Устройство стропильной системы крыши

Устройство стропильной системы крыши

Чтобы отстроенный дом прослужил много лет, будучи крепким и надежным, ему нужен не только хороший фундамент. Не менее значимым элементом является стропильная система крыши, которая принимает на себя все превратности непогоды. И она с честью должна выдержать нагрузки в виде порывов ветра, обильных снегопадов и сильных ливней. Поговорим о том, как устроена и как правильно построить эту систему.

Стропильная система крыши – элементы, схемы, правила

Стропильная система является основой крыши. Стропильную систему нужно правильно выбрать и построить, чтобы крыша и весь дом оказались надежными и долговечными.

Стропильной системой обуславливается форма крыши. Это не только внешний вид здания, но и функциональность.
Крыша испытывает нагрузки, которым должна успешно противостоять весь срок службы. Ремонтов должно быть минимум. Еще сопутствующий вопрос – утепление самой крыши, если мансарда будет жилая. И все это нужно увязать в стропильной системе. Рассмотрим эти и другие вопросы по порядку.

Из каких элементов состоит стропильная система

На схеме приведены элементы стропильной системы

Стропило или стропильная нога – несущий элемент, которым задаются уклоны кровли и на который непосредственно опирается кровельный пирог. Между стропил обычно размещается слой утепления, выше – настил, обрешетка, контрообрешетка. Снизу к стропилам прикрепляется отделка или контробрешетка (для размещения утеплителя) и отделка панелями.

Диагональное стропило — крайнее в ряду стропил, которое нижним концом упирается в район угла стен.

Мауэрлат – деревянный брус большого сечения, уложенный и закрепленный на верхнем торце стен, на который опираются стропильные ноги. Мауэрлат перераспределяет нагрузки от стропил на стены.

Шпренгель – горизонтальный элемент, скрепляющий смежные мауэрлаты в углу, на который опирается подкос для диагонального стропила.

Нарожник – более короткое стропило, которое упирается верхним концом в среднюю часть диагонального стропила.

Коньковый прогон – брус, на который опираются верхние концы стропил.

Стойка – устанавливается под коньковый брус и опирается на внутреннюю несущую стену дома. Передает нагрузки от стропил на стену.

Ветровая доска – закрепляется к стропилам, устанавливается по диагонали, связывая стропила между собой. Предотвращает смещение конструкции под воздействием ветра, увеличивает жесткость.

Подкос – устанавливается под стропило, удерживает его, увеличивает жесткость конструкции.

Какие нагрузки действуют на крышу

Нагрузки, действующие на крышу и стропильную систему делятся на постоянные и переменные. Постоянные – это вес кровельного покрытия и других элементов крыши. Переменные – это снеговые нагрузки, ветровые нагрузки, и вес людей и оборудования которые могут находиться на крыше, например для ее ремонта.

С определением переменных нагрузок проблем нет – они приведены в Строительных Правилах для различных районов Российской Федерации на специальных картах. Из приложений нужно узнать значения для конкретного места (города, района) строительства:

«Расчетные значения ветрового давления»

В индивидуальном строительстве небольших домов в большинстве случаев применяются скатные крыши. А стропильные системы делаются из дерева, но иногда здесь применяют и металлические детали.

В основном применяются две схемы стропильной системы или их комбинация:

Висячие стропила

Система с висячими стропилами

Особенность в том, что каждое стропило вверху опирается только на противоположное стропило, а вертикальная подпорка отсутствует. В результате возникает значительная сила, которая пытается раздвинуть нижние концы стропил. Для ее компенсации в системе с висячими стропилами обязательно присутствует затяжка.

Но ригель может испытывать как сжимающие так и растягивающие нагрузки.

Эта стропильная система хороша тем, что затяжки в ней являются одновременно и балками перекрытия чердачного помещения. А также не требуется центральная несущая стена в доме. Все это значительно экономит средства на строительство.

