороны наклонены вниз от вершины под одинаковым углом. У шатровых стропил нет фронтона или плоского торца. Характеризуются простотой возведения, поскольку все стены имеют одинаковую высоту.

• Пирамидальные (или квадратные) с единственной вершиной.
• Мансардные, угол каждого ската которых может различаться между собой. Нижний уклон обычно круче верхнего.
• Комбинированные, когда, наоборот, нижний уровень образуется более пологим склоном. Возможна и другая комбинация, когда шатровые стропила образуют впадины – места, где две плоскости крыши встречаются и выступают вниз.

При строительстве вполне вероятно, что для завершения строительства кровли может быть реализована комбинация нескольких типов стропил.

Расчет крыши с двумя скатами

Выполняя расчет стропильной системы двухскатной крыши, следует уделить внимание используемому материалу (кровли), а также техническим требованиям в сфере архитектуры и строительства:

Угол наклона двухскатной крыши должен быть более 5°. В некоторых случаях этот показатель достигает отметки в 90°.

В той местности, где погодные условия не самые лучшие и постоянно прослеживаются дожди и снег, скаты делаются крутыми. В подобной ситуации угол выбирают в пределах 35-40°. Тогда это предотвращает задержку воды и снега на поверхности крыши.

Однако, с таким углом кровли невозможно возвести дополнительный этаж с чердачными помещениями. Выходом из ситуации послужит ломаная стропильная система крыши. Сверху такая конструкция будет пологой, а снизу с резким уклоном.

Пологие крыши активно применяются в местностях с сильными порывами ветра. При постоянном ветре уклон делают 15-20°, чтобы защитить покрытие кровли.

Оптимальным выбором будет что-то промежуточное, когда скат подбирается не самый крутой

Обратите внимание, чтобы наклон не был слишком пологим

Выполняя монтаж стропильной системы, сначала следует ознакомиться с основными элементами конструкции:

• Мауэрлат — брус, крепящийся по периметру дома на верхнюю плоскость стен;
• Опоры и стойки;
• Лежни — опорная система брусьев, монтируемые на колонные или несущую систему перегородок;
• Прогоны — элементы опоры, укладываемые вдоль оси конструкции крыши, используются стойки;
• Балки перекрытия.

Варианты конструкций висячей стропильной системы

Для этого вида конструкции стропила изготавливаются из доски сечением примерно в 50×200 мм, но для каждого конкретного строения нужно проводить индивидуальный расчет, который лучше всего доверить специалистам.

Первым шагом в этой конструкции на боковые несущие стены монтируется мауэрлат. Далее, стропила в нижней части врезаются в мауэрлат, а верхние могут быть соединены одним из трех способов, описанных выше. Обычно сначала изготавливается одна стропильная пара, которую монтируют на земле, затем ее поднимают на высоту и подгоняют по месту. После этого эту пару используют в качестве шаблона для изготовления остальных пар. После того как будут смонтированы все пары, их по очереди поднимают наверх и устанавливают на мауэрлате, на расстоянии высчитанного шага. Следующим шагом подготавливается коньковый прогон, которым будут связаны отдельные стропильные пары в верхней части

При монтаже прогона очень важно соблюсти расстояние шага между стропильных ног. Далее, на каждую из стропильных пар закрепляются стягивающие доски. Их для жесткости закрепляют с двух сторон стропила и дополнительно фиксируют к мауэрлату специальными металлическими перфорированными уголками

Их для жесткости закрепляют с двух сторон стропила и дополнительно фиксируют к мауэрлату специальными металлическими перфорированными уголками.

Что такое стропила и зачем они нужны при строительстве дома

Стропила служат основанием для кровельных материалов (профнастил, шифер). Стропильная система включает в себя следующие элементы: наклонные стропильные ноги, подкос, вертикальные стойки. Используемый материал системы должен быть непроницаем для влаги, обладать легким весом и высокой прочностью. Стропила используются для придания крыше выносливости, устойчивости при воздействии атмосферных осадков. Они обладают высокой прочностью при воздействии суровых климатических условий (снега, урагана).

