Стропильная система – это конструкция, обеспечивающая прочность крыши и служащая основой для укладки кровельного материала. Она показана на фото.

Крыша – это несущая конструкция, которая выполняет следующие функции:

• придает строению красивый внешний вид;
• принимает на себя внешние нагрузки;
• ограждает чердак от окружающего мира;
• передает нагрузку с обрешетки и материала на ней на стены здания и внутренние опоры.

К главным элементам крыши относятся обрешетка, стропила и мауэрлат. Также в несущую конструкцию входят дополнительные элементы крепежа – ригели, стойки, подкосы стропил, распорки и прочее. На надежность и прочность кровли наиболее влияет система стропил. Стропила – это основная несущая часть крыши. На стропильную систему приходится вес не только кровельного покрытия, но и снежного покрова, давление ветра. Она должна выдерживать все эти воздействия, поэтому расчет производят с учетом типа кровельного материала и климатических особенностей региона.

Конструкция системы стропил

Соединение стропил друг с другом придает жесткость кровельному каркасу, и в результате получается прочная стропильная конструкция. Нагрузка на стропила может быть довольно значительной, например, во время сильного ветра, поэтому каркас крепко связывают с коробкой здания.

При строительстве частных домов и коттеджей обычно используют деревянные стропильные системы, которые легко изготавливаются и устанавливаются. Если же при возведении стен были сделаны ошибки, эти изделия можно легко обработать: укоротить, нарастить, подтесать и т.д.

При монтаже используют крепежные элементы стропильной системы: болты, шурупы, хомуты, гвозди, скобы. Также они применяются для усиления несущей кровельной конструкции. Связанные между собой элементы крыши создают стропильную ферму, в основе которой находятся треугольники, являющиеся самой жесткой геометрической фигурой.

Выбирая материал для изготовления системы из стропил, необходимо учитывать конструктивные и архитектурные нюансы проекта. Не стоит забывать про антисептическую и противопожарную пропитку для них, поскольку это влияет на долговечность кровли.

Состоит система из стропильных ног. Устанавливают стропила под углом уклона скатов крыш. Нижние участки стропильных ног опираются на внешние стены с помощью мауэрлата, способствующего равномерному распределению нагрузки. Верхние окончания стропил опираются на брус под коньком или на промежуточные подгоны. С помощью системы стоек нагрузка передается несущим внутренним стенам.

Виды стропил

Стропила висячие состоят из таких элементов: нога стропила, перекрытие чердака, ригель. У этих стропил есть только две крайние опорные точки. Они опираются непосредственно на стены дома. Стропильные ноги реагируют и на сжатие, и на изгиб. Эти стропила без подкосов. Читайте также: "Опирание стропил на балки перекрытия".

Конструкция висячих стропил передает стенам значительное распирающее усилие по горизонтали. Для того, чтобы уменьшить нагрузку, используют растяжку, с помощью которой соединяют стропильные ноги. Делают ее либо в основании стропил, либо на большей высоте. Растяжка в основании стропил является одновременно и балкой перекрытия – это актуально при создании мансардных кровель. При повышении высоты расположения растяжки требуется увеличить ее мощность и убедиться в надежности прикрепления к стропилам.

В состав наслонных стропил входят: стропильная нога, мауэрлат, бабка, подкос, затяжка. Этот вид стропил устанавливают в зданиях, в которых есть средняя несущая стена или промежуточные опоры в виде столбов. Элементы такой конструкции работают только на изгиб, выполняя функцию бабок. Вес системы наслонных стропил меньше, материалов также требуется меньшее количество, поэтому она обходится дешевле, чем висячая система.

Монтаж наслонной системы делают в том случае, если опоры друг от друга удалены не больше чем на 6,5 метров. Если есть дополнительная опора, стропила иногда перекрывают ширину в 12 метров, а если опор две – до 15метров.

Стропильные ноги чаще всего опирают не на стены здания, а на специальный брус – мауэрлат. Этот элемент может находиться по всей длине дома или быть подложенным только под стропильные ноги. Если конструкции деревянные, для мауэрлата берут бревно или брус, которое является верхним венцом сруба.

При кирпичной кладке стен мауэрлат представляет собой установленный вровень с внутренней поверхностью стен брус, огражденный снаружи выступом кладки. Между этим элементом и кирпичом укладывают слой гидроизоляции – например, можно положить в два слоя рубероид.

Если ширина стропил небольшая, со временем они могут обвиснуть. Чтобы этого не произошло, используют решетку, состоящую из стойки, ригеля и подкосов. В верхней части конструкции укладывают прогон, который соединяет стропила или фермы. Это делают независимо от вида кровли. Впоследствии на этом прогоне делают конек кровли. В местах, где нет несущих стен, пятки стропил упирают в боковые прогоны – продольные балки значительной мощности. Размеры данных деталей зависят от ожидаемой нагрузки.

При строительстве частных домов используют стропила из бревен – они более легкие. Для создания крыш на многоэтажных жилых объектах и промышленных зданиях применяют металлические стропила.

Установка стропильных систем

Углы наклонов скатов выбираются исходя из типа здания и назначения чердачного пространства. На величину наклона также оказывает влияние материал, выбранный для создания кровельного покрытия.

Если будет укладываться рулонная продукция, угол наклона должен составлять 8-18 градусов. Для черепицы необходимый угол равен 30-60 градусов, для кровельной стали или листов асбоцемента – 14-60 градусов.

Установку системы стропил начинают после возведения несущих стен дома (подробнее: "Установка стропильной системы"). Конструкция стропил деревянного рубленого дома значительно отличается от систем для домов из пеногазобетона, кирпича, каркасных деревянных или панельных домов. Различия существенны и при одинаковой форме, типе и виде крыши. Что касается того, чем обработать стропильную систему, то необходимо использовать антисептические и противопожарные средства, чтобы крыша прослужила длительное время.

Главные элементы несущей конструкции – стропильные фермы и обрешетка. Кровля является наружной частью крыши, которую укладывают на несущую конструкцию, состоящую из обрешетки и стропил.

Для производства стропил берут материал определенного размера. Так, толщина стропил (сечение) чаще всего составляет 150х50 и 200х50 миллиметров. Для обрешетки обычно берут брусья и доски размером 50х50 и 150х25 миллиметров. Расстояние между стропильными ногами в среднем составляет 90 сантиметров. Если уклон крыши больше 45 градусов, данный шаг увеличивают до 100-130 сантиметров, а если в регионе выпадает огромное количество снега, то уменьшают до 60-80 сантиметров.

Чтобы произвести более точные расчеты относительно промежутка между строительными ногами, нужно учитывать их сечение, шаг между опорами (подкосами, прогоном конька, стойками), тип кровельного материала.

Плавающая стропильная система крепится с помощью специальных кронштейнов, позволяющим стропилам «садиться» вместе с усадкой фронтонов и не висеть над коньковым бревном.

Монтаж стропильной системы, смотрите на видео:

Если жесткость обеспечивается фермами, усиление стропил делают с помощью диагональных связей (подробнее: "Как сделать усиление стропил – варианты укрепления стропильной системы"). Для них могут использоваться доски толщиной 3-4 сантиметров, прибиваемые в основании крайней стропильной ноги и в средней части соседней. Стропильные ноги – это главный элемент системы, поэтому на них приходится большая часть нагрузки кровли. По этой причине систему нужно правильно рассчитывать и устанавливать, чтобы крыша получилась надежной (читайте также: "Как ставить стропила на дом").

Монтаж стропильной системы необходимо произвести, точно соблюдая все требования. Если нет опыта в строительстве, лучше поручить возведение крыши специалистам, поскольку это нелегкое занятие, и малейшие ошибки могут привести к ее обрушению.

Source: kryshadoma.com

Сооружение стропильной системы крыши и последующий настил кровли – важнейшие этапы при любом строительстве. Дело это – весьма сложное, сопряженное со всесторонней подготовкой, которая включает в себя расчёт основных элементов системы и приобретением материалов нужного сечения. Далеко не каждый начинающий строитель будет способен спроектировать и санировать сложную конструкцию.

Однако часто при строительстве придомовых построек, сооружений хозяйственного или подсобного назначения, гаражей, навесов, беседок и других объектов особая сложность крыши вовсе и не требуется - на первое место выходят простота конструкции, минимальное количество затрат на материалы и скорость проведения проведение работ, которые вполне посильны для самостоятельного исполнения. Именно в таких ситуациях своеобразной «палочной-выручалочкой» становится стропильная система

В данной публикации основной акцент сделан на расчетах односкатной конструкции крыши. Кроме того, будут рассмотрены наиболее типичные случаи ее сооружения.

Основные достоинства односкатных крыш

Несмотря на то что не всем нравится эстетика здания, над которым смонтирована односкатная кровля (хотя сам по себе вопрос – неоднозначный), многие хозяева загородных участков при возведении построек, а иногда даже - и жилого дома, выбирают именно такой вариант, руководствуясь целым рядом достоинств подобной конструкции.

• Материалов для односкатной стропильной системы, тем более, если она возводится над небольшой хозяйственной пристройкой, потребуется совсем немного.
• Самой «жесткой» плоской фигурой является треугольник. Именно он лежит в основе практически любой стропильной системы. В односкатной системе этот треугольник – прямоугольный, что существенно упрощает проведение расчетов, так как все геометрические соотношения известны каждому, кто заканчивал среднюю школу. Но эта простота никак не сказывается на прочности и надежности всей конструкции.
• Даже если ведущий самостоятельное строительство владелец участка ни разу ранее не сталкивался с возведением крыши, монтаж односкатной стропильной системы не должен вызвать у него чрезмерных трудностей – он достаточно понятен, не столь сложен. Нередко, при перекрытии небольших хозпостроек или иных придомовых сооружений вполне возможно обойтись не то что без вызова бригады специалистов, но даже и без приглашения помощников.
• При возведении конструкции крыши всегда важна скорость проведения работ, естественно, без потери качества – хочется как можно быстрей обезопасить строение от капризов погоды. По этому параметру односкатная крыша однозначно является «лидером» - в ее конструкции практически нет сложных соединительных узлов, забирающих массу времени и требующих высокоточной подгонки.

Насколько существенны недостатки односкатной стропильной системы? Увы, они есть, и с ними тоже приходится считаться:

• Чердака при односкатной кровле или не предполагается вовсе, или он получается настолько маленьким, что о его широкой функциональности приходится забыть.

• Исходя из первого пункта – есть определенные сложности в обеспечении достаточной термоизоляции расположенных под односкатной крышей помещений. Хотя, конечно, это можно исправить – ничто не мешает утеплить сам скат кровли или же расположить под стропильной системой утепленное чердачное перекрытие.
• Односкатные крыши, как правило, делаются с небольшим уклоном, до 25÷30 градусов. Это влечет за собой два последствия. Во-первых, не все виды кровельных покрытий подойдут для таких условий. Во-вторых, резко возрастает значимость потенциальной снеговой нагрузки, что следует обязательно учесть при проведен расчетов системы. Но зато при таких уклонах значительно снижается влияние ветрового давления на кровлю, особенно если правильно расположить скат – в наветренную сторону, в соответствии с преобладающими ветрами на данном участке местности.

• Еще один недостаток, пожалуй, можно отнести к очень условным и субъективным – это внешний вид односкатной крыши. Он может не прийтись по душе любителям архитектурных изысков, дескать, очень упрощает облик постройки. На это тоже можно возразить. Первое – простота системы и экономичность возведения часто играют все же решающую роль при строительстве подсобных сооружений. А втрое – если посмотреть обзор проектов жилых домов, то можно встретить очень интересные дизайнерские варианты, в которых упор сделан именно на односкатной крыше. Так что, как говорится, о вкусах не спорят.

Как рассчитывается односкатная стропильная система?

Общие принципы расчета системы

В любом раскладе односкатная система крыши представляет собой конструкцию из установленных параллельно друг другу наслонных стропильных ног. Само по себе название –«наслонные» говорит о том, что стропила опираются (наслоняются) на две жёстких точки опоры. Для удобства восприятия обратимся к несложной схеме. (Кстати, к этой же схеме будем возвращаться еще не раз – при проведении расчетом линейных и угловых параметров системы).

Итак, две точки опоры стропильной ноги. Одна из точек (В) расположена выше другой (А) на определенное значение превышения (h) . За счет этого создается уклон ската, который выражается углом α.

