Стропильная система
Устойчивость и прочность крыши целиком зависит от ее несущей конструкции – стропильной системы. Чем мощнее и надежнее несущая конструкция крыши, тем большую нагрузку она может выдержать.
Для получения жесткого каркаса стропила скрепляют между собой, а чтобы крышу не сорвало ветром, каркас надежно связывают с коробкой дома. Чаще всего при строительстве загородных домов используют деревянные стропила. Они просты в изготовлении, легко устанавливаются, для их монтажа не нужен подъемный кран, который необходим для железобетонных стропил. К тому же деревянные стропила можно «подогнать» по месту – т. е. укоротить, подтесать, нарастить, что иногда приходится делать из-за ошибок при возведении стен. Проделать подобные действия с металлическими стропилами довольно трудно, а с железобетонными конструкциями и вовсе невозможно. Именно поэтому железобетон и металл – несмотря на то, что они долговечнее и крепче дерева – используются только при строительстве больших каменных, кирпичных или железобетонных домов с тяжелыми кровлями сложных конструкций. К тому же настелить кровлю на железобетон или металл сложнее, чем на дерево. И ведь было же время, когда во всех случаях жизни применяли только деревянные стропильные системы, поскольку других просто не было.
Искусство древних русских мастеров позволяло обходиться при соединении стропил без единого гвоздя. Дома и храмы, собранные по такой технологии, стоят на севере России по двести и более лет, выдерживая ураганные порывы ветра, сильные снегопады и проливные дожди. Однако сегодня для монтажа стропил строители предпочитают использовать дополнительные элементы – гвозди, болты, шурупы, скобы, хомуты. Они же используются и для укрепления несущей системы крыши. Самым слабым является, конечно, гвоздевое соединение стропил, поскольку по мере высыхания древесины оно теряет прочность и надежность (расшатывается). Соединения с помощью болтов более надежны. Правда, специалисты утверждают, что отверстия, которые сверлят для установки болтов, несколько ослабляют деревянные стропила. И поэтому предпочтение обычно отдают скобам и хомутам, но на практике часто используют комбинации различных соединений.
Однако существуют и более современные – промышленные методы производства деревянных стропильных систем, в том числе и для частных загородных домов. Их суть заключается в том, что весь процесс изготовления стропил проходит в заводских цехах – очень технологично и едва ли не с машиностроительной точностью. Здесь же стропила соединяются друг с другом в крупные конструктивные элементы – фермы, причем нетрадиционным способом, а с помощью стыковых планок (иначе их называют гвоздевыми пластинами). Эти планки вдавливают в стропила с помощью мощного пресса, чем и достигается особая прочность соединений. При этом структура дерева не повреждается, а только лишь уплотняется. К тому же стыковые планки практически исключают перемещения деревянных элементов стропильной системы в процессе их естественного усыхания.
Готовые фермы привозят на стройплощадку и собирают в единую стропильную систему как конструктор. Подобные технологии обеспечивают не только высокую точность соблюдения расчетных размеров и простоту монтажа, но и значительно снижают сроки монтажных работ. Компании, использующие готовые заводские стропила, утверждают, что они способны сократить расход материалов до 25 % по сравнению с традиционными методами.
Кроме того, противопожарную и антисептическую пропитку деревянные стропила тоже могут проходить в заводских условиях. Это дает максимальную глубину проникновения защитных составов в структуру дерева. Чем лучше и качественнее выполнены эти операции, тем дольше будет служить стропильная система вашего дома. Ее не будут есть жучки, и она не сгниет, покрывшись плесенью.
Несущая конструкция крыши состоит из стропил с затяжкой, подкосов, прогонов и обрешетки.
Дерево для такой конструкции является, безусловно, наиболее удобным и экономичным материалом – легким, прочным, легкообрабатываемым.
Древесину, предназначенную для изготовления элементов крыши, рекомендуется пропитывать антисептиками, но, как показывает практика, при хорошей вентиляции чердачного отделения деревянные конструкции гниению не подвергаются.
Несущая часть рассчитывается на ветровую и снеговую нагрузку. Чем выше дом и больше уклон крыши, тем больше ветровая нагрузка. Однако большой уклон крыши дает возможность под крышей устроить мансардный этаж и обеспечивает лучший сход снега.
Нагрузка на конструкции зависит от толщины снегового покрова и материала кровли. Так, для крыши с уклоном более 50° снеговая нагрузка не учитывается, а для других видов кровли и уклонов принимается в зависимости от района строительства. Для центральных районов Европы эта нагрузка принимается около 100 кг/м2. Нагрузка от самой кровли зависит от типа кровельного материала. Нагрузка от кровли из асбестоцементных л истов составляет приблизительно 15 кг/м2, а из пазовой обожженной черепицы – 45–50 кг/м2.
