Устройство и монтаж кровли: стропильная система
В этой статье изложены основные сведения о стропилах, стропильных фермах, обрешетке, чердаках, мансардах, карнизных свесах и слуховых окнах. Информация будет полезна клиентам строительных организаций, специализирующихся на монтаже крыш.
Крыша — это не только эффектный кровельный материал, надежно защищающий все строение от осадков. Скелет всей конструкции — стропильная система: именно от ее прочности и надежности зависит срок службы всей крыши. Поэтому на данном этапе строительства следует усилить контроль качества выполнения работ. Но для того, чтобы знать, на что следует обращать внимание, необходимо ознакомиться со свойствами материала и изучить правила монтажа.
Какие нагрузки испытывает кровля во время эксплуатации
Стропильная система — это собранная из отдельных элементов конструкция, предназначенная для равномерного распределения и передачи нагрузки от кровли на стены и перегородки. Стропила бывают стальными, деревянными или комбинированными: выбор зависит от проектного решения. Но основное требование, которое к ним предъявляется, общее: они должны выдерживать нагрузки, которые оказывают на них атмосферные явления и вес кровельных материалов:
Все вышеуказанные факторы оказывают периодическое воздействие на стропила (снег, сильный ветер) и постоянные (вес элементов конструкции), но при этом возможна комбинация сразу нескольких. Поэтому правильный расчет и монтаж несущих элементов очень важен.
Какие бывают стропила
Речь пойдет о наиболее часто встречающихся системах: сложные архитектурные сооружения создаются по иному принципу. Существует классификация стропил по принципу «работы» и устройству. Они бывают двух видов: к первому относятся стропила наслонные, ко второму — висячие.
Наслонные используются чаще всего: стропила такого типа можно увидеть в домах с внутренними несущими стенами или опорами в виде колонн. Они представляют собой балки, установленные под углом, один конец которых крепится к коньковому прогону (верхнему горизонтальному брусу), а другой опирается на мауэрлат (брус, уложенный на несущую стену). Вес кровли давит на коньковый прогон, а от него нагрузка переходит к системе подкосов и стоек. Стойки — это вертикально расположенные брусья, а подкосы устанавливаются под углом. Они, в свою очередь, давят на внутренние столбы и стены здания.
Такая конструкция может использоваться в том случае, если расстояние между опорами или ширина пролетов не превышает 16 м (данные получены в результате расчета). При больших расстояниях (когда длина стропильной ноги превышает 8 м) необходима установка промежуточных опор. Увеличение сечения бруса или бревна, чтобы обеспечить необходимую жесткость, не всегда возможно: здание может не выдержать большой вес стропильной конструкции.
При ширине пролета не более 6 м возможно использование висячих стропил: они могут устанавливаться в отсутствии внутренних опор. Как и в случае с наслонной конструкцией, висячие стропила нижней частью опираются на мауэрлат, а верхней соединяются вполдерева или прорезным шипом. Для дополнительного крепления верхних концов можно использовать скобы (естественно, при условии использования деревянных брусьев или бревен для изготовления стропил). Жесткость конструкции можно придать с помощью ригеля — поперечной стяжки.
Стропила могут быть изготовлены не только из деревянных бревен, брусьев или досок: подходящим материалом также являются металлические профили. Благодаря особой форме, они обладают достаточной жесткостью, а соединяться могут при помощи сварки.
Расстояние между стропилами зависит от климата в данной местности, типа кровли и особенностей устройства обрешетки: оно может колебаться от 300 мм до 1 м.
Основные сведения о стропильных фермах
Лучшим решением во многих случаях будет устройство кровли на основе стропильных ферм. Они применяются в домах со свободной планировкой, без внутренних опор. Форма стропильных ферм чаще всего представляет собой треугольник (это самая жесткая геометрическая фигура), собранный из деревянных, металлических деталей или отлитый из бетона. При этом, в середине треугольника установлены стойки и подкосы, предназначенные для равномерного распределения нагрузки, а его внутренние углы соответствуют углам наклона скатов кровли. Стропильные фермы размещаются через равные промежутки (в пределах 1–2 м) и скрепляются друг с другом горизонтальными перемычками: таким образом формируется крыша.
