Крыша – один из главных конструктивных элементов любого строения. Она выполняет не менее важные функции, чем фундамент и стены. Основная ее задача – защита от осадков и ветра всей строительной конструкции здания. Качественная крыша обеспечивает сохранение тепла в помещениях, защищает конструктивные элементы от отрицательного воздействия влаги и ветра. Один из наиболее распространенных видов крыши здания – крыша на основе стропильной конструкции. Применяется данная конфигурация и методика устройства крыши в основном в малоэтажном строительстве. Материал статьи расскажет об основных видах и устройстве стропильных схем и систем, о составных элементах (прежде всего о стропилах) крыш такого вида, о процессе монтажа конструкций.

Содержание

Основное назначение стропильной системы
Общая конструкция стропильной системы
Материалы, применяемые при изготовлении стропильных конструкций
Базовые схемы стропильных систем
Виды крыш и стропильных систем
Выбор стропильной системы
Особенности процесса монтажа стропильных систем

Основное назначение стропильной системы

Главное назначение стропильной системы – основная несущая конструкция, каркас крыши здания, включающей в себя различные элементы изоляции, материалы покрытий. Стропильная система формирует внешний облик крыши, ее форму и углы наклонов конструктивных элементов (прежде всего скатов). Крыша, построенная на основе стропильной системы, является одновременно украшением строения. Конфигурация и уклоны скатов складывают эстетику вида общей конструкции крыши со стропилами. Эти элементы (конфигурация и уклоны) зависят от некоторых факторов:

• Видов, плотности и частоты осадков в данной климатической зоне;
• Розы ветров, силы и направления ветров;
• Назначение свободного пространства крыши – жилое или нежилое помещение;
• Качеств и видов применяемых при строительстве материалов.

Общая конструкция стропильной системы

Для различных видов стропильных устройств имеется много специальных конструктивных элементов. Но общее устройство, основная конструкция и ее главные элементы одинаковы для всех разновидностей и типов стропильных конструкций:

• Стропила, фермы из стропил, образующие несущую конструкцию и основание скатов крыши;
• Конек – верхний стык скатов, место соединения и крепления стропильных пар. Является верхней горизонталью устройства крыши. Стропильные части ферм крепятся к прогону конька или сшиваются между собой с применением крепежных материалов высокой прочности;
• Мауэрлат – боковая несущая конструкция стропильной системы, служит опорой и основанием для нижнего элемента стропил. Мауэрлат крепится к стенам здания. Мауэрлат фактически выступает в роли фундамента всей стропильной системы;
• Опорные элементы, выполняющие функцию связи элементов стропильной системы в единую конструкцию и придание ей необходимой жесткости (лежаки, стойки, стяжки, ригели, нагели, подкосы, затяжки и другие);
• Обрешетка – служит верхним покрытием скатов, основанием для укладки и закрепления слоев изоляции (тепловой и влагонепроницаемой) и материалов покрытий крыши.

Материалы, применяемые при изготовлении стропильных конструкций

Главным материалом для изготовления элементов стропильной системы служит древесина (чаще хвойных пород). Она отличается прочностью и небольшим весом. Для обеспечения продолжительного срока службы ее обрабатывают составами, предотвращающими появление насекомых. Также необходима обработка составом для защиты от огня. В случае значительного веса конструкции крыши для создания стропильной системы применяют металлические балки или железобетонные изделия.

Сочетание металлических и деревянных элементов в конструкции стропильной системы нежелательно. На поверхности металла влага воздуха выпадает в конденсат и попадая на деревянные поверхности, способствует их гниению.

При применении металлических и железобетонных элементов стропильной системы приходится пересматривать конструкцию фундамента и стен здания в сторону увеличения их несущей способности из-за большого веса крыши.

Базовые схемы стропильных систем

Выделяют две базовых схемы стропильных систем (другие служат их комбинациями):

• Висячие стропила;
• Наслонные стропила.

