Дом - это твердыня, образующая семейный очаг. Нередко под одной крышей собирается несколько семей. Дом по наследству переходит от деда к отцу, а от него к внуку. Таким образом, сохраняется связь времён и духовная преемственность поколений. Поэтому к строительству дома всегда подходят ответственно. Его делают крепким и надёжным. В нём всё должно быть прочным: и фундамент, и стены, и крыша.
Крыше отводят особое место. Она увенчивает всю постройку, символически связуя дольний мир с горним. Поэтому не случайно этот архитектурный элемент имеет столько вариантов исполнения. Причём каждая культурная традиция накладывает свои определённые отпечатки. Устремлённые к небу шпили готических соборов, парусные купола византийских храмов, геометричность римских базилик и сегодня находят своё отражение в архитектуре городских построек и частных домов загорода.
В частных домах крыши преимущественно скатные, реже плоские. Скатные крыши дополняют фонарями, слуховыми окнами, люкарнами и мезонинами. Сама форма крыши может быть произвольной. Количество, форма и угол наклона скатов определяют исходя из практических целей и эстетической привлекательности.
Основу любой скатной крыши составляет стропильная система. Её собирают из наклонных стропильных ног, вертикальных стоек, наклонных подкосов и обрешётки. В односкатном варианте стропила опираются на противоположные стены здания. Двухскатные конструкции собирают из пары отдельных наклонных ног. Нижней частью они упираются на стены. Верхнюю часть удерживает подстропильная конструкция - прогоны, усиленные вертикальными стойками.
По типу конструкции различают наслонные, висячие стропила и шпренгельные системы (фермы). У каждого типа своя специфика, свои особенности. Рассмотреть их все в рамках одной статьи невозможно. Поэтому в этой публикации более детально остановимся на наслонных стропилах. Остальные варианты конструкций рассмотрим в следующий раз.
Точки опоры
В наслонных стропилах наклонные ноги имеют несколько точек опоры. Их устанавливают на мауэрлаты. Вверху стропила удерживают стойки, прогоны или подкосы. Прогоны и стойки помогают равномерно распределить нагрузку на несущие стены. Благодаря им можно увеличить длину наклонных ног. Например, при установке конькового прогона и прогона по центру ската длина стропил может доходить до 12-15 м. Подкосы вполне уместны и тогда, когда стропильные ноги собраны из нескольких досок. Кроме этого, в наслонных конструкциях предусматривают дополнительную опору, установленную под коньковым концом стропильной ноги.
В комплексе подстропильные ноги, дополнительные стойки и прогоны существенно усиливают стропильную систему. Они в разы увеличивают её несущую способность, полностью исключая вероятность прогибов и изломов наклонных ног.
На практике применяют всего лишь два способа устройства наслойных конструкций. В одном случае используют три точки опоры: мауэрлат, коньковой прогон и подкос или прогон на стойках.
В другом случае обходятся мауэрлатом и коньковым прогоном.
В обоих случаях стропильная конструкция может передавать давление (распор) на мауэрлат (стропила упирают), а может не передавать его (стропила опирают). Наличие распора никак не связано с выбором стропильной схемы. Однако от этого зависит способ монтажа мауэрлата. В распорных схемах предусмотрено конструктивное закрепление, в безраспорных - жёсткое.
Узлы опирания
При строительстве дома очень важно на этапе возведения стен, а желательно ещё раньше - при разработке проекта и выполнении инженерных расчётов - определиться с выбором узлов опирания и сочленения стропильных ног. Ведь именно от этого зависит вектор нагрузки на стены здания, а именно будет ли крыша давить сверху на стены или распирать их в
стороны.
Узлы соединений элементов стропильной системы могут иметь разную степень свободы:
• узел с нулевой степенью свободы - жёсткое защемление конца балки, исключающее любое её смещение;
• узел с одной степенью свободы: допустим поворот стропильной балки;
• узел с двумя степенями свободы - возможность поворота балки и горизонтального смещения;
« узел с тремя степенями свободы - возможность горизонтального, вертикального смещения и поворота. Добиться желаемого результата несложно. Важно правильно подобрать крепёжные элементы. Так, для соединения сводчатой части стропильных ног используют шарниры и болты, обеспечивающие определённую степень свободы смещения. Также используют гвозди, которые жёстко фиксируют стропильные балки. Не менее популярна технология фиксации узла сочленения наклонных ног с помощью намертво прибитых горизонтальных балок. Часто вместо деревянных брусков применяют перфорированные металлические пластины. Равномерно расположенные по всей площади отверстия позволяют выбрать шаг расположения гвоздей или шурупов.