Помимо треугольной формы, стропильные фермы могут быть выполнены полигональными или трапецеидальными: внешне их конструкция напоминает фермы для строительства мостов. Первый вариант предполагает наличие горизонтальной средней части и двух переломов, а второй применяется при минимальном уклоне скатов. Выглядит такая крыша так же, как плоская, но фактически скаты присутствуют. Стропильные фермы данных типов хорошо сочетаются с новыми технологиями устройства кровли на основе рулонных материалов, не требующих (в отличие от других кровельных материалов) больших углов наклона скатов. Полигональные и трапецеидальные фермы не требуют больших затрат на производство, так как создаются из сравнительно малого количества строительных материалов: стойки и подкосы в их конструкции коротки. Но при этом существуют и недостатки, основным из которых является невозможность устройства чердака. Это вынуждает применять подобные системы преимущественно для строительства производственных зданий.
Обрешетка: какой она бывает и от чего зависят ее параметры
Поверх стропильных ног крепятся брусья, предназначенные для укладки кровельных материалов: их прибивают к деревянным стропилам длинными гвоздями. Эти брусья в совокупности называются обрешеткой. Кроме несущей функции, обрешетка играет роль ребер жесткости и одновременно с этим равномерно распределяет нагрузку на стропила.
Шаг обрешетки выбирается в зависимости от используемого кровельного материала: к примеру, каждый вид металлочерепицы обладает профилем, отличающимся от профиля того же материала другого вида. Ребра жесткости у них расположены на разных расстояниях. То же касается черепицы любого типа (керамической, полимерной, цементно-песчаной). Для укладки листовых кровельных материалов применяется разреженная обрешетка с шагом в 30–40 см.
Но некоторые материалы, такие, как плоский шифер, слюда, еврорубероид, битумная черепица, требуют устройства сплошной обрешетки. Такая обрешетка может быть создана из влагостойкой фанеры или листов OSB: это объясняется тем, что монтаж гибкой черепицы и еврорубероида выполняется методом наклеивания и герметичность возможна лишь при условии монолитной основы. Кроме того, сплошная обрешетка необходима на коньке, ендовах, на карнизных свесах и ребрах.
Что такое чердаки и мансардные этажи
Скаты, расположенные под большим углом, образуют чердачное помещение. Хозяин дома должен определить, как оно будет использовано. Там могут быть проложены инженерные коммуникации (система вентиляции и кондиционирования), устроен склад или даже оборудовано жилое помещение. В зависимости от предназначения, чердак может быть устроен с утеплением или без него. Но жилой чердак, называемый мансардой, утепляется обязательно: между кровлей и обрешеткой укладывают минеральную или стекловату, плиты из пенополиуретана.
Конструкция мансардных крыш должна быть такой, чтобы обеспечить максимально возможную полезную площадь под кровлей. Для этого предусматривают излом в поперечном сечении: с его помощью формируют высокий потолок чердачного помещения за счет более пологой верхней части скатов и более крутой нижней. Следует заметить, что пол мансарды должен выдерживать значительные нагрузки, а значит, должен быть сооружен по тому же принципу, что и полы нижних этажей.
О карнизных свесах и слуховых окнах
Карнизные свесы необходимы для защиты наружных стен от дождя и талого снега: они просто отводят влагу на некоторое расстояние. Кроме того, они защищают чердак от продувания и заметания снега. Поэтому стропила обязательно должны выходить за внешние стены: минимальный вынос составляет не менее 0,5 м, максимальный — до 2 м. Выбор зависит от количества осадков, выпадающих за год в данной местности, а также конструктивных особенностей крыши дома. В том случае, если стропила не выходят за стены, свес формируют при помощи специальных «кобылок»: досок, которые прибиваются к нижнему краю стропил.
Слуховые окна необходимы для обеспечения естественного освещения чердака и вентиляции. Они также могут быть своеобразным украшением кровли: их обрамляют резными деталями и чеканкой, стилистической росписью.
