Разновидности стропильных систем крыш домов и зданий

Крыша, защищающая здание от воздействия внешней среды не дает осадкам, грязи, ультрафиолетовым лучам попадать внутрь помещений, и опоры, роль которой играет стропильная система. В инженерную конструкцию, что является скелетом крыши, входят элементы, несущие и распределяющие нагрузки, на количество которых влияет их размер, материал дома, тип опоры, форма верхнего покрытия.

Основные функциональные задачи стропильных систем

В большинстве регионов России для обеспечения стока воды – талой и дождевой, а также для облегчения самостоятельного схода снега возводят скатные крыши. Стропила, на которые под углом укладывается кровля:

• равномерно распределяют нагрузку на фундамент и стены строения;
• защищают верхнее перекрытие от влаги, ультрафиолета, скачков температуры;
• делают возможным вентиляцию пространства между потолком и кровлей.

Инженерная конструкция формирует устойчивую систему, что принимает на себя нагрузки – постоянные и переменные, для создания баланса между которыми образует нужный уклон скатов. Стропильная система крыши поддерживают полотно кровли, которая создает герметическое покрытие и настилается под определенным углом на опору.

Основные элементы конструкции крыши

Верхняя конструкция здания, предотвращающая попадание внутрь строения осадков, влаги, представляет собой несущую систему, что для скатного типа выполняется в виде стропильного каркаса. К основным элементам крыши относится кровля, в которую входит покрытие и основание. Между 2 частями конструкции располагается изолирующая прослойка.

Детали и узлы стропильных систем

Скелет верхнего покрытия здания, защищающего его от воздействия внешней среды, состоит из дополнительных элементов и стропильных ног, представляющих собой наклонные балки из бруса или досок, которые верхним концом ставятся на коньковый прогон, нижним опираются в верхнюю обвязку или в мауэрлат. От формы крыши здания, материала, из которого оно сооружается, величины нагрузок, типа стропил зависит количество необходимых элементов;

• наклонных;
• вертикальных;
• горизонтальных.

Подкосы и раскосы отвечают за усиление прочности и устойчивости крыши и путем перераспределения нагрузок предотвращают возникновение прогиба. Несущие элементы монтируются в стропила под наклоном 45–55°.

Стойки, что устанавливаются вертикально, уменьшают воздействие осевых нагрузок и перераспределяют перпендикулярные.

Горизонтальный брус, на который, как и на мауэрлат, опираются стропила, укладывают на плиты и балки перекрытий, на несущую стену. Элемент скелета крыши, что называется лежнем, распределяет вертикальные нагрузки, принимаемые от кровли.

Для увеличения площади опоры, надежного соединения стропильных ног с несущей стеной, что возводится из пеноблоков или искусственного камня, устанавливают мауэрлат. Продольную балку из дерева сечением 150х150 или 100 х150 укладывают недалеко от внутреннего края стены или на ее середину, фиксируют шпильками, накрывают бортиком из уложенного кирпича. Под брус помещают гидроизоляционный материал, после чего мауэрлат обрабатывают пропиткой.

Для увеличения жесткости и усиления сопротивляемости стропильной конструкции нагрузкам под каркасом от одного фронтона к другому укладывают балки прогонов.

Из горизонтальных элементов, соединяющих ноги стропил, выделяют:

• затяжку, отвечающую за растяжение;
• схватку, усиливающую жесткость стоек;
• ригель, повышающий устойчивость системы.

Для создания скоса кровли определенной длины внахлест на стропила набивают доски, называемые кобылками.

Поперек стропил из реек или брусьев монтируют обрешетку. С каким интервалом укладывать доски, зависит от материала, используемого для настила кровли. Сверху на обрешетку укладывают листы железа или монтируют черепицу.

Чердачное пространство

При возведении здания с односкатной крышей над потолком не остается места для мансарды. Если создается высокий конек, под кровлей образуется пространство, которого хватает для обустройства дополнительной площади. Помещение утепляют, облицовывают отделочным материалом и используют как спальню, библиотеку, уголок для отдыха или склад. При определении оптимальной высоты чердака, учитывают среднее значение скорости ветра.

Уклон скатов

Поток воздуха, достигая стены, разбивается на 2 меньших, один из них опускается вниз, другой поднимается по свесу карниза и, перемещаясь по скату, огибает конек. Движущийся ветер провоцирует появление перпендикулярного крыше давления, возрастающего на пологой поверхности при значительных углах скатов.

На выбор уклона кровельной конструкции, величина которого должна составлять от 10 до 60°, влияет несколько факторов:

• тип и вес материала, приобретаемого для настила;
• количество образующихся стыков;
• объем осадков в виде снега.

Если на чердаке дополнительное помещение не обустраиваются, при укладке листов крупного размера большой скат не нужен. Для настила тяжелого материала увеличивают уклон крыши, допустимое значение которого выбирают по специально разработанным таблицам.