Но с другой стороны висячим стропилам присущи существенные недостатки, которые ограничивают область применения этой системы.

Нагрузки на элементы в этой системе существенно выше. Приходится использовать большее число стропил или (и) увеличивать размеры (прочность) каждого элемента. Происходит удорожание и преимущества с увеличением размеров крыши нивелируются.

Стропила не могут иметь наклон менее 30 градусов (наклон ската крыши), так как в этом случае нагрузки возрастают многократно.

Жесткость всей конструкции не большая. Крыша может расшатываться от переменных ветровых нагрузок. При этом положение всех элементов слишком взаимозависимое, подвижка с одной стороны влечет деформации и на другой стороне. В результате происходят различные деформации крыши, кровельное покрытие тоже деформируется, возникают течи, требуется ремонт.

Вследствие этого, систему с висячими стропилами применяют в основном на крышах небольших частных домов, где центральная несущая стена является излишеством. Тогда указанные особенности системы не несут больших негативных последствий. Рекомендуемый перекрываемый пролет – не более 6 метров.
Подробней узнать о плоской кровле — как делается плоская кровля, где применяется

Система с наслонными стропилами

В системе с наслонными стропилами их верхний конец опирается на вертикальный несущий элемент – стойку, которая в свою очередь через брус лежень передает сжимающие нагрузки на центральную несущую стену дома.

В отличие от висячих стропил в этой схеме нет значительных сил, которые пытаются раздвинуть нижние концы стропил, поэтому затяжка не применяется. Но ригеля и подкосы могут иметь место, в основном при значительный площадях.

Система с наслонными стропилами применяется на пролетах до 16 метров. Возможно применение с малым углом наклона стропил.
Все детали крыши могут иметь меньшую прочность, чем висячие стропила, требуется меньше скрепляющих элементов, здесь простой монтаж, а значит сама крыша более дешевая. Кроме того крыша намного менее чувствительна к нагрузкам на одну сторону, а поэтому более устойчива, кровельное покрытие лучше сохраняется.

Но как указывалось, требуется внутренняя несущая стена дома. Это дорого, но для больших домов является единственным выходом сделать всю систему дом-крыша жесткой, надежной, долговечной.
Сланцевая черепица — дорогое покрытие, как выбрать, как настелить — особенности

Конструкции крыши могут быть самыми разнообразными, с бесконечными комбинациями различных элементов, с различными фигурными формами. Рассмотрим далее простой типичный пример комбинации различных систем, здесь увеличивается жилое пространство на мансарде.

Комбинация наслонных и висячих стропил

У ската крыши переменный угол наклона, поэтому такую крышу называют ломаной.
Использование висячих стропил вверху и наслонных внизу увеличивает полезную площадь мансарды. Затяжки образуют верхние балки перекрытия потолка мансарды. Стойки под наслонные стропила служат обрешеткой для внутренней обшивки стен жилого помещения. Важно, что такая комбинация не привела к появлению усилий распора действующих на стены.

При создании стропильной системы крыши одним из основных вопросов является недопущение передачи от стропил распорных усилий на стены дома. Подобные усилия просто разрушат дом. Распор компенсируется элементами самой системы. А подвижки, деформации, которые неизбежны и вследствие которых возникает распор, компенсируются подвижностью стропил относительно стен. Подробней о способах крепления стропил и других элементов крыши, о компенсации и недопущения распорных усилий на стенах читайте в материалах сайта.

2. Узлы ветровых связей и связей жёсткости.

Для обеспечения жёсткости и устойчивости системы в поперечном направлении предусматривают вертикальные крестовые связи (узел- 50).

Такие же связи устанавливают и в продольном направлении, если в системе нет продольных подкосов.

Если нет прогонов, которые действовали бы как стойки ветровых ферм, необходимо предусмотреть особые, устойчивые к продольному изгибу стержни.

2.1. Узлы крепления стойки и прогона стропил с боковыми ветровыми связями.