Таким образом, как уже отмечалось, в основе построения системы лежит прямоугольный треугольник АВС , в котором основанием является расстояние по горизонтали между точками опоры (d ) – чаще всего это длина или ширина возводимой постройки. Второй катет – превышение h. Ну а гипотенузой становится длина стропильной ноги между точками опоры – L. Угол при основании (α) определяет крутизну ската кровли.

Теперь рассмотрим основные аспекты выбора конструкции и проведения расчетов несколько подробнее.

Каким образом будет создаваться необходимый уклон ската?

Принцип расположения стропил – параллельно друг другу с определенным шагом, с необходимым углом уклона ската – общий, но достигаться это может различными способами.

• Первый заключается в том, что еще на этапе разработки проекта здания высота одной стены (показано розовым) сразу закладывается с превышением h относительно противоположной (желтый цвет). Двум оставшимся стенам, идущим параллельно скату кровли, придается трапециевидная конфигурация. Способ- достаточно распространенный, и хотя несколько усложняет процесс возведения стен, зато предельно упрощает создание уже самой стропильной системы крыши - практически все для этого уже готово.
• Второй способ можно, в принципе считать разновидностью первого. В этом случае речь идет о каркасном строительстве. Еще на стадии разработки проекта в него закладывается то, то вертикальные стойки каркаса с одной стороны выше на ту же величину h по сравнению с противоположной.

На представленных выше иллюстрациях и на тех, что будут размещены ниже, схемы выполнены с упрощением – не показан мауэрлат, проходящий по верхнему торцу стены, или обвязочный брус – на каркасной конструкции. Это ничего не меняет принципиально, но на практике без этого элемента, являющегося основой для монтажа стропильной системы, не обойтись.

Что такое мауэрлат и как он крепится на стены?

Основная задача этого элемента – равномерное распределение нагрузки со стропильных ног на стены здания. Правила подбора материала и на стены дома – читайте в специальной публикации нашего портала.

• Следующий подход практикуется в том случае, когда стены имеют равную высоту. Превышение одной стороны стропильных ног над другой может быть обеспечено установкой вертикальных стоек необходимой высоты h .

Решение несложное, но конструкция получается, на первый взгляд, несколько нестабильной – у каждого из «стропильных треугольников» есть определенная степень свободы влево - вправо. Это достаточно просто устраняется креплением поперечных брусьев (досок) обрешетки и зашивкой прямоугольной фронтонной части крыши с фасадной стороны. Оставшиеся по бокам фронтонные треугольники также зашиваются деревом или другим удобным для владельца материалом.

крепление для стропил

• Еще одно решение проблемы – это монтаж кровли с применением односкатных ферм. Такой способ хорош тем, что есть возможность после проведения расчетов идеально собрать и подогнать одну ферму, а затем, взяв ее в качестве шаблона, изготовить на земле необходимое количество точно таких же конструкций.

Подобную технологию удобно применять в том случае, когда , в силу своей большой длины, требуют определенного усиления (об этом речь пойдет чуть ниже).

Жесткость всей стропильной системы заложена уже в конструкции фермы - достаточно установить эти сборки на мауэрлат с определенным шагом, закрепиться на нем, и соединить затем фермы обвязкой или поперечными брусьями обрешетки.

Еще одно достоинство такого подхода –ферма выполняет и роль стропильной ноги, и балки перекрытия. Таким образом, существенно упрощается проблема термоизоляции перекрытия и подшивки потока – все для этого уже сразу будет готово.

• Наконец, еще один случай – он подойдет для той ситуации, когда односкатная кровля планируется над возводимой около дома пристройки.

С одной стороны стропильные ноги опираются на стойки каркаса или же стенку возводимой пристройки. С противоположной стороны находится капитальная стена основного здания, и стропила могут опираться на зафиксированный на ней горизонтальный прогон, либо на индивидуальные крепления (кронштейны, закладные бруски и т.п.), но также выровненные по горизонтали. Линия крепления этой стороны стропильных ног также делается с превышением h.

Обратите внимание, что несмотря на различия в подходах к монтажу односкатной системы, во всех вариантах присутствует тот же «стропильный треугольник» - это будет важно для проведения расчетов параметров будущей крыши.

В какую сторону предусмотреть скат кровли?

Казалось бы – праздный вопрос, однако, с ним необходимо определиться заранее.

В некоторых случаях, например, если , вариантов особых и нет – скат должен располагаться только в направлении от здания, чтобы обеспечивался свободный сток ливневой воды и талого снега.

На отдельно стоящем строении уже есть определенные возможности выбора. Конечно, мало когда рассматривается вариант, при котором стропильную систему располагают таким образом, чтобы направление ската приходилось на фасадную часть (хотя не исключено и такое решение). Чаще всего уклон организовывают назад или в одну из сторон.

Вот здесь уже можно взять за критерии выбора внешнее дизайнерское оформление возводимого здания, особенности территории участка, удобство прокладки коммуникаций системы сбора ливневых вод и т.п. Но все равно следует иметь в виду определённые нюансы.

• Оптимальное расположение односкатной кровли – в наветренную сторону. Это позволяет минимизировать ветровое воздействие, которое может работать с подъемным приложением вектора силы, когда скат превращается в своеобразное крыло – ветер пытается сорвать кровлю вверх. Именно для односкатных крыш это имеет важнейшее значение. При ветре же в кровлю, особенно при небольших углах крутизны скатов, значение ветрового воздействия будет минимальным.
• Второй аспект выбора – это длина ската: его при прямоугольной постройке можно расположить вдоль нее или поперек. Здесь важно учесть то, что длина стропил без усиления не может быть беспредельной. Кроме того, чем длиннее пролет стропила межу точками опоры, тем толще должен быть в сечении пиломатериал, идущий на изготовление этих деталей. Эта зависимость будет пояснена чуть позднее, уже при проведении расчетов системы.

Тем не менее, практикуют правило, что свободная длина стропильной ноги обычно не должна превышать 4,5 метров. При возрастании этого параметра обязательно предусматриваются дополнительные элементы усиления конструкции. Примеры показаны на иллюстрации ниже:

Так, при расстоянии между противоположными стенами от 4.5 до 6 метров уже потребуется установка подстропильной ноги (подкоса), расположенной под углом в 45°, и упирающейся снизу на жестко закрепленный опорный брус (лежень). При расстояниях до 12 метров придется устанавливать по центру вертикальную стойку, которая должна опираться или на надежное перекрытие, или же даже на капитальную перегородку внутри здания. Стойка также упирается в лежень, а кроме того, в каждую из сторон устанавливается еще и подкос. Это тем более актуально в связи с тем, что стандартная длина пиломатериалов обычно не превышает 6 метров, и стропильную ногу придется делать составной. Так что без дополнительной опоры обойтись в любом случае не получится.

Дальнейшее увеличение длины ската приводит к еще большему усложнению системы – появляется необходимость установки нескольких вертикальных стоек, с шагом не более 6 метров, с опорой на капительные стенки, и со связыванием этих стоек схватками, с установкой тех же подкосов и на каждой стойке, и на обеих внешних стенах.

Таким образом, следует хорошо подумать, куда будет выгоднее сориентировать направление ската кровли еще и из соображений упрощения конструкции стропильной системы.

саморезы по дереву

Какой угол крутизны ската будет оптимальным?

В подавляющем большинстве случаев когда речь идет об односкатной кровле выбирается угол до 30 градусов. Это объясняется рядом причин, и самая главная из них уже упоминалась – сильная уязвимость именно односкатной конструкции к ветровой нагрузке с фасадной стороны. Понятно, что, следуя рекомендациям, направление ската ориентируют в наветренную сторону, но это вовсе не говорит о том, что ветер с другой стороны полностью исключается. Чем круче угол уклона – тем значительнее становится создающаяся подъемная сила, и тем большую нагрузку на срыв будет испытывать кровельная конструкция.

Кроме того, односкатные кровли с большим углом наклона смотрятся несколько несуразно. Конечно, это иногда используется в смелых архитектурно-дизайнерских проектах, но мы-то говорим о более «приземленных» случаях…

Слишком пологий скат, с углом уклона до 10 градусов, тоже не слишком желателен, по той причине, что резко возрастают нагрузки на стропильную систему от снежных наносов. Кроме того, с началом таяния снегов весьма вероятно появление наледи по нижнему краю ската, затрудняющей свободный сход талой воды.

Важным критерием выбора угла крутизны ската является и задуманное . Не секрет, что для различных кровельных материалов имеются определенные «рамки», то есть минимально допустимый угол уклона крыши.

Сам угол уклона ската может выражаться не только в градусах. Многим мастерам удобнее оперировать другими параметрами – пропорциями или процентами (даже в некоторых технических источниках можно встретить подобную систему измерений).

Пропорциональное исчисление – это отношение длины пролета (d ) к высоте подъема ската (h ). Может выражаться, например, соотношением 1:3, 1:6 и так далее.

То же соотношение, но уже в абсолютной величине и приведенное к процентам, дает несколько иное выражение. Например, 1:5 – это будет крутизна ската в 20%, 1:3 – 33,3 % и т.п.

Чтобы упростить восприятие этих нюансов, ниже размещена таблица с графиком-диаграммой, показывающей соотношение градусов и процентов. Схема полностью масштабирована, то есть по ней можно легко перевести одни величины в другие.

Красными линиями показано условное разделение кровель: до 3° – плоские, от 3 до 30° – крыши с малым уклоном, от 30 до 45° – средняя крутизна, и выше 45 – круто уклонённые скаты.

Синими стрелками и соответствующими им числовыми обозначениями (в кружках) показаны установленные нижние границы применения того или иного кровельного материала.

№	Величина уклона	Тип допустимого кровельного покрытия (минимальный уровень уклона)	Иллюстрация
1	от 0 до 2°	Совершенно плоская крыша или с углом наклона до 2°. Не менее 4 слоев рулонного битумного покрытия, нанесенного по «горячей» технологии, с обязательной верхней посыпкой из мелкофракционного гравия, утопленного в расплавленную мастику.
2	≈ 2° 1:40 или 2,5 %	То же, что и в пункте 1, но будет достаточно 3 слоев битумного материала, с обязательной посыпкой
3	≈ 3° 1:20 или 5 %	Не менее трех слоев битумного рулонного материала, но без гравийной засыпки
4	≈ 9° 1:6,6 или 15 %	При использовании рулонных битумных материалов – не менее двух слоев, наклеенных на мастику горячим способом. Допускается использование некоторых типов профнастила и металлочерепицы (по рекомендациям производителя).
5	≈ 10° 1:6 или 17%	Асбестоцементные шиферные волнистые листы усиленного профиля. Еврошифер (однулин).
6	≈ 11÷12° 1:5 или 20 %	Мягкая битумная черепица
7	≈ 14° 1:4 или 25 %	Плоский асбестоцементный шифер усиленного профиля. Профнастил и металлочерепица – практически без ограничений.
8	≈ 16° 1:3,5 или 29 %	Листовая сталь кровельная с фальцевым соединением соседних листов
9	≈ 18÷19° 1:3 или 33 %	Шифер асбестоцементный волнистый обычного профиля
10	≈ 26÷27° 1:2 или 50 %	Натуральная керамическая или цементная штучная черепица, сланцевые или композитные полимерные плитки
11	≈ 39° 1:1,25 или 80 %	Кровельное покрытие из щепы, дранки, натурального гонта. Для любителей особой экзотики –камышовая кровля

Владея подобной информацией и имея намётки на будущее кровельное покрытие, будет проще определиться с углом крутизны ската.

металлочерепица

Как задать необходимый угол ската?

Обратимся вновь к нашей базовой схеме «стропильного треугольника», размещенной выше.

Итак, чтобы задать необходимый угол уклона ската α , необходимо обеспечить возвышение одно стороны стропильной ноги на величину h . Соотношения параметров прямоугольного треугольника известны, то есть определить эту высоту – сложности не представит:

h = d × tg α

Значение тангенса – это табличная величина, которую несложно отыскать в справочной литературе или в таблицах, опубликованных в интернете. Но чтобы максимально упростить нашему читателю задачу, ниже размещен специальный калькулятор, который позволит выполнить расчеты буквально за несколько секунд.

Кроме того, калькулятор поможет решить, при необходимости, и обратную задачу – изменяя угол уклона в определенном диапазоне подобрать оптимальное значение превышения, когда именно этот критерий становится определяющим.

Калькулятор расчета превышения верхней точки установки стропильной ноги

Укажите запрашиваемые значения и нажмите кнопку "Рассчитать величину превышения h"

Базовое расстояние между точками опоры стропила d (метров)

Планируемый угол уклона кровли α (градусов)

Как определиться с длиной стропильной ноги?

