Стропильные системы, конструкция кровли

Устойчивость и прочность крыши целиком зависит от её несущей конструкции – стропильной системы. Стропила являются основной несущей частью конструкции крыши. Они призваны выдерживать не только вес кровли, но и давление снега и ветра. Поэтому стропильную систему рассчитывают, исходя из типа кровельного материала, а также обычных для данной местности силы ветра и толщины снежного покрова.

Для получения жесткого каркаса стропила скрепляют между собой, а чтобы крышу не сорвало ветром, каркас надежно связывают с коробкой дома. Чаще всего при строительстве загородных домов используют деревянные стропильные системы. Они просты в изготовлении, легко устанавливаются. Деревянные стропила можно «подогнать» по месту – то есть укоротить, подтесать, нарастить, что иногда приходится делать из-за ошибок при возведении стен. Проделать подобные действия с металлическими стропилами довольно трудно, а с железобетонными конструкциями и вовсе невозможно.

Именно поэтому железобетон и металл – несмотря на то, что они долговечнее и крепче дерева – используются только при строительстве больших каменных, кирпичных или железобетонных домов с тяжелыми кровлями сложных конструкций. К тому же настелить кровлю на железобетон или металл сложнее, чем на дерево.

Для монтажа стропильных систем, используются дополнительные элементы – гвозди, болты, шурупы, скобы, хомуты. Они же используются и для укрепления несущей системы крыши.

Деревянные стропильные фермы, также должны проходить противопожарную и антисептическую пропитку . Чем лучше и качественнее выполнены эти операции, тем дольше будет служить стропильная система вашего дома. Ее не будут есть жучки, и она не сгниет, покрывшись плесенью.

Конструкция крыши: Стропила можно подразделить на наслонные (1) и висячие (2)

(1) Наслонные стропила :

1 – стропильная нога; 2 – ригель; 3 – чердачное перекрытие

(2) Висячие стропила:
1 – мауэрлат; 2 – стропильная нога; 3 – затяжка; 4 – бабка; 5 – подкос

Конструкция крыши:

Наслонные стропила концами опираются на стены здания, а средней частью — на промежуточные опоры. Висячие же стропила опираются только концами на стены здания. Наслонные стропила устраивают в том случае, если расстояние между опорами не превышает 6,5 м. Наличие дополнительной опоры позволяет увеличить ширину, перекрываемую наслонными стропилами до 12м, а двух опор — до 15м. В деревянных брусчатых или же рубленых зданиях стропильные ноги опираются на верхние венцы (3), в каркасных — на верхнюю обвязку (4). В каменных домах в качестве опоры для стропильных ног используется мауэрлат — брусья толщиной 140—160 мм (5).

3) Опирание наслонных стропил в деревянных брусчатых или рубленых зданиях:
1 – шип; 2 – стропильная нога

(4) Опирание наслонных стропил в деревянных каркасных зданиях: 1 – балка перекрытия; 2 – стропильная нога

(5) Опирание наслонных стропил в каменных зданиях:
1 – мауэрлат; 2 – стропильная нога; 3 – затяжка; 4 – чердачное перекрытие

Мауэрлат может располагаться по всей длине здания или подкладываться только под стропильную ногу. В том случае, если стропильные ноги в сечении имеют небольшую ширину, они могут со временем провиснуть. Чтобы избежать этого, необходимо применять специальную решетку, состоящую из стойки, подкосов и ригеля.

Стропильные ноги соединяют с ригелем врубкой сковороднем в полдерева. Чтобы соединение было прочным, необходимо закрепить его болтом, нагелем и скобой (6). Для того чтобы соединить между собой составные части затяжки, применяются зуб, болты и накладки из металла. Бабка соединяется с затяжкой при помощи хомута. Крыша должна защищать стены здания от пагубного воздействия дождя и снега. Для реализации данной функции используется карнизный свес, который должен иметь длину не менее 550 мм (7).

(6) Соединение ригеля и стропильной ноги: 1 – стропильная нога; 2 – ригель; 3 – скоба

(7) Скос крыши: 1 – стропильная нога; 2 – затяжка; 3 – скоба

Концы стропильных ног присоединяются к стенам здания с помощью скруток. Это необходимо для того, чтобы предохранить крышу от разрушения при сильном ветре. В деревянных рубленых домах вместо скрутки целесообразно применять скобу из железа. Она призвана соединить стропила со вторым венцом сруба.