Вертикальные и горизонтальные связи по стойкам продольных рам прогонов показаны на рис.us-50.

Вертикальные и горизонтальные связи по стойкам продольных рам прогонов.

1- стойка; 2- подкос; 3- горизонтальная схватка; 4- врубка; 5- гвозди 5х150 мм; 6- поперечное сечение связей.

Ригели и крестовые связи выполняют из пластин круглого леса и досок, подбирая сечение по их гибкости, но не менее 50х100 мм.

В местах крепления перекрёстных связей из круглого леса по стойкам, расположенным в плоскости продольных рам, в последнем вырезают опорные площадки.

Придание вертикальной жёсткости сооружению может быть обеспечено ветровыми опорами (стойками, кронштейнами, подпорками, подкосами), балками, прогонами, рамами или блоками жёсткости, а также использованием монолитного ядра жёсткости (монолитного пояса по периметру здания, монолитного перекрытия).

В конструкции наслонных стропил в продольном разрезе, без конькового прогона и с боковыми ветровыми связями показаны места расположения возможных стыков при монтаже стропильных ног по схеме 5.

Узлы монтажа стропильных ног с боковыми ветровыми связями по схеме 5 показаны на рис.s-5.

Узлы монтажа стропильных ног с боковыми ветровыми связями.

1- стойка под прогон; 2- подстропильный прогон; 3- доска ветровых связей; 4- стропильная нога.

Узлы крепления стойки и прогона с ветровыми связями по схеме 5 показаны на рис.us-10-12.

Узлы крепления стойки и прогона с ветровыми связями.

1- кирпичный столб или несущая стена; 2- лежень (пластина 160мм/2); 3- гидроизоляция (толь в 2 слоя); 4- стойка (2 доски каждая сеч. не менее 50х100 мм); 5- накладка сеч. 25х100 мм; 6- подстропильный прогон (2 доски каждая сеч. не менее 50х100 мм); 7- доска ветровых связей (2 доски сеч. не менее 50х150); 8- прокладки внутри связей (2 доски сеч. не менее 50х150 мм); 9- гвозди 4х100 мм (не менее 8 шт. на 1 пог.м высоты стойки); 10- гвозди 5,2х150 мм; 11- стропильная нога.

2.2. Узлы крепления стойки и конькового прогона стропил с внутренними ветровыми связями.

В конструкции стропильной системы (в продольном разрезе) с коньковым прогоном и с вертикальными ветровыми связями для меняющихся направлений ветровой нагрузки показаны места расположения возможных стыков при монтаже стропильных ног по схеме 6.

Узлы монтажа стропильных ног с вертикальными ветровыми связями по схеме 6 показаны на рис.s-6.

Узлы монтажа стропильных ног с вертикальными ветровыми связями.

1- лежень; 2- стойка под прогон; 3- подстропильный прогон; 4- доска ветровых связей; 5- стропильная нога.

Узлы крепления стойки и конькового прогона с стропильными ногами по схеме 6 показаны на рис.us-8-9.

Узлы крепления стойки и конькового прогона с стропильными ногами.

1- кирпичный столб или несущая стена; 2- лежень (пластина 160 мм/2); 3- гидроизоляция (толь в 2 слоя); 4- стойка под прогон (2 доски каждая сеч. не менее 50х100 мм); 5- накладка сеч.25х100 мм; 6- коньковый прогон (2 доски каждая сеч. не менее 50х100 мм); 7- стропильные ноги сеч. не менее 50х150 мм; 8- накладка на стропила доска сеч. не менее 25х100 мм; 9- гвозди 4х100 мм (не менее 8 шт. на 1 пог.м высоты стойки).

Узлы крепления стойки и конькового прогона с ветровыми связями по схеме 6 показаны на рис.us-6-7.

Узлы крепления стойки и конькового прогона с ветровыми связями.