В этом вопросе также трудностей быть не должно – по двум известным сторонам прямоугольного треугольника не составит сложности рассчитать третью, используя всем известную теорему Пифагора. В нашем случае, в приложении к базовой схеме, это соотношение будет следующим:

L² = d² + h²

L = √ (d² + h²)

При расчете длины стропильных ног следует учитывать один нюанс.

При небольших длинах ската часто длину стропил увеличивают на ширину карнизного свеса – так проще будет монтировать весь этот узел впоследствии. Однако, при больших динах стропильных ног, или же в том случае, когда в силу обстоятельств приходится применять материал очень большого сечения, такой подход выглядит не всегда разумным. В такой ситуации применяют удлинение стропил с помощью специальных элементов системы – кобылок.

Понятно, что в случае с односкатной кровлей карнизных свесов может быть два, то есть с обеих сторон постройки, либо один – когда крыша пристраивается к стене здания.

Ниже размещен калькулятор, который помоет быстро и точно рассчитать необходимую длину стропильной ноги для односкатной крыши. По желанию можно проводить вычисления с учетом карнизного свеса, либо без него.

Калькулятор расчета длины стропильной ноги односкатной крыши

Введите запрашиваемые значения и нажмите кнопку "Рассчитать длину стропильной ноги L"

Высота превышения h (метров)

Базовая длина d (метров)

Условия расчета:

Требуемая ширина карнизного свеса ΔL (метров)

Количество свесов:

Понятно, что если длина стропильной ноги превышает стандартные размеры имеющегося в продаже пиломатериала (обычно это 6 метров), то либо придется отказываться от формирования с помощью стропил в пользу кобылок, либо прибегать к сращиванию бруса. Можно сразу оценить, в какие последствия это «выливается», чтобы принять оптимальное решение.

Как определить необходимое сечение стропил?

Дина стропильных ног (или расстояние между точками их крепления к мауэрлату) теперь известна. Найден параметр высоты поднятия одного края стропила, то есть имеется и значение угла ската будущей кровли. Теперь необходимо определиться с сечением доски или бруса, который пойдет на изготовление стропильных ног и, в связке с этим – шаги их установки.

Все перечисленные параметры тесно взаимосвязаны между собой и должны в конечном счёте соответствовать возможной нагрузке на стропильную систему, чтобы обеспечивалась прочность и стабильность всей конструкции крыши, без ее перекосов, деформации или даже обрушения.

Принципы расчета распределенной нагрузки на стропила

Все выпадающие на крышу нагрузки можно разделить на несколько категорий:

• Постоянная статическая нагрузка, которая определяется массой самой стропильной системы, кровельного материала, обрешетки к нему, а при утепленных скатах – весом термоизоляции, внутренней обшивки потолка чердачного помещения и т.п. Этот суммарный показатель во многом зависит от типа используемого кровельного материала – понятно, что массивность профнастила, к примеру, не идёт ни в какое сравнение с натуральной черепицей или асбестоцементным шифером. И все же при проведении проектирования системы кровельного покрытия всегда стремятся удержать это показатель в рамках 50÷60 кг/м².
• Временные нагрузки на кровлю, обусловленные влиянием внешних причин. Это безусловно, снеговая нагрузка на кровлю, особенно характерная именно для крыш с небольшой крутизной скатов. Играет свою роль ветровая нагрузка, и, хотя на малых углах уклона она не столь велика, полностью сбрасывать ее со счетов не следует. Наконец, крыша должна выдержать и вес человека, например, при проведении каких-либо ремонтных работ или при очистке кровли от снежных сугробов.
• Отдельной группой стоят экстремальные нагрузки стихийного характера, вызванные, к примеру, ураганными ветрами, аномальными для данной местности снегопадами или дождями, тектоническими толчками земли и т.п. Предвидеть их – практически невозможно, но при расчетах на этот случай закладывается определенный резерв прочности элементов конструкции.

Суммарные нагрузки выражаются в килограммах на квадратный метр площади крыши. (В технической литературе часто оперируют другими величинами – килопаскалями. Перевести несложно – 1 килопаскаль приблизительно равен 100 кг/м²).

Выпадающая на крышу нагрузка распределяется по стропильным ногам. Очевидно, что чем чаще они установлены, тем меньшее давление будет приходиться на каждый погонный метр стропильной ноги. Это можно выразить следующим соотношением:

Qр = Qс × S

Qр — распределенная нагрузка на погонный метр стропила, кг/м;

Qс — суммарная нагрузка на единицу площади крыши, кг/м²;

S — шаг установки стропильных ног, м.

Например, расчеты показывают, что на крышу вероятно внешне воздействие в 140 кг. при шаге установке в 1.2 м на каждый погонный метр стропильной ноги придется уже 196 кг. Но зато если установить стропила чаще, с шагом, допустим, 600 мм, то степень воздействия на эти детали конструкции резко снижается – всего 84 кг/м.

Ну а по полученному значению распределенной нагрузки уже несложно определить требуемое сечение пиломатериала, способного противостоять такому воздействию, без прогибов, кручения, переломов и т.п. Существуют специальные таблицы, одна из которых приведена ниже:

Расчетная величина удельной нагрузки на 1 погонный метр стропильной ноги, кг/м					Сечение пиломатериала для изготовления стропильных ног
75	100	125	150	175	из кругляка	из доски (бруса)
					диаметр, мм	толщина доски (бруса), мм
						40	50	60	70	80	90	100
Планируемая длина стропил между точками опоры, м						высота доски (бруса), мм
4.5	4	3.5	3	2.5	120	180	170	160	150	140	130	120
5	4.5	4	3.5	3	140	200	190	180	170	160	150	140
5.5	5	4.5	4	3.5	160	-	210	200	190	180	170	160
6	5.5	5	4.5	4	180	-	-	220	210	200	190	180
6.5	6	5.5	5	4.5	200	-	-	-	230	220	210	200
-	6.5	6	5.5	5	220	-	-	-	-	240	230	220

Пользоваться этой таблицей – совсем несложно.

• В левой ее части находят рассчитанную удельную нагрузку на стропильную ногу (при промежуточном значении берется ближайшее в большую сторону).

По найденному столбцу опускаются вниз до величины требуемой длины стропильной ноги.

В этой строке в правой части таблицы приведены необходимые параметры пиломатериала – диаметр кругляка или ширина и высота бруса (доски). Здесь можно выбрать наиболее удобный для себя вариант.

Например, расчеты дали значение нагрузки – 90 кг/м. Длина стропильной ноги между точками опоры – 5 метров. Таблица показывает, что можно применять бревно диаметром 160 мм или доску (брус) следующих сечений: 50×210; 60×200; 70×190; 80×180; 80×180; 90×170; 100×160.

Дело «за малым» – определить суммарную и распределенную нагрузку.

Существует выработанный, достаточно сложный и громоздкий алгоритм расчета. Однако, не будем в данной публикации перегружать читателя массивом формул и коэффициентов, а предложим воспользоваться специально разработанным для этих целей калькулятором. Правда, для работы с ним необходимо сделать несколько пояснений.

Вся территория России разделена на несколько зон по вероятному уровню снеговой нагрузки. В калькуляторе потребуется внести номер зоны для региона, в котором проводится строительство. Найти свою зону можно на представленной ниже карте-схеме:

На уровень снеговой нагрузки влияет угол ската кровли – эта величина нам уже известна.

Изначально подход схож с тем, что и в предыдущем случае – требуется определить свою зону, но только уже по степени ветрового давления. Карта-схема размещена ниже:

Для ветровой нагрузки имеет значение высота возводимой кровли. Не путать с рассматриваемым ранее параметром превышения! В данном случае интересует именно высота от уровня земли до самой высокой точки кровли.

В калькуляторе будет предложено определить зону строительства и по степени открытости участка строительства. Критерии оценки уровня открытости в калькуляторе приведены. Однако, есть нюанс.

Говорить о наличии указанных естественных или искусственных преград для ветра можно лишь в том случае, если они расположены не далее, чем на расстоянии, не более чем 30×Н , где Н – это высота возводимого дома. Значит, для оценки степени открытости для здания высотой, к примеру, 6 метров, можно учитывать только те признаки, которые расположены не далее, чем в радиусе 180 метров.

В данном калькуляторе шаг установки стропил является переменной величиной. Такой подход удобен с тех позиций, что варьируя значение шага можно проследить, как изменяется распределённая нагрузка на стропила, а значит, выбрать наиболее приемлемый вариант с точки зрения подбора необходимого пиломатериала.

Кстати, если односкатная крыша планируется утепленной, то имеет смысл привести шаг установки стропил к размерам стандартных утеплительных плит. Например, если будут использоваться питы базальтовой ваты размером 600×1000 мм, то и шаг стропил лучше установить или 600, или 1000 мм. За счет толщины стропильных ног расстояние «в свету» между ними будет на 50÷70 мм меньше – а это практически идеальные условия для максимально плотного прилегания утеплительных блоков, без просветов.

Однако, вернемся к расчетам. Все остальные данные для калькулятора – известны, и можно проводить вычисления.

Стропила, опертые на две опоры без каких-либо дополнительных упоров, применяется для односкатных крыш пролетом 4,5 м или двухскатных пролетом до 9 м (рис. 30). Стропильная система может быть использована с передачей распора на мауэрлат (стены) и без передачи распора.

Рис. 30. Наслонные стропила без подкосов

Безраспорные наслонные стропила

Работающее на изгиб стропило, не передающее распора на стены, должно иметь одну опору закрепленной, но свободно вращающейся, другую свободно вращающейся и подвижной.

Таким условиям отвечают три варианта закреплений стропил:

1. Низ стропильной ноги подшивается опорным бруском или на нем делается врубка (запил) зубом и упирается в мауэрлат, а вверху стропила выполняется увеличенная горизонтальная врубка (запил) со скосом (рис. 31). Глубина врубки (запила) в верхней части стропила не должна превышать а = 0,25h . Длина подрезки (площадка опирания) делается не более высоты сечения стропила (h) . Подрезку рекомендуется скашивать, чтобы она не препятствовала изгибу стропила, иначе врубка боковой щекой упрется в прогон и получим распорную стропильную систему. Длина скошенной подрезки делается не менее двух глубин а . Если подрезку верха стропильной ноги сделать невозможно, его подшивают обрезком стропила с двухсторонним креплением монтажными пластинами или деревянными прибоинами. Верхние концы стропильных ног свободно укладываются на прогон. В двускатных крышах их крепят к прогону по типу скользящей опоры, а между собой не скрепляют. Двускатную крышу, в данном случае, рассматриваем как две односкатных, примкнутых друг к другу высокой стороной. Обратите внимание на чрезвычайно важное условие: верхняя опорная врубка или подшивка верха стропилины прибоинами делаются горизонтально . Стоит только изменить схему опирания на прогон, как стропило тут же показывает распор. Эта асчетная схема установки стропил из-за жесткости условий изготовления верхнего узла (любая неточность в исполнении узла тут же превращает безраспорную схему в распорную) практически не применяется для двухскатных крыш, поэтому ее чаще используют в односкатных крышах. Кроме того, в двухскатных крышах за отсутствие распора на мауэрлате при прогибе стропил под действием нагрузки, приходится расплачиваться раскрыванием конькового узла кровли.

Эта схема на первый взгляд вообще парадоксальна. Мы же отчетливо видим в нижней части стропильной ноги упор в мауэрлат и система вроде бы должна оказывать на него горизонтальное усилие. Тем не менее, она не показывает распора. Если кому-то хочется узнать почему, то доказательство читайте в курсе лекций профессора Залесского В. Г. на страницах 414–415.

рис. 31. Опирание низа стропила врубкой в мауэрлат, а верха стропила на прогон горизонтальной врубкой, со скошенной щекой, не дает распора на стены

2. Самый распространенный способ установки стропил относящийся к двухскатным крышам. Низ стропильной ноги делают на ползуне, а верх закрепляют (рис. 32): связывают гвоздевым боем или болтом, либо упирают друг в друга и связывают деревянными прибоинами или металлическими зубчатыми пластинами (МЗП).