Выбирая материал для изготовления стропил, необходимо учитывать архитектурно-конструктивные особенности конкретного проекта.

Виды конструкции стропильных систем

Кровля поддерживается специальной конструкцией, состоящей из обрешетки, непосредственно эту кровлю несущей, и стропил (стропильных ферм), передающих нагрузку от собственного веса крыши, снега, ветра на стены и внутренние опоры. Конструкция стропил зависит от формы крыши, наличия и расположения внутренних опор, величины пролета, а также действующих нагрузок.

Главная фигура в стропильной конструкции – треугольник. Он наиболее жесток. Основной элемент любой фермы – стропильные ноги, укладываемые вдоль ската и поддерживающие обрешетку.

Висячие стропила опираются только на две крайние опоры (например, лишь на стены здания без промежуточных опор). Их стропильные ноги работают на сжатие и изгиб. Кроме того, конструкция создает значительное горизонтальное распирающее усилие, которое передается стенам. Уменьшить это усилие помогает затяжка (деревянная или металлическая), соединяющая стропильные ноги. Она может располагаться как у основания стропил (и в этом случае служит балкой перекрытия, – именно этот вариант наиболее часто используется при строительстве мансардных крыш), так и выше. Чем выше она находится, тем мощнее ей полагается быть. И тем надежнее должно быть ее соединение со стропилами.

Висячие стропила опираются только на две крайние опоры (например, только на стены здания без промежуточных опор). Стропильные ноги соединяются затяжкой, препятствующей их разъезжанию.Наслонные стропила устанавливают в домах со средней несущей стеной или столбчатыми промежуточными опорами. Их концы опираются на наружные стены дома, а средняя часть – на внутреннюю стену или опоры. В результате их элементы работают как балки – только на изгиб. При одной и той же ширине дома крыша с наслонными стропилами получается более легкой, чем всякая другая (требует меньше пиломатериалов и, соответственно, денежных затрат). При установке над несколькими пролетами единой кровельной конструкции наслонные и висячие стропильные фермы могут чередоваться. Там, где нет промежуточных опор, применяются висячие стропила, там, где есть, – наслонные.

Наслонные стропила устанавливают в домах со средней несущей стеной или столбчатыми опорами.

Мауэрлат. Стропильные ноги опираются не на сами стены, а на опорный брус – мауэрлат. В деревянных конструкциях мауэрлатом является верхний венец сруба (бревно, брус). При кирпичных стенах это специально устанавливаемый заподлицо с внутренней поверхностью стены брус (с наружной стороны он должен ограждаться выступом кирпичной кладки). Между мауэрлатом и кирпичом обязательно прокладывается стой влагоизолирующего материала (например, два слоя рубероида).

Верхние концы стропильных ног, если это необходимо, могут поддерживаться системой стоек и раскосов. Их задача – разгрузить стропильные ноги, передав нагрузку на внутренние стены или опорные столбы, а также обеспечить конструкции жесткость.

В местах отсутствия несущих стен пятки стропильных ног могут опираться на мощные продольные балки – боковые прогоны, длина которых ограничена действующей на них нагрузкой.

Коньковый прогон. В вершине стропильной конструкции любой крыши укладывают прогон, соединяющий стропила (фермы) между собой. Именно на нем будет в дальнейшем устроен конек крыши.

И еще две немаловажные детали. Если в плоскости стропильных ног жесткость обеспечивается самими стропильными фермами, то для противостояния ветровым нагрузкам, действующим, например, со стороны щипца (фронтона), в каждом скате крыши устанавливают необходимое количество диагональных связей. Ими могут служить доски толщиной 30-40 мм, прибитые к основанию крайней стропильной ноги и к середине (или выше) соседней.

Чтобы крышу не снесло ветром, стропильные ноги вместе с мауэрлатом надо накрепко связать со стенами. Для этого в кладку под стропильной ногой заделывают стальные шпильки (ерши) или заранее ставят закладные элементы, к которым стропильная нога притягивается скруткой из стальной проволоки диаметром 6 мм. Для срубов этот прием считается необязательным: верхний венец с остальной стеной всегда связан надежно.

