Виды и схемы стропильных систем: обзор и рекомендации для монтажа стропильной системы крыши

Особенности стропильной системы

Устройство

Двускатная (щипцовая) крыша образована двумя наклонными поверхностями (скатами), имеющими прямоугольную форму. Основой крыши является каркас, который и называется стропильной системой.

В первую очередь давайте разберемся, из каких деталей состоит стропильная система двускатной кровли, и как она устроена.

Конструкция включает в себя следующие элементы:

Мауэрлат. Служит основой конструкции. Задача мауэрлата заключается в равномерной передаче нагрузки от крыши на стены дома.
Кроме того он выполняет еще одну важную функцию — обеспечивает крепление всей крыши к стенам. Как правило, мауэрлат для двускатной крыши делают из бруса сечением не менее 100х100, который крепится к стенам по периметру строения;

Мауэрлат — основа всей конструкции

Крепление мауэрлата к стенам осуществляется при помощи анкеров или стержней (шпилек);

Стропильная нога или просто стропило. Это, можно сказать, основной элемент, который формирует каркас кровли.Стропильные ноги устанавливаются попарно друг напротив друга и формируют треугольник. Как правило, их делают из бруса сечением 50х150 или 100х150 мм.

Стропильные ноги формируют скаты крыши

Пара стропил называется стропильной фермой. Этот элемент кровли обеспечивает равномерную передачу нагрузок, возникающих от веса крыши, ветра и осадков, на мауэрлат;

Коньковый прогон. Эта деталь служит вершиной двухскатной крыши, правда, в некоторых случаях вершины образуют стропила, а коньковый прогон устанавливается под ними.
В любом случае эта деталь представляет собой балку, которая связывает отдельные стропильные фермы в единую конструкцию.
Надо сказать, что помимо конькового прогона иногда фермы соединяют и обычными прогонами, т.е. балками, которые располагаются на плоскости скатов, как показано на схеме выше.

Коньковый прогон объединяет стропильные фермы в единую конструкцию

• Стойки. Вертикальные элементы конструкции, которые передают нагрузку от стропил внутренним стенам;
• Лежень. Представляет собой балку, которая равномерно распределяет нагрузку от стоек на внутренние стены;
• Затяжка. Деталь, которая соединяет стропила в нижней их части, образуя треугольник;
• Верхняя затяжка (ригель). Соединяет стропила в верхней части;

Подкосы передают нагрузку от ферм на затяжку

• Подкос. Элемент фермы, придающий ей жесткость. Подкосы передают нагрузку от стропильных ног на затяжку или лежень;
• Кобылки. Служат продолжением стропильных ног за пределами стен, образовывая свес крыши;

Кобылки служат продолжением стропил для обеспечения свеса крыши

Обрешетка. Доски, которые монтируются параллельно коньковому прогону, и связывают стропильные фермы. Обрешетка служит основой для монтажа кровельного материала.
Шаг обрешетки зависит от типа кровельного покрытия.

Обрешетка служит основой для монтажа кровельного материала

Некоторые материалы, такие как битумная черепица, требуют сплошной обрешетки. В этом случае доски монтируются вплотную друг к другу либо обшивка осуществляется листовыми материалами, такими как фанера или OSB.

Некоторые строительные материалы требуют монтажа сплошной обрешетки

Надо сказать, что устройство стропильной системы двухскатной крыши может различаться. Об основных возможных вариантах поговорим ниже.

Разновидности двухскатной стропильной системы

Двухскатные крыши бывают двух типов:

С висячими стропилами. Используются в тех случаях, когда расстояние между внешними стенами не превышает 10 м, и между ними нет внутренних стен. Висячие стропила снизу опираются на мауэрлат, а сверху — друг на друга.

Висячие стропила не имеют стоек

Таким образом, ферма с висячими стропилами создает распирающую нагрузку, и передает ее на стены. Для снижения этой нагрузки используются затяжки, которые стягивают стропильные ноги;

Наслонные системы могут иметь различную конструкцию, но в любом случае часть нагрузки их стропил передается на внутренние стены

С наслонными стропилами. Такая конструкция подразумевает использование стоек и лежня (иногда несколько лежней), которые передают нагрузку от стропильных ног на внутренние стены дома.
Подобная конструкция оправдана, если наружные стены располагаются на расстоянии более 10 метров и имеют внутренние стены.