рис. 32. Опирание низа стропил без врубки в мауэрлат с закреплением верха стропил, не дает распора на стены

На что необходимо обратить особое внимание так это на крепление стропильной ноги к мауэрлату Оно сводится только к закреплению стропил в проектное положение обеспечивающее шаг их установки. Для этого достаточно вбить с двух сторон по одному гвоздю наискосок в боковую поверхность стропила или один длинный гвоздь сверху либо поставить гибкую стальную пластину. Если будут применены модные крепежные уголки, то для закрепления низа стропилины достаточно будет одного гвоздя либо нужно прижать стропилину уголками с двух сторон вообще без гвоздей. Не вкручивайте в уголки столько шурупов и не забивайте в них столько гвоздей, сколько имеется отверстий в уголке. Иначе вы превратите ползун в несовершенный шарнир и получите на мауэрлат распор. От ветрового опрокидывания крышу держат гибкие проволочные скрутки не нужно эту функцию перекладывать на уголки либо стропильная система должна расчитываться как распорная.

3. Не дает распора и жесткое защемление конькового узла, когда низ стропильной ноги делают на ползуне, а верх жестко закрепляют (рис. 33). Однако в коньковом узле появляется изгибающий момент, стремящийся его разрушить. Максимальный изгибающий момент в такой конструкции возникает на коньковой опоре, а сами стропильные ноги получают меньший прогиб. Рассчитать такой узел, а потом точно изготовить его на стройплощадке достаточно трудно, поэтому лучше принимать формулы для вычисления изгибающего момента и прогиба как для обыкновенных однопролетных балок.

рис. 33. Опирание низа стропил без врубки в мауэрлат с защемлением конькового узла, не дает распора на стены

Во всех трех вариантах соблюдается правило: один конец стропильной ноги делается на скользящей опоре, позволяющей поворот, другой на шарнире, допускающим только поворот. Крепление стропил на ползунах и неподвижных шарнирах делаются самых разных конструкций. Сейчас их часто выполняют на крепежных пластинах. Можно крепить и по старинке: скобами, гвоздевым боем или использованием коротышей брусков и досок. Нужно только правильно подобрать вид крепежа, чтобы он допускал или препятствовал скольжению стропила в опоре.

При расчете стропильной системы принимается «идеализированная» расчетная схема. Считается, что на крышу давит равномерно распределенная нагрузка, т.е. одинаковая и ровная сила, действующая равномерно по всем плоскостям скатов. На самом деле равномерно распределенной нагрузки на скатах крыши практически никогда не бывает. Ветер, наметающий снеговые мешки на один из скатов и сдувающий снег с другого, солнце растапливающее снег на южных скатах, сползающий весной снег - делают нагрузку на скатах неравномерной. При действии неравномерной нагрузки все три выше представленных варианта стропильных систем статически устойчивы, но только при условии жесткого закрепления конькового прогона. Который концами вводят во фронтоны стен либо подпирают накосными стропилами вальмовых крыш. То есть стропильная система будет устойчивой только в том случае, если коньковый прогон на который опирается верх стропил, надежно закреплен от горизонтального смещения.

При изготовлении щипцовых крыш и опирании прогона только на стойки (без опирания их концов на стены фронтонов) ситуация меняется в худшую сторону (рис. 34). Во втором и третьем варианте при значительном снижении нагрузки на одном из скатов, против расчетной на другом скате, крыша будет пытаться «уехать» в сторону более высокой нагрузки. Первый вариант, в котором низ стропильной ноги сделан с врубкой зубом либо с подшивкой опорного бруска, а верх горизонтальной врубкой уложен на прогон, хорошо держит неравномерную нагрузку, но только при условии абсолютной вертикальности стоек, удерживающих коньковый прогон.

рис. 34. Потеря устойчивости стропильной системой

Для придания стропильной системе устойчивости в нее вводят горизонтальную схватку (рис. 35). Она повышает устойчивость системы, но незначительно. Поэтому во всех местах, где схватка пересекается со стойками, поддерживающими коньковый прогон, ее прикрепляют к стойкам гвоздевым боем. Существует устойчивое заблуждение, что схватка всегда работает на растяжение, это не так. Схватка многофункциональный элемент: в безраспорных конструкциях стропил она вообще не работает при отсутствии на крыше снега либо работает на сжатие при появлении на скатах незначительной равномерной нагрузки. На растяжение она работает только в предаварийной ситуации при просадке либо прогибе конькового прогона от действия максимальных нагрузок. По-сути, схватка это аварийный элемент стропильной системы, вступающий в работу, когда крышу завалит максимально возможным количеством снега и коньковый прогон прогнется на всю расчетную величину либо когда произойдут непредвиденные и неравномерные просадки фундаментов и, как следствие, неравномерная осадка стен и конькового прогона. Чем ниже установлены схватки, тем лучше. Обычно их устанавливают на высоте не менее 1,8–2 м от поверхности перекрытия, чтобы они не мешали человеку при прохождении по чердаку.

Если во втором и третьем варианте нижний узел опирания стропильной ноги (ползун) заменить на ползун немного другой конструкции (рис. 35, в) - с выносом конца стропилины за стену, то это еще более укрепит всю систему, делая ее статически устойчивой конструкцией при любом сочетании нагрузок.

рис. 35. Схватка между стропилами увеличивает устойчивость стропильной системы

Еще одним мероприятием повышения устойчивости всей системы является жесткое (что не всегда возможно) закрепление низа стоек поддерживающих прогон. Их врубают в лежень и прикрепляют к перекрытиям любым возможным способом, превращая нижний узел опирания стойки из шарнирного (в плоскости стропил) в узел с жестким защемлением (рис. 36).

рис. 36. Пример закрепления узла опирания стойки

Сечение схваток ввиду развития в них малых напряжений не рассчитывают, их принимают конструктивно. Для того, чтобы уменьшить типоразмер деталей использующихся при строительстве стропильной системы, сечение схватки используют тех же размеров, что и стропила, но могут быть применены и более тонкие доски. Схватки устанавливаются с одной или двух сторон стропил и прикрепляются к ним гвоздевым боем и/или болтами (рис. 37). При расчете сечения стропил, схватки не считаются дополнительными опорами, т.е. стропильную систему рассчитывают так, словно схваток в ней вообще нет. Однако, если схватки прикручиваются к стропилам болтами, то несущую способность древесины из-за ослабления отверстиями под болты, уменьшают использованием коэффициента 0,8. Иными словами, если в стропилине будут сверлиться отверстия под установку болтов схваток, то ее расчетное сопротивление применяют равным 0,8R. При креплении схватки к стропилам только гвоздевым боем ослабления расчетного сопротивления древесины стропильной ноги не происходит, но нужно сделать расчет на количество забиваемых гвоздей. Производится расчет на срез (изгиб) гвоздей . За расчетную силу среза принимают распор, который может возникнуть при аварийном состоянии стропильной системы. В общем, в расчет гвоздевого соединения схватки со стропилом вводят распор (H ), которого нет, при нормальной работе стропил.

рис. 37. Узел крепления схватки

Еще раз напомним, статическая неустойчивость безраспорной стропильной системы проявляется только в крышах, где нет возможности закрепить коньковый прогон от горизонтального смещения. В домах с вальмовыми крышами и в домах с фронтонами из кирпича и камня, безраспорные стропильные системы вполне устойчивы и в мероприятиях по обеспечению устойчивости нет никакой необходимости. Однако «противоаварийные» конструкции - схватки, устанавливать все же надо.

При введении в расчёт стропильной системы распора (даже если его нет) изменяется расчёт сжимающей силы S. Теперь она рассчитывается делением равнодействующей распределённой нагрузки на синус угла наклона стропилины S=(qL/2)/sinα. Не вдаваясь в подробности разложения векторов сил, поясним это на небольшом примере. Предположим, имеем стропильную систему с крутым углом наклона скатов. При действии на неё нагрузки в аварийном состоянии, например, при просадке, ухода от вертикали или разрушении конькового прогона, в схватке появятся растягивающие напряжения, нейтрализующие так называемый распор. При неизменной внешней нагрузке, чем меньше будет угол наклона скатов, тем больше будет расти распор и тем больше будут сжаты стропильные ноги. И наоборот, если стропильные ноги не будут связаны схватками, то они работают, как обычные балки, уложенные в наклонном положении. В этом случае уменьшение угла наклона, при неизменной нагрузке, уменьшает сжимающие напряжения в стропилине и увеличивает нормальную (перпендикулярную) силу, направленную на изгиб балки. Поэтому сжимающая сила в стропильных системах без схваток считается как S=(qL/2)×sinα а со схватками S=(qL/2)/sinα. Так как двухскатные стропильные системы практически никогда не строятся без схваток, а расчёт всегда ведётся на самые плохие условия работы, то далее на всех схемах сжимающие напряжения будут записаны, как S=(qL/2)/sinα вне зависимости будет в этих схемах распор или нет.

При установке шпилек или болтов для крепления схваток обратите особое внимание на диаметр отверстия под них. Он должен быть равным диаметру шпилек (болтов) или даже меньше его на 1 мм. В аварийной ситуации схватка не будет работать до тех пор, пока не выберет зазор между шпилькой и стенкой отверстия в это время низ стропильных ног «разъедется» на несколько миллиметров или сантиметров (зависит от высоты установки схватки), что может подвинуть или выкрутить мауэрлат и разрушить карниз стен, а в распорных стропильных системах, где мауэрлат жестко закреплен - «раздвинуть» легкие стены.

Распорные наслонные стропила

Работающее на изгиб стропило, передающее распор на стены, должно иметь две закрепленные опоры.

Берем те же варианты стропильных схем и заменяем в них нижние опоры с двумя степенями свободы (ползуны) на опоры с одной степенью свободы (шарниры). Просто, где их нет, прибиваем к низу стропильной ноги опорные бруски. Обычно используется брусок длиной около метра и сечением 50×50(60) мм с расчетом гвоздевого соединения. Либо делаем опору на мауэрлат в виде зуба. В первом варианте расчетной схемы, в коньке там где стропила горизонтально оперты на прогон, сшиваем верхние концы стропильных ног гвоздевым боем или скрепляем болтом и получаем, таким образом, шарнирную опору.

рис. 38. Стропила упертые обоими концами в мауэрлат и друг в друга показывают распор

Расчетные схемы стропильных систем меняются незначительно (рис. 38), все внутренние напряжения сжатия и изгиба остаются прежними, но в нижних опорах стропил появляется распор равный H = (qL/2)×ctg α , (кг). В верхних узлах распор в одной стропильной ноге уничтожается противоположно направленным распором от конца другой стропильной ноги, поэтому здесь он не приносит особых хлопот. Однако концы стропильных ног, упертые непосредственно друг в друга или через прогон, могут быть проверены на смятие древесины, хотя в большинстве случаев этого не требуется.

По сути, распорные наслонные стропила это переходная схема между безраспорными наслонными и висячими стропилами. В них уже просматривается схема висячих стропил, но рудимент в виде конькового прогона еще остается. Когда стропила низом уперты в стены, а верхом друг в друга, то прогон здесь как пятое колесо в телеге. С одной стороны вроде и не помешает, а с другой - можно и без него обойтись. Стропильная система проявляет двойственность своей работы, которая зависит от плотности прилегания верха стропил к прогону и друг к другу. Вектор силы давящий на коньковый узел распределяется и на стропильные ноги, и на прогон. При просадке, в результате усадки стен или прогибе от собственного веса, прогон уходит из работы и векторы сил полностью распределяются по стропилам, а сами стропила при этом превращаются в висячие.

В распорных стропильных системах назначение у схватки несколько иное - она в аварийных ситуациях работает на сжатие. Вступая в работу, она снижает распор на стены низа стропильных ног, но полностью его не снимает. Она сможет его снять полностью, если будет расположена в самом низу закрепленная между концами стропильных ног, но это уже другая конструктивная схема и схватка в ней называется затяжкой.

Что же изменяется с включением в схему схватки? Не будем нагружать вас раскладкой векторов сил, просто представьте предаварийную ситуацию, когда на крышу действуют максимальные нагрузки. Там где под коньковым прогоном нет стоек происходит прогиб прогона и наслонные стропила, стянутые схваткой, моментально превращаются в схему висячих стропил со сжатым ригелем , а низ стропильных ног получает распор по соответствующей расчетной схеме. Там где под коньковым прогоном есть стойки либо прогон жесткий, схватка то же работает на сжатие и низ стропильных ног тоже передает распор, но более слабый так, как верх стропил держит коньковый прогон. Однако расчет производится по наихудшему сценарию.