Материалы для стропильных конструкций

Основным материалом для изготовления стропильных конструкций в индивидуальном коттеджном строительстве по-прежнему остается дерево. Поэтому уже на стадии проектирования должны быть предусмотрены (а при эксплуатации строго соблюдаться) конструктивные и защитные мероприятия, продлевающие срок службы древесины. К конструктивным мероприятиям относятся: устройство прокладок из водоизоляционных материалов в местах соприкосновения дерева с кирпичом, предотвращение протечек кровли, создание и поддержание в сохранности влагоизоляционного (со стороны кровли) и пароизоляционного (со стороны эксплуатируемых помещений) слоев, а также оборудование вентилируемых зазоров, которые обеспечивают удаление паров влаги потоком поднимающегося по этим зазорам воздуха. К защитным мероприятиям относится обработка древесины антисептиками или огнебиозащитными препаратами.

Нагрузки на стропила

Стропила воспринимают постоянные и временные нагрузки. К постоянным нагрузкам относятся собственный вес кровли, обрешетки, прогонов и стропил. К временным – снег, ветер, а также полезная нагрузка (если она есть). Расчетная величина снеговой нагрузки – 180 кг/м. При уклоне кровли свыше 60° снеговая нагрузка в расчет не принимается. Расчетная величина ветровой нагрузки – 35 кг/м2 (нормы снеговой и ветровой нагрузок приведены для средней полосы, куда входит Подмосковье, по СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»). Поправку на ветер вносят в расчеты стропил только при уклоне кровли более 30°. Величины перечисленных нагрузок могут корректироваться путем введения поправочных коэффициентов, учитывающих местные климатические условия. Собственный вес кровли и подкровельной конструкции определяется в соответствии с используемым материалом и размерами всего сооружения. Полезная нагрузка на стропила учитывается, в случае использования конструкции подвешенных (к стропильным фермам) потолков, или установленных на них водяных баках, вентиляционных камерах и т. д.

В прежние времена для изготовления элементов стропил применяли бревна или полубревна. На сегодняшний день большинство проектировщиков и строителей предпочитают использовать готовый прямоугольный брус с сечением, соответствующим расчетным нагрузкам, или доски сечением 50 × 150 и 50 × 200 мм, которые при необходимости сплачивают. В ход идет в основном древесина хвойных пород (сосна, ель, лиственница) без пороков, с влажностью не более 18-22%.
В целях повышения жесткости и неизменяемости геометрии стропильных конструкций на отдельных участках вводят металлические элементы, например в качестве опор под наиболее нагруженные коньковые прогоны. Пролеты между металлическими частями заполняют деревянными элементами. Подобная комбинированная конструкция не только прочнее деревянной, но и позволяет деревянным стропилам работать по безраспорно-наслонной схеме.

Заказчик, как правило, не возражает против использования металла. Однако следует помнить, что с эксплуатацией комбинированной конструкции связаны определенные сложности. Дело в том, что из-за суточного перепада температур на металлической поверхности может образовываться конденсат, который приводит к загниванию примыкающих деревянных элементов. И здесь спасет только обработка деревянных стропил влагозащитными составами и применение пленочных гидроизоляционных материалов, изолирующих металл от дерева. Но и в этом случае за состоянием деревянных стропил необходимо постоянно следить, что возможно только при наличии чердака.

В мансардных конструкциях с металлом свои сложности, ибо он – отличный проводник холода. Следовательно, стандартный способ утепления (когда теплоизоляция укладывается между стропилами) может не подойти. Утеплитель должен быть уложен так, чтобы металлические части оказались либо снаружи его слоев, либо целиком внутри помещения (при этом все части кровельного «пирога» – кровельное покрытие, вентиляционный зазор, тепло-, влаго- и пароизоляция, внутренняя обшивка – окажутся снаружи). Оба способа имеют свои недостатки. В первом случае теряется довольно значительный объем помещения, во втором стропила приходится каким-то образом декорировать (вагонкой, гипсовыми листами, декоративными панелями и т. п.).

