Устройство и монтаж деревянной стропильной системы

Расчет совокупности нагрузок

При таком расчете надо сначала определить массу всех используемых материалов — для каждого из них она пересчитывается на 1 кв. м

Во внимание принимают:

• внутреннюю отделку;
• собственно стропила;
• утепляющие части;
• изоляцию от воды, ветра и водяных паров;
• обрешеточные и контробрешеточные конструкции;
• покрытия кровель.

Желательно добавить еще 10%. Тогда даже неожиданное изменение или превышение чисто кровельных нагрузок не окажется фатально для стропильной системы. Снеговое, дождевое и ветровое воздействие рассчитывают по нормативам, установленным для конкретного региона. Не будет ничего плохого, если к этим показателям добавить еще 10-15%

А профессиональный подход требует еще обращать внимание на нагрузку, возникающую при штатном обслуживании кровель, установленных на них коммуникаций и систем связи, другой инфраструктуры

Из чего состоит?

Устройство стропильной системы, как нетрудно заметить, довольно сложное и даже противоречивое. Каждая часть этой конструкции имеет строго определенную роль. Так, мауэрлат представляет собой длинные бруски из хвойной древесины, причем для работы используется строго смолистое дерево. Такие элементы раскладывают вдоль внешних несущих стенок, присоединяя к основанию анкерами либо стержнями особой конструкции (с резьбой). Эта деталь передает нагрузку от кровли на стену.

Определенное значение для опоры кровли имеет и лежень – это деревянный брусок, заменяющий мауэрлат в отдельных случаях. Лежни кладут на внутренние опорные стены. Они превращаются в основу кровельного треугольника. Благодаря им скаты не расползаются под собственной тяжестью. А также стоит сказать и про стойки – это поставленные по вертикали бруски с квадратным сечением. Они воспринимают давление, которое оказывает вниз коньковый узел, и транслируют его механически на внутреннюю несущую плоскость. Иногда стойки оказываются под стропильными ногами.

Подкосы призваны укрепить всю конструкцию крыши, они связывают в одно целое ноги и лежни. Эта деталь по форме напоминает ромб. Общность, образуемая затяжкой и подкосами, получила название фермы. Кроме них, нужна еще и обрешетка, которая представляет собой тонкие доски, набиваемые под прямым углом к ногам стропил. Она помогает удержать стропильные ноги как единую систему. К обрешетке прикрепляется абсолютно любое покрытие крыши.

Под мягкие материалы обрешетка должна делаться неразрывной, причем наилучшим средством считается фанера. На самом верху располагается конек, который логически и физически завершает кровельный треугольник. Соединение пары противопоставленных ног стропил обеспечивается квадратным деревянным брусом, который предотвращает разрушение крыши в целом. А в самом низу скатной кровли располагается свес, который выводится приблизительно на 0,5 м от периметра. Благодаря ему потоки дождя, уходящие с крыши, не заливают наружные несущие плоскости и не вредят им.

Кобылки используют лишь в той ситуации, когда стропильные ноги не удается выполнить по той длине, которая позволила бы организовать свес. Соединение с досками пониженного сечения эффективно решает эту проблему. Для крепления деревянных элементов стропил чаще всего рекомендуется использовать хомуты, скобы. Применять гвозди нежелательно, потому что проколотое ими дерево через несколько лет становится слабым и непрочным. Поэтому профессионалы если и используют соединения, делаемые непосредственно на стройплощадке, то пускают в ход болты.

Но даже болтовая связка ослабляет строительные конструкции, пусть и сравнительно немного. Крепче всего оказываются соединения при помощи хомутов либо скоб из металла. Максимально повысить качество изделий может только их промышленное получение, поскольку лишь в строго стандартизированных и полностью контролируемых условиях исключены отклонения от норм, ухудшение качества. Собрать стропильную конструкцию из полностью готовых ферм можно очень быстро, никакого риска в ее использовании нет. Другое дело, что требуется как можно точнее собрать информацию о необходимых характеристиках и без искажений передать ее производителю.

Карнизный брус служит для упирания в него распорки, другой конец которой упирается в лобовую доску, при этом капельник не деформируется и его конфигурация не искажается. Ветровые связи – это те элементы стропильной системы, которые переводят нагрузку, создаваемую ветром, с кровли на фундамент. Они не только увеличивают суммарную устойчивость конструкции, но и помогают избежать ее опрокидывания при нестабильности единичных деталей. Крыша сохранит пространственную жесткость даже при весьма сильных ветрах.

