Конструкция стропильной системы (несущего каркаса крыши) зависит от множества факторов: формы, размера и уклона крыши, веса кровельного материала и т.д. Что нужно знать, приступая к ее сооружению?
Материальный вопрос
Для возведения стропильной системы обычно используют древесину: пиломатериалы из хвойных пород не ниже 2 сорта, без пороков, с влажностью 18–22%. Чтобы защитить уязвимый природный материал от внешнего воздействия, его необходимо пропитать антисептиками и антипиренами. Причем желательно наносить защитные составы дважды: до и после монтажа стропильной конструкции.
Можно возвести опорную систему из стальных элементов (двутавра, швеллера, уголка и др.), соединяемых сваркой. Они тяжелее и сложнее в монтаже, чем деревянные, но зато позволяют создавать безопорные пролеты большой длины. Это дает возможность использовать все пространство под кровлей, не думая о том, как обыграть в интерьере подпорки и стойки. Поверх металлического каркаса делают деревянную стропильную систему с обязательным теплоизолирующим слоем: металл должен находиться в теплой зоне, иначе конструкция будет промерзать.
Если стропила выполнены из металла в сочетании с деревом, необходимо сделать качественное утепление, иначе конструкция будет промерзать, а образование конденсата вызовет коррозию
Кроме того, протяженные безопорные пролеты можно собрать из клееного бруса, LVL-бруса и других современных пиломатериалов. Но они довольно дороги, поэтому чаще всего стропильную систему делают из обычной древесины.
Разновидности стропильных систем
Существует два вида стропильных систем — висячая и наслонная. Первая предполагает, что стропила опираются только на две наружные стены. В этом случае возникает большое распирающее давление на стены. Чтобы уменьшить его, в конструкцию закладывают горизонтальные затяжки (ригели) — деревянные балки, соединяющие стропила с противоположных скатов. Тогда две стропильные ноги и затяжка формируют треугольник — самую жесткую и стабильную геометрическую фигуру.
Висячие стропила сложны в монтаже, поэтому архитекторы стремятся использовать более простые наслонные. Их проектируют в зданиях, где есть внутренние несущие стены либо промежуточные опоры. Тогда в средней части стропила опираются на них, снижая распирающее давление на ограждающие стены. Нагрузку от стропил передают на основание посредством вертикальных стоек и наклонных балок (подкосов), установленных поверх мощной горизонтальной балки, называемой лежнем. Также для усиления наслонной системы можно использовать горизонтальные затяжки.
Деревянные элементы стропильной конструкции соединяют при помощи болтов (шпилек), гаек с широкими шайбами, а также гвоздей в сочетании с фасонными деталями — пластинами, уголками и пр.
По мнению ряда специалистов, при соединении деревянных элементов стропильной конструкции лучше не использовать саморезы. Дело в том, что под нагрузкой их шляпки могут срываться
Стропильную ногу длиной менее 4 м обычно делают из доски сечением 50 × 200 мм, а более 4 м — бруса 100 × 200 мм. Цифра 200 мм и в том, и в другом случае встречается не случайно. Если крышу нужно теплоизолировать, то плиты или маты утеплителя укладывают в пространство между стропил, а для средней полосы России требуется теплоизоляционный слой толщиной от 200 мм.
В ендовах и хребтах, где сходятся два ската, устанавливают диагональную (накосную) стропильную ногу, к которой будут примыкать основные стропила. Так как на этот элемент ложится повышенная нагрузка, нужна доска увеличенного сечения — порядка 150 × 250 мм, плюс подпорный элемент под ней. Также при устройстве ендовы или хребта может быть использована металлическая балка. В этом случае подпорки не нужны.
Важный момент: чтобы повысить несущую способность деревянного стропила, можно увеличивать как его толщину (в частности, объединяя две доски в одну балку), так и его высоту. Второй вариант лучше, так как увеличение высоты дает стропилу больший прирост несущей способности.
Конструкция из рядовых стропил длиной до 6 м обычно не требует усиления затяжками или стойками
Максимальная длина досок, представленных на рынке, — 6 м. Когда нужно более длинное стропило, их приходится сращивать. Можно использовать метод косого прируба: концы досок подрезают под углом, затем накладывают один на другой и скрепляют болтом (обычно диаметром 12 мм). Другой вариант — соединяемые части стропила сжимают по бокам дощатыми накладками, которые фиксируют гвоздями и 2–4 болтами. При этом каждый болт стягивает три элемента: две доски и находящуюся между ними ногу.