Стропило – это часть несущей системы скатной кровли, которая не используется в единственном экземпляре, а применяется в качестве стропильной конструкции. Состоит эта часть из вертикальных стоек, наклонных стропильных ног и наклонных подкосов. Если есть необходимость, то стропила укрепляются по нижней части к подстропильным балкам.
Что такое стропило
Стропило – это элемент, который ложится в основу целой системы, он состоит из наклонных подкосов, наклонных стропильных ног и вертикальных стоек. Опора осуществляется в деревянных рубленых постройках на венцы. А вот если речь идет о каркасных постройках, то опирание производится на обвязку сверху, тогда как в каменных домах они устанавливаются на мауэрлат, который представляют собой брусья максимальная толщина которых составляет 160 мм. Мауэрлат может располагаться по длине здания или находиться только лишь под стропильной ногой. В том случае, когда стропильная нога имеет сечение незначительной ширины, элементы со временем провисают. Для того чтобы исключить данное явление, следует использовать решетку, которая имеет в составе подкосы, стойки и ригели.
Для подкосов и ригелей применяются доски, ширина которых может составить 150 мм, тогда как толщина равна 25 мм. Для фиксации стропильной ноги используется затяжка, которая связывает нижние части стропильных ног. При скольжении по затяжке конец элемента может нарушить целостность. Для того чтобы исключить скольжение, стропильную ногу необходимо укрепить с затяжкой методом врубки. Стропила должны быть удалены от края на 400 мм.
Необходимость использования
Все это используется для того, чтобы придать крыше качества устойчивости при воздействии высоких нагрузок. В последствие кровля обретает свойства надежности, а стропила передают нагрузку от веса всей системы и снега на внутренние опоры здания. Если здание обладает небольшими пролетами, то следует использовать наслонные стропила. Если отсутствуют промежуточные опоры, то следует задействовать конструкцию из висячих стропил.
Где используются стропила
Стропило – это элемент, который является частью одной большой системы для упрочнения кровли. В зависимости от того, какими конструктивными особенностями будет обладать крыша, используются разные стропильные системы. При современном строительстве к стропилам и кровельным системам в целом предъявляются определенные требования, среди них:
Стропило – это элемент, который может использоваться в конструкциях односкатных, двухскатных и ломаных крыш. Эти элементы присутствуют и в крыше Судейкина. В первом случае применяются стропила в виде балок, их опирание осуществляется на стены, довольно часто это позволяет сделать кровлю эксплуатируемой. Конструкция крыши в этом случае должна быть предварительно спроектирована, только так можно будет распределить нагрузку по используемой кровле. Стропило, значение которого упомянуто в статье, может использоваться и в двухскатной крыше, в этом случае система имеет треугольные фермы, которые располагаются под определенным углом. Ноги должны находиться на мауэрлате, при этом они дополнительно комплектуются ригелями и растяжками.
Если есть желание оставить пространство для обустройства мансарды, то следует выполнить ломаную крышу, стропильная система которой будет более сложной. В этом случае используется сразу несколько видов стропил. Стоит отметить, что очень оригинальной и привлекательной является конструкция крыши Судейкина. В этом случае стропила соединяются между собой, формируя четыре треугольных ската. Такая система подходит для квадратных заданий.
Что такое стропила с точки зрения конструктивных особенностей
Вы можете самостоятельно осуществить строительство крыши. Стропила в ее составе могут быть наклонными. В этом случае верхний узел фиксируется с помощью шарнира, а нижний – посредством плавающего соединения. Такие конструкции стропил в виде профильных систем принято называть безраспорными. В данной системе не происходит передача нагрузки на мауэрлат. Коньковое соединение выполняется максимально жестко, опора на мауэрлат происходит с помощью шарнира. В этом случае на стены передаются раздвигающие усилия. Данная система, которая объединяет висячие и наслонные стропила, еще называется гибридной. Перераспределение нагрузки – основной принцип работы данной системы. Вес кровли принимается стропилами ногами, которые соединены встык и работают на изгиб. При этом коньковый брус не является столь обязательным элементом, так как он почти бездействует.
