Стропильная система крыши: виды и устройства конструкций, элементы кровли, выбор системы

Даже самая простая стропильная система крыши требует знаний и понимания функционала каждого элемента. Необходимая информация для тех, кто решил заняться кровлей своего дома.

Для чего нужна стропильная система

Основной задачей стропильной системы является поддержка кровельных и утепляющих материалов. Расчет и сооружение должны производиться профессионалами, имеющими опыт, чтобы конструкция создавала все условия для долговременной эксплуатации крыши в любое время года.

Выбор типа сооружения зависит от большого количества факторов. Хорошо продуманная схема возведения кровли обеспечивает хороший климат внутри дома, прочность, надежность и неуязвимость, не зависящие от внешних условий. Эстетическая составляющая в проектировании в данном случае должна стоять на втором месте после надежности и соответствия климату.

Какие факторы влияют на выбор конфигурации крыши

Варьирование высоты и углов наклона стропил дают возможность создавать разные формы. Но, кроме желаний владельцев дома, проектировщикам приходится учитывать:

1. Среднее количество осадков в районе строительства.
2. Интенсивность и направление ветра в разное время года.
3. Вид кровельного материала.
4. Предполагаемое использование мансардного этажа: как чердак, воздушную прослойку или жилое помещение.

Влияние погодных условий намного значительнее, чем кажется. Если зимой выпадает много снега, низкий уклон создает условия для формирования большой массы, что рискованно для сооружения.

Местности с частыми ураганными ветрами не располагают к возведению высоких крыш с декором – покатые скаты способны противостоять воздушному давлению намного лучше.

Составляющие кровли

Пропорции и количество элементов определяются конфигурацией системы. Но основные части присутствуют во всех схемах.

Узлы стропильной системы

Для понимания профессиональной лексики кровельщиков необходимо знать названия основных частей.

Название	Описание и назначение
Стропильные ноги	Длинномерные деревянные части, формирующие поверхность с заданным уклоном.
Мауэрлат	Толстый брус, который устанавливают горизонтально по стенам дома. Держит стропильные ноги в нижней части.
Конек	Верхняя линия, от которой спускаются стропила. Коньком может быть специальный брус, оцилиндрованное бревно или доска. Иногда он формируется только стропилами.
Обрешетка	Доска, рейки или брусья, которые крепят на стропила всплошную или с интервалами. На них настилают железо, мягкую кровлю.
Дополнительные элементы	Стойки, ригели, лежни, нарожники и другие части, которые устанавливают для стабилизации стропильной системы и повышения ее прочностных характеристик.

Чердачное пространство

Чердак используют по-разному:

• оставляют в виде пустого воздушного пространства между кровлей и потолками
• используют в качестве склада
• отделывают и утепляют, чтобы расширить жилую площадь дома.

Важно решить, каким будет чердак, перед устройством стропильной системы, так как это влияет на выбор подхода к строительству.

Если над потолком будет только воздушное пространство для сохранения тепла, то чаще всего делают односкатную. Такой тип конструкции называется бесчердачным.

Если предусмотрен высокий конек, то над потолком формируется пространство, достаточное для планирования помещений. Такая конструкция относится к чердачным.

При расчете высоты обязательно учитывают средние показатели скорости ветра в разное время года.

Уклон скатов крыши

Уклоны делают в диапазоне от 10 до 60 градусов. В местности с обильными снегопадами и сильными ветрами возведение оригинальных высоких башенок и скатов потребует дополнительных средств.

Подробнее о ветровой нагрузке

При столкновении воздушной массы со стенами дома происходит завихрение, при котором поток разделяется на две части. Одна устремляется вниз, а вторая – по касательной вверх бьет по карнизному свесу. Воздушный объем, который по касательной идет по скату, огибает конек.

Так возникают сразу три потока, которые проверяют крышу на прочность. К ним можно добавить нормаль – перпендикулярное покрытию давление, возникающее в результате мощного движения ветрового потока.

Значения этих сил варьируют в зависимости от конструкции и угла наклона скатов. Нормали возрастают при больших углах, на пологих плоскостях увеличивается сила касательных.