Подготовка стен и перекрытий дома

Устройство стропильной системы крыши предусматривает подготовку стен и перекрытий дома. Для этого потребуется замерить стены и углы.

При необходимости поверхность выравнивают. Для кирпичного дома используют цементно-песчаную стяжку, для деревянного здания — специальные прокладки. Монтаж стропильной системы предусматривает применение следующих материалов и инструментов: гвозди, молоток, шуруповерт, смеси для выравнивания, кисточки, брусья, рубероид, уровень.

Для проведения гидроизоляционных работ потребуется специальный материал.

На него производится установка мауэрлата. Он позволяет исправить непрямые углы по периметру всего дома. Мауэрлат, поднятый до верхней точки стены, не является основанием для распорной конструкции.

Особенности монтажа стропильной системы.

Стропильная система состоит из следующих элементов:

Стропила.

Они относятся к несущей части системы.Стропильные ноги. Они формируют скат кровли.Затяжки. Они связывают между собой предыдущие элементы.

Обустройство свеса производится с помощью дополнительных стропил.

Последние элементы представлены в виде брусьев сечением в 50х20 мм. Параметры изменяются с учетом климатических условий. Чтобы рассчитать сечение бруса, потребуется выяснить:

• шаг монтажа стропил;вид материала, из которого обустраивается крыша.

Строители советуют подбирать материал для обустройства стропильной системы таким образом, чтобы показатель нагрузки не превышал 50 кг на 1 м². Важным фактором при монтаже рассматриваемой конструкции является снеговая нагрузка. Рассчитать этот показатель можно с помощью специальной формулы:

F = P × k, где F — снеговая нагрузка, P — вес снега на 1 м², k — корректирующий коэффициент.

Для расчета ветровой нагрузки на крышку применяется следующая формула:

V = R × k, где V — ветровая нагрузка, R — показатель соответствующего региона, k — корректирующий коэффициент.

Нагрузка на стропила по схеме

Различают три типа нагрузки:

• Постоянная. Это значение, которое не будет изменяться на протяжении всего срока эксплуатации кровли. К этой категории относят массу кровельного материала, утеплителя, гидро- и пароизоляции, обрешетки, доборных деталей кровли, а также внутренней отделки мансарды. То есть, суммированное значение массы элементов и будет ожидаемой нагрузкой. Ее средняя величина составляет 40-45 кг/м2, но не более 50 кг/м2. Желательно предусмотреть запас прочности, равный 10 % от общей массы.
• Переменная. Имеется в виду интенсивность выпадения осадков, нагрузка от снега и ветра, которые могут существенно варьироваться в зависимости от времени года или погодных условий.
• Особая. К данной группе относят экстремальные природные явления – землетрясения, торнадо, сильные ветры. В этих случаях запас прочности делают существенно больше обычного.

Как выбирать стропильную систему?

При изготовлении каркаса крыши можно использовать несколько видов стропильных конструкций: висячие и наслонные. Чтобы понять, какой из вариантов будет наиболее оптимальным, нужно учесть тип кровли, материал перекрытия и природные условия региона.

Из особенностей висячих стропил стоит отметить то, что поддержку им обеспечивают внешние стены дома, промежуточные опоры здесь не используют. Стропильные ноги подобного типа в процессе эксплуатации подвергаются деформации на сжатие и изгиб. Благодаря этой конструкции возникает горизонтальное распирающее усилие, которое распространяется на стены. Для уменьшения этой нагрузки используют деревянные и металлические затяжки. Эти элементы устанавливаются непосредственно у основания стропильной конструкции.

Часто сооружать висячую стропильную систему приходится при возведении мансард, а также тогда, когда пролеты на крыше имеют размер 8-12 м, а проектом дополнительные опоры не предусмотрены.

Установка наслонных стропил чаще всего производится в домах с промежуточной столбчатой опорой или дополнительной несущей стеной. Нижними краями конструкция крепится к внешним стенам, а их средние элементы — к внутреннему простенку или несущему столбу.

В случае монтажа единой кровельной системы, которая будет захватывать несколько пролетов, обязательно нужно использовать распорные и наслонные стропильные фермы. Наслонные стропила выбирают для тех участков, где имеются промежуточные опоры, а висячие применяют там, где отсутствуют эти поддерживающие элементы.