Возможность незначительного сдвига верхнего и нижнего участков стропильных ног реализуют с помощью горизонтальных врубок. Свободу смещения балок ограничивают упирающие элементы: мауэрлаты и прогоны.
С помощью перечисленных выше вариантов соединения можно реализовать распорную или безраспорную схему стропильной конструкции. У обеих технологий свои преимущества и свои недостатки. При использовании кровельных систем без распора мауэрлат необязательно жёстко крепить к стене. Но в таком случае вся стропильная система становится менее устойчивой при неравномерной нагрузке, например в случае снеговых намётов. И нужны меры по усилению конструкции стропил. Стропила, передающие распор на стены, статически более устойчивы. Но вам
придётся позаботиться о том, чтобы мауэрлат был хорошенько закреплён.
Без распора
Наслонные стропила без распора не передают горизонтального давления на стены. Их собирают следующим образом: одну опору закрепляют, обеспечивая её свободное вращение. Другую опору делают свободно вращающейся и подвижной. Подобную схему крепления стропил реализуют разными способами.
В одних случаях низ стропильной ноги подшивают опорным бруском. Иногда вместо опорного бруска на стропильной балке делают врубку зубом, которую упирают в мауэрлат. В верхней части стропил выполняют горизонтальный запил (подрезку). Его оптимальная глубина не должна превышать высоты сечения стропильной балки. Подрезку делают со скосом, что не препятствует свободному изгибу наклонной балки. А вот без скоса стропильная система будет оказывать горизонтальное давление на мауэрлат и стены.
Если по каким-то причинам не удаётся выполнить запил верхней части стропильной ноги, её подшивают обрезком стропила с двухсторонним креплением монтажными пластинами или деревянными прибоинами. Подобная технология очень сложна в исполнении. Малейшая погрешность в расчётах или незначительная неточность при монтаже могут превратить безраспорную схему в распорную. Поэтому эта расчётная схема установки стропил больше подходит для односкатных крыш.
Более распространён следующий метод монтажа стропил. Низ наклонной ноги устанавливают на ползуны. В свою очередь верхнюю часть прочно закрепляют с помощью гвоздей, болтов. Реже наклонные балки упирают друг в друга или в прогон и фиксируют с помощью деревянных прибоин или металлических зубчатых пластин. Подобная технология оптимально подходит для двухскатных крыш.
Безраспорную конструкцию можно получить и с помощью жёсткого защемления конькового узла. Нижнюю часть стропил устанавливают на ползуны. Но нужно учитывать, что в процессе эксплуатации в коньковом узле возникают напряжения, которые могут разрушить его. Поэтому очень важно верно выполнить инженерные расчёты. Однако жёсткая фиксация верха стропил увеличивает прочность стропильной системы.
Распорные конструкции
Наслонные стропила этого типа давят на стены в горизонтальной плоскости, упираясь в них. Эти конструкции изготавливают с двумя
закреплёнными опорами. В отличие от безраспорных систем в распорных конструкциях нижние опоры с двумя степенями свободы заменены шарнирными опорами. Для этого к низу наклонных ног приколачивают опорные бруски длиной около 1 м и сечением 50 х 50 см. или можно перенести нагрузку на мауэрлат. В коньковой части стропильные балки сшивают гвоздевым боем или стягивают болтами для получения шарнирной опоры. Распорные стропила обладают высокой статической и динамической устойчивостью. Но для этого, повторимся ещё раз, необходимо жёстко закрепить мауэрлат на стене.
Также обязательно следует знать и учитывать силу распора на стены. Его игнорирование может привести к весьма плачевным последствиям, даже вплоть до разрушения несущих стен и проседания крыши. Снизить горизонтальную нагрузку на стены можно с помощью жёсткого конькового прогона. Серединные прогоны рекомендуют усиливать вертикальными стойками, подкосами или консольными балками. Высокой устойчивостью к распору обладают мощные кирпичные, бетонные сооружения. А вот в домах на основе лёгких бетонов, бруса и рубленых брёвен действие распора может быть существенно.
На коньке
В наслонных стропильных системах обязательно предусматривают опору в верхней части наклонных ног. В односкатных крышах на противоположные стены укладывают мауэрлатные балки. А уже на них настилают стропила. Аналогичным образом можно сделать и в случае обычных двускатных крыш. Над межэтажным перекрытием выстраивают внутреннюю стену необходимой высоты. На неё укладывают мауэрлат. После этого укладывают наклонные ноги. Однако это решение более затратное. К тому же эта стена должна быть прочной, а также иметь жёсткое
основание. Поэтому её часто делают продолжением внутренней капитальной стены дома. Да и наличие перегородки на чердаке значительно сокращает возможности планировки под-кровельного пространства.