Применение распорных наслонных стропильных систем требует учета влияния распора на стены. Снизить распор можно установкой жестких коньковых прогонов. Для этих стропильных схем будет лучше, если расчетный прогиб конькового прогона получится намного меньше нормированного СНиПом. Старайтесь увеличивать жесткость прогона установкой стоек, подкосов или консольных балок (изменение высоты сечения) либо делайте на нем строительный подъем. Особенно это актуально для домов из легких бетонов, брусовых и рубленных из бревна. Массивные кирпичные, бетонные и панельные дома легче переносят распор на стены.

Следует заметить, что под распором понимается горизонтальное усилие, возникающее от скатывающегося по стропильной ноге сжимающего напряжения S. Иными словами, распор - это горизонтальный вектор сил появляющийся от действия вертикальной нагрузки . Не нужно путать его с распором от прогиба стропил. В расчетной схеме стропила считаются стержневыми элементами, не имеющими высоты, поэтому распор от прогиба не учитывается. На это и направлено нормирование прогиба в строительных конструкциях. СНиП, вводя нормированные величины прогиба, приближает идеализированные расчетные схемы к реальным. Другим словами если прогиб строительной конструкции не превышает нормируемого, то и задумываться о распоре от прогиба не следует, его как бы нет. Хотя на самом деле он есть и в распорной схеме он проявляет себя в большей степени, чем в безраспорной. На распор от прогиба нужно обращать внимание при строительстве стен дома из газобетонов. Это блоки абсолютно не держат изгиб и могут быть разрушены распором даже от прогиба стропил. Не делайте на этих стенах систем распорных стропил. В других случаях распор от прогиба не наносит особого вреда, например, в кирпичных стенах его воспринимает упругость мауэрлата и стального крепежа.

Стропильная система, сделанная по распорному варианту, статически устойчивая система при любых сочетаниях нагрузок и требует жесткого закрепления мауэрлата на стене. Для удержания распора, стены должны быть достаточно массивными либо снабжены неразрывным монолитным железобетонным поясом по всему периметру, как обруч на деревянной бочке. В аварийных ситуациях, в отличие от безраспорных систем, в распорной системе работающая на сжатие схватка не спасает положения, она лишь частично уменьшает распор, передающийся на стены (рис. 38.1). Для того чтобы аварийных ситуаций не произошло мы и собираем по максимуму, нагрузки действующие на крышу.

рис. 38.1. Работающая на сжатие схватка частично снимает распор со стен

Расчет стропильной системы с введенной в нее сжатой схваткой делается по двум сочетаниям нагрузок. Сечение стропильной ноги подбирается по максимальному изгибающему моменту и прогибу без учета работы сжатой схватки. Представьте, что на крыше действуют неравномерная нагрузка: на одной стороне ската снег лежит, а на другой он стаял или сполз. Изгибающаяся стропильная нога просто толкнет сжатую схватку и будет работать как обычная однопролетная балка. Подбор сечения сжатой схватки и определение распора на стены, наоборот, будем производить для равномерно распределенной нагрузки по обоим скатам. В этом случае схватка будет сжата с обеих сторон и получит максимальное напряжение сжатия, низ стропильной ноги будет отдавать пониженный распор на стену, а сама стропильная нога превратится в неразрезную балку на трех опорах.

В любом здании важную роль играет кровельная конструкция. От ее качества и прочности зависит конечная стоимость проекта и срок эксплуатации постройки. Именно эта часть будет принимать на себя большую часть атмосферных воздействий. Прочность крыши во многом зависит от выбора, грамотного расчета и установки стропильной системы.

Существует две разновидности конструкции крыш с применением стропил: наслонные и висячие стропильные системы. В этой статье обсудим последний вариант, разберем в каких случаях он применим, как устроен и существующие разновидности.

Стропила - основная часть конструкции крыши, воспринимающая на себя всю нагрузку. Выбор висячих или наслонных конструкций зависит от наличия внутренних несущих стен в здании. Если они есть, тогда стропила будут через стойку опираться на них и такая схема называется наслонной. В противном случае основаниям служат только внешние несущие стены, при этом максимальное расстояние между ними может быть до 14 метров.

Хотя висячие стропила находятся под уклоном, они не распирают стены, а передают лишь строго вертикальные нагрузки. Это достигается за счет применения растяжки в основании крыши. Их изготавливают из брусьев и в зависимости от требуемой длины могут быть цельными или составными. Если требуется использовать двойную растяжку, тогда делают соединение внахлест, косым или прямым зубом, накладками и так далее.

Сами стропильные ноги могут быть сделаны из бревен, бруса или обрезной доски. Перед тем как использовать, их обрабатывают специальными средствами, защищающими от плесени, грибка, воспламенения и гниения.

Висячая стропильная система применима в жилых домах, торговых складах и на промышленных объектах.

Факторы, влияющие на расчет конструкции

Перед началом возведения крыши с висячими стропилами необходимо сделать грамотный расчет. Он поможет подобрать подходящие материалы, определить необходимую разновидность и сэкономить средства, сохранив прочность конструкции. Хотя это можно сделать самостоятельно, лучше довериться специалисту, тогда под такой крышей будет спать спокойнее. Для безошибочного расчета потребуется следующая информация:

• габариты постройки;
• материалы стен;
• схема расположения дополнительных опорных элементов, например, колон;
• наличие мансардного этажа;
• несущая способность стен;
• форма крыши.

С помощью этих данных определяется материал для стропил, сечение и с каким шагом проводить монтаж.

Кроме того, мастера-кровельщики учитывают климатические условия (количество осадков, сила и направление ветра). Исходя из этой информации принимается решение об угле наклона и выборе кровельного материала.

Основные элементы конструкции

Перед тем как приступить к изучению разновидностей и особенностей конструкций висячих стропил, необходимо познакомиться с основными элементами крыши. Это поможет лучше представить систему и не запутаться в понятиях.

В строительстве такой крыши используется шесть основных элементов:

• Мауэрлат. Брус с сечением 100х100 или 150х150 мм расположенный на верхнюю часть несущих стен. На них опираются стропильные ноги. Основная задача этой части - равномерно распределить нагрузку и передать ее на фундамент.
• Стропильные ноги. Основа ската крыши. Обычно применяют обрезную доску с сечением 50х150 или 100х150 мм. Между отдельными элементами выдерживается шаг в 0,6-1,2 м. Габариты и расстояние зависят от планируемой нагрузки и несущей способности стен.
• Затяжка. Горизонтальная балка или доска, закрепляющаяся на противоположных нижних частях конструкции. Основная задача - сдерживать распирающую нагрузку от стропил.
• Ригель. По сути, та же затяжка, только расположенная возле конька. На эту часть приходится больше нагрузки, поэтому применяют более прочный брус.
• Бабка. Подвесной элемент, расположенный под коньком, поддерживающий слишком длинную затяжку. Может быть деревянным или металлическим.
• Подкос. Подпорки, применяемые на зданиях с большими пролетами. Они помогают избежать слишком сильного провисания стропил. Опорой для подкосов служит бабка.

Некоторые схемы висячей стропильной системы сохраняют необходимую прочность без использования мауэрлата.

Разновидности конструкций висячих стропил

Выбор той или иной схемы для устройства висячих стропил зависит пролета между несущими стенами. Чем больше это расстояние, тем сложнее конструкция и большее количество дополнительных элементов требуется.

Базовая трехшарнирная треугольная арка

Это основа всей конструкции, имеет форму треугольника. Собирается из двух стропильных ног, которые скрепляются в коньке. Нижние части соединяются деревянной затяжкой. Максимально допустимая высота в коньке равна шестой части длины пролета. При этом такую конструкцию разрешается использовать только в зданиях между стенами которого не больше 6 метров.

В таком изделии стропила испытывают только изгибающие нагрузки, а затяжка - растягивающие. В основании разрешается использовать металлический прут, или тяж. Но обычно оставляют дерево, так как оно выполняет роль балок для чердачного перекрытия.

Шарнирная арка с бабкой

Такая система применяется в зданиях с пролетом больше 6 метров. Затяжка такой длины будет сильно прогибаться, а чтобы избежать этого используют бабку. Обычно подвес изготавливают из бруса, но в некоторых ситуациях берут металлический прут. Элемент из металла хорошо переносит растягивающие нагрузки, имеет небольшой вес.

При помощи бабки кровельщики настраивают степень прогиба горизонтальной части. На такой длине затяжку делают из двух равных частей, и стыкуют их точно под подвесом. Применяют разные соединения узлов: косые или прямые прирубы, закрепленные болтами. Между собой подвес и затяжку закрепляют хомутом.

Шарнирная арка с приподнятой затяжкой

Этот вариант подразумевает установку затяжки недалеко от конька. Хотя в этом положении деталь испытывает большие нагрузки, но так появляется возможность обустроить мансардный этаж. Настроить высоту потолков можно поменяв высоту крепления затяжки.

В такой ситуации стропилины приходится опираться на мауэрлат. Так как с увеличением нагрузки, повышением влажности и температуры меняются размеры балок используют скользящее соединение. Они изготавливаются из металла и крепятся напрямую к мауэрлату и стропилам. Благодаря такой конструкции крыша сохраняет свою геометрию и может «дышать».

Зимой, на скатах, висячие стропила с затяжкой испытывают различную снеговую нагрузку. Из-за этого появляется угроза перекоса и появления протечек. Поэтому в подобных конструкциях концы стропил выносят за пределы стен.

При устройстве мансардного этажа с приподнятой затяжкой, балка служит основой для крепления потолка. Для того чтобы она не провисала используют более толстые брусья. В некоторых ситуациях устанавливают подвесы, соединяющие затяжку и конек. Если балка слишком длинная используют несколько навесных креплений.

Шарнирная арка с ригелем

Единственное отличие в этой конструкции от предыдущей заключается в способе реализации узлов крепления стропильных ног. Они жестко закрепляются на мауэрлате и больше не могут свободно менять свое положение. Для этого используют гвозди, саморезы, металлические накладки.

В связи с изменением способа крепления, действие нагрузок так же изменяется. Теперь стропила распирают несущие стены. Из-за этого затяжка начинает испытывать сжатие и в такой позиции она называется ригелем.

Если расчеты показывают большую нагрузку, тогда в дополнение к крыше с ригелем в нижней части конструкции устанавливают классическую затяжку. В таком случае крепление к мауэрлату не понадобится. Получается первая описанная конструкция с дополнительной балкой под коньком.

Арка с бабкой и подкосами

Пролеты длиной до 9 до 14 метров требуют усиление конструкции подкосами. В этой ситуации начинают прогибаться стропильные балки. При наслонной конструкции крыши подкосы упирают во внутреннюю несущую стену. В нашем случае единственным доступным упором является бабка. Тут изменяются все нагрузки, действующие на каркас: стропила давят на подкосы, они растягивают подвес и притягивают конек, далее нагрузка распределяется по стропилам, сжимая их.

Все схемы висячих стропильных систем требуют точного расчета, учитывающего внешние и внутренние нагрузки. Единственным недостатком можно считать сложность монтажа. Приходится либо подавать готовые конструкции краном, либо собирать их на высоте. Но, в некоторых ситуациях других вариантов собрать крышу нет.

Еще на этапе проектирования постройки необходимо определиться с вариантом конструкции стропильной системы крыши. Впрочем, выбор несложен. При наличии внутренней капитальной стены-перегородки, для формирования крыши используют наслонные стропила. Если таких перегородок нет, то устанавливают висячие стропила, которые опираются исключительно на внешние стены.

Висячие стропила находят свое применение в строительстве однопролетных домов, производственных зданий, цехов, торговых павильонов, при устройстве мансард без внутренних стен.

Особенности конструкции висячих стропил

Почему стропила называют «висячими»? Потому что они в буквальном смысле зависают в межпролетном пространстве, опираясь только на внешние стены. Внутренней опоры нет никакой. Тем не менее, висячие системы, благодаря своей конструкции, не прогибаются и способны перекрыть пролеты до 14-17 м!

Конечно, висячие стропила – это только часть стропильной системы, сами по себе они не используются. Только в связке с другими элементами (затяжками, бабками, ригелями, подкосами и т.п.), вместе с которыми стропила образуют фермы или арки.

В случае с висячими стропилами, простейшую ферму составляют из двух стропильных балок, соединенных в верхней точке под углом (в виде треугольника). По горизонтали стропила скрепляют затяжкой, которая обычно представляет собой деревянную балку. Но она может быть и металлической, например, сделанной из профильного металла. Тогда такую затяжку называют тяжем.