Для справки
Распорные стропила, фото которых представлены в статье, должны обустраиваться с учетом качества выполнения болтовых соединений. Предварительно в изделиях следует просверлить отверстия, диаметр которых должен оказаться на один миллиметр меньше по сравнению с диаметром болта или шпильки. Если они будут излишне большими, то в процессе проведения работ может произойти повреждение мауэрлата.
Выбор материала
Слово стропило известно сегодня каждому строителю, однако не всякий домашний мастер знаком с тем, какой лучше материал использовать для изготовления данных элементов в конструкции крыши. В основе может лежать древесина, монолитные железобетонные конструкции или металл. В качестве последнего выступают оцинковка или сталь, в первом случае удается получить облегченные конструкции. При выборе материала специалисты советуют уделить внимание назначению постройки. При этом должны быть учтены и предполагаемые нагрузки на кровлю. Деревянные стропила используются наиболее часто, для этого подбирается качественный клееный брус или массив древесины. Для работ понадобятся не только пиломатериалы, но и плотницкие инструменты, а также элементы крепежа. Если вы решили применить клеенный брус, то он должен иметь ширину в пределах от 12 до 18 м, а вот цельные бревна и доски могут иметь любую конструкцию.
Виды и схемы стропильных систем.
Проектируя любое жилое строение, архитекторы особое внимание уделяют крыше, так как она выполняет не одну, а сразу несколько функций, в зависимости от ее конструктивных особенностей. Нужно сказать, что далеко не всех будущих домовладельцев удовлетворяет обычная двухскатная крыша, хотя ее можно назвать самой надежной, так как она имеет всего две скатные плоскости и один стык между ними. Многих привлекают более сложные конструкции, которые добавляют строению особую привлекательность и оригинальность. Другие, более практичные домовладельцы, предпочитают мансардные конструкции, которые одновременно способны выполнять роль кровли и второго этажа.
Основой любой крыши является индивидуальная стропильная система, имеющая свои конструктивные особенности. Сделать выбор нужного каркаса крыши будет значительно проще, если заранее разобраться какие же виды и схемы стропильных систем используются в строительной практике. После получения подобной информации станет более понятно, насколько сложны такие конструкции в монтаже. Особенно это важно знать, если каркас для крыши предполагается возводить самостоятельно.
При обустройстве скатных конструкций крыш, стропильная система является каркасом для покрытия и для удержания материалов «кровельного пирога». При грамотном монтаже каркасной конструкции будут создаваться необходимые условия для правильной «работы» утепленных и неутепленных типов кровель, защищающих стены и внутреннее пространство дома от различных атмосферных воздействий.
Кровельная конструкция также всегда является завершающим архитектурным элементом экстерьерного оформления строения, своим видом поддерживая его стилистическое направление. Тем не менее, конструктивные особенности стропильных систем в первую очередь должны соответствовать требованиям прочности и надежности, которым должна соответствовать крыша, и лишь затем уже – эстетическим критериям.
Каркас стропильной системы формирует конфигурацию и угол наклона крыши. Эти параметры во многом зависят от природных факторов, характерных для конкретного региона, а также от желания и возможностей домовладельца:
-Количество осадков в разные периоды года.
-Направление и средняя скорость ветра в местности, где будет возводиться постройка.
-Планы по применению пространства под крышей – обустройства в нем жилых или нежилых помещений, или же использования его лишь в качестве воздушной прослойки для термоизоляции расположенных ниже помещений.
-Разновидность планируемого материала кровельного покрытия.
-Финансовые возможности домовладельца.
Атмосферные осадки и сила потоков ветра дают весьма чувствительную нагрузку на строение кровли. Например, в регионах с обильными снегопадами не стоит выбирать стропильную систему с небольшим углом наклона скатов, так как снеговые массы будут задерживаться на их поверхности, что может привести к деформации каркаса или кровельного покрытия или к протеканиям.