1- кирпичный столб или несущая стена; 2- лежень (пластина 160/2 мм); 3- гидроизоляция (толь в 2 слоя); 4- стойка под прогон (2 доски каждая сеч. не менее 50х100 мм); 5- накладка сеч. 25х100 мм; 6- коньковый прогон (2 доски каждая сеч. не менее 50х100 мм); 7- стропильные ноги сеч. не менее 50х150 мм; 8- накладка на стропила доска сеч. не менее 25х100 мм; 9- доска ветровых связей сеч. не менее 25х150 мм; 10- гвозди 4,2х100 мм (не менее 8 шт. на 1 пог.м высоты стойки); 11- гвозди 5,2х150 мм.

Стыки в стропильных ногах НЕ ДОПУСКАЮТСЯ.

Особенности технологии: стропильная система позволяет максимально использовать мансардное пространство. При помощи:

• использования клееного материала, что позволяет оставлять стропила цельными (до 12м.). технология исключает сращивание стропил!
• математического расчета на компьютере с использованием новейших программных разработок в этой области.

После задания всех необходимых вводных данных (геометрия крыши, ветровые, снеговые нагрузки, типа используемого кровельного материала, региона местности и т.д.) программа выдает полную информацию по стропильным ногам, их расположению, сечению, детализированные чертежи, т.е. всю необходимую документацию для изготовления каркаса кровли. Имея эти данные, в цехе квалифицированный персонал за короткий срок изготавливает кровлю любой сложности и конфигурации. Результат работы пакетируется и отправляется на объект. На объекте стропильная конструкция собирается буквально за считанные дни. Так как весь процесс изготовления происходит в заводских условиях, предлагаются широчайшие возможности для производства очень сложных, фигурных, в том числе и с открытыми элементами стропильных ног, кровель. Данная технология позволяет проектировать и изготавливать, в заводских условиях, несущие стропильные конструкции практически для любого типа крыш. Крыши с использованием соединительных зубчатых пластин применяются во всех типах сооружений, например: частные жилые дома, промышленные и прочие сооружения, включая реконструкцию кровли зданий ветхого жилого фонда.

Основные преимущества данной технологии:

1. Надежность в каждом узле стропил. Это достигается за счет применения наиболее передового программного комплекса, что невозможно при традиционном способе проектирования.
2. Заводская обработка конструкций: сушка и нанесение защитных составов.
3. Сроки проектирования и изготовления конструкций значительно меньше традиционных способов. Проектирование стропильных конструкций для частного жилого дома площадью около 300 м2, может занимать 5–6 часов, а заводское изготовление данного комплекта стропил 1–3 дня.
4. Минимальные трудозатраты при монтаже крыши дома.
5. Возможность проектирования и изготовления стропильных конструкций больших пролетов. Большепролетные конструкции крыши могут изготавливаться в виде монтажных узлов (соединений стропил), отдельно перевозимых на место строительства, где их монтируют в общую конструкцию крыши и устанавливают в конечное положение.
6. Стропильные конструкции, изготовленные по данной технологии имеют значительно меньший вес по сравнению с металлическими конструкциями, что позволяет экономить материал при заложении фундамента сооружения, а также использовать их при реконструкции старых крыш и строительстве на их месте новых мансардных этажей.
7. Малый вес стропильных конструкций облегчает монтаж стропильных конструкций (крепление и установку стропил) без необходимости применения тяжелой строительной техники.
8. Отсутствуют строительный мусор, который неизбежно образуется при любом другом виде строительства.

Расчет нагрузки на стропила

Проводя расчет стропил крыши самостоятельно, рекомендуется принимать увеличенные параметры, благодаря чему можно иметь определенный запас прочности кровли. Конечно, при этом увеличиться расход стройматериалов, однако, вопросы безопасности дома все же стоит выносить на первое место. Итак, первым делом стоит брать во внимание все возможные нагрузки, которые будут воздействовать на кровельную конструкцию. В частности, к таким нагрузкам можно отнести снеговые и ветровые нагрузки. Также при расчете нагрузки на стропильную систему стоит учитывать довольно много особенностей. Включая такие факторы, как:

• вес кровельного материала;
• вес обрешетки;
• вес утеплителя, гидро- и пароизоляции;
• вес стропильной системы.

