Виды и схемы стропильных систем

При обустройстве скатных конструкций крыш, стропильная система является каркасом для покрытия и для удержания материалов «кровельного пирога». При грамотном монтаже каркасной конструкции будут создаваться необходимые условия для правильной «работы» утепленных и неутепленных типов кровель, защищающих стены и внутреннее пространство дома от различных атмосферных воздействий.

Виды и конструкции стропильных систем
Кровля поддерживается специальной конструкцией, состоящей из обрешетки, непосредственно эту кровлю несущей, и стропил (стропильных ферм), передающих нагрузку от собственного веса крыши, снега, ветра на стены и внутренние опоры. Конструкция стропил зависит от формы крыши, наличия и расположения внутренних опор, величины пролета, а также действующих нагрузок. Главная фигура в стропильной конструкции - треугольник. Он наиболее жесток. Основной элемент любой фермы - стропильные ноги, укладываемые вдоль ската и поддерживающие обрешетку.   Висячие стропила - разновидность элемента кровельной системы, состоят из стропильных ног (верхнего пояса) и затяжки (нижнего пояса), соединенных между собой врубками, поковками и гвоздями. Для предупреждения прогибов стропильных ног (при недостаточной их толщине) между ними вводят ригель. При пролетах более 6 м висячие стропила делаются со стойкой (бабкой) посредине, к которой на стальном хомуте подвешивается затяжка. Висячие стропила опираются только на две крайние опоры (например, лишь на стены здания без промежуточных опор). Их стропильные ноги работают на сжатие и изгиб. Кроме того, конструкция создает значительное горизонтальное распирающее усилие, которое передается стенам. Уменьшить это усилие помогает затяжка (деревянная или металлическая), соединяющая стропильные ноги. Она может располагаться как у основания стропил (и в этом случае служит балкой перекрытия, - именно этот вариант наиболее часто используется при строительстве мансардных крыш), так и выше. Чем выше она находится, тем мощнее ей полагается быть. И тем надежнее должно быть ее соединение со стропилами.
	Висячие стропила опираются только на две крайние опоры (например, только на стены здания без промежуточных опор). Стропильные ноги соединяются затяжкой, препятствующей их разъезжанию.
Наслонные стропила Наслонные стропила устанавливают в домах со средней несущей стеной или столбчатыми промежуточными опорами. Их концы опираются на наружные стены дома, а средняя часть - на внутреннюю стену или опоры. В результате их элементы работают как балки - только на изгиб. При одной и той же ширине дома крыша с наслонными стропилами получается более легкой, чем всякая другая (требует меньше пиломатериалов и, соответственно, денежных затрат). При установке над несколькими пролетами единой кровельной конструкции наслонные и висячие стропильные фермы могут чередоваться. Там, где нет промежуточных опор, применяются висячие стропила, там, где есть, - наслонные.
	Наслонные стропила устанавливают в домах со средней несущей стеной или столбчатыми опорами.
Мауэрлат. Стропильные ноги опираются не на сами стены, а на опорный брус - мауэрлат. В деревянных конструкциях мауэрлатом является верхний венец сруба (бревно, брус). При кирпичных стенах это специально устанавливаемый заподлицо с внутренней поверхностью стены брус (с наружной стороны он должен ограждаться выступом кирпичной кладки). Между мауэрлатом и кирпичом обязательно прокладывается стой влагоизолирующего материала (например, два слоя рубероида). Верхние концы стропильных ног, если это необходимо, могут поддерживаться системой стоек и раскосов. Их задача - разгрузить стропильные ноги, передав нагрузку на внутренние стены или опорные столбы, а также обеспечить конструкции жесткость. В местах отсутствия несущих стен пятки стропильных ног могут опираться на мощные продольные балки - боковые прогоны, длина которых ограничена действующей на них нагрузкой. Коньковый прогон. В вершине стропильной конструкции любой крыши укладывают прогон, соединяющий стропила (фермы) между собой. Именно на нем будет в дальнейшем устроен конек крыши. И еще две немаловажные детали. Если в плоскости стропильных ног жесткость обеспечивается самими стропильными фермами, то для противостояния ветровым нагрузкам, действующим, например, со стороны щипца (фронтона), в каждом скате крыши устанавливают необходимое количество диагональных связей. Ими могут служить доски толщиной 30-40 мм, прибитые к основанию крайней стропильной ноги и к середине (или выше) соседней. Чтобы крышу не снесло ветром, стропильные ноги вместе с мауэрлатом надо накрепко связать со стенами. Для этого в кладку под стропильной ногой заделывают стальные шпильки (ерши) или заранее ставят закладные элементы, к которым стропильная нога притягивается скруткой из стальной проволоки диаметром 6 мм. Для срубов этот прием считается необязательным: верхний венец с остальной стеной всегда связан надежно.
Материалы для стропильных конструкций
Основным материалом для изготовления стропильных конструкций в индивидуальном коттеджном строительстве по-прежнему остается дерево. Поэтому уже на стадии проектирования должны быть предусмотрены (а при эксплуатации строго соблюдаться) конструктивные и защитные мероприятия, продлевающие срок службы древесины. К конструктивным мероприятиям относятся: устройство прокладок из водоизоляционных материалов в местах соприкосновения дерева с кирпичом, предотвращение протечек кровли, создание и поддержание в сохранности влагоизоляционного (со стороны кровли) и пароизоляционного (со стороны эксплуатируемых помещений) слоев, а также оборудование вентилируемых зазоров, которые обеспечивают удаление паров влаги потоком поднимающегося по этим зазорам воздуха. К защитным мероприятиям относится обработка древесины антисептиками или огнебиозащитными препаратами.
Нагрузки на стропила
Стропила воспринимают постоянные и временные нагрузки. К постоянным нагрузкам относятся собственный вес кровли, обрешетки, прогонов и стропил. К временным - снег, ветер, а также полезная нагрузка (если она есть). Расчетная величина снеговой нагрузки - 180 кг/м2 в горизонтальной проекции крыши. Образовавшийся снеговой мешок может увеличить этот показатель до 400-500 кг/м2. При уклоне кровли свыше 60° снеговая нагрузка в расчет не принимается. Расчетная величина ветровой нагрузки - 35 кг/м2 (нормы снеговой и ветровой нагрузок приведены для средней полосы, куда входит Подмосковье, по СНиП 2.01.07-85* "Нагрузки и воздействия"). Поправку на ветер вносят в расчеты стропил только при уклоне кровли более 30°. Величины перечисленных нагрузок могут корректироваться путем введения поправочных коэффициентов, учитывающих местные климатические условия. Собственный вес кровли и подкровельной конструкции определяется в соответствии с используемым материалом и размерами всего сооружения. Полезная нагрузка на стропила учитывается, в случае использования конструкции подвешенных (к стропильным фермам) потолков, или установленных на них водяных баках, вентиляционных камерах и т. д. В прежние времена для изготовления элементов стропил применяли бревна или полубревна. На сегодняшний день большинство проектировщиков и строителей предпочитают использовать готовый прямоугольный брус с сечением, соответствующим расчетным нагрузкам, или доски сечением 50 × 150 и 50 × 200 мм, которые при необходимости сплачивают. В ход идет в основном древесина хвойных пород (сосна, ель, лиственница) без пороков, с влажностью не более 18-22%. В целях повышения жесткости и неизменяемости геометрии стропильных конструкций на отдельных участках вводят металлические элементы, например в качестве опор под наиболее нагруженные коньковые прогоны. Пролеты между металлическими частями заполняют деревянными элементами. Подобная комбинированная конструкция не только прочнее деревянной, но и позволяет деревянным стропилам работать по безраспорно-наслонной схеме. Заказчик, как правило, не возражает против использования металла. Однако следует помнить, что с эксплуатацией комбинированной конструкции связаны определенные сложности. Дело в том, что из-за суточного перепада температур на металлической поверхности может образовываться конденсат, который приводит к загниванию примыкающих деревянных элементов. И здесь спасет только обработка деревянных стропил влагозащитными составами и применение пленочных гидроизоляционных материалов, изолирующих металл от дерева. Но и в этом случае за состоянием деревянных стропил необходимо постоянно следить, что возможно только при наличии чердака. В мансардных конструкциях с металлом свои сложности, ибо он - отличный проводник холода. Следовательно, стандартный способ утепления (когда теплоизоляция укладывается между стропилами) может не подойти. Утеплитель должен быть уложен так, чтобы металлические части оказались либо снаружи его слоев, либо целиком внутри помещения (при этом все части кровельного "пирога" - кровельное покрытие, вентиляционный зазор, тепло-, влаго- и пароизоляция, внутренняя обшивка - окажутся снаружи). Оба способа имеют свои недостатки. В первом случае теряется довольно значительный объем помещения, во втором стропила приходится каким-то образом декорировать (вагонкой, гипсовыми листами, декоративными панелями и т. п.). В некоторых случаях стропильную конструкцию целиком делают из металла. Такой вариант практичен: нет соприкасающегося с металлом дерева. Технология утепления та же, что и в предыдущем случае.