Базовые конструкции стропильных систем

Балки, к которым закрепляется обрешетка, нижними концами опираются на несущие стены. Если площадь опорных точек, по количеству которых стропильные конструкции делят на 2 типа, возрастает, нагрузка на каждую из них уменьшается.

Наклонная система

Когда несущие стены возводятся внутри и снаружи здания, опоры располагаются по всей площади в большом количестве, для обустройства крыши используют наклонную систему. Стропила закрепляют посередине конструкции, на мауэрлате, на коньковой балке. Чтобы снизить нагрузку, которую испытывают капитальные стены при неподвижной жесткой фиксации, устанавливают подкосы и затяжки. При использовании другого варианта крепления сверху стропила спиливают и сцепляют металлическими пластинами, а затем соединяют с мауэрлатом, что обеспечивает фиксацию с частичной подвижностью.

Чтобы при усадке здания крыша не деформировалась, используют скользящее крепление, которое позволяет стропилам двигаться в нужном направлении и оказывать меньшую нагрузку на стены.

При выполнении монтажа наклонной системы:

1. Брус размером 10х15 или 15х15 прибивают болтами анкерными.
2. Под созданный мауэрлат укладывают рубероид или другой гидроизоляционный материал.
3. Крепления приспосабливают под подвижную фиксацию строения.

При расчете длины стропил учитывают величину, на которую скат, что на них опирается, выступает за наружные стены. На размер свеса крыши влияют условия климата, архитектура здания.

Висячая система

Когда кровельная конструкция возводится в постройках, где отсутствуют капитальные перегородки, а расстояние между несущими стенами превышает 6 м, используют висячие стропила. При проведении монтажа системы, для которой выбирают доску размером 5 х 20:

1. На боковые стены ставят мауэрлат.
2. В брус врезают низ стропил.
3. Соединяют верхнюю часть конструкции.
4. Обе пары крепят с шагом, который определяется заранее.
5. С подготовленным коньковым проемом фиксируют верхние части стропил, после чего, как и нижние, укрепляют стягивающими досками.

Все элементы висячей системы соединяют гвоздями, а затем армируют болтами и скобами. Если расстояние между стенами больше 10 метров, для усиления конструкции устанавливают подпорки и стойки.

Формы крыш и их стропильные системы

Владелец земли, который желает построить собственное жилье, отображает на бумаге, каким хочет видеть дом. От архитектурного стиля, в котором планируют возвести здание, зависит форма крыши. При составлении эскиза и поэтажного плана учитывают ветровые нагрузки, объем осадков. Величина бюджета также влияют на выбор кровли, от вида которой зависит тип стропильной системы.

Односкатная крыша

Простейшая конструкция, поверхность которой располагается под уклоном, формирует воздушную прослойку на малой высоте, но для создания не нуждается в значительном количестве материала. В строении небольшой площади стропила укладывают на стены – переднюю и заднюю. Для здания, где расстояние между опорами превышает 6 м, устанавливают конструкцию, усиленную подпорными стойками. При определении уклона ската используют таблицы, в которых приводится среднее значение угла для каждого типа кровельного материала.

Простейшие расчеты параметров стропильной системы

Крышу односкатную возводят над верандой, беседкой, гаражом, над жилым домом. При определении показателей кровли учитывают:

• вид материала для настила:
• тип утеплителя;
• климат и рельеф местности;
• размеры строения;
• нагрузки на конструкцию;
• угол наклона.

 

Чтобы рассчитать длину ската крыши, по вертикали вычисляют расстояние от верхней точки конька до низа свеса, и от его края по горизонтали до линии, идущей перпендикулярно коньку, и из полученного значения извлекают корень квадратный.

Если ширина крыши равна 4,5 м, на стенах закрепляют 2 бруска мауэрлата, при величине показателя от 4,6 до 6 метров для перераспределения вертикальной нагрузки и усиления конструкции монтируют лежень. Для кровли шириной более 6 м обустраивают стропильную систему повышенной сложности.

Длину крыши от стены до конька определяют с помощью строительного калькулятора или по формуле: Б = А х tgY, где Y– угол наклона ската, A– длина балок. Размер свеса выбирают в пределах от 20 до 60 см, но чем дальше он выступает за границы стен, тем аккуратнее выглядит постройка.

Для большей части российских регионов подходит уклон в пределах от 20 до 30°, до 45° значение угла советуют увеличивать в районах, где выпадает много снега и удерживается покров продолжительное время. Уклон крыши равен при настиле:

• металлочерепицы от 20 до 30°;
• фальцевой кровли – от 18 до 30°;
• шифера – от 20 до 50°;
• рубероида – от 5 до 10°.

На крышу оказывает постоянную нагрузку вес стропил и дымохода, телевизионных антенн, слой изоляции, временную – количество осадков, воздействие ветра.

В средней полосе для кровли достаточно уклона, равного 30°, хотя снег самостоятельно сходит и под меньшим углом. Возводить крышу крутизной более 60° не стоит, поскольку увеличивается расход материала для настила.