Составные части крыши

Двускатная крыша — самая распространенная конструкция в частном строительстве. Представляет собой две плоскости, наклоненные в противоположные стороны под углом к горизонту 20-42°, соединенные в вершине — коньке.Благодаря такой форме снег, дождь и талая вода стекают с поверхности крыши, не задерживаясь. При увеличении угла наклона возрастает парусность конструкции, что при сильных порывах ветра может привести к отрыву.

Несущий каркас крыши состоит из стропильной системы, которая включает элементы:

Мауэрлат — опорная балка, расположенная по периметру дома в верхней части стен. Нагрузка от вышележащей конструкции, снега и ветра передается коробке через нее.

Крепление мауэрлата

Мауэрлат

Стропильные ноги или стропила — наклонные элементы, которые монтируют с шагом 80-200 см и соединяют горизонтальными прогонами. Передают усилия от кровли на мауэрлат. По виду опирания их разделяют на наслонные или висячие.

Крепление стропильной ноги к мауэрлету.

Конек — горизонтальный брус для крепления стропил, верхняя точка крыши.
Стойки, подкосы, распорки, ригели — горизонтальные, вертикальные и диагональные элементы для придания жесткости каркасу.
Лежень — горизонтальный брус для опирания стоек, уложенный на внутреннюю несущую стену.
Обрешетка, настил — основание для слоев кровельного пирога, добавляет стропильной системе устойчивость.
Кобылка — элемент, удлиняющий стропила. Применяют при недостаточной их длине для формирования свесов.
Затяжка — потолочная балка, элемент перекрытия этажа или усиливающая стропильную систему горизонтальная связь.

По обрешетке монтируют слои гидро-, шумо- и пароизоляции, утеплитель, если чердак жилой, и кровельные материалы.

Стропильная система двускатной крыши в частном строительстве обычно изготавливается из дерева. Материал доступен, прост в обработке, позволяет возводить легкие пространственные конструкции, не перегружающие стены и фундамент.

Схемы стропильной системы двухскатной крыши.

Иногда для сооружения каркаса применяют металлический прокат — швеллеры, трубы, двутавры, уголки. Такой способ в индивидуальном строительстве используется значительно реже. Конструкции из стали дороже, сборка требует профессиональной квалификации и оборудования.

Сечения стандартных несущих элементов составляют:

• мауэрлат (лежень) — брус толщиной от 100, высотой от 150 мм, бревно диаметром 170-190 мм;
• стропила — брус 50х150, 100х150 мм, стесанные на один кант бревна, доски, уложенные на ребро;
• стойки — 100х100 мм;
• доски обрешетки — толщина 25 мм.

При больших пролетах домов и высоких нагрузках размеры сечений несущих элементов определяют расчетом на прочность.При соответствующей подготовке антисептиками древесина устойчива к гниению. Специальные составы — антипирены — защищают материал от возгорания.

Помимо несущего каркаса и покрытия крыша содержит элементы:

• свесы — выступающие за пределы наружных стен продолжения скатов, оберегают ограждающие конструкции от стекающей воды;
• ендовы, разжелобки — элементы для обустройства стыков при пересечении плоскостей кровли, необходимый узел в кровлях, состоящих из нескольких двускатных форм.

С боков крышу ограничивают фронтоны — части стен треугольной формы. Чердак может выполнять функции мансарды и использоваться как жилое помещение для постоянного или временного проживания.

Как правильно запилить?

Углы примыкания стропильных ног размечаются с помощью угольника Свенсона и запиливаются. У кровельщиков существуют правила, которых они придерживаются при запиливании и креплении стропил вальмовой крыши. Сюда относят такие нюансы:

важно сохранять единую линию положения стропил, для этого можно использовать шаблон;
в качестве шаблона можно использовать обрезок доски или фанеры, где будет проведена линия от нижнего края на третью часть ширины стропилины;
аналогичную черту проводят на всех брусьях, которые планируют подпиливать.

Впоследствии разметку переносят на стропила, проверяя точность готового изделия. Проходят по всей крыше и проверяют степень примыкания по всей длине мауэрлата. Допустимы перепады в 2-3 мм, при необходимости делают коррективы.