Выбор схемы зависит от свойств применяемого материала и назначения внутреннего пространства крыши. Висячие стропила опираются на стены наружного каркаса здания, передавая горизонтальное усилие на вертикальные конструкции стен. Дополнительные стойки при этом не монтируются. Такой вид стропильной системы чаще используется при строительстве мансарды – образуется свободное пространство внутри крыши. Его можно использовать в различных целях.

Наслонная схема состоит из стропильных ног, опирающихся нижними частями на конструкцию наружных стен, а местами соединений (верхними частями) на конструкцию внутренних стен или несущих столбов (с помощью опорных столбов).

Часто эти схемы комбинируют между собой для удобства строительства и в зависимости от конфигурации несущих ограждений (стен) строящегося здания.

Виды крыш и стропильных систем

В зависимости от конструкции здания и основных климатических характеристик применяют следующие виды крыш:

• Односкатная;
• Двускатная;
• Четырехскатная (вальмовая);
• Шатровая;
• Многощипцовая (комбинированная);
• Ломаная;
• Другие конфигурации (сводчатая и бубновая).

Односкатная крыша – простейшая по устройству, применяется для строительства крыши с одним скатом при величине пролета между двумя противоположными стенами менее шести метров. При расстоянии более 6 метров центральная часть ската может опираться на внутреннюю перегородку и установленные опоры. Имеет незначительный уклон (14-25 град.). Нежелательно строительство такой крыши в регионах со значительным уровнем осадков в виде снега. Снег плохо покидает поверхность односкатной крыши и при накоплении может повредить ее конструкции из-за большого веса.

Конструкция двускатной крыши имеет два ската и конек. Наклон ската составляет обычно от 14 до 60 градусов. При расстоянии более 6 метров строится наслонная стропильная система (с организацией опор или использованием в их качестве внутренних стен), при пролете менее 6 метров используются висячие стропила. Оптимальная величина уклона скатов двускатной крыши составляет около 45 градусов. Такой наклон требует минимального потребления материалов на строительство и эффективно противостоит воздействию природных факторов – осадков и ветра.

Вальмовая стропильная крыши состоит из четырех плоскостей скатов. Два противоположных ската имеют форму треугольника, еще два противоположных – трапециевидные. Наклон скатов составляет величину не более 40 градусов. Если помещение внутри крыши планируется к использованию (в качестве жилого), угол приближается к значению 40 градусов, если нет – наоборот уменьшается. Такая конструкция из-за своего большого объема требует дополнительных мероприятий по теплоизоляции. В состав вальмовой крыши могут входить висячие и наслонные стропила (в зависимости от наличия внутренних точек опоры).

Шатровая стропильная крыша состоит из четырех треугольных скатов. Основанием для пирамиды шатровой крыши обычно является здание со стенами одинаковой длины (квадратное). Шатровая крыша является самой мощной в плане выдерживания значительных нагрузок. Четыре плоскости крыши сходятся в одной точке (конек отсутствует) и весовая нагрузка равномерно распределяется на основание (наружные стены). Стропильная система может быть висячей и наслонной. Под точкой соединения скатов часто сооружается специальная опора.

Многощипцовая (многоскатная, комбинированная) стропильная крыша может включать в себя все элементы вышеописанных систем – односкатные, шатровые, двускатные. Многоскатная крыша состоит из наслонных и висячих стропил. Крыши такого типа сооружаются на сложных зданиях с различной величиной пролетов, разной высотой стен и формой помещений. Расчет таких крыш отличается сложностью (как и процесс монтажа).

Ломаная (или мансардная) крыша имеет скаты, переломленные в своей плоскости. Верхняя часть плоскости выполняет чистую функцию крыши, боковые (нижние) части выполняют еще и роль стен. Зачастую в нижних частях прорубаются окна. Ломаная стропильная система применяется для организации жилых помещений во внутреннем пространстве крыши (мансарды).