В более доступном варианте вместо внутренней стены на чердаке монтируют коньковую горизонтальную балку, которую укрепляют вертикальными стойками. Их число зависит от веса стропил и кровельного покрытия с учётом ветровых и снеговых нагрузок. Концы конькового бруса замуровывают в стены фронтонов. При этом обязательно используют гидрофобные и гидроизоляционные материалы, защищающие древесину от гниения.
Брусы и балки для стропильных систем изготавливают из древесины хвойных пород: сосны и ели. Несущую способность материала и выполненных из него изделий определяют расчётным путём в соответствии с ДСТУ EN 460:2003 «Стойкость древесины и изделий из древесины». Для определения несущей способности балок, ослабленных врубками или отверстиями под болты, вводят поправочный коэффициент 0,8.
Несомненно, прочность возводимой конструкции во многом зависит от качества досок. Его несложно определить визуально. Наличие пороков, таких как трещины, сучки и заболонь, должно насторожить. Балки, предназначенные для использования в качестве опорных элементов стропильной системы, подвергаются серьёзным эксплуатационным нагрузкам. Для них годится древесина только высшего сорта, допускающая несущественные дефекты. Общий диаметр сучков не должен превышать 20 см по длине бруса и по ширине не более 1/2 ширины. Допустимый наклон волокон составляет не более 7 %. При этом размер годовых колец в древесине не должен превышать 5 мм. Брёвна и балки с рыхлой сердцевиной следует вообще отбраковывать. Если во время соединения балка дала трещину, её желательно заменить.
После возведения стропильных ног и прогонов крепят обрешётку. Она может быть решётчатая или сплошная. Выбор в пользу того или иного варианта прежде всего зависит от вида кровельного покрытия. Так, разрежённую решётчатую обрешётку используют под жёсткую черепицу, устойчивую к атмосферным воздействиям: ветру, снегу и дождю. Это керамическая, цементно-песчаная, сланцевая, металлическая черепица, шифер. Такую обрешётку изготавливают из пиломатериалов или П-образных решетин из оцинкованного металла. Параметры досок и расстояние между ними зависят от используемого кровельного покрытия. Например, в случае с шифером шаг укладки досок обрешётки составляет около 60 см. Оптимальное сечение решетин - 60 х 60 мм.
Под волнистые целлюлозобитумные листы шаг обрешётки обусловлен уклоном скатов: Д5 см для уклона от 1:6-1 :Д и 60 см для уклона более 1 -Л. Если угол уклона меньше 1:6, обрешётку набирают из сплошных листов.
При использовании штучной черепицы (например, керамики или сланца) шаг обрешётки варьируется от 16 до 50 см. Главное - соблюдать основное правило: отдельная черепица должна лежать на двух обрешетинах. Для укладки металлической черепицы требуемое расстояние между решетинами составляет 35-ДО см. Ширина самих решетин - не менее 10 см. Под битумную черепицу предусматривают сплошную обрешётку.
Обрешётку изготавливают из древесины хвойных пород. К её качеству предъявляют менее жёсткие требования в отличие от стропильной системы. Нагрузку, создаваемую обрешёткой, рассчитывают исходя из того, что объёмный вес 1 м3 древесины составляет 500-550 кг/м3, в случае с фанерой или ОСП-плитами - 600-650 кг/м3. Основы «крышевания». Наслонные и стропильные системы
Дом - это твердыня, образующая семейный очаг. Нередко под одной крышей собирается несколько семей. Дом по наследству переходит от деда к отцу, а от него к внуку. Таким образом, сохраняется связь времён и духовная преемственность поколений. Поэтому к строительству дома всегда подходят ответственно. Его делают крепким и надёжным. В нём всё должно быть прочным: и фундамент, и стены, и крыша.
Крыше отводят особое место. Она увенчивает всю постройку, символически связуя дольний мир с горним. Поэтому не случайно этот архитектурный элемент имеет столько вариантов исполнения. Причём каждая культурная традиция накладывает свои определённые отпечатки. Устремлённые к небу шпили готических соборов, парусные купола византийских храмов, геометричность римских базилик и сегодня находят своё отражение в архитектуре городских построек и частных домов загорода.
В частных домах крыши преимущественно скатные, реже плоские. Скатные крыши дополняют фонарями, слуховыми окнами, люкарнами и мезонинами. Сама форма крыши может быть произвольной. Количество, форма и угол наклона скатов определяют исходя из практических целей и эстетической привлекательности.