Основной элемент несущей конструкции крыши — стропильные ноги, устанавливаемые вдоль ската. К ним крепят обрешетку/контробрешетку, а к ней — кровлю. Обычно шаг стропил на утепляемой крыше равен 580–590 мм. Эти цифры обусловлены тем, что стандартная ширина плиты утеплителя составляет 600 мм. Когда ее ставят враспор между стропил, она ложится плотно, без зазоров.
Мауэрлат
Нижний конец стропильной ноги опирают на мауэрлат — брус сечением 100×150 или 150×150 мм, уложенный поверх наружной стены. Разумеется, она должна обладать достаточной несущей способностью. Поэтому, если дом сложен из не самых прочных материалов (пено- или газобетонных блоков, поризованных кирпичей и др.), потребуется усиление верха стены посредством железобетонного пояса. Обычно мауэрлат закрепляют на наружной стене анкерными болтами (шпильками) диаметром 12–16 мм. Их закладывают с расчетным шагом 60–100 см непосредственно в армопояс на этапе заливки бетона. В мауэрлате просверливают отверстия и нанизывают его на шпильки, притягивая к основанию гайками с широкими шайбами.
В бревенчатом здании в качестве мауэрлата выступают бревна верхнего венца. Чтобы влага из бетона не проникала в древесину, вызывая гниение, между поясом и мауэрлатом прокладывают слой рулонной отсечной гидроизоляции, битумной или полимерно-битумной.
Что касается опирания стропил, существуют несколько технологий. Можно вырезать в стропильной ноге угол («пятку»), за счет которого она насаживается мауэрлат. Другой вариант предполагает установку стропила в паз, проделанный в самом мауэрлате. В некоторых случаях ногу обрезают полностью или почти полностью — оставляя небольшую «пятку» со стороны помещения и опирая ее торцом. В каменных, кирпичных и газобетонных домах для крепления стропил к мауэрлату используют металлические уголки, закрепляемые гвоздями или саморезами.
Специалисты рекомендуют фиксировать уголок к стропильной ноге ершеными гвоздями, а к мауэрлату — болтами-глухарями с шестигранной шляпкой, имеющими резьбу для дерева
В бревенчатых и брусовых домах для компенсации усадки сруба предусматривают «плавающий» крепеж: стопила и мауэрлат соединяют при помощи специальных пластин, способных смещаться относительно друг друга в плоскости ската. При этом в мауэрлате прорезают паз, и стропильная нога свободно движется по нему.
Что касается верхней части стропил, то проще всего опереть их на коньковый прогон. Его изготавливают из мощного бруса сечением до 200 × 250 мм или двух спаренных досок. Если же несущая способность бруса недостаточна, можно использовать в качестве прогона металлическую балку и опереть ее на несущие стены (внешние и по возможности внутренние). Для более надежного контакта стропильных ног с прогоном иногда в них выпиливают угол высотой не более 50 мм.
Важно! Ногу на прогоне необходимо закрепить механически. Даже металлическая балка прогона не может быть длиннее 12 м. Если длина конька больше, стропило опирают на противоположное и соединяют их.
Карнизный свес
Еще один важный узел стропильной конструкции — карнизный свес, защищающий фасад от осадков. Его выносят не менее чем на 600 мм от наружной стены. По возможности свес формируют, выпуская стропильные ноги за пределы фасада. Если это невозможно (например, при большом уклоне крыши), стропило опирают торцом на мауэрлат, а свес устраивают с помощью «кобылок» — досок сечением 50 × 100 мм. Их прибивают к верхней части стропила — по одну или обе стороны от него. При этом вариант с двумя досками предпочтительнее, так как обеспечивает большую жесткость свеса. Обычно к каждой «кобылке» крепят еще две доски — горизонтальную и вертикальную, упирающуюся в фасадную стену так, чтобы все вместе они образовывали треугольник. Тем самым создают прочный каркас для кровли и декоративной подшивки карнизного свеса. К торцам «кобылок» прибивают лобовую доску, которая жестко связывает их в единую конструкцию.