Выбор стропильной системы

Выбор стропильной конструкции крыши зависит от многих факторов. Для правильного выбора требуется учесть их комплексное влияние на строительные конструкции крыши. В основном выделяют следующие аспекты при выборе системы:

• Климатические характеристики региона постройки. Значительное влияние на выбор конструкции, прочности и виды материалов изготовления оказывает количество осадков, их виды, распределение по сезонам (прежде всего снеговая нагрузка). Снеговая нагрузка дает основные данные для расчета углов наклона и весовых прочностных характеристик ферм. Не меньшее значение оказывает характеристика ветров данного региона – наиболее частые направления и сила. От фактора ветровой нагрузки зависит правильный выбор ориентации крыши по сторонам света (относительно наиболее частого направления ветра);
• Определение назначения помещения внутри крыши. В зависимости от назначения выбираются стропильные системы с соответствующими внутренними свободными объемами. При организации жилого помещения лучшими стропильными системами крыши считаются ломаные или полувальмовые. В зависимости от статуса помещения проводятся соответствующие объемы работ по тепловой изоляции конструкции крыши;
• Конфигурация здания. В зависимости от взаимного расположения стен, внутренних перегородок, высоты стен и величины пролетов определяется и общее построение стропильной крыши. Чем сложнее архитектурное устройство помещений, тем сложнее схема устройства стропильной системы крыши;
• Характеристики кровельных материалов. От свойств кровельных материалов (плотность, вес, способ крепления и прочее) зависят многие характеристики стропильной системы, которой придется интегрировать эти показатели в единую конструкцию крыши;
• Проведение расчетов. Сложность расчетов состоит в учете взаимного влияния всех факторов, влияющих на характеристики прочности и устройства крыши.

Особенности процесса монтажа стропильных систем

Монтаж стропильной системы начинают с подготовки венцов стен для установки мауэрлатов. Выполняется выравнивание верхней плоскости стен (основания для укладки мауэрлата) и проводятся гидроизоляционные работы. Мауэрлат предварительно обрабатывают антисептическими составами.

Этапы монтажа стены:

• Производится установка мауэрлатов – ручным способом или с применением подъемной техники они устанавливаются и закрепляются на венцы наружных стен здания;
• Изготовление шаблонной фермы стропил. Из досок собирается стропильная пара согласно данным предварительных расчетов (или проекта). Ферма поднимается на крышу и подрезается в местах соединений. Готовая конструкция тщательно фиксируется (элементы сшиваются между собой);
• По собранному шаблону на земле проводится сборка готовых ферм – необходимого количества по данным расчетов. Сборка стропильных конструкций ведется из материалов определенной длины и сечения (величина их определяется в расчете). Количество и шаг между стропилами зависит от значений нагрузки и прочностных характеристик стропил;
• Производится монтаж торцовых (фронтонных) стропильных пар. Фронтонные пары капитально закрепляются, проводится разметка уровня конькового прогона (с помощью шнура и уровня) по вершинам двух торцовых ферм;
• Устанавливаются все остальные (изготовленные на земле) стропильные фермы. Порядок крепления и установки зависит от типа стропил – наслонные или висячие. Проводится установка крепежных усиливающих элементов стропильной системы – подпорок, стяжек, ригелей, нагелей, подкосов и других элементов (в зависимости от вида стропильной системы);
• Для тщательного скрепления элементов стропильной системы используют гвозди, болты, шпильки, скобы, накладки и другие элементы крепежной техники. От качества закрепления элементов между собой зависит стабильность и прочность системы стропил в целом;
• Монтаж обрешетки. Выполняется по верхней плоскости скатов крыши. Служит основанием для монтажа материалов покрытия крыши;
• Укладываются и закрепляются к обрешетке и стропилам слои теплогидроизоляции и наружного покрытия крыши – шифера, металлочерепицы, листового металла и других видов покрытия.