В некоторых случаях стропильную конструкцию целиком делают из металла. Такой вариант практичен: нет соприкасающегося с металлом дерева. Технология утепления та же, что и в предыдущем случае.

Изготовление стропильных конструкций

Как уже говорилось, стропильные конструкции могут быть деревянными, металлическими и комбинированными. Начнем с деревянных. Возможных путей их получения два: первый – заказать стропильные фермы в мастерской или на заводе, второй – изготовить их на месте.

Деревянные фермы в заводских условиях производятся в основном с применением металлических зубчатых (гвоздевых) пластин – МЗП. Их предлагают на нашем рынке фирмы MITEK FINLAND (Финляндия), Wolf System (Австрия), «ТЕХКОМПЛЕКТ» (Россия) и др. Сами пластины штампуются из оцинкованной или нержавеющей стали толщиной 1,2-2,5 мм. Стропильные конструкции с использованием подобных пластин изготавливаются на монтажно-прессовом оборудовании. Пластины ставятся по обе стороны соединения. Такая технология позволяет делать стропильные фермы для крыш практически любой сложности. Производиться могут как фермы целиком, так и их отдельные линейные компоненты, которые дособираются на стройплощадке.

Второй путь имеет два решения. Первое – это изготовление стропильной конструкции методом «паз-шип» или с применением гвоздей, скоб, болтовых и тому подобных соединений, а также хомутов. Самым распространенным, безусловно, является скрепление стропил гвоздями и скобами (но следует помнить, что по мере высыхания древесины такое соединение немного теряет в прочности и надежности).

Болты позволяют этого недостатка избежать (правда, отверстия, которые под них сверлят, несколько ослабляют брус). Второе решение – это крепеж деревянных элементов с помощью стальных штампованных фасонных деталей и саморезов. В Америке такая технология известна довольно давно, для нас же она в настоящий момент является новинкой. Например, фирма Wkret-met (Польша) предлагает коллекцию монтажных деталей самого разного назначения, а потому разной формы – от универсальных элементов (пластины, уголки) до сугубо специальных (подкосы, в том числе усиленные).

Типы угловых соединительных элементов.

Сфера их применения определяется кругом технических проблем и творческой фантазией мастера. Задача создания сложной деревянной конструкции при этом низводится до уровня детского конструктора: заготовил брус нужного сечения и необходимой длины, закупил требующиеся металлические крепежные элементы и саморезы, а дальше, как говорится, винти на здоровье.

Тип башмаков колонны:
а – регулируемый
B;
б – регулируемый DB;
в – регулируемый IB;
г – регулируемый I.

Использование угловых крепежных элементов при установке балок или стропил крыши.
Гвозди расположены наиболее выгодно с точки зрения нагрузки.

Стальные стропильные конструкции также изготавливаются двумя путями. Первый путь – производство в заводских условиях. В настоящее время на рынке уже работает довольно много фирм, на этом специализирующихся. Например, в последнее время все большую популярность приобретают стропильные фермы (точнее сказать, целые стропильные системы) из тонкостенного оцинкованного проката Z- или C-образного сечения (толщина материала – 0,7-1,5 мм, длина профилей – 2, 4 и 6 м). Профили предлагаются как отечественного, так и зарубежного производства. Весят они по сравнению с обычным черным прокатом значительно меньше, что позволяет монтировать их с помощью легкой техники и даже без нее. Крепление конструктивных элементов между собой производится без применения сварки – саморезами из высокопрочной стали. Как вариант можно заказать изготовление стальных ферм в заводских условиях, а потом поднять их с помощью крана и окончательный монтаж произвести на месте.

Второй путь – производство металлических стропил непосредственно на стройплощадке. Приобретаем стальные двутавры, швеллеры и уголки соответствующего сечения, нанимаем кран и квалифицированного сварщика (возможно, бригаду сварщиков) и работаем (правда, и тут есть некоторые хитрости, но о них как-нибудь в другой раз). Кстати, именно такой путь используется при изготовлении большинства металлодеревянных конструкций.

Соединение стропил

От действия различных сил на стропила зависят и способы их соединения.