Только рассчитав каждый пункт, можно сделать расчет стропильной системы. Например, формула для расчета снеговой нагрузки будет выглядеть следующим образом:

S = Sрасч.·μ,
где S – это искомый параметр, Sрасч. – значение веса снега на 1 кв.м, которое следует брать из действующих на определенной территории СНиПов, а μ – коэффициент, рассчитанный из угла наклона крыши. Для расчета ветровой нагрузки, также можно воспользоваться формулой:

Wm = Wo·k·c,
где Wo – это нормативный параметр ветрового давления, определяемый по СНиПам, действующим в регионе, k – это коэффициент, ветрового давления, зависящий от высоты крыши над землей и с – это аэродинамический коэффициент, который зависит от формы кровли. Зная все исходные величины сделать расчеты не составит труда. Однако, сегодня совсем не обязательно все необходимые измерения и расчеты производить в ручном режиме. Ведь для этих целей созданы специальные программы, например, программа для расчета стропильной системы или программа расчета стропил и ферм. К таким программам можно отнести:

• Stropila;
• AutoCAD;
• Аркон;
• Онлайн сервисы расчета (строительные калькуляторы).

Каков принцип работ такого ПО? Он довольно прост, необходимо ввести все параметры из СНиПов или плана строения в соответствующие окна или строки, после чего нажать кнопку «рассчитать» и программа выдаст результат. Как правило, данные ресурсы включают в себя все необходимые расчеты, то есть ветровую и снеговую нагрузку, а также расчет суммарной нагрузки, расчет распределенной нагрузки, расчёт стропильной системы и так далее. Также в программах имеются карты со значением ветрового давления и веса снегового покрова во всех регионах. Сделать вычисления в подобных приложениях смогут даже не подготовленные пользователи, при этом все параметры будут наиболее точными. Кроме того, следует иметь в виду, что определенные параметры являются постоянными и их можно узнать в инструкциях к стройматериалам либо в интернете.

Основные элементы конструкции

Стропильная система крыши дома собирается из отдельных элементов, которые в зависимости от конструкции самой крыши используются в различных сочетаниях. Так:

• Стропильная нога (стропило) — балка, которая предназначена для создания уклона крыши, а также выполняющая роль опоры для кровли. Именно на стропила происходит воздействие (вес снега, сила ветра, тяжесть людей), заставляющее их изгибаться. Выполняются стропила из досок, у которых размер сечения в вертикальном направлении значительно больше, чем в горизонтальном.
• Затяжка — горизонтально расположенная доска или брус, которая соединяет стропила между собой на противоположных скатах, препятствуя расползанию их в стороны.
• Мауэрлат — зачастую квадратный брус, который укладывается на стены дома по всему периметру, и выступает в качестве опоры для стропил (в них стропила опираются своими нижними концами).
• Прогон (коньковый прогон) — брус, на который опираются стропила своим верхним концом или в средней части. Прогон подвержен действующим на него вертикальным силам.
• Стойка — вертикальный элемент, предназначенный для поддержки стропила или прогон. На него воздействуют вертикальные нагрузки. Обычно он опирается на стены, колонны нижнего этажа или же на прогон, уложенный на перекрытие этажа.
• Подкос — брус, который устанавливают под углом к вертикали, чтобы подпереть стропило, препятствуя его прогибу.
• Ветровая балка — доска, связывающая между собой стропильные ноги, в результате чего образуется скат крыши. Данный элемент препятствует сдвигу стропильных ног относительно друг друга и подвижкам крыши при ветровых нагрузках. Располагается она под углом к линии свеса крыши, прибивая ее к стропилам со стороны чердака.
• «Кобылка» — доска, предназначенная для создания свеса кровли. Крепится она к нижней части стропил.
• Шпренгель — балка из бруса или бревна, цель которой укрепить стропильную конструкцию, придать ей устойчивость, воспринимая горизонтальные ветровые нагрузки. Укладывается данный элемент горизонтально на смежные стены перпендикулярно биссектрисе угла между ними.
• Нарожник — укороченная стропильная нога, используемая в конструкции вальмой крыши, и которая опирается одним концом на диагональную ногу, а другим на мауэрлат.