Особенности кровельных систем и на чем остановить свой выбор?

В строительстве домов самыми распространенными видами крыш являются:

Односкатная крыша.

Самая легковозводимая форма и малозатратная система кровли. Распространена в случае отсутствия жилого чердачного помещения. Применение такой системы характерно для простого типа домов, беседок, поскольку конструкция имеет значительно меньший вес по сравнению с другими типами крыш во избежание давления и деформации стен постройки.Двускатная крыша.

Тип этой крыши универсален и подойдет для любого вида постройки, с учетом планировки дома, несущих стен, пролетов и нужного склона крыши. Наиболее популярной сегодня является двускатная кровля из металлочерепицы. В Екатеринбурге вы можете приобрести такую на сайте  кровля66.рф/metallocherepica/.Вальмовая крыша имеет по периметру 4 ската, что делает работу по установке более сложной.

Но монтаж такой системы оправдан, если речь идет о строительстве дома из кирпича, газо-или пеноблоков, с дальнейшим обустройством чердака, например, в дополнительную комнату.Полувальмоя крыша. Более экономичная, полувальмовая крыша подходит для небольших домов с перекрытиями из дерева и загородных домов.Шатровая и мансардная типы крыш отличаются довольно сложной технологией возведения, но вполне реально выполнить своими руками, следуя правильной технологии.Многоскатные крыши и крыши со скосом лучше всего поручить делать мастерам с опытом. Вид таких конструкций очень привлекательный и хорошо подходит для домов с мансардным этажом, но требует знаний и навыков работы со сложной стропильной системой.

С висячими стропилами

Это системы, у которых стропильные ноги опираются только на наружные стены без промежуточных опор (несущих стен). Для двускатных крыш максимальный пролет составляет 9 метров. При установки вертикальной опоры и системы подкосов увеличить его можно до 14 метров.

Висячий тип стропильной системы двускатной крыши хорош тем, что в большинстве случаев нет необходимости ставить мауэрлат, а это делает установку стропильных ног проще: не нужно делать врубки, достаточно скосить доски. Для связи стен и стропил используется подкладка — широкая доска, которую крепят на шпильки, гвозди, болты, ригеля. При таком строении большая часть распирающих нагрузок компенсирована, воздействие на стены направлено вертикально вниз.

Виды стропильных систем с висячими стропилами для разных пролетов между несущими стенами

Стропильная система двухскатной крыши для небольших домов

Существует дешевый вариант стропильной системы, когда она представляет собой треугольник (фото ниже). Такое строение возможно, если расстояние между наружными стенами не более 6 метров.  Для такой стропильной системы можно расчет по углу наклона не делать: конек должен быть поднят над затяжкой на высоту не менее 1/6 длины пролета.

Но при таком построении стропила испытывают значительные изгибающие нагрузки. Для их компенсации или берут стропила большего сечения или врубку коньковой части делают так, чтобы их частично нейтрализовать. Для придания большей жесткости в верхней части с обоих сторон прибивают деревянные или металлические накладки, которые надежно скрепляют вершину треугольника (тоже смотрите не картинке).

На фото также показано, как дорастить стропильные ноги для создания свеса кровли. Делается врубка, которая должна выходить за пределы линии, проведенной от внутренней стены вверх. Это необходимо, чтобы сместить место надреза и уменьшить вероятность надлома стропила.

Коньковый узел и крепление стропильных ног к подкладной доске при простом варианте системы

Для мансардных крыш

Вариант с установкой ригеля — используется при организации под крышей жилого помещения — мансарды. В этом случае он является основой для подшивки потолка расположенного ниже помещения. Для надежной работы системы такого типа, врубка ригеля должна быть безшарнирной (жесткой). Лучший вариант — полусковороднем (смотрите на рисунке ниже). В противном случае крыша станет неустойчивой к нагрузкам.

Стропильная система двухскатной крыши с приподнятой затяжкой и узел врубки ригеля

Обратите внимание на то, что в этой схеме присутствует мауэрлат, а стропильные ноги для повышения устойчивости конструкции должны выходить за пределы стен. Для их закрепления и стыковки с мауэрлатом делается врубка в виде треугольника. В этом случае при неравномерной нагрузке на скаты, крыша будет более стабильна

В этом случае при неравномерной нагрузке на скаты, крыша будет более стабильна.