Основу любой скатной крыши составляет стропильная система. Её собирают из наклонных стропильных ног, вертикальных стоек, наклонных подкосов и обрешётки. В односкатном варианте стропила опираются на противоположные стены здания. Двухскатные конструкции собирают из пары отдельных наклонных ног. Нижней частью они упираются на стены. Верхнюю часть удерживает подстропильная конструкция - прогоны, усиленные вертикальными стойками.
По типу конструкции различают наслонные, висячие стропила и шпренгельные системы (фермы). У каждого типа своя специфика, свои особенности. Рассмотреть их все в рамках одной статьи невозможно. Поэтому в этой публикации более детально остановимся на наслонных стропилах. Остальные варианты конструкций рассмотрим в следующий раз.
Точки опоры
В наслонных стропилах наклонные ноги имеют несколько точек опоры. Их устанавливают на мауэрлаты. Вверху стропила удерживают стойки, прогоны или подкосы. Прогоны и стойки помогают равномерно распределить нагрузку на несущие стены. Благодаря им можно увеличить длину наклонных ног. Например, при установке конькового прогона и прогона по центру ската длина стропил может доходить до 12-15 м. Подкосы вполне уместны и тогда, когда стропильные ноги собраны из нескольких досок. Кроме этого, в наслонных конструкциях предусматривают дополнительную опору, установленную под коньковым концом стропильной ноги.
В комплексе подстропильные ноги, дополнительные стойки и прогоны существенно усиливают стропильную систему. Они в разы увеличивают её несущую способность, полностью исключая вероятность прогибов и изломов наклонных ног.
На практике применяют всего лишь два способа устройства наслойных конструкций. В одном случае используют три точки опоры: мауэрлат, коньковой прогон и подкос или прогон на стойках.
В другом случае обходятся мауэрлатом и коньковым прогоном.
В обоих случаях стропильная конструкция может передавать давление (распор) на мауэрлат (стропила упирают), а может не передавать его (стропила опирают). Наличие распора никак не связано с выбором стропильной схемы. Однако от этого зависит способ монтажа мауэрлата. В распорных схемах предусмотрено конструктивное закрепление, в безраспорных - жёсткое.
Узлы опирания
При строительстве дома очень важно на этапе возведения стен, а желательно ещё раньше - при разработке проекта и выполнении инженерных расчётов - определиться с выбором узлов опирания и сочленения стропильных ног. Ведь именно от этого зависит вектор нагрузки на стены здания, а именно будет ли крыша давить сверху на стены или распирать их в
стороны.
Узлы соединений элементов стропильной системы могут иметь разную степень свободы:
• узел с нулевой степенью свободы - жёсткое защемление конца балки, исключающее любое её смещение;
• узел с одной степенью свободы: допустим поворот стропильной балки;
• узел с двумя степенями свободы - возможность поворота балки и горизонтального смещения;
« узел с тремя степенями свободы - возможность горизонтального, вертикального смещения и поворота. Добиться желаемого результата несложно. Важно правильно подобрать крепёжные элементы. Так, для соединения сводчатой части стропильных ног используют шарниры и болты, обеспечивающие определённую степень свободы смещения. Также используют гвозди, которые жёстко фиксируют стропильные балки. Не менее популярна технология фиксации узла сочленения наклонных ног с помощью намертво прибитых горизонтальных балок. Часто вместо деревянных брусков применяют перфорированные металлические пластины. Равномерно расположенные по всей площади отверстия позволяют выбрать шаг расположения гвоздей или шурупов.
Возможность незначительного сдвига верхнего и нижнего участков стропильных ног реализуют с помощью горизонтальных врубок. Свободу смещения балок ограничивают упирающие элементы: мауэрлаты и прогоны.
С помощью перечисленных выше вариантов соединения можно реализовать распорную или безраспорную схему стропильной конструкции. У обеих технологий свои преимущества и свои недостатки. При использовании кровельных систем без распора мауэрлат необязательно жёстко крепить к стене. Но в таком случае вся стропильная система становится менее устойчивой при неравномерной нагрузке, например в случае снеговых намётов. И нужны меры по усилению конструкции стропил. Стропила, передающие распор на стены, статически более устойчивы. Но вам
придётся позаботиться о том, чтобы мауэрлат был хорошенько закреплён.
Без распора
Наслонные стропила без распора не передают горизонтального давления на стены. Их собирают следующим образом: одну опору закрепляют, обеспечивая её свободное вращение. Другую опору делают свободно вращающейся и подвижной. Подобную схему крепления стропил реализуют разными способами.