От чего зависит выбор уклона крыши

• От непогоды, которую крыша должна выдерживать регулярно. Нередко приходится укреплять скат дополнительно в местах скапливания больших масс снега.
• Необходимо учитывать характер материала, который куплен для кровли. Важна его масса, которая будет постоянно давить на стены. Плюс многие типы покрытий снабжаются рекомендациями по формированию углов определенной величины. Такие требования обусловлены необходимостью создавать оптимальные условия для стока дождевой воды и схода снегов.
• Важен такой показатель, как количество стыков. Большие листы позволяют уменьшить скат, если нет необходимости создавать мансардные помещения.
• Кровля из небольших листов или элементов, не может быть пологой, так как даже кратковременный застой влаги приведет к проникновению воды внутрь. Например, под черепицу делают только крутые плоскости.
• Для тяжелого материала увеличивают крутизну крыши, чтобы вес равномерно распределялся по несущим элементам.

Для удобства проектирования разработаны специальные таблицы, в которых указаны допустимые уклоны для каждого типа материала.

Разновидности конструкции стропил

Базовыми разновидностями являются висячие, наслонные и комбинированные системы.

Висячие

Используются при возведении кровель для строений, характеризующихся большими расстояниями (не меньше 6 метров) между несущими стенами. Капитальных перегородок между ними нет, поэтому стропильная система опирается только на стены.

При этом создается постоянное распорное давление, которое несколько ослабляют горизонтальные крепления, называемые затяжками (или ригелями). Их крепят произвольно по стропилам или заменяют ими балки перекрытий, жестко соединяя с мауэрлатом.

Для висячего типа конструкции используются мощные массивы 5/20 см, но безошибочный подбор требует инженерного расчета. Заниматься самостоятельно проектированием крыши для строений такого типа не рекомендуется.

Последовательность монтажа

1. Установка мауэрлата на боковых стенах.
2. Врезка нижней части стропил в мауэрлат.
3. Соединение верхней части стропил.
4. Для предупреждения разницы в размерах делают образцовую пару стропил, остальные изготавливают по шаблону.
5. Каждая пара закрепляется с шагом, который рассчитывается заранее.
6. Затем необходимо подготовить и смонтировать коньковый прогон. С ним скрепляются верхние части стропил, обязательно с соблюдением длины шага.
7. Каждая стропильная пара дополнительно фиксируется специальными стягивающими досками, которые крепятся к мауэрлату с помощью металлического крепежа.

Все соединения стропильной системы выполняются гвоздями, но на завершающем этапе работы крепления армируются уголками, болтами и скобами. Это исключает расшатывание и потерю прочности в дальнейшем.

Если пространство между стенами более 10 м, то конструкция дополнительно укрепляется подпорами и стойками.

Наслонные

Если внутри строения присутствуют несущие стены, кроме наружных, обустройство кровли идет по наслонному типу. Это более надежный и экономичный способ: много опор по всей площади, плюс требуется меньше материалов.

Стропила закрепляются на коньке, за счет внутренних несущих стен нагрузка на наружные снижена.

Обычно реализуются три варианта.

Тройная жесткая фиксация

Стропила прочно прикрепляются в трех точках:

1. На коньковой опоре.
2. На мауэрлате путем врубки.
3. По середине стропила

При неподвижных соединениях возрастает нагрузка на капитальные стены, поэтому требуется дополнительное усиление — затяжки и подкосы.

Частично подвижное крепление

Верхнюю часть стропил подпиливают, затем их соединяют пластинами из прочных сплавов. Соединение с мауэрлатом делают скользящим.

Скользящее с коньком

Стропила жестко скрепляются брусками, а конек оказывается между ними. Снизу применяется скользящий крепеж.

О скользящем креплении

Применение нежестких соединений в наслонных системах обусловлено необходимостью снижения нагрузок на несущие стены. При усадке строения стропила будут сдвигаться в строго определенном направлении, что предохранит покрытие от деформаций.

Особенности монтажа наслонных систем

• Под мауэрлат прокладывают гидроизоляцию – рубероид или стеклоизол.
• Для мауэрлата используется брус 10 на 15 см (или 15 на 15 см), который прибивают анкерными болтами или на закладные шпильки
• Подвижные крепления адаптируются к подвижкам здания.
• Длина стропил рассчитывается с учетом свеса, который составляет 50-60 см.

Элементы стропильной системы

Чтобы хорошо разбираться в описаниях и схемах кровельных конструкций, нужно изучить названия составляющих. Выше приводились несколько описаний узлов, но важных элементов намного больше.