При индивидуальном способе строительства важно также, чтобы конфигурация крыши была простой, легкой в изготовлении и монтаже, поэтому в большинстве случаев применяется простейшая несущая конструкция. Наиболее универсальной и распространенной конструкцией являются стропила с затяжками. Она применяется при больших безопорных пролетах (5—12 м) и уклоне кровли от 25–67°. Рекомендуемый угол наклона крыши составляет 35–40°.
Конструкция крыши состоит из стропильных ног, соединяемых в коньке врубкой либо металлическими накладками. Стропила опираются на мауэрлат, расположенный на верхней кромке стены, который представляет собой брус, уложенный сверху по периметру наружной стены. Служит крайней нижней опорой для стропил. Как правило, мауэрлат изготавливается из дерева, однако при строительстве металлического кровельного каркаса для изготовления мауэрлата может применяться швеллер, двутавр и др.
Мауэрлат кладется с некоторым отступом от внешней кромки стены и крепится к ней. Снизу изолируется водонепроницаемым материалом (например, рубероидом), предотвращающим гниение древесины. Каждое звено мауэрлата связывается с двумя соседними, что вкупе с креплением к стропилам создает надежную, устойчивую конструкцию по всему периметру кровельной системы.
При балочном перекрытии возможна иная конструкция – с опорой стропильных ног на «кобылки» – короткие балки, лежащие на балках перекрытия и являющиеся как бы продолжением стропильных ног. Стропильные ноги для увеличения жесткости конструкции соединены горизонтальным элементом – затяжкой. Обычно затяжку располагают в середине стропильной ноги либо немного выше. При этом нижняя часть стропильной ноги (от мауэрлата или кобылки) до затяжки должна быть не длиннее 4,5 м, а от затяжки до конька – не более 2,7 м. Есть два основных типа конструкции крыши, применение которых зависит от величины пролета. Если длина затяжки не превышает 3,5 м, можно использовать классическую конструкцию с затяжками. Если предполагается жилой мансардный этаж, нижняя грань затяжки должна располагаться на высоте не менее 2 м над уровнем пола. Для обеспечения необходимой высоты мансарды при небольшом уклоне крыши понадобится возведение мансардной стены. В этом случае часть распорных нагрузок от кровли приходится на стену мансарды. Поэтому ее придется усилить железобетонным поясом и столбами.
При широкой крыше и, соответственно, слишком длинных затяжках применяют конструкцию с прогонами и затяжками. В данном случае затяжки подпираются стропильными балками. Эта конструкция требует установки дополнительных деревянных балок основания, на которые опираются столбы, передающие нагрузку от стропильных балок. При пролете крыши 7,5—10 м достаточно одной стропильной балки, если пролет 9—12 м, устанавливают две. Несущие столбы должны быть усилены подкосами, увеличивающими жесткость конструкции и подпирающими стропильную балку.
Какой бы конструкции ни была крыша, необходимо обеспечить ей достаточную продольную жесткость. Для предохранения стропильных конструкций от опрокидывания при монтаже, сразу после установки стропила со стороны чердачного пространства соединяют диагональными досками. Дополнительно усиливают жесткость конструкции коньковые прогоны. Если же диагональные (так называемые ветровые) доски врезаны в стропильные ноги либо чердачное помещение – нежилое, то их можно оставить и после окончания монтажа конструкции для дополнительного усиления.
Стропила или стропильные фермы бывают наслонные (самый распространенный вариант) и висячие. Основная стропильная конструкция – треугольник, как наиболее жесткая и экономичная. Сложные стропильные фермы состоят из стропильных балок (стропильных ног), затяжек, ригелей, стоек, подкосов и других дополнительных элементов.
Наслонные стропила устанавливают в домах со средней несущей стеной. Они состоят из двух наклонных стропильных ног, нижними концами опирающихся на продольные брусья – мауэрлаты, верхними – на коньковый прогон, поддерживаемый стойками, устанавливаемыми на лежень на внутренней несущей стене. Лежень и мауэрлат распределяют нагрузки на стены. Если нет внутренних продольных стен, стропила опирают на внутренние поперечные стены или столбы. Расстояние между опорами не должно превышать 6,5 м. Дополнительная опора позволяет увеличивать ширину перекрываемого помещения до 12 м, а две дополнительные опоры – до 15–16 м. С увеличением пролета конструкция усложняется за счет введения дополнительных элементов – стоек, подкосов, увеличивающих поперечную жесткость и устойчивость стропильной системы в целом и превращающих стропильную конструкцию в ферму.