Выбор сечения элементов стропильной системы

Сечение элементов стропильной системы во многом зависит от расчетной нагрузки (веса снега, силы ветра), кровельного материала, расстановки элементов. Например, чем ближе размещены стропила, чем меньше их вес и вес кровельного материала, тем меньше может быть сечение. Данное правило распространяется и на другие элементы системы.

Сечения элементов стропильной системы (ориентировочные данные):

• Стропило (наиболее распространенный размер) — 50 х 150 мм
• Мауэрлат — 100 х 100, 100 х 150, 150 х 150 мм
• Диагональные стропильные ноги — 100 х 200 мм
• Прогоны — 100 х 100, 100 х 150, 100 х 200 мм
• Затяжки — 50 х 150 мм
• Ригели — 100 х 150, 100 х 200 мм
• Подкосы — 100 х 100, 150 х 150 мм

На сколько фермы дешевле

Для еще большей наглядности мы подготовили для вас два реальных случая. Для одноэтажного дома Z10 и двухэтажного дома Zx24 наш сметчик просчитал стоимость и традиционной системы, и стропильных ферм. И вот что мы получили:

Для дома Z10 устройство традиционной стропильной системы и деревянных перекрытий обошлось в 272400 грн. , а устройство ферм в 118450 грн. Фермы оказались на 230% дешевле! Такая разительная разница в стоимости обусловлена высокой стоимостью бетонного монолитного перекрытия для дома Z10. Фермы позволяют отказаться от него.

Смета составлена в текущих ценах по состоянию на 04.03.2015

Курс валют: USD 25,0 EUR 28,0

Раздел № 1: Устройство монолитного перекрытия на отм. +2,860

Наименование работ и затрат

Стоимость единицы

В т.ч. работа

В т.ч. материалы, учитывая округления до ед.измр.

В т.ч. эксплуатация

Сборка и разборка опалубки железобетонных перекрытий

Изготовление арматурный каркасов железобетонной плиты перекрытия

Установка арматурных сеток плиты перекрытия вручную

Укладка бетонной смеси в конструкции железобетонного перекрытия при помощи бетононасоса

Всего Устройство монолитного перекрытия на отм. +2,860:

Раздел № 2: Устройство стропильной системы

Наименование работ и затрат

Стоимость единицы

В т.ч. работа

В т.ч. материалы, учитывая округления до ед.измр.

В т.ч. эксплуатация

Устройство стропильной системы

Всего Устройство стропильной системы:

Раздел № 3: Устройство конструкции кровли из ферм

Наименование работ и затрат

Стоимость единицы

В т.ч. работа

В т.ч. материалы, учитывая округления до ед.измр.

В т.ч. эксплуатация

Всего Устройство конструкции кровли из ферм:

В смете учтены общепроизводственные, административные, транспорнтые, разгрузочно-погрузочные, заготовительно-складские расходы и прибыль.

Для дома Zx24 устройство традиционной стропильной системы и деревянных перекрытий обошлось в 106000 грн., а устройство ферм в 87600 грн. Фермы оказались на 21% дешевле. В этом доме площадь кровли и перекрытия значительно меньше, перекрытие над вторым этажом предусмотрено деревянное.

Смета составлена в текущих ценах по состоянию на 04.03.2015
Курс валют: USD 25,0 EUR 28,0

Раздел № 1: Устройство стропильной системы

Наименование работ и затрат

Стоимость единицы

В т.ч. работа

В т.ч. материалы, учитывая округления до ед.измр.