Горизонтальными ветровыми связями оказываются такие элементы, как:

• раскосы;
• параболические затяжки;
• комплексы обычных затяжек;
• фермы, дополненные крестовидной решеткой.

Что влияет на стропила

Перед тем как приступать к изготовлению стропил, следует определиться с их видом, способом крепления и линейными размерами. Только в этом случае можно быть уверенным в прочности и безопасности конструкции.

Как влияют различные факторы на параметры стропилин? 

Физический фактор
Краткое описание влияния на параметры стропилин

Величина нагрузки на крышу

Стропила должны выдерживать снеговые и ветровые нагрузки. Во время расчетов нужно брать из таблиц строительных норм и правил фактические максимальные значения снегового покрова, учитывать силу и розу ветров. Данные позволяют узнать общую нагрузку на скат крыши в зависимости от его площади и угла наклона. Далее уже можно определить размеры стропилин, их количество и шаг. При этом обязательно закладывается коэффициент запаса прочности. Дело в том, что пиломатериалы не имеют стабильных и одинаковых значений прочности, слишком много непредвиденных факторов влияют на эти показатели. Для большинства случаев для изготовления стропильных ног используются доски 50×150 мм или 50×200 мм.

Тип крыши

Двускатные крыши могут быть наслонными и висячими. Для висячих крыш нужно делать стропила из более прочных досок

При этом принимается во внимание метод фиксации элементов к мауэрлату. Если делается врубка, то ширина досок должна увеличиваться на величину врубки. Дело в том, что пропил в этом месте автоматически уменьшает ширину материала, воспринимающего нагрузки

Если на доске толщиной 200 мм сделать поперечный пропил длиной 60 мм, то в расчет принимается только оставшаяся ширина 140 мм. Соответственно, если при расчете нагрузок выбраны стропила из досок 200 мм, но во время крепления делаются непредусмотренные пропилы 60 мм, то ширина заготовок для стропилин увеличивается до 260 мм. Это замечание делается для тех, кто любит злоупотреблять различными зарубками и пропилами для упорных площадок концов стропилин. В настоящее время есть много специальных приспособлений, позволяющих прочно зафиксировать стропилину в нужном положении без запиливания

Дело в том, что пропил в этом месте автоматически уменьшает ширину материала, воспринимающего нагрузки. Если на доске толщиной 200 мм сделать поперечный пропил длиной 60 мм, то в расчет принимается только оставшаяся ширина 140 мм. Соответственно, если при расчете нагрузок выбраны стропила из досок 200 мм, но во время крепления делаются непредусмотренные пропилы 60 мм, то ширина заготовок для стропилин увеличивается до 260 мм. Это замечание делается для тех, кто любит злоупотреблять различными зарубками и пропилами для упорных площадок концов стропилин. В настоящее время есть много специальных приспособлений, позволяющих прочно зафиксировать стропилину в нужном положении без запиливания.

Назначение здания

Для жилых зданий стропилины должны иметь запас по прочности в размере не менее 1,4 от расчетных значений. Для нежилых сооружений коэффициент понижается до 1,2. Вывод – размеры стропильных досок на домах больше, чем на гаражах и иных пристройках.

Назначение чердачных помещений

Жилые чердачные помещения (мансарды) должны иметь утепленную крышу. Ширина стропилин должна соответствовать толщине утеплительного слоя. Одновременно нужно корректировать шаг между стропильными ногами в зависимости от стандартной ширины утеплителя. Если в данной климатической зоне оптимальная толщина утеплителя крыши 200 мм, то такую же ширину рекомендуется выбирать и для стропилин. Различные наращивания узких стропильных ног во время утепления кровли не считаются правильным решением.

Эти знания помогут принимать правильные решения как во время изготовления стропил, так и во время их фиксации непосредственно на месте. Ошибки в строительстве стропильной системы слишком дорого обходятся, не стоит проявлять излишнюю самоуверенность. 