Висячие стропила применяют там, где нет внутренних опор; их опирают только на наружные стены. Висячие стропила состоят из наклонных стропильных ног и затяжки – горизонтального бруса для восприятия распора от стропильных ног. Нижние концы стропильных ног опираются через затяжку на мауэрлаты, верхние соединяются между собой у конька. Простейшие висячие стропила – симметричная треугольная ферма. Величина перекрываемого пространства при этом составляет 7—12 м. Для усиления конструкции предусматривают дополнительную горизонтальную стяжку – ригель. Висячие стропила трудоемки в изготовлении и обходятся значительно дороже наслонных, поэтому для снижения стоимости крыши иногда создают комбинированные стропильные системы, состоящих как из висячих, так и наслонных стропил.
В деревянных и брусовых домах стропильные ноги опираются на верхние венцы, составляющие горизонтальный ряд сруба, в каркасных – на верхнюю обвязку. В каменных (кирпичных, легкобетонных) домах для опирания стропильных ног используют мауэрлаты (подстропильные брусья), служащие для закрепления концов ног и распределения давления от крыши на большую площадь каменной кладки. Если стропильные ноги ставят редко, мауэрлаты представляют собой короткие брусья (коротыши) длиной 500–700 мм; при частом расположении стропильных ног мауэрлат укладывают по всей длине стены. Все деревянные элементы стропил изолируют от каменной кладки слоем гидроизоляционного материала.
При четырехскатных или более сложных формах крыш стропильные конструкции усложняются. В местах пересечения скатов ставят диагональные стропильные ноги. На них опирают короткие стропильные ноги торцевых скатов. Верхними концами диагональные ноги опираются на консоль конькового бруса или коротыш в месте стыка стропильных ног у конька; нижними – на мауэрлаты в месте их стыкования в углу. Диагональные ноги имеют большую длину и несут значительную нагрузку, поэтому их поддерживают промежуточной опорой. На мансардных крышах применяют фермы особых конструкций с межэтажным перекрытием вместо затяжки.
Простейшая несущая конструкция для двухскатной крыши состоит из стропильных ног, двойных затяжек, конькового бруса. Стены первого этажа здесь подняты над уровнем перекрытия, что позволяет существенно расширить площадь мансарды; стропильные ноги опираются на деревянные мауэрлаты, закрепленные анкерными болтами к несущей стене. Поверхность мауэрлата отделена от стены сплошной гидроизоляцией (рубероид на битумной мастике). Средние затяжки придают конструкции необходимую жесткость и одновременно могут являться несущими элементами для чердачного перекрытия. Такие стропила называются висячими. Благодаря многим преимуществам эта конструкция широко применяется при строительстве индивидуальных домов.
На стропильную систему набивается обрешетка, которая служит основой для кровельного покрытия. Она может быть сплошной и разреженной. Выбор обрешетки зависит от типа кровли. Сплошной настил укладывают под гибкую черепицу Разреженную обрешетку устраивают для натуральной черепицы, керамической черепицы и металлочерепицы, фальцевой металлической кровли, из пиленых брусков хвойных пород обычно сечением (30–50) × 50 мм.
ДЛЯ ОДНОЙ И ТОЙ ЖЕ ФОРМЫ КРЫШИ МОГУТ БЫТЬ ПРИМЕНЕНЫ РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ СТРОПИЛЬНЫХ СИСТЕМ. ОСНОВНЫМИ ФАКТОРАМИ ПРИ ВЫБОРЕ КОНСТРУКЦИЙ ЯВЛЯЮТСЯ:
❐ расположение несущих стен и расстояние между ними. Безопорные пролеты классифицируют по размеру на малые (до 5 м) и большие (свыше 5 м);
❐ высота чердачного помещения для жилого должна быть не менее 2,5 м, для нежилого достаточно 1,9 м;
❐ угол наклона крыши;
❐ нагрузки, где помимо собственного веса конструкции крыши и кровли необходимо учесть дополнительные нагрузки от погодных факторов (ветер, осадки, снеговая нагрузка).
При этом расстояние между брусками принимают в соответствии с размерами и прочностью кровельных плит и листов. Для черепичных покрытий оно зависит от длины черепицы и уклона крыши, для металлочерепицы – от длины волны и т. д. Толщину настила и сечение брусков обрешетки определяют уклон ската, вид кровельного материала и шаг стропил. Стыки брусков или досок должны располагаться на опорах, а длина их – быть не меньше двух пролетов между опорами. Вокруг дымоходов и других выступающих элементов, в ендовах, на карнизах обрешеткой служит настил из обрезной доски сечением 25 × (100–150) мм. Элементы обрешетки (доски, бруски) прибивают к стропильным ногам оцинкованными гвоздями.