Затяжка выполняет важную функцию. Стропила, скрепленные в коньке и упертые в стены, стремятся разъехаться в стороны. А затяжка удерживает их, позволяя сохранить треугольную форму арки. Возникающий распор на стены не передается, а горизонтальные усилия нейтрализуются. Таким образом на наружные стены при использовании висячих стропил воздействуют только вертикальные усилия.

Затяжка не обязательно располагается в нижней части фермы, иногда она сдвигается вверх, ближе к коньку. Это зависит от типа конструкции арки, от того, какую работу должна выполнять затяжка. Если затяжка находится у основания стропил, то одновременно она служит и балкой перекрытия нижележащего этажа. При устройстве мансарды удобно располагать затяжку (ригель) выше основания стропильных ног, чтобы появилась возможность устроить этаж с полноценной высотой потолка.

Если пролет между стенами составляет более 6 м, висячие стропила для прочности подпирают раскосами и подвесами (бабками). А затяжку делают не цельной, а состоящей из двух срощенных балок.

Существует несколько вариантов конструкций с использованием висячих стропил. Рассмотрим их все по отдельности.

Конструкция #1. Треугольная шарнирная арка

Простейшая ферма в виде треугольника. Состоит из двух стропильных балок, сходящихся в коньке. Нижние основания упираются в горизонтальный брус. В нижней части «треугольника» закрепляют затяжку. Чтобы система работала правильно, высота конька в конструкции не должна быть меньше 1/6 пролета фермы.

Эту схему можно назвать классической. В ней стропила работают на изгиб, стремяться разъехаться в стороны, а затяжка удерживает их и получает растягивающие нагрузки (работает на растяжение). Несущим элементом затяжка не является, поэтому ее можно заменить на тяж из металлопроката.

Для снижения степени изгиба стропильных балок, врубку конькового узла выполняют с эксцентриситетом. Благодаря этому при воздействии на стропила внешних нагрузок (атмосферные явления, вес кровли, собственный вес и т.п.), наряду с ожидаемым изгибом, появляется изгибающий момент противоположного направления. Это позволяет не только уменьшить изгибающие деформации, но и применить для стропил балки меньшего сечения. Соответственно, это помогает удешевить строительство.

Как правило, эта конструкция висячих стропил применяется при строительстве мансардного чердака. Затяжки в этом случае играют роль балок чердачного перекрытия.

Конструкция #2. Арка шарнирная с бабкой

Более сложная схема, которая нужна в случае перекрытия пролетов более 6 м.

Проблема в такой системе – длинная затяжка, которая будет испытывать огромные нагрузки и, как следствие, прогибаться под своим весом. Чтобы прогиба не было, затяжку подвешивают к коньку. Как? С использованием дополнительного элемента – бабки. Она представляет собой деревянный брусок, играющий роль подвески. Если подвес выполняют из металла, то называют его тяжем. Нередко применяют для этих целей обычный металлический прут, который на практике хорошо работает на растяжение.

Таким образом, с помощью подвеса-бабки, удается поддержать длинную затяжку и нивелировать ее прогиб. Саму затяжку при этом составляют из двух частей-балок, стыкованных друг с другом (в центре конструкции).

Конструкция бабки проста, однако строители часто допускают ошибку в ее устройстве. Самое главное: бабка должна работать только на растяжение, а не на сжатие. Ее нельзя путать со стойкой, упирая в балку затяжки и карнизный узел. В таком случае элемент будет сжиматься, а не растягиваться.

Такая путаница может возникнуть потому, что стойка и бабка очень схожи по своему устройству. Но их предназначение, как и принцип работы, совершенно разные. Бабка, в отличие от стойки, жестко не закреплена с затяжкой. Она подвешена на карнизном узле, к ее нижней части с помощью хомутов крепится затяжка.

Необходимую длину затяжки набирают из составных частей, соединяя их косым или прямым прирубом и закрепляя болтами. С подвеской затяжку стыкуют через хомут.

Рассмотренная схема подходит для аграрных и промышленных зданий с большими пролетами. Однако в оригинальном виде она уже не используется, считается устаревшей. Но отдельные ее элементы весьма успешно применяются в практике строительства, при разработке арок других типов.

Конструкция #3. Арка шарнирная с приподнятой затяжкой

В этой схеме затяжка устанавливается не в нижней части арки, а продвигается кверху, ближе к коньку. Чем выше место установки затяжки, тем больше она растягивается.

Конструкцию с приподнятой затяжкой используют в строительстве мансардных помещений. Высота потолков при этом напрямую зависит от того, как высоко располагается затяжка.

Стропильные балки конструкции опираются на мауэрлат, а не на затяжку. Причем, крепление не жесткое, а подвижное, скользящее по типу ползуна. Оно позволяет компенсировать изменение размеров балок (их подвижки), которые происходят при колебаниях влажности и температуры.

Если на скаты действует равномерная нагрузка, то система будет устойчивой в любом случае. Если же нагрузка будет больше с одной стороны, то стропильная система сдвинется в сторону превалирующей нагрузки. Чтобы этого не случилась и кровля оставалась устойчивой, стропила устанавливают с выносом в обе стороны, за пределы стен.

Затяжка в такой арке не является опорой, на нее действуют растягивающие нагрузки – при устройстве чердака, и растянуто-изгибающие – при устройстве мансарды.

В мансардных помещениях затяжка зачастую является балкой для крепления подвесного потолка или изоляции. Чтобы защитить ее от провисания, устанавливают подвеску. При небольших предполагаемых нагрузках и короткой затяжке, подвес прибивают к ригелю и коньку, скрепляя соединения двумя досками с обеих сторон.

Если затяжка сравнительно длинная, то используют несколько подвесок, а каждую из них закрепляют гвоздями. Большие нагрузки требуют дополнительного использования хомутов.

Конструкция #4. Арка шарнирная с ригелем

Схема, похожая на предыдущую, но имеющая отличие: нижняя скользящая опора в карнизном узле заменяется на аналогичную жесткую. Стропильные балки врубают в мауэрлат или применяют для неподвижной фиксации опорные бруски.

Замена опоры меняет характер возникающих в арке напряжений. Конструкция становится распорной, воздействуя с распирающими усилиями на стены и мауэрлат.

Затяжку устанавливают в верхней части арки. При этом ее назначение меняется. Она уже не работает на растяжение, ее принцип действия основан на сжатии. Затяжку, работающую на сжатие, называют ригелем.

Арка с одним приподнятым ригелем рассчитана на небольшую распорную нагрузку. При больших нагрузках в дополнение к ригелю устанавливается затяжка. Получаются висячие стропила, конструкция и узлы которой схожи с обычной трехшарнирной аркой. Мауэрлат для них уже не требуется.

Конструкция #5. Арка с подвеской и подкосами

Схема, дополняющая систему арки с бабкой. Используется, когда длина стропил настолько большая (до 14 м), что создает существенный прогиб их под собственным весом. Чтобы нивелировать изгибающие напряжения, систему дополняют подкосами, которыми подпирают стропильные балки.

Обычно подкосы упирают во внутренние стены. Но в висячих системах их нет, поэтому подкосы упирают в единственный существующий упор – бабку. Получается жесткая конструкция со следующим принципом действия: стропила под воздействием внешней нагрузки прогибаются, давят на подкосы, подвеска растягивается и притягивает к себе коньковый брус, одновременно притягиваются и верхние части стропил, стропила поджимают подкосы.

Так как в этой схеме используются длинные стропила, соответственно применяется и длинная затяжка. Как правило, она состоит из двух частей-балок (хотя бывает и одноэлементной), соединенных в середине пролета косым или прямым прирубом. Соединение затяжки с бабкой выполняется через хомут.

По сути, все существующие висячие арки являются вариациями обычной трехшарнирной арки. Все остальные дополнения – бабки, ригели, подкосы – только увеличивают жесткость стропил. И несущей способности не меняют.

Основные узлы: виды соединений элементов

Любая из рассмотренных выше конструкций будет правильно работать лишь при грамотном соединении всех основных узлов. Только тогда они будут выполнять свою функцию, не деформируясь под воздействием внешних факторов.

Сверху стропильные балки совмещают под углом и соединяют встык, внахлест или путем врубки. Этот узел называют коньковым. Крепление встык предполагает стыковку срезанных под углом концов балок и скрепление их накладками из металла или дерева. При соединении внахлест верхние части стропилин схлестывают между собой и закрепляют болтом с гайкой или шпилькой.

Соединение врубкой вполдерева похожа на соединение внахлест. Но в этом случае верхушки стропил накладывают друг на друга после выпиливания выемок в половину толщины бруса. Потом выпиленные части соединяют, в них просверливают сквозное отверстие и стягивают их балтом.

В конструкциях арок также встречается (например, в обычной трехшарнирной арке) соединение нижней части стропил с затяжкой – карнизный узел. Соединение выполняется лобовой врубкой одинарным или двойным зубом с креплением болтами. Также для крепления могут быть использованы короткие доски или металлические пластины, наложенные на стык стропилины с затяжкой и скрепленные гвоздями.

Приподнятая затяжка врубается в стропила внахлест полусководнем с последующим болтовым скреплением.

В схеме с приподнятой затяжкой или ригелем стропила соединяются с мауэрлатом. При этом применяется скользящее (по типу ползуна) или жесткое крепление опор. Скользящее крепление выполняется с применением металлических скользящих опор, допускающих небольшие подвижки стропил. При жестком креплении применяют врубку зубом, также может быть использован опорный брусок.

Общие принципы расчета висячих стропил

Как вы уже успели убедиться, висячая стропильная система относится к сложным конструкциям и требует правильного расчета, основанного на множестве факторов. Ошибочные итоговые параметры приведут к тому, что крыша не сможет противостоять потенциальным нагрузкам, что чревато деформациями и обрушениями.

Поэтому желательно доверить расчет висячих стропил профессионалам или использовать уже готовый проект дома. В крайнем случае расчеты можно выполнить с помощью одного из онлайн-калькуляторов, которых достаточно много в сети интернет.

Для расчета используются следующие данные:

• размеры перекрываемого помещения;
• наличие мансарды;
• угол наклона скатов;
• тип стропильной системы;
• материал изготовления стен;
• материал кровельного покрытия.

В результате расчета определяют:

• сечение стропил;
• величину шага стропил;
• форму ферм.

Монтаж висячих стропил

После выбора стропильной конструкции и ее расчета можно приступать к монтажным работам.

Устройство висячих стропил на строительной площадке выполняется по следующей схеме:

• Для точности монтажа и удобства, отмечают центр крыши и высоту конька. Для этого по фронтонам в центре временно закрепляют две доски, на них делают отметку по высоте конька.
• Изготавливают шаблон для стропильных ног. Берут доску, прислоняют ее к мауэрлату нижним концом, а к отметке высоты конька – верхним концом. Отмечают места расположения верхнего и нижнего запилов.
• Используя шаблон, изготавливают необходимое количество стропильных балок. В зависимости от будущего расположения в ферме помечают их на правые и левые стропилины. Выкладывают их по парам (так как каждая ферма состоит из двух стропилин – правой и левой).
• Начинают сборку первой фермы (арки). Две стропильные балки соединяют вверху внахлест, встык или путем врубки.
• Устанавливают затяжку и, если это предусмотрено схемой конструкции, бабку и подкосы.
• Поднимают ферму на крышу и монтируют ее с торца постройки (на фронтоне). Крепление выполняется к мауэрлату с использованием уголков и гвоздей или саморезов.
• Со стороны второго фронтона устанавливают такую же арку.
• Между фронтонной парой арок натягивают бечевку, чтобы остальные арки были установлены четко по линии и обозначенному уровню.
• Оставшиеся арки выставляют между фронтонами с шагом, предусмотренным проектом. Уровень арок по высоте контролируют натянутой бечевкой. Для исправления небольших погрешностей в размерах, высоту регулируют путем подкладки под стропилины деревянных дощечек.

На этом установка стропил окончена. Теперь можно приступать к очередным кровельным работам: укладывать утеплитель и гидроизоляцию, набивать обрешетку, монтировать кровельный материал.

Чем различаются между собой наслонные и висячие стропила? Как подобрать оптимальное сечение стропильной ноги? Каким может быть максимальный пролет висячих стропил? Какими способами соединить стропила с мауэрлатом и коньковым прогоном? В нашей статье мы постараемся найти ответы на эти и некоторые другие вопросы.

Обшитая кровельным материалом висячая стропильная система.

Виды стропил

Отличия в элементах конструкции наслонных и висячих стропил представлены на фото.