Рекомендации по крепежу

То, насколько надежной будет кровельное сооружение, зависит от грамотности крепления стропильной ноги к мауэрлату. Существует множество схем крепления, но можно выделить несколько общих правил и рекомендаций по выполнению данной работы.

Рекомендации по монтажу:

• Деревянные элементы должны плотно прилегать друг к другу. Чтобы добиться этого, предварительно нужно качественно выполнить запилы и врубки.
• Для всех болтов нужны шайбы либо специальные пластины. В противном случае гайка будет утоплена в древесину, что впоследствии может привести к различным осложнениям.
• Недопустимо использование прокладок. Связано это с тем, что со временем они деформируются. А это приводит к неравномерному распределение нагрузок и снижению срока эксплуатации кровли.

По полученной информации можно понят, как правильно закрепить стропила к мауэрлату. Следование всем рекомендациям позволит выполнить работу максимально качественно, избежав возможных проблем. Достаточно просто изучить инструкцию, подготовить все необходимые инструменты, материалы и элементы крепления.

Устройство стропильной системы

Итак, чтобы конструкция служила длительный период времени, была крепкой, а также надежной, стоит подумать не только о фундаменте, но и о крыше. Строительная система такого элемента играет огромную роль, ведь именно крыша берет на себя негативные моменты от изменений погодных условий, а также других ситуаций.

Стропильная система односкатной крыши должна характеризоваться определенными требованиями, среди которых:

• Жесткость
• Маленький вес
• Качественный материал

Жесткие характеристики элемента играют важную роль, ведь именно с помощью жестких элементов происходит соединение разных деталей. Такие элементы не должны подвергаться процессам деформации, а также распора ни при каких обстоятельствах.

Основанием такой конструкции является треугольник, который делают с помощью специальной надежной рамы. Каждый элемент данной рамы закрепляется один к другому параллельно, а с помощью крепкой фиксации обеспечивается устойчивость всей конструкции.

Стропильная система односкатной крыши: схема

Но, если такие рамы будут плохо прикреплены, будут подвижными, это приведет только к негативным последствиям. Подобная крыша может разрушиться не только от сильного ветра, но и сама по себе.

Если говорить о весе, то эта крыша не должна быть тяжелой. Именно поэтому данная система производится, в большинстве случаев, из дерева. В том случае, если вес достаточно большой, необходимо делать несущее основание из металла.

Есть случаи, когда используют деревья хвойного характера, влажность которых составляет не меньше 18 процентов. Среди обязательных условий при использовании деревьев отметим:

1. Антисептическая обработка
2. Использование антипирентов

Высокое качество используемых материалов – одно из главных правил. Дерево должно отвечать следующим характеристикам:

Применяется 1-3 разных сорта
Важно обратить внимание, чтобы было как меньше трещин, а также сучков. На один метр материала допускается наличие 3 сучков с высотой не больше 3 сантиметров
Трещины тоже допускаются в минимальном количестве, только не по всей глубине.
Элементы несущего характера желательно делать из деталей, толщина которых не меньше 5 см., а площадь от 40 м2.
Доски из хвойных деревьев можно применять только с длиной не больше 6,5 метров, а из лиственных деревьев – до 4,5 м.
Подушки, прогоны, а также мауэрлат желательно изготавливать из деревьев, которые относятся к твердым лиственным породам

Такой материал предварительно стоит обработать с помощью того или другого качественного антисептика.

Технология монтажа

Процесс сборки стропильного каркаса крыши при помощи подвижных креплений мало чем отличается от стандартной процедуры. Однако, он требует максимальной точности размеров при изготовлении элементов, а также выдержки одинакового угла между основанием кровли и концом стропильной ноги при ее установке. Происходит монтаж стропильной системы в следующем порядке:

1. Сначала на несущие стены дома укладывают мауэрлат. Этот элемент стропильного каркаса крыши выполняет опорные функции, равномерно распределяя нагрузки между опорами и передавая их на фундамент. В бревенчатых или брусовых домах функции мауэрлата могут выполнять верхние венцы.
2. Делают шаблон стропильной ноги, который станет образцом для изготовления всех остальных стропил конструкции.
3. На конце каждой стропильной ноги делают запил под мауэрлат. Опытные мастера отмечают, что ни в коем случае нельзя делать выпилы в мауэрлате, тек как это снижает его прочность и несущую способность.
4. Сначала устанавливают первую и последнюю стропильную пару, тщательно проверяя угол между элементами с помощь выверенного строительного уровня.
5. Опора скользящая для стропил крепится на нижнем конце ноги. Чтобы обеспечить надежную фиксацию, необходимо закрепить направляющую и бегунок 2-3 крепежными элементами.
6. Верхние концы стропильных ног в области конькового соединения фиксируются с помощью гвоздей или металлических пластин, соединенных с помощью шпильки, обеспечивающей подвижность конструкции.
7. Между первой и последней стропильной парой натягивают шнур, а затем устанавливают остальные элементы конструкции.