Для точного расчета нагрузки объем снега, выпадающий на 1м2 кровли, умножают на поправочный коэффициент, который для крыши с уклоном 25° равен 1,0,

В районах, где часто происходят бури, чтобы воздушными массами не срывало верхнее покрытие здание, пологие и слишком крутые конструкции для крыш не используют. Для определения ветровой нагрузки силу ветра умножают на коэффициент и на площадь кровли.

Двухскатная стропильная система

Для домов с разным количеством этажей, беседок, хозяйственных построек владельцы часто выбирают устойчивую и простую щипцовую крышу, образующую объемную прослойку из воздуха. При возведении конструкции с двумя скатами сооружают наслонные стропила с перекрытиями или балками, которые одним концом опираются на коньковый брус, другим – на мауэрлат.

Для строений, не имеющих внутри несущих стен, устанавливают висячую систему, в которой вместо стропильных ног собирают треугольные фермы.

Пространство, что при сооружении наклонной системы, образуется под коньком, обустраивают как дополнительную площадь. Используя в качестве основы затяжки и стойки, обшивают потолок и стены.

Шатровая стропильная система

Над зданием круглой или квадратной формы возводят кровельную конструкцию, состоящую из 4 и более треугольных скатов, что формируются стропильными ногами, соединяющимися в коньковом узле, и укороченными народниками. Усиливают жесткость шатровой системы, которую устанавливают под углом, что не дает задерживаться на поверхности снегу, стойками и подкосами.

Под наслонные стропила монтируют брус большого сечения, что выполняет функции опоры и поддерживает конек. Стойку, под которую устанавливают основание, фиксируют к несущей балке или к плите перекрытия. При использовании висячей системы стропила соединяют в верхней точке узлом.

Шатровая конструкция выдерживает сильные бури, не прогибается под порывами ураганного ветра. Хотя у такой крыши отсутствуют фронтоны, под ней можно обустраивать мансарду.

Ломаные стропильные системы

Для получения и рационального использования дополнительного пространства частные дома и коттеджные постройки накрывают пятиугольной конструкцией, визуально разделенной на 2 яруса, каждый из которых располагается под своим углом наклона. Нижнюю часть каркаса, что в ломаной крыше сооружается по технологии, предусмотренной для скатных кровель, создают путем установки наслонных стропил и опираются на мауэрлат или на балки перекрытия. Рама из дерева, на которой удерживается верх каркаса, также служит стеной мансарды.

При выборе наклона для ломаной конструкции, который у нижней части кровли более крутой, чем у верхней, учитывают:

• тип покрытия;
• нагрузку ветра и снега;
• частоту выпадения осадков.

Чтобы рассчитать угол уклона, стандартное значение которого для нижней части крыши составляет 50–60°, для верхней – от 20 до 30, длину конька делят на половину ширины строения и умножают на 100. Элементы каждого яруса рассчитываются отдельно.

Многоскатная система стропильная

В сложных крышах, в которых количество наклонных участков, формирующих конфигурацию, начинается с 4, каркас объединяет стропила разных видов. В многоскатную конструкцию входят:

• щипцы, не имеющие карнизного свеса;
• фронтоны, закрывающиеся выступами длиной около 50 см;
• диагональные ребра или вальмы;
• коньковый прогон горизонтальный;
• внутренние ендовы;
• дополнительные элементы.

Стропильная система крыши отличается высокой крутизной скатов, отсутствием опорного бруса на наклонных участках, расположенных в одной плоскости, зона сопряжения которых закрепляется подкосами, вертикальными стойками, затяжками.

На проблемных участках, где при примыкании к проходным элементам, стенкам, образуется большое количество стыков, каркас стропил закрывают сплошной обрешеткой.

Многощипцовая кровля сочетает в себе несколько крыш со скатами, отличающимися по площади и углу. Конструкция нуждается в усилении, поскольку для нее характерно присутствие пониженного ребра, а по ендове стекают осадки.

Основными элементами несущей системы у многоскатных крыш служат прогон, подкосы, стойки вертикальные, диагональные бревна, стропильные ноги.

Несколько полезных рекомендаций по выбору системы крыши

На дома, что сооружаются из дерева, кирпича, блоков устанавливают разные типы кровельных конструкций. Перед тем как выбирать стропильную систему, определяются с тем, будут ли создаваться дополнительные помещения на пространстве, образуемом на чердаке. Когда собираются обустраивать кладовую или жилую комнату, лучше возводить двухскатную или ломаную крышу. При наличии внутри дома несущих стен или перегородок можно создавать и висячие, и наслонные стропила.

Если здание разделяется на секторы, для каждого из них выбирают форму крыши и тип кровельного материала, учитывают климатические условия, определяют снеговую нагрузку. Чтобы правильно расположить дом, узнают преобладающую розу ветров.