Рис. 1. Сопряжения (врубка) стропил:

А — одинарным зубом; Б — двойным зубом; В — соединение стропил в конец затяжки; Г — дополнительное соединение сопряжений с помощью болтов и хомутов; Д — соединение подкоса с бабкой; Е — соединение сковороднем вполдерева; Ж — соединение подкосов, бабок и затяжек скобами, болтами и хомутами; 3 — устройство свеса с помощью балки и затяжки; И — крепление стропилы к бревнам сруба и мауэрлату; К — примыкание концов стропил к мауэрлату; Л — выравнивание прогиба кровли с помощью «кобылки» и обрешетки.

Стропильная нога, врубленная в затяжку (В), с силой давит на конец затяжки АБ (рис. 1,А). Это может вызвать откол крайнего верхнего куска затяжки (заштрихован).

Чтобы конец стропильной ноги не скользил по затяжке, не скалывал ее, ногу врубают зубом, шипом или одновременно и тем и другим.

Концы затяжки не скалываются, если врубка выполнена на расстоянии не менее 25—30 см. Делается это так. На расстоянии ¼ высоты затяжки проводят пунктиром линию, параллельную грани затяжки. Образованный угол АБВ делят пополам и проводят линию деления через вершину угла Б до пересечения с пунктирной линией затяжки. Точку пересечения обозначают буквой Г. Соединяют ее с точкой Д (нижняя сторона стропила) и получают очертание зуба. В затяжке выдалбливают гнездо, а в стропильной ноге вырубают шип.

Площадь опоры стропильной ноги увеличивается, если ее врубают в затяжку двойным зубом (рис. 1,Б). Обычно высота первого зуба составляет 1/5 толщины затяжки, второго — 1/3 ее толщины, но они могут быть и одинаковыми по величине.

Для первого зуба на затяжке делают и упор и шип, а на стропиле — проушину; для второго зуба делают только упор.

Врубая стропила в конец затяжки, зуб отодвигают как можно дальше (рис. 1, В). Высота зуба при этом должна равняться 1/3 высоты затяжки.

Для прочности стропильные ноги дополнительно скрепляют болтами или хомутами (рис. 1, Г). Поскольку болты несколько ослабляют сечение стропильных ног и затяжек, то предпочтение обычно отдается хомутам.

Соединяя подкосы с бабкой, в ней долбят гнездо, а в подкосе вырубают шип (рис. 1, Д).

Ригель в стропильные ноги врезается сковороднем в полдерева и крепится болтом или нагелем. Для большей прочности этот узел можно скреплять дополнительно скобой (рис. 1, Е).

Бабки и подкосы висячих стропил соединяются врубкой, а для большей прочности еще и скобами, хомутами. Составная затяжка сращивается зубом, металлическими накладками и болтами. Скрепляется затяжка с бабкой хомутом (рис. 1, Ж).

Чтобы крыши зданий имели свес, необходимый для отвода воды от стен, затяжки или стропильные ноги выпускают за линию стены. У деревянных зданий свес должен составлять не менее 55 см (рис. 1, З).

Стропильные ноги могут опираться не только на затяжки и потолочные балки, но и на бревна сруба. В этом случае в бруске (бревне) делают гнездо или шип (рис. 1,И).

В каменных, кирпичных, бетонных и подобных им зданиях по всему периметру наружных стен укладывают балки или брусья — мауэрлаты, на которых с помощью шипов и гнезд крепят стропила. Для экономии древесины вместо сплошных мауэрлатов можно использовать и отдельные бруски (рис. 1, К).

Когда стены толстые и свес большой, а балки укладывают по внутреннему краю стены, возможен прогиб в кровле. Чтобы этого не было, мауэрлат следует положить с отступом от внутреннего края стены. Место прогиба выравнивают, прибивая к концам стропильных ног «кобылку» — доску на ребро.

Чтобы крышу не подняло ветром, стропила обязательно скрепляют со стеной. Если стены из камня, кирпича и т. д., на стропила надевают хомут из проволоки толщиной 4—6 мм или вьют из тонкой проволоки тросики и закрепляют концы за штырь или ерш, вбитый в стену. В деревянных рубленых стенах стропила скрепляют скобами со вторым венцом сруба

Post navigation

Добавить комментарий