Монтаж скользящий креплений

Крепление

Если нужно стропила крепить на односкатной крыше, обычно ведут установку на несущие стены. Этот путь сокращает расход пиломатериалов.

Более традиционный подход — оформление фермы в виде треугольника, содержащего стойки и балки; все фермы могут быть заранее собраны на земле по шаблону.

Крепеж стропильных комплексов производится по различным схемам:

• с мауэрлатами;
• по балкам (как еще говорят, по перекрытию — или, более профессионально, с опиранием на балки перекрытия);
• с использованием затяжек;
• путем соединения с верхним венцом (если сооружаются срубы из брусьев);
• верхней обвязкой (при использовании каркасных технологий).

Нельзя считать, что правильно ставить можно только каким-то одним или двумя вариантами. На деле надо приспосабливаться к конкретной ситуации. Выемки в мауэрлате приходится делать не всегда. Надрез целесообразно делать на твердой древесине. А вот хвойное дерево позволяет отказаться от такого шага.

Чтобы правильно установить конструкцию, требуется вырезать разъемы в ножках стропил:

• за счет зуба с упором (если монтажный угол больше 35 градусов);
• с 2 зубами (если обустраивается пологая крыша);
• в упоры — с шипами или без них.

Опора на балки перекрытия означает мощные точные нагрузки. Подобное решение наиболее типично для деревянных домов. Рассредоточение давления производится с помощью мауэрлата, который делают на основе толстого (ориентировочно 15х15 см) бруса. Балки надо выложить на тот самый мауэрлат и основательно закрепить их.

Проще всего монтаж со специальными крепежами. Ногу зарезают с торца под углом. Значение угла — то же самое, что и у наклона ската. Подобное решение даст существенное увеличение площади опоры под ногой. Зубчатые пластины заколачивают на стыковых участках, а пластины с перфорацией накладывают на те же места сверху.

Иногда присоединение к стене производится с помощью подкосов. Их добавление меняет тип: была балка с одним пролетом, а после введения подкоса она делится на два пролета. Перекрытие одной балкой становится возможно на расстояние до 14 м. Одновременно сокращается диаметр стропил

Внимание: подкосы требуется стыковать со стропилинами строго так, чтобы исключить сдвиг

Составляя план работ по монтажу стропил для четырехскатной кровли, надо учитывать, что понадобятся сложные и долгие работы. Вальмовый вариант подразумевает оформление центрального сегмента по той же системе, что и для двускатной крыши. Поднятие собранной фермы возможно либо крупной бригадой (3-4 человека как минимум), либо с помощью крана. На участках, где оборудуются вальмы, нужны диагональные стропила, которые обязательно требуют усиления, ведь нагрузка на них выше на 50%, чем на соседние элементы.

Основные узлы как наслонных, так и висячих стропил должны иметь максимально надежные соединения. С технической точки зрения эти соединения также являются узлами. На длинных проходах обязательно используют расположенные под стропилами несущие части. Особенно важны они в наслонном формате.

При установке стропильных комплексов для беседки необходимо также тщательно выдерживать расстояние между отдельными частями конструкции по проекту, как и при обустройстве жилых домов. Даже самые простые визуально способы требуют следования чертежам. Чаще всего обустройство ведут по односкатной методике, которая многократно оправдала себя. Отверстия для крепления в древесине желательно высверливать заранее, чтобы исключить растрескивание при вколачивании гвоздей в торцы стоек. Если крыша перголы горизонтальна, стропила должны иметь большой вылет либо ставиться попарно.