Мауэрлат

Брус с большим сечением, который выкладывают по несущим стенам. На него опираются стропила. Их врезают, фиксируют гвоздями, металлическими уголками или с помощью подвижного крепежа. Обеспечивает равномерность нагрузки.

Стропильные ноги

Толстые доски большой длины, поставленные на ребро. Служат основой для обрешетки и являются основным элементом системы любой конфигурации. Крепятся в нескольких местах.

1. Верхней частью — к коньку, если он предусмотрен. Или попарно, образуя двусторонние фермы.
2. Ближе к нижнему концу соединяется с мауэрлатом. Крепят жестко, врезая с рассчитанным интервалом. Иногда применяют подвижный крепеж, а также другие способы.
3. Части, по длине стропила, закрепляют с помощью прогонов, нарожников и стоек.

Крепления подбирают в соответствии конфигурацией сооружения.

Кобылки

Доски, которые подстраивают к стропилам, чтобы сформировать длину, необходимую для образования свеса.

Нарожники

Деталь, используемая для стабилизации и усиления конструкции. Подставляется под стропила, с закреплением на мауэрлате или специально созданных опорах.

Прогоны

Горизонтальные брусья, устанавливаемые для поддержки сооружения в одном или двух местах. Применяются при недостаточном сечении стропил, слишком длинном пролете или когда их длину пришлось наращивать. Поддерживаются стойками, стоящими на лежнях или мауэрлатах.

Лежень

Лежень – брус, который укладывают вдоль конька как опору для поддерживающих элементов и повышения прочности конька. Для широких крыш используют два лежня.

Конек

Является опорой для стропил. В качестве конька используют:

• брус
• бревно
• толстую доску, поставленную на ребро.

Крепится на стойки. Некоторые способы монтажа стропил позволяют обойтись без него.

Затяжки, стойки, подкосы

1. Затяжки – брусья или доски, установленные горизонтально для соединения парных стропил в одну ферму.
2. Стойки – вертикальные отрезки бруса, устанавливаемые на лежни для поддержки стропил. Нижний конец устанавливают на балке, а верхний упирается в стропило.
3. Подкосы – элементы, скрепляющие конструкцию. Применяются для стабилизации и исключения люфта. Нижние подкосы ставят под углом на балки с упором на вертикальные стойки, а верхним концом соединяют со стропилом. Вместе со стойкой образуют крепкий поддерживающий узел. Верхние также создают жесткость, но около конька. Стоят под углом и подпирают стропило с опорой на горизонтальную затяжку и вертикальную стойку, подведенную под коньковый прогон.

Шпренгели

Усиливающая деталь – брус, установленный на угол с закреплением на мауэрлатах двух сходящихся стен. Шпренгель врезают или фиксируют металлическим крепежом. Он служит опорой для вертикальной стойки, подпирающей стропило.

Обрешетка и контробрешетка

Обрешетка – доски, которые настилают поверх стропил как основу для укладки кровли. Кладут вплотную или в виде решетки, в соответствии с технологией использования выбранного кровельного материала.

Контробрешетка – сооружают в «пироге» поверх утеплителя для формирования дополнительной воздушной прослойки между слоем гидро/теплоизоляции и обрешеткой. Представляет собой брусья до 50 мм, идущие четко по стропилам.

Карниз

Выступающий над стеной край кровли. Длина свеса – до 80 см. Служит для зашиты стен от осадков, а также для красоты.

Для создания прочной долговечной кровли используются также:

• опорные рамы под конек и слабые места сооружения
• подвесы конькового прогона, устанавливаемые на горизонтальных затяжках для усиления конька в широких крышах
• ендовы, соединяющие поверхности
• другие части и элементы.

Крыши и их стропильные системы

Разработаны технологии возведения любых систем, с одним или несколькими скатами. Форм и разновидностей множество.

Односкатная

Крыша с одной поверхностью с уклоном. Это самая простая конструкция, требующая минимального количества строительных материалов.

Минус – в ограниченной по высоте воздушной прослойке. Это снижает теплоизолирующие качества.

Расчет уклона зависит от материала, который кладут на кровлю. Ориентируются по рекомендациям производителей и средним значениям углов, которые представлены в специальных таблицах для каждого вида кровельных покрытий.

У небольшого здания стропильная система укладывается на переднюю и заднюю стены, которые различаются по высоте. Если между ними большое расстояние (от 6 м), используется сооружение с подпорными стойками.

Усложнение конструкции происходит в зависимости от размеров безопорного пространства.