При такой схеме почти вся нагрузка ложится на стропила, потому их необходимо брать большего сечения. Иногда приподнятую затяжку укрепляют подвеской. Это необходимо для предотвращения ее прогиба, если она служит опорой для материалов обшивки потолка. Если затяжка небольшой длины, ее можно подстраховать по центру с двух сторон досками, прибитыми на гвозди. При значительной нагрузке и длине таких страховок может быть несколько. В этом случае тоже достаточно досок и гвоздей.

Для больших домов

При значительном расстоянии между двумя наружными стенами устанавливается бабка и подкосы. Такая конструкция обладает высокой жесткостью, так как нагрузки компенсированы.

Стропильная система двухскатной крыши для большого пролета и узлы врубки конька и стропил

При таком длинной пролете (до 14 метров) сделать затяжку цельной сложно и дорого, потому ее делают из двух балок. Соединяется она прямым или косым прирубом (рисунок ниже).

Прямой и косой прируб для соединения затяжки

Для надежной стыковки место соединения усиливается стальной пластиной, посаженной на болты. Ее размеры должны быть больше размеров врубки — крайние болты вкручиваются в цельную древесину на расстоянии не менее 5 см от края врубки.

Для того чтобы схема работала нормально, необходимо правильно сделать подкосы. Они передают и распределяют часть нагрузки от стропильных ног на затяжку и обеспечивают жесткость конструкции. Для усиления соединений используются металлические накладки

Крепление подкосов для стропильной системы висячими стропилами

При сборке двухскатной крыши с висячими стропилами сечение пиломатериалов всегда больше, чем в системах с наслонными стропилами: точек передачи нагрузки меньше, следовательно на каждый элемент приходится большая нагрузка.

Методы крепления стропил к мауэрлату

Это один из наиболее распространенных методов крепления стропил в их нижней части. Нужно сказать, что далеко не все мастера способны выполнить эту работу без ошибок, что, безусловно, сказывается на прочности крыши.

Крепление стропил к мауэрату

В нижней части стропильной ноги обязательно должен быть сделан вырез (строители часто называют его «зарезом»). В результате нога как бы надевается на балку мауэрлата.

Устанавливать стропила без этого выреза нельзя, так как плоская грань бруса просто соскользнет с балки, это только вопрос времени.

А нужно ли делать ответную выемку в мауэрлате? Тут все зависит от того, из какого материала изготовлен мауэрлат.

Если это твердая древесина лиственных пород, то рекомендуется делать прорезь (не выемку!), которая в комплексе со специально сделанной прорезью в стропильной ноге образует упорный замок.

Если балка мауэрлата изготовлена их хвойной древесины, то такие прорези делать не стоит, это только ослабит конструкцию.

Чтобы наглядно посмотреть, как нагрузки действуют на крышу, можно провести простейший опыт. Нужно взять книгу в твердом переплете и, раскрыв ее примерно посередине, поставить обложкой вверх на стол или любую другую поверхность.

Теперь нужно слегка надавить на корешок книги, имитируя давление снега, и столь же несильно надавить на боковую сторону обложки, создавая подобие ветровой нагрузки. Что мы увидим? Что края обложки пытаются разъехаться вниз и в стороны.

Одним из таких решений и является вырезание выемок в стропильной ноге.

При соединении балки со стропильной ногой используют следующие соединения:

• Зуб с упором;
• Зуб с шипом и упором;
• Упор в балку.

Врубка методом одинарного зуба. Данный способ соединения используется в тех случаях, когда крыша имеет большой угол наклона. В этом случае, угол между стропильной ногой и балкой превышает 35 градусов.

Зуб с шипом вырезается в стропильной ноге, а в балке создается гнездо для входа шипа.

Врубку рекомендуется проводить на расстоянии 25-40 смот края балки, чтобы избежать риска образования сколов. Одинарный зуб рекомендуется создавать в сочетании с шипом, это позволит избежать бокового сдвига соединения.

Врубка методом двойного зуба. Этот метод применяют для более пологих крыш, когда угол между соединяемыми деталями менее 35 градусов.

Врубка может быть произведена в нескольких комбинациях:

• Два шипа;
• Упор, дополненный шипом, и упор, выполненный без шипа;
• Замочное соединение с двумя шипами и прочие варианты.