Варианты систем

Для установки стропильных систем для кровли они должны быть изготовлены из прочного материала (дуб, ясень), должны фиксироваться самыми лучшими клеящимися веществами, железными дисками, кровельными стяжками. Все строительные материалы, которые используются для возведения дома, часто подвергаются отрицательному воздействию температуры – при её понижении материал сжимается, при повышении – расширяется. При резком повышении или падении температуры в доме дерево или непрочный сплав железа может треснуть. Металлические стропильные системы намного дороже, чем стропила из дерева. Избежать коррозии металлических систем помогут антикоррозийные химические вещества.

Отрицательные стороны железного каркаса

Металл не обладает воздухопроницаемостью, а это – риск развития грибковых паразитов. Если в доме большинство вещей сделано из дерева, то через четыре года все деревянные изделия будут поражены грибком. Отсутствие вытяжки на кухне может привести к сильному нагреванию воздуха. В результате этого горячий пар будет подниматься вверх. Тем самым будет оказывать отрицательное воздействие как на деревянные, так и металлические стропила. Во избежание таких неприятностей, следует на кухне сделать вытяжку или покрыть внутреннюю часть крыши пароизоляционными материалами.

Защита системы

Для защиты от патогенных грибов, жуков, паразитов стропила обрабатываются специальными антисептическими растворами. К ним относятся: сенаж, медный купорос, невымываемый неомид. Некоторые из перечисленных антисептиков имеют в своем составе пожароустойчивые вещества. После пропитки нужно дать дереву высохнуть в течение 1-2 дней в сухом и хорошо проветриваемом помещении. Следует ограничить доступ в комнату маленьким детям, так как отравление химикатами будет неизбежно.

Требования

Влажность древесины при установке стропильной системы должна быть не более и не менее 15 %, слишком сухое дерево может треснуть, а дерево повышенной влажности со временем может сгнить. Исключением являются стропила, которые будут находиться на улице (балконах, навесах, террасах). Они должны быть 20-процентной влажности. Доска с влажностью более 30 % менее прочна. При строительстве крыши всегда нужно брать немного больше стройматериала для мелких работ, непродуманных заранее.

Как определить неправильно высушенную древесину или различить неровность стропил без дополнительных инструментов? Сделать это очень просто. Нужно взять в руки исследуемый материал и невооруженным глазом просмотреть его неровности. Если доска прямая, значит, стропило высушено правильно, и его можно использовать в строительстве. Если же края доски направлены вверх или вниз, надо отправить её обратно в магазин строительных материалов или пустить в работу на мелкие детали.

На заводах после распилки стволов готовые доски отправляются в специализированные сушилки. Это нужно для удаления лишней жидкости. Преимущество сушек горячим воздухом заключается в том, что в процессе повышения температуры до определенного уровня уничтожаются личинки насекомых и споры плесени. Если вы все же купили доски повышенной влажности, то вам нужно будет хотя бы год подержать древесину в прохладном, но сухом месте. Каждая стропильная система используется для определенного вида кровли.

Основа хорошей крыши – это качественная стропильная система. Для продления срока эксплуатации новой крыши вам нужно взять у продавца документ, который дает гарантию на 2-3 года. Таким образом, вы не будете переживать за некачественно проделанную работу, потраченные деньги можно будет очень быстро вернуть.