Чтобы понять, что представляет собой конструкция висячих стропил, нужно хорошо представлять себе устройство каркасов крыш разных типов. Нам в данном случае интересны всего два их типа:

1. Двускатной крыши , в сечении обычно представляющие собой равнобедренный треугольник. Треугольные арки нередко монтируются с вертикальными фронтонами (иногда - с чердачной дверью и световыми окнами);
2. Вальмовой крыши , в которых вместо вертикальных фронтонов присутствуют два дополнительных ската. Этот тип крыш популярен в регионах с сильными ветрами.

Каркас дома с вальмовой крышей.

Стропила перечисленных выше крыш могут относиться к одному из четырех типов:

1. Наслонные стропила (металлические или деревянные) опираются на внутреннюю стену или стойку, которая, в свою очередь, переносит вес кровли на капитальную стену дома;
2. Висячие стропила в отличие от наслонных опираются только на внешние стены строения. Как следствие, они испытывают нагрузки и на изгиб, и на сжатие.

Нагрузка на сжатие передается наружным стенам дома; для ее компенсации пара стропильных ног обычно снабжается затяжкой - брусом или металлическим профилем, связывающим ноги у основания или ближе к коньку. При нижнем расположении затяжки служат основой пола чердака;

Схемы висячей и наслонной стропильных систем.

1. Диагональные стропила связывают коньковый прогон вальмовой крыши с углами строения;
2. Нарожные опираются на мауэрлат (брус, опоясывающий стены по периметру и выполняющий функцию опоры для стропильной системы) и на диагональные стропила.

Диагональные и нарожные стропила.

Уточним: боковые скаты вальмовой кровли устройством не отличаются от двускатной и опираются на те же висячие или наслонные стропильные ноги.

Особенности

Чем в практическом плане узлы висячей системы отличаются от наслонных? Увы, все отличия - не в лучшую сторону:

• Больший размер пролетов означает увеличенное сечение стропил, что приводит к росту расходов на материалы;
• Большое усилие на разрыв затяжки требует надежности соединений между ней и стропильными ногами: обычные гвозди или саморезы здесь не годятся. Как правило, стропила соединяются с приподнятой затяжкой внахлест и фиксируются болтами или шайбами с широкими шпильками.

В области конька можно использовать и обычные саморезы.

Это не относится к соединению между стропильными ногами в области конька. Оно испытывает только нагрузку на сжатие; как следствие, здесь могут применяться оцинкованные накладки и даже обычные саморезы, вкрученные через стропило в коньковый прогон.

Материал

Из чего собирается стропильная система? Вариантов здесь не очень много:

• Профильная труба, двутавр или швеллер . Их применение оправдано при особенно жестких требованиях к прочности - значительные ветровые или снеговые нагрузки. Они обладают прочностью на изгиб, мало уступающей таковой у прутка того же сечения;

Металлическая стропильная система двухскатной крыши.

• Брус или доска. В большинстве случаев висячие и наслонные стропила изготавливаются из указанных материалов. Как правило, пиломатериалы монтируются в положении «на ребре»: так обеспечивается максимальная жесткость конструкции при минимальном сечении каркаса.

На фото - пример стропильных ферм из дерева

Требования

Из каких именно пиломатериалов изготавливаются висячие конструкции? Как правило, в роли сырья выступает древесина хвойных пород (сосна, ель, пихта, реже - кедр или лиственница).

Древесина не должна иметь пороков, влияющих на ее прочность, на сжатие и изгиб:

Древесина стропил (как и все остальные элементы стропильной системы) в обязательном порядке обрабатываются антисептиком. Он не только защитит дерево от грибка и насекомых, но и сделает его менее горючим: в состав всех современных антисептических грунтов входят антипиреновые добавки.

Сечение

Расчет ширины пролета висячих стропил линейно взаимосвязан с их сечением и обратно - с шагом стропил. Вот рекомендуемые значения сечения бруса для разных пролетов при шаге стропил 90 сантиметров:

• На пологих скатах при значительных снеговых нагрузках;
• На скатах со значительным уклоном в регионах с сильными ветрами;
• При использовании тяжелых кровельных материалов - керамической черепицы или шифера.

Несущую способность стропил можно увеличить не только увеличением сечения бруса, но и попарным соединением досок фиксированного размера.

Стропила собраны из пары досок размером 150х50 мм.

Максимальный размер двускатной крыши обусловлен не только сечением бруса, но и устройством стропильной системы:

• Висячие стропила с затяжкой на уровне верха стены могут использоваться при строительстве крыши шириной до 6 метров;
• Аналогичную ширину может иметь двускатная крыша с ригелем (затяжкой, поднятой относительно уровня стен);
• Стропильная система с нижней затяжкой и ригелем может иметь ширину до 9 метров;

Максимальные размеры для разных исполнений стропильной системы.

• Такой же ширины может достигать крыша с центральной стойкой, опирающейся на нижнюю затяжку;
• Наконец, при использовании нескольких стоек или подкосов двускатная кровля может перекрывать здание шириной до 12-14 метров. При этом используется треугольная трехшарнирная арка.

Максимальная ширина - 14 метров.

Деревянные балки-затяжки длиной более 6 метров будут испытывать огромную нагрузку на изгиб даже без учета веса кровли и лежащего на ней снега. В их качестве обычно используется не брус, а металлический или деревянный двутавр.

Сборка

Как связать стропила с коньком, мауэрлатом, затяжкой, ригелем, стойкой или подкосом?

Конек

На соединении с коньковым прогоном стропило отрезается под косым углом и притягивается к прогону вкрученными наискось саморезами. Дополнительную фиксацию можно обеспечить оцинкованными уголками.

Соединение стропильных ног с коньковым прогоном.

При сборке стропильной системы лучше использовать не черные (фосфатированные), а белые (оцинкованные) или желтые (латунированные) саморезы. Они отличаются большей прочностью и коррозионной стойкостью.

Затяжка

Данное соединение - одно из наиболее ответственных. Капитальные или внутренние несущие стены испытывают распирающую их боковую нагрузку, а затяжка их снимает:

• Доска или брус соединяются внахлест и стягиваются болтами или шпильками с широкими шайбами;
• Дополнительную фиксацию может обеспечить клей - любой столярный или универсальный клей ПВА.

Ригели притянуты к стропилам болтами с широкими шайбами внахлест.

Мауэрлат

В зависимости от конструкции висячей стропильной системы к мауэрлату может крепиться как стропильная нога, так и затяжка. В обоих случаях соединение выполняется врубкой мауэрлата в стропило и фиксируется оцинкованными накладками и саморезами.

Соединение стропильной ноги с мауэрлатом.

Как крепится сам мауэрлат? Он анкерится к уложенному поверх кладки стен армопоясу. Здесь есть пара тонкостей:

1. Удобнее не бурить отверстия под анкера, а заложить анкерные резьбовые шпильки при заливке армопояса. После набора бетоном прочности отверстия размечаются и сверлятся в брусе, после чего он притягивается к стенам через широкие шайбы;
2. Между армопоясом и мауэрлатом необходима гидроизоляция. В этой роли выступает слой битумной мастики или пара слоев рубероида. Гидроизоляция исключит капиллярный подсос воды из стен и загнивание дерева. Особенно это актуально для жилого мансардного помещения.

Монтаж мауэрлата на стене из шлакобетонных боков.

Стойки, подкосы

И подкос, и стойка обрезаются так, чтобы их торец прилегал к стропильной ноге максимальной площадью. Для фиксации соединения и здесь используются накладки - оцинкованные стальные или вырезанные из фанеры толщиной 18-22 мм.

Заключение

Надеемся, что наш материал поможет читателю выбрать оптимальное решение при постройке собственного дома. Прикрепленное видео позволит более наглядно ознакомиться с тем, как монтируются висячие стропила. Мы будем признательны за ваши дополнения и комментарии. Успехов!

Если вы хотите выразить благодарность, добавить уточнение или возражение, что-то спросить у автора - добавьте комментарий или скажите спасибо!

1. Стропила 7,5 метров без промежуточных опор

   
   

2. Регистрация: 05.03.11 Сообщения: 10.919 Благодарности: 25.362
   

   Нарисуйте планировку, и ставьте стойки там где будут перегородки.

3. Регистрация: 27.12.08 Сообщения: 2.086 Благодарности: 674
   

   М. б. Вам вот это подойдёт:
   Из обычного бруса без опор Ваша схема не прокатит, низя! Будут проблемы независимо от сечения стропил!

4. Регистрация: 21.10.11 Сообщения: 8 Благодарности: 0
   

   Последнее редактирование модератором: 21.11.17

5. 
   

   В томто и дело, что в задаче БЕЗ ОПОР, просто большая мансарда, видел где-то фото, там приблизительно такую кровлю клееными двутавровыми балками перекрывали, можнно еще стропила собрать двойные из доски 50*200, НО ТОЛЬКО НАСКОЛЬКО ЭТО ВСЕ НАДЕЖНО?!

   Да я вот тоже думаю, что из доски все это постепено начнет прогибаться,

   А балки как себя поведут, кто-нибуть ими работал,?

   Балки эти часто встречаются. Мне в прошлом году на четырёх объектах попадались, из них на двух сам ставил, но не как стропила, а как межэтажные балки и перекрытия. Не DOMMA, немного другие - БДК и БДКУ, но DOMMA вроде и лучше. В мире давно используются такие балки, фирма пожизненную гарантию не зря даёт - что сомневаться?

6. Регистрация: 21.10.11 Сообщения: 8 Благодарности: 0
   

   Да дело еще как бы в том, что внятную информацию по тех. характеристиками не могут дать ни в DOMMA, ни в КАРКАСКОМПЛЕКТЕ. у первых по таблице мое стропило идет из 300 балки с шагом 400мм на грани, и тутже пример расчета, где реально посчитано мое стропило из 240 балки с шагом 1 МЕТР! и ВСЕ ОК, при звонке отвечают -» ну мы рекомдуем типа шаг 600″. Вторые отвечают - » у нас есть тех. хар-ки на перекрытия с нагрузом 200кг/м, на стропы нет, надо делать проект, а так где-то 360 балка проходит»
   Поэтому все эти сомнения - от недостатка информации!

7. Регистрация: 07.02.10 Сообщения: 2.006 Благодарности: 856

   Топор

   живу, но не здесь, а с кем не скажу

   Топор живу, но не здесь, а с кем не скажу

   Могу порекомендовать груздочки солёные с варёной картошечкой, посыпанной мелко нарубленной зеленью. Под хорошо очищенный напиток! Примерно через день после этого придёт мысль - применить металлокаркас. Но я разок перекрыл 11м пролёт утеплённой крышей из цпч, применив стропила сечением 250х150. Угол побольше 35, около 45 был. Тоже есть о чём подумать.

8. 
   

   У меня по проекту похожая кровля, народ тоже разделяется во мнениях, но архитектор говорит что все рассчитано и усе выдержит, стропила 250*80 с затяжкой и шагом 900

9. 
   

   То же планирую такую кровлю, что бы полумансарда была полноценной площадью.
   Вариант у меня такой…
   1. стены 2 этажа подымаем на 1,8 метра, фронтон полноценный, пролет 7,4 метра
   2. висячие стропила с опиранием на мауэрлате плж углом 45* с шагом 1 метр, размеры досок-конструктивно
   3. на высоте 3 метра от пола 2 этажа ригель, на ригель, перпендикулярно стропилам упираются 2 укосины симметрично.
   Получается полуэтаж
   Потолки подшиваются по ригелю.
   Трудно представить без чертежа…трапеция получается как-бы.
   Кто представил и понял-как вам вариант? выдержит?

   забыл…стропила висят на погоне, встроенном в верхнюю часть фронтона.

10. Регистрация: 26.05.10 Сообщения: 1.391 Благодарности: 876
    
11. Регистрация: 30.07.11 Сообщения: 5.757 Благодарности: 12.372 OZLOCKer строю в удовольствие
    

    Если «стропила висят на погоне, встроенном в верхнюю часть фронтона», то такие стропила называются наслонные, не висячие. Из чего сделаны стены и фронтон? Прогон кроме фронтонов на что опирается? Длина прогона?

    насколько я правильно понимаю, наслонная кровля это односкатная…

    прогон 9 метров, сборный…так, сам понимаю, что не покатит. а без прогона если?
    стены и фронтон газобетон 300 мм.