При выборе вида стропильной системы приходится учитывать немало разносторонних критериев

Кровельная конструкция также всегда является завершающим архитектурным элементом экстерьерного оформления строения, своим видом поддерживая его стилистическое направление. Тем не менее, конструктивные особенности стропильных систем в первую очередь должны соответствовать требованиям прочности и надежности, которым должна соответствовать крыша, и лишь затем уже – эстетическим критериям.

Каркас стропильной системы формирует конфигурацию и угол наклона крыши. Эти параметры во многом зависят от природных факторов, характерных для конкретного региона, а также от желания и возможностей домовладельца:

· Количество осадков в разные периоды года.

· Направление и средняя скорость ветра в местности, где будет возводиться постройка.

· Планы по применению пространства под крышей – обустройства в нем жилых или нежилых помещений, или же использования его лишь в качестве воздушной прослойки для термоизоляции расположенных ниже помещений.

· Разновидность планируемого материала кровельного покрытия.

· Финансовые возможности домовладельца.

Атмосферные осадки и сила потоков ветра дают весьма чувствительную нагрузку на строение кровли. Например, в регионах с обильными снегопадами не стоит выбирать стропильную систему с небольшим углом наклона скатов, так как снеговые массы будут задерживаться на их поверхности, что может привести к деформации каркаса или кровельного покрытия или к протеканиям.

Если же местность, где будет производиться стройка, славится своими ветрами, то лучше выбирать конструкцию с небольшим уклоном ската, чтобы случающиеся резкие порывы не сорвали отдельных элементов крыши и кровли.