Главные крепления стропильного каркаса крыши

Чтобы знать, как правильно делать каркас кровли, нужно понимать, какие есть основные узлы стропильной системы. Основные узлы следующие:

• Узел крепления к балке. Стропильную ногу необходимо прикрепить к балке с помощью зуба с шипом (в стропиле) и гнезда (в балке). При этом гнездо должно иметь глубину, которая будет составлять 25-30% от объема балки. Если речь идет о крыше с углом наклона в менее чем 35°, используется узел с двумя шипами. Для создания конструкции применяются металлические шурупы, гвозди, уголки, болты, а также деревянные косынки, шипы и брусья.
• Узел крепления к мауэрлату. Для крепления делается запил, или седло на стропиле, далее соединение фиксируется с помощью гвоздей, скоб и проволоки. Два гвоздя скрещивают между собой, а между ними по центру забывают третий. Так происходит крепление стропил двухскатной крыши и мауэрлата.
• Узел конькового соединения. Можно крепить встык, внахлест и на коньковой брус. Чаще всего это делают внахлест, в этом случае стропильные ноги соприкасаются между собой не торцами, а плоскостями. Крепление происходит при помощи шпильки, гвоздей или болта.

узел крепления к балке

узлы крапления к мауэрлату и коньку

Видео с ошибками при строительстве стропильной системы. Так строить нельзя:

Основные элементы конструкции

Стропильная система крыши дома собирается из отдельных элементов, которые в зависимости от конструкции самой крыши используются в различных сочетаниях. Так:

• Стропильная нога (стропило) — балка, которая предназначена для создания уклона крыши, а также выполняющая роль опоры для кровли. Именно на стропила происходит воздействие (вес снега, сила ветра, тяжесть людей), заставляющее их изгибаться. Выполняются стропила из досок, у которых размер сечения в вертикальном направлении значительно больше, чем в горизонтальном.
• Затяжка — горизонтально расположенная доска или брус, которая соединяет стропила между собой на противоположных скатах, препятствуя расползанию их в стороны.
• Мауэрлат — зачастую квадратный брус, который укладывается на стены дома по всему периметру, и выступает в качестве опоры для стропил (в них стропила опираются своими нижними концами).
• Прогон (коньковый прогон) — брус, на который опираются стропила своим верхним концом или в средней части. Прогон подвержен действующим на него вертикальным силам.
• Стойка — вертикальный элемент, предназначенный для поддержки стропила или прогон. На него воздействуют вертикальные нагрузки. Обычно он опирается на стены, колонны нижнего этажа или же на прогон, уложенный на перекрытие этажа.
• Подкос — брус, который устанавливают под углом к вертикали, чтобы подпереть стропило, препятствуя его прогибу.
• Ветровая балка — доска, связывающая между собой стропильные ноги, в результате чего образуется скат крыши. Данный элемент препятствует сдвигу стропильных ног относительно друг друга и подвижкам крыши при ветровых нагрузках. Располагается она под углом к линии свеса крыши, прибивая ее к стропилам со стороны чердака.
• «Кобылка» — доска, предназначенная для создания свеса кровли. Крепится она к нижней части стропил.
• Шпренгель — балка из бруса или бревна, цель которой укрепить стропильную конструкцию, придать ей устойчивость, воспринимая горизонтальные ветровые нагрузки. Укладывается данный элемент горизонтально на смежные стены перпендикулярно биссектрисе угла между ними.
• Нарожник — укороченная стропильная нога, используемая в конструкции вальмой крыши, и которая опирается одним концом на диагональную ногу, а другим на мауэрлат.

Выбор сечения элементов стропильной системы

Сечение элементов стропильной системы во многом зависит от расчетной нагрузки (веса снега, силы ветра), кровельного материала, расстановки элементов. Например, чем ближе размещены стропила, чем меньше их вес и вес кровельного материала, тем меньше может быть сечение. Данное правило распространяется и на другие элементы системы.
Сечения элементов стропильной системы (ориентировочные данные):

• Стропило (наиболее распространенный размер) — 50 х 150 мм
• Мауэрлат — 100 х 100, 100 х 150, 150 х 150 мм
• Диагональные стропильные ноги — 100 х 200 мм
• Прогоны — 100 х 100, 100 х 150, 100 х 200 мм
• Затяжки — 50 х 150 мм
• Ригели — 100 х 150, 100 х 200 мм
• Подкосы — 100 х 100, 150 х 150 мм