12. Регистрация: 21.01.11 Сообщения: 837 Благодарности: 280
    

    Планирую перекрыть мансандровый этаж, при габарите дома 12*13 м, угол кровли 35*, кровля двускатная, опоры внутри не желательны.
    Выходит что длина стропилы меж опорами на коньке и мауэрлате 7,5 метров,
    Кто что может порекомендовать?

    Мы прошиваем между двух стропилин два слоя 10-12мм.фанеры в разбежку, а потом наращиваем хвосты, а затем сшиваем все шпильками М-12мм.

13. Регистрация: 26.05.10 Сообщения: 1.391 Благодарности: 876
    
14. Регистрация: 27.12.10 Сообщения: 47 Благодарности: 18
    

    Вот что мне предстоит примерно соорудить:

    основной гемор это конечно тяжеленные стропила, по 70 кг каждая нога примерно получается, еще жду пока дорисуют узлы опирания. Ну и армпояс нужно будет сделать от распирания.

15. Регистрация: 30.07.11 Сообщения: 5.757 Благодарности: 12.372 OZLOCKer строю в удовольствие
    

    Наслонные стропила - это те которые вверху опираются на что-нибудь: прогон, стойку, стену. Ну а если у Вас прогон такой, что не держит ничего, а его самого надо держать, то и пользы от него никакой. Тогда, конечно, - висячая система стропил. Армопояс планируется?

    армояс обязательно, утепленный, армированный, бетонный

    Еще вопрос. Если прогона не будет, как скреплять между собой стропильные ноги? хватит ли просто обрешеткой скрепить?

В основе каждой крыши лежит большое количество балок, стропил, стоек и прогонов, которые все вместе называются стропильной системой. За многовековую историю видов и способов ее организации накопилось немало, и каждая имеет свои особенности в построении узлов и врубок. Подробнее о том, какой может быть стропильная система двухскатной крыши и как при этом должны крепиться стропила и другие элементы системы поговорим подробнее.

Конструкция стропильной системы двускатной крыши

В разрезе двухскатная крыша представляет из себя треугольник. Состоит она из двух прямоугольных наклонных плоскостей. Две эти плоскости соединяются в высшей точке в единую систему коньковым брусом (прогоном).

Теперь о составляющих системы и их назначении:

• Мауэрлат — брус, который связывает крышу и стены здания, служит опорой для стропильных ног и других элементов системы.
• Стропильные ноги — они образуют наклонные плоскости крыши и являются опорой для обрешетки под кровельный материал.
• Коньковый прогон (бус или конек) — объединяет две плоскости крыши.
• Затяжка — поперечная деталь, которая соединяет противоположные стропильные ноги. Служит для увеличения жесткости конструкции и компенсации распирающих нагрузок.
• Лежни — бруски, расположенные вдоль мауэрлата. Перераспределяют нагрузку от кровли.
• Боковые прогоны — поддерживают стропильные ноги.
• Стойки — передают нагрузку от прогонов к лежням.

В системе могут еще присутствовать кобылки. Это доски, которые удлиняют стропильные ноги для образования свеса. Дело в том, что для защиты стен и фундамента дома от осадков желательно чтобы кровля заканчивалась как можно дальше от стен. Для этого можно взять длинные стропильные ноги. Но стандартной длины пиломатериалов в 6 метров для этого часто не хватает. Заказывать нестандарт — очень дорого. Поэтому стропила просто доращивают, а доски, которыми это делают называются «кобылки».

Конструкций стропильных систем довольно много. В первую очередь их разделяют на две группы — с наслонными и висячими стропилами.

С висячими стропилами

Это системы, у которых стропильные ноги опираются только на наружные стены без промежуточных опор (несущих стен). Для двускатных крыш максимальный пролет составляет 9 метров. При установки вертикальной опоры и системы подкосов увеличить его можно до 14 метров.

Висячий тип стропильной системы двускатной крыши хорош тем, что в большинстве случаев нет необходимости ставить мауэрлат, а это делает установку стропильных ног проще: не нужно делать врубки, достаточно скосить доски. Для связи стен и стропил используется подкладка — широкая доска, которую крепят на шпильки, гвозди, болты, ригеля. При таком строении большая часть распирающих нагрузок компенсирована, воздействие на стены направлено вертикально вниз.

Виды стропильных систем с висячими стропилами для разных пролетов между несущими стенами

Стропильная система двухскатной крыши для небольших домов

Существует дешевый вариант стропильной системы, когда она представляет собой треугольник (фото ниже). Такое строение возможно, если расстояние между наружными стенами не более 6 метров. Для такой стропильной системы можно расчет по углу наклона не делать: конек должен быть поднят над затяжкой на высоту не менее 1/6 длины пролета.

Но при таком построении стропила испытывают значительные изгибающие нагрузки. Для их компенсации или берут стропила большего сечения или врубку коньковой части делают так, чтобы их частично нейтрализовать. Для придания большей жесткости в верхней части с обоих сторон прибивают деревянные или металлические накладки, которые надежно скрепляют вершину треугольника (тоже смотрите не картинке).

На фото также показано, как дорастить стропильные ноги для создания свеса кровли. Делается врубка, которая должна выходить за пределы линии, проведенной от внутренней стены вверх. Это необходимо, чтобы сместить место надреза и уменьшить вероятность надлома стропила.

Коньковый узел и крепление стропильных ног к подкладной доске при простом варианте системы

Для мансардных крыш

Вариант с установкой ригеля — используется при . В этом случае он является основой для подшивки потолка расположенного ниже помещения. Для надежной работы системы такого типа, врубка ригеля должна быть безшарнирной (жесткой). Лучший вариант — полусковороднем (смотрите на рисунке ниже). В противном случае крыша станет неустойчивой к нагрузкам.

Обратите внимание на то, что в этой схеме присутствует мауэрлат, а стропильные ноги для повышения устойчивости конструкции должны выходить за пределы стен. Для их закрепления и стыковки с мауэрлатом делается врубка в виде треугольника. В этом случае при неравномерной нагрузке на скаты, крыша будет более стабильна.

При такой схеме почти вся нагрузка ложится на стропила, потому их необходимо брать большего сечения. Иногда приподнятую затяжку укрепляют подвеской. Это необходимо для предотвращения ее прогиба, если она служит опорой для материалов обшивки потолка. Если затяжка небольшой длины, ее можно подстраховать по центру с двух сторон досками, прибитыми на гвозди. При значительной нагрузке и длине таких страховок может быть несколько. В этом случае тоже достаточно досок и гвоздей.

Для больших домов

При значительном расстоянии между двумя наружными стенами устанавливается бабка и подкосы. Такая конструкция обладает высокой жесткостью, так как нагрузки компенсированы.

При таком длинной пролете (до 14 метров) сделать затяжку цельной сложно и дорого, потому ее делают из двух балок. Соединяется она прямым или косым прирубом (рисунок ниже).

Для надежной стыковки место соединения усиливается стальной пластиной, посаженной на болты. Ее размеры должны быть больше размеров врубки — крайние болты вкручиваются в цельную древесину на расстоянии не менее 5 см от края врубки.

Для того чтобы схема работала нормально, необходимо правильно сделать подкосы. Они передают и распределяют часть нагрузки от стропильных ног на затяжку и обеспечивают жесткость конструкции. Для усиления соединений используются металлические накладки

При сборке двухскатной крыши с висячими стропилами сечение пиломатериалов всегда больше, чем в системах с наслонными стропилами: точек передачи нагрузки меньше, следовательно на каждый элемент приходится большая нагрузка.

С наслонными стропилами

В двускатных крышах с наслонными стропилами, концами они опираются на стены, а средней частью опираются на несущие стены или колонны. Некоторые схемы распирают стены, некоторые нет. В любом случае наличие мауэрлата обязательно.

Безраспорные схемы и узлы врубок

Дома, сложенные из бревен или бруса плохо реагируют на распорные нагрузки. Для них они критичны: стена может развалиться. Для деревянных домов стропильная система двухскатной крыши должна быть безраспорной. О видах таких систем поговорим подробнее.

Простейшая безраспорная схема стропильной системы приведена на фото ниже. В ней стропильная нога упирается в мауэрлат. В таком варианте она работает на изгиб, не распирая стену.

Обратите внимание на варианты крепления стропильных ног к мауэрлату. В первом, площадку опирания обычно скашивают, ее длина при этом — не более сечения балки. Глубина врубки — не более 0,25 ее высоты.

Верх стропильных ног укладывается на коньковый брус, не скрепляя его с противоположным стропилом. Получаются по строению две односкатные крыши, которые в верхней части примыкают (но не соединяются) одна с другой.

Намного проще в сборке вариант со скрепленными в коньковой части стропильными ногами. Они практически никогда не дают распора на стены.

Для работы этой схемы стропильные ноги внизу крепятся при помощи подвижного соединения. Для закрепления стропильной ноги к мауэрлату сверху забивается один гвоздь или снизу ставится гибкая стальная пластина. Варианты крепления стропильных ног к коньковому прогону смотрите на фото.

Если кровельный материал планируется использовать тяжелый, необходимо увеличить несущую способность. Достигается это увеличением сечения элементов стропильной системы и усилением конькового узла. Он приведен на фото ниже.

Усиление конькового узла под тяжелый кровельный материал или при значительных снеговых нагрузках

Все приведенные выше схемы двускатных крыш стабильны при наличии равномерных нагрузок. Но на практике такого практически не бывает. Предотвратить сползание крыши в сторону большей нагрузки можно двумя способами: установкой на высоте около 2 метров схватки или подкосами.

Варианты стропильных систем со схватками

Установка схваток повышает надежность конструкции. Чтобы она нормально работала, в местах ее пересечения со стоками крепить нужно к ним гвоздями. Сечение бруса для схватки используют такое же, как и для стропил.

К стропильным ногам крепятся ботами или гвоздями. Могут устанавливаться с одной или двух сторон. Узел крепления схватки к стропилам и коньковому прогону смотрите на рисунке ниже.

Чтобы система была жесткой и не «поползла» даже при аварийных нагрузках достаточно в таком варианте обеспечить жесткое крепление конькового бруса. При отсутствии возможности его смещения в горизонтали, крыша выдержит даже значительные нагрузки.

Системы наслонных стропил с подкосами

В этих вариантах для большей жесткости добавлены подстропильные ноги, которые еще называют подкосами. Они устанавливаются под углом 45° по отношению к горизонту. Их установка позволяет увеличить длину пролета (до 14 метров) или уменьшить сечение балок (стропил).

Подкос просто подставляется под требуемым углом к балкам и прибивается гвоздями с боков и снизу. Важное требование: подкос должен быть срезан точно и плотно прилегать к стойкам и стропильной ноге, исключая возможность ее прогиба.

Системы с подстропильными ногами. Сверху распорная система, снизу — безраспорная. Узлы правильной рубки для каждой расположены рядом. Внизу — возможные схемы крепления подкоса

Но не во всех домах средняя несущая стена расположена посередине. В этом случае есть возможность установить подкосы с углом ннаклона относительно горизонта 45-53°.

Системы с подкосами необходимы если возможна значительная неравномерная усадка фундамента или стен. Стены садиться по-разному могут на деревянных домах, а фундаменты — на слоистых или пучнистых грунтах. Во всех этих случаях рассматривайте устройство стропильных систем такого типа.

Система для домов с двумя внутренними несущими стенами

Если в доме есть две несущие стены, устанавливают две подстропильные балки, которые расположены над каждой из стен. На промежуточные несущие стены укладываются лежни, нагрузка от подстропильных балок передается на лежни через стойки.

В данных системах коньковый прогон не ставят: он дает распорные силы. Стропила в верхней части соединяются одна с другой (подрезаются и стыкуются без зазоров), места соединения усиливаются стальными или деревянными накладками, которые прибиваются гвоздями.

В верхней безраспорной системе распирающую силу нейтрализует затяжка. Обратите внимание, что затяжка ставится под прогоном. Тогда она работает эффективно (верхняя схема на рисунке). Устойчивость может обеспечиваться стойками, или расшивками — балками, установленными наискосок. В распорной системе (на картинке она внизу) поперечине — это ригель. Он устанавливается над прогоном.

Есть вариант системы со стойками, но без подстропильных балок. Тогда к каждой стропильной ноге прибивается стойка, которая вторым концом опирается на промежуточную несущую стену.

Крепление стойки и затяжки в стропильной системе без подстропильного прогона

Для крепления стоек используются гвозди дляной 150 мм и болты 12 мм. Размеры и расстояния на рисунке указаны в миллиметрах.