Модели с выносом расширяют мансарду. Опирание будет по балкам верхнего перекрытия. При строительстве крыши с кукушкой надо убирать тем больше стропил на скате, чем она крупнее. Проще всего сделать это на двускатном варианте. И, конечно же, следует все выставить строго по уровню; полезно примерять конструкции в процессе монтажа, прежде чем прикрепить их окончательно — во избежание ошибок.

Монтаж обрешетки

Правильно смонтированная обрешетка является залогом надежной кровли. В зависимости от выбранного кровельного покрытия обрешетку можно сделать сплошной или разреженной.

В большинстве случаев для изготовления обрешетки используют бруски или доски. Фиксация брусков выполняется одним крепежным элементом в узле соединения, доска прибивается двумя гвоздями, которые располагают по краям. Не рекомендуется прибивать доску одним гвоздем, так как в этом случае может привести к выкручиванию материала под действием больших нагрузок.

Допускается использование короткого пиломатериала для обрешетки. Сращивание элементов нужно делать непосредственно на стропилах, фиксируя при этом концы обоих соединяемых деталей. Стыки элементов обрешетки на соседних рядах рекомендуется располагать на разных стропилах.

Для качественной установки стропильного каркаса, нужно выбрать наиболее правильное крепление стропил.

Крепление в зависимости от материала стен

Стропильные ноги закрепляются к мауэрлату врубкой и вспомогательными связями — металлическим крепежом или деревянными накладками. Опирание на брус может быть жестким или скользящим в зависимости от материала стен.

Деревянные

В брусовых, бревенчатых или каркасных строениях мауэрлатом служит верхний венец или обвязка. Чтобы воспринимать нагрузки и сохранять устойчивость, верхние венцы должны прочно фиксироваться к нижним частям стены с помощью нагелей и скоб. В каркасных строениях стропила устанавливаются точно над стойками и совместно с другими конструктивными элементами образуют жесткую раму.

Деревянные здания склонны к усадке, особенно в первые несколько месяцев. Крепление стропильной системы не должно быть жестким и неподвижным, чтобы в различных частях строения не возникали неравномерные напряжения, а также сохранялась возможность деформаций конструкций относительно друг друга.

Для обеспечения подвижности опорного узла используются скользящие соединения. Они представляют собой 2 стальных элемента — кронштейн, который крепится к стропилу, и уголок, установленный на верхнем венце.

При усадке дома происходит смещение конструкций, но стропильная система остается стабильной и сохраняет свою геометрию. После окончания подвижек можно заменить скользящие опоры на жесткие соединения.

Кирпичные

Такие здания прочные и устойчивые, могут выдерживать большие нагрузки. При устройстве стропильной системы мауэрлат укладывается на слой двойной гидроизоляции. Его располагают как можно ближе к внутренней поверхности стены, чтобы увеличить устойчивость конструкции к ветровым нагрузкам.

Гидроизоляция мауэрлата

Сам опорный брус фиксируется скобами к деревянным пробкам в кирпичной кладке либо насаживается на шпильки, замурованные в стене.

Узел крепления стропил к мауэрлату жесткий, что исключает подвижки. Для этого в нижней части балок вырезаются пазы по форме опорного бруса, которые не дают смещаться вдоль оси. При установке детали скрепляются уголками, гвоздями или держателями. Если выбрать выемку нет возможности, к низу стропил подшиваются бруски, выполняющие функцию упора.

Газобетонные или пенобетонные

Такие стены не склонны к усадке, но, как любая кладка из штучных материалов, недостаточно устойчивы на изгиб и растяжение. К тому же газобетон плохо держит крепеж и довольно хрупок.

Для создания прочного основания под стропильную систему заливается бетонный армированный пояс. Для закрепления мауэрлата на его поверхности нужно заранее предусмотреть установку вертикальных шпилек с гайками.

После затвердевания бетона по верху армопояса укладывается гидроизоляция, затем мауэрлат. Шайбы на шпильках закручиваются и слегка утапливаются в поверхность бруса.

Монтаж проводится так же, как и в случае кирпичных стен. В стропилах прорезается паз, чтобы его стенки плотно прилегали к мауэрлату. Для усиления крепления используются уголки, держатели, гвозди. При больших пролетах в кирпичных зданиях также рекомендуется устраивать армопояс. Он создает жесткий каркас, повышает устойчивость к ветровым, снеговым и сейсмическим нагрузкам.