• Самый простой вариант с укладкой стропил — до 4,5 м.
• Добавляют подкосы для поддержки стропил – до 6 м.
• Используются не только подкосы, ставят стойки – от 5,5-6 м.

Несмотря на простоту, односкатные кровли не используют в жилищном строительстве, но широко применяют для вспомогательных строений, веранд и террас.

Плоская

Принципиально отличается от скатной крыши отсутствием стропил. Создает систему перекрытий с опорой на несущие стены.

Вопреки общепринятому мнению, что такой тип мало подходит для жилого здания, существует множество вариантов частных построек. Они отличаются усиленными слоями тепло/гидроизоляции, которые заменяют воздушную прослойку, создаваемую стропилами. На плоской кровле устраивают минимальный уклон, не превышающий 20⁰, для стока ливневых и талых вод.

Тип выбирают на этапе проектирования.

Для эксплуатации

Поверхность активно используют: обустраивают зону отдыха, солярий, цветник. В конструкцию закладывают большой запас прочности.

Без дополнительного использования

Поверхность крыши не предполагается использовать в любом качестве, кроме прямого назначения.

У плоской кровли есть преимущества:

1. Экономия на материалах.
2. Простота монтажа.
3. Наверх можно вынести панели автономного энергоснабжения, наружные части кондиционеров, разместить систему солнечного подогрева воды, теплицу.
4. При правильном обустройстве уклонов и водостока ее не придется ремонтировать долго.

Двускатная

Чаще всего используются в частном секторе. Подходят для обустройства под крышей дополнительных жилых и хозяйственных помещений. Объемная воздушная прослойка двухскатной крыши делает дом теплым.

Для возведения используют наслонную/висячую систему с балками или перекрытиями. Стропила кладут на несущие стены, которые равны по высоте. Два уклона образовывают равносторонний или разносторонний треугольник. Иногда один из скатов делают под очень большим углом, а второй – длинным и пологим.

Часто помещение под коньком обустраивают как дополнительную жилую площадь. Для обшивки потолка используют затяжки, стойки под стропилами становятся основой для обшивки стен.

Вальмовая

Четырехскатное сооружение, состоящее из двух фронтонных треугольников и двух боковых трапеций, которые называются вальмами.

Все поверхности идут от конька до карниза.

Особенностью этого типа системы является малая приспособленность конструкции к обустройству чердачных помещений. Возможность формирования помещения даже с небольшой площадью ограничивается четырьмя скатами.

При выборе покрытия учитывают особенности поверхности. Лучше всего подойдет битумная черепица или материал с небольшими фрагментами. Большие листы металлической кровли придется кроить, что приведет к неоправданно высокому расходу материала.

Полувальмовая

Разновидностью вальмовой системы является полувальмовая. Отличие состоит в том, что треугольные плоскости не доходят до карнизов, как в вальмовой разновидности. Укороченные треугольники формируют крышу, более приспособленную к высоким нагрузкам. При строительстве здание разворачивают к самой ветреной стороне именно торцевыми полувальмами.

Для обеих разновидностей используют наслонный и висячий типы конструкции. Выбор зависит от внутреннего устройства здания – наличия и расположения капитальных перегородок.

Многощипцовая

Многощипцовая кровля представляет собой два и больше скатов, которые соединены в единую кровлю. Щипец – треугольный участок между двумя плоскостями кровли, являющийся продолжением стены и никак от нее не отделенный. Если стена обозначена карнизом, то используется название «фронтон».

Количество не стандартизировано, но чаще всего строят две, три, четыре стропильные системы, каждая со своим щипцом или фронтоном. Скаты соединяются ендовами.

Такая постройка считается сложной, так как ошибки в расчетах приведут к быстрому появлению протечек и нарушению целостности покрытия. Альтернативой этому типу могут стать вальмовая стропильная система или шатер.

Преимуществом данного типа конструкции является ее необычный вид. Раньше возведение крыши с несколькими щипцами было достаточно дорогим удовольствием и было признаком благосостояния.

Плюс к этому:

1. Подходит для оригинальных сложных проектов и строений из любых материалов.
2. Над домом образуется пространство, достаточное для обустройства любых помещений.

При этом возведение по-прежнему стоит дорого, требует большого количества материалов и использования высокооплачиваемого труда профессионалов.

Шатровая

Система представляет собой несколько скатов, сходящихся к одной верхней точке. Опорой для стропил служат наружные стены, равные по высоте. Шатры хорошо выдерживают большие ветровые нагрузки.