Если же местность, где будет производиться стройка, славится своими ветрами, то лучше выбирать конструкцию с небольшим уклоном ската, чтобы случающиеся резкие порывы не сорвали отдельных элементов крыши и кровли.
К основным элементам стропильной системы скатной крыши относятся:
Детали и узлы стропильных систем
Стропильные ноги, формирующие скаты кровли.
Мауэрлат — деревянный брус, закрепляемый на стенах дома и служащий для фиксации на нем нижней части стропильных ног.
Конек — это стык каркасов двух скатов. Он обычно является самой высокой горизонтальной линией крыши и служит опорой, на которой закрепляются стропила. Конек может быть сформирован стропилами, скрепленными между собой под определенным углом или же зафиксированными на коньковой доске (прогоне).
Обрешетка — это рейки или брус, монтируемые на стропила с определенным шагом и служащие основой для настила выбранного кровельного материала.
Подпорные элементы, куда можно отнеси лежни, прогоны, стойки, подкосы, стяжки и другие детали, служат для повышения жесткости стропильных ног, поддержки конька, связывания отдельных деталей в общую конструкцию.
В первую очередь стоит рассмотреть базовые виды стропильных систем относительно расположения стен дома, которые применяются во всех конструкциях крыш. Базовые варианты разделяют на наслонную, висячую, а также комбинированную, то есть включающую в свою конструкцию элементы и первого, и второго типа систем.
В постройках, где предусмотрены внутренние несущие стены, чаще устанавливается наслонная стропильная система. Монтировать ее гораздо проще, чем висячую, так как внутренние несущие стены обеспечивают для ее элементов надежную опору, а кроме того, для этой конструкции потребуется меньшее количество материалов.
Для стропил в этой системе определяющей опорной точкой является коньковая доска, на которой они и закрепляются.
Висячая стропильная система монтируется в строениях, где отсутствуют капитальные перегородки внутри здания, а расстояние между боковыми несущими стенами варьируется от 6 до 11 м и более. В этом случае конструкция крыши полностью опирается на несущие стены и дает на них высокую распорную нагрузку. Поэтому, что несколько ослабить напряжение, используются дополнительные скрепляющие горизонтальные элементы, которыми стягиваются стропильные пары — эти детали конструкции называют ригелями или затяжками.
Формы крыш и их стропильные системы
Крыши могут иметь один или несколько скатов, соединенных разными способами. Каждая из конструкций формируется индивидуальной каркасной системой, главными элементами в которой являются стропила.
Так, в зависимости от конкретных условий, от типа и архитектурных особенностей здания применяются следующие конструкции крыш:
Односкатная крыша.
Плоская.
Двускатная конструкция.
Вальмовая, четырехскатная.
Полувальмовая.
Многощипцовая.
Шатровая.
Ломаная или мансардная крыша.
Все выше представленные варианты крыш могут быть установлены на деревянные, кирпичные, возведенные из иных материалов строения. Выбирая стропильную систему для того или другого здания, нужно определиться с несколькими факторами:
Заранее решается, будут ли располагаться в чердачном пространстве хозяйственные или жилые помещения. Если они планируются, то лучше выбирать двускатную или ломаную мансардную крышу, но иногда они могут быть организованы и под вальмовой или односкатной конструкцией.
В зависимости от внутренней конструкции дома, то есть наличия внутренних несущих перегородок, выбирается наслонная или висячая система.
Кроме этого, учитывается количество выделяющихся секторов дома. Если их несколько, то определяются конструкции крыш для каждого из них.
Должна быть ясность с типом кровельного материала, которым планируется покрывать крышу, так как от него тоже зависит выбор конструкции стропильной системы.
Обязательно нужно предусмотреть климатические особенности региона — ветровую и снеговую нагрузку на крышу.
Следует определить правильное расположение дома относительно преобладающей розы ветров.
И наконец, необходимо рассчитать свои финансовые возможности, прикинув необходимое количество материалов и их стоимость.
Если нет опыта в проектировании и расчете стропильных систем, то лучшим выходом станет обращение за помощью к специалистам, которые предложат разные варианты крыш и помогут произвести все расчеты.