Глубина врезки для обоих зубов, как правило, используется одинаковая. Но можно использовать врубку на разную глубину. Например, первый зуб, дополненный шипом, врубают на треть толщины балки, а второй – на ½.

Существует еще один метод стропиловки крыши, а именно — соединения стропильной ноги с балкой, правда используется он достаточно редко.

В стропильной ноге делают зуб-упор так, что одна его плоскость просто ложится на плоскость края балки, а вторая плоскость упиралась в сделанный запил глубиной в треть толщины балки.

Чтобы сделать конструкцию более надежной, помимо врубки, используют соединения при помощи болтов, хомутов, петель из проволоки или полосок металла.

Угол наклона скатов

Уклон двускатной кровли в строительстве задается на этапе проектирования. Конструкции с углом до 30° считаются пологими, 30-45° — со средним уклоном, 45-60° — крутыми.

На выбор наклона скатов определяющее значение оказывают:

• Ветровые нагрузки. Чем больше подъем крыши, тем выше парусность и сильнее воздействие ветра. В районах, где часто бушуют ураганы, оптимальный угол 15-20°.
• Снеговые нагрузки. Здесь зависимость обратная. Чем уклон меньше, тем больше осадков скапливается на кровле. Чтобы воспринимать вес снега, требуется более мощная конструкция, что нецелесообразно. В снежных регионах самый благоприятный наклон скатов около 25-40°.
• Тип кровельного материала. Для каждого вида разработаны рекомендации о максимально и минимально допустимом угле монтажа. Если их не соблюдать, герметичность и внешний вид кровли могут пострадать.
• Конструктивные особенности. В проектах домов с двускатной крышей и мансардой уклон скатов должен обеспечивать необходимую высоту помещения. Иногда крыша делается ломаной, чтобы слишком не поднимать конек.

Наиболее универсальный угол наклона двускатной кровли — 20-45°.

Существуют еще разноуклонные крыши, где каждый скат расположен под своим углом. Но такие системы нужно использовать очень аккуратно, поскольку в плане архитектуры они достаточно нестандартные, а монтаж их сложнее, чем симметричных конструкций.

Как поставить нижние части стропил своими руками

Нижние края стропильных ног устанавливаются на балки или мауэрлат. Согласно технологии монтажа деревянных зданий, собранный каркас затаскивается на крышу и устанавливается, причем в первую очередь нужно крепить фермы, расположенные по краям здания. Чтобы стропила можно было прикрепить к расположенным на стенах здания балкам, затяжку придется просверлить в нескольких точках.

При обустройстве крыши на каменном доме для крепления стропил потребуются специальные металлические крепления, так называемые «ерши». Эти крепления забиваются в каждый четвертый ряд кирпичной кладки, после чего их можно использовать для монтажа стропильных ног.

Все нюансы того, как правильно крепить стропила крыши, должны быть рассмотрены и учтены еще на этапе проектирования. Например, при наличии дымовой трубы нужно позаботиться о том, чтобы она не проходила в непосредственной близости от стропильного каркаса. Иногда в таком случае используются укороченные стропильные ноги, находящиеся между мауэрлатом и дымоходом. Минимальное расстояние от деревянных элементов конструкции до трубы составляет 13 см.

Заключение

Монтаж стропильной системы – задача вполне посильная, но только в том случае, если будут учтены все нюансы. Именно поэтому перед тем, как ставить крышу дома, нужно тщательно продумать будущую конструкцию, подобрать качественные материалы и изучить технологию монтажа. Грамотное выполнение каждого этапа работы позволит создать надежный и прочный стропильный каркас. 

Заключение

Монтаж стропил является не менее важным этапом, чем остальные операции, которые приходится выполнять в процессе строительства объекта. Учитывая роль этого элемента, работу необходимо начинать с выполнения необходимых расчетов, чтобы подобрать наиболее оптимальную конструкцию. Поскольку здесь приходится учитывать тип используемого кровельного материала, а также характеристики будущей кровли, лучше всего, если вы поручите эту работу профессионалам. Так у вас не будет сомнений, что по завершении установки стропил крыша будет надежно защищать здание от внешних воздействий на протяжении многих лет.

https://youtube.com/watch?v=QPpzTleOdYU