При проектировании можно использовать наслонную и висячую конструкцию, в зависимости от наличия несущих стен внутри здания. В любом случае возвести шатер достаточно сложно, используется балочно-затяжная система стропил, укрепленная подкосами и стойками. Угол наклона рассчитывается в зависимости от необходимости формирования под крышей пространства, достаточного для обустройства помещений.

В качестве покрытия обычно покупают мягкую кровлю, которая предлагается в большом количестве декоративных вариантов.

Ломаная или мансардная

Используется для формирования дополнительного пространства над основной частью дома для обустройства жилых помещений на мансардном этаже. Такая стропильная система позволяет выиграть максимум простора.

По существу, это двускатная крыша, но каждый состоит из двух поверхностей. Верхняя является крышей, а боковые – еще и стенами.

Возвести достаточно сложно. Формируются два яруса стропил.

• Нижний стоит на мауэрлате или балках перекрытий, дополнительно крепится на внутренних поверхностях стен.
• Верхний устанавливают на прогоны, закрепленные по нижнему ярусу, а сверху крепят на конек.
• Эти же прогоны становятся опорой для мансардной потолочной балки.
• Верхний ярус, который становится каркасом крыши и конька, собирают по висячему или наслонному типу.
• Строгих стандартов углов наклона нет, но обычно придерживаются конькового угла в 120⁰, а стык ярусов делают под 120-130⁰.
• Специалисты рекомендуют прокладывать поверх собранной конструкции гидроизолирующий материал.
• Для покрытия подходит любой материал, в том числе мягкая кровля. Частота обрешетки определяется выбранным вариантом.

Материал, используемый для создания стропил

Для стропильных систем используют древесину. Существуют строгие стандарты подбора материала:

1. Влажность досок – не выше 18%.
2. Допускается наличие сучков – на погонный метр не больше трех. Они не должны быть большими – до 30 мм.
3. Наличие сквозных трещин не допускается. Поверхностные не должны идти по всей протяженности – не больше 50% от длины.
4. Лучше брать древесину хвойных. В них много природных масел и смол, которые обеспечивают долговременную защиту от насекомых, плесени и гниения.
5. Минимальная толщина для жилищного строительства – 50 мм. Ширина – 150 мм, при скате от 6 метров возрастает до 180 мм.
6. Стойки, лежни и мауэрлаты делают из бруса с сечением примерно 100/150 мм.
7. Толщина для подсобных построек – от 40 мм.

Материалы из лиственных пород и профилированный брус подвергают пропитке и обработке антисептиками и средствами огнебиозащиты — не менее 2 раз с просушками в естественных условиях.

Критерии выбора конструкции стропил

Все перечисленные стропильные системы подходят для возведения крыш домов и хозяйственных построек. При выборе нужно учитывать много факторов и важных моментов.

1. Включение в проект обустроенного чердака предполагает выбор двускатной или ломаной конфигурации. При желании мансардные помещения могут формироваться под вальмовой и даже односкатной кровлей.
2. Если в доме есть несущие стены, кроме наружных, проектируется наслонная система.
3. Дом с пристройками, эркерами, террасами требует тщательного подбора стропильной системы для каждого сектора. Они нередко бывают разными, нужно продумать их соединение.
4. Кровельный материал также влияет на выбор стропильной системы.
5. Заранее стоит выяснить показатели ветровой нагрузки и количества осадков в месте строительства.
6. Проект следует соотнести со своими финансами, чтобы не пришлось упрощать на ходу.

Калькулятор нагрузки на стропильную систему

В сети представлены калькуляторы, которые помогут определить оптимальный диаметр сечения стропил.

Понадобятся данные:

1. Расположение места строительства.
2. Тип материала.
3. Угол крутизны крыши.
4. Расстояние между стропилами.

Делать такой расчет необходимо не только в случае использования тяжелого кровельного материала. Нередко применение стандартных решений, кажущихся подходящими, приводит к проседанию стропил уже в первые годы после монтажа.

Существуют формулы, которые позволяют получить результаты после самостоятельных расчетов. Но быстрее и точнее подсчитать можно в калькуляторах.

Хорошим решением будет также заказ расчета в профессиональной строительной компании. Он обойдется недорого, а некоторые фирмы делают это бесплатно, в рамках консультации потенциального заказчика.