В одних случаях низ стропильной ноги подшивают опорным бруском. Иногда вместо опорного бруска на стропильной балке делают врубку зубом, которую упирают в мауэрлат. В верхней части стропил выполняют горизонтальный запил (подрезку). Его оптимальная глубина не должна превышать высоты сечения стропильной балки. Подрезку делают со скосом, что не препятствует свободному изгибу наклонной балки. А вот без скоса стропильная система будет оказывать горизонтальное давление на мауэрлат и стены.
Если по каким-то причинам не удаётся выполнить запил верхней части стропильной ноги, её подшивают обрезком стропила с двухсторонним креплением монтажными пластинами или деревянными прибоинами. Подобная технология очень сложна в исполнении. Малейшая погрешность в расчётах или незначительная неточность при монтаже могут превратить безраспорную схему в распорную. Поэтому эта расчётная схема установки стропил больше подходит для односкатных крыш.
Более распространён следующий метод монтажа стропил. Низ наклонной ноги устанавливают на ползуны. В свою очередь верхнюю часть прочно закрепляют с помощью гвоздей, болтов. Реже наклонные балки упирают друг в друга или в прогон и фиксируют с помощью деревянных прибоин или металлических зубчатых пластин. Подобная технология оптимально подходит для двухскатных крыш.
Безраспорную конструкцию можно получить и с помощью жёсткого защемления конькового узла. Нижнюю часть стропил устанавливают на ползуны. Но нужно учитывать, что в процессе эксплуатации в коньковом узле возникают напряжения, которые могут разрушить его. Поэтому очень важно верно выполнить инженерные расчёты. Однако жёсткая фиксация верха стропил увеличивает прочность стропильной системы.
Распорные конструкции
Наслонные стропила этого типа давят на стены в горизонтальной плоскости, упираясь в них. Эти конструкции изготавливают с двумя
закреплёнными опорами. В отличие от безраспорных систем в распорных конструкциях нижние опоры с двумя степенями свободы заменены шарнирными опорами. Для этого к низу наклонных ног приколачивают опорные бруски длиной около 1 м и сечением 50 х 50 см. или можно перенести нагрузку на мауэрлат. В коньковой части стропильные балки сшивают гвоздевым боем или стягивают болтами для получения шарнирной опоры. Распорные стропила обладают высокой статической и динамической устойчивостью. Но для этого, повторимся ещё раз, необходимо жёстко закрепить мауэрлат на стене.
Также обязательно следует знать и учитывать силу распора на стены. Его игнорирование может привести к весьма плачевным последствиям, даже вплоть до разрушения несущих стен и проседания крыши. Снизить горизонтальную нагрузку на стены можно с помощью жёсткого конькового прогона. Серединные прогоны рекомендуют усиливать вертикальными стойками, подкосами или консольными балками. Высокой устойчивостью к распору обладают мощные кирпичные, бетонные сооружения. А вот в домах на основе лёгких бетонов, бруса и рубленых брёвен действие распора может быть существенно.
На коньке
В наслонных стропильных системах обязательно предусматривают опору в верхней части наклонных ног. В односкатных крышах на противоположные стены укладывают мауэрлатные балки. А уже на них настилают стропила. Аналогичным образом можно сделать и в случае обычных двускатных крыш. Над межэтажным перекрытием выстраивают внутреннюю стену необходимой высоты. На неё укладывают мауэрлат. После этого укладывают наклонные ноги. Однако это решение более затратное. К тому же эта стена должна быть прочной, а также иметь жёсткое
основание. Поэтому её часто делают продолжением внутренней капитальной стены дома. Да и наличие перегородки на чердаке значительно сокращает возможности планировки под-кровельного пространства.
В более доступном варианте вместо внутренней стены на чердаке монтируют коньковую горизонтальную балку, которую укрепляют вертикальными стойками. Их число зависит от веса стропил и кровельного покрытия с учётом ветровых и снеговых нагрузок. Концы конькового бруса замуровывают в стены фронтонов. При этом обязательно используют гидрофобные и гидроизоляционные материалы, защищающие древесину от гниения.
Брусы и балки для стропильных систем изготавливают из древесины хвойных пород: сосны и ели. Несущую способность материала и выполненных из него изделий определяют расчётным путём в соответствии с ДСТУ EN 460:2003 «Стойкость древесины и изделий из древесины». Для определения несущей способности балок, ослабленных врубками или отверстиями под болты, вводят поправочный коэффициент 0,8.
Несомненно, прочность возводимой конструкции во многом зависит от качества досок. Его несложно определить визуально. Наличие пороков, таких как трещины, сучки и заболонь, должно насторожить. Балки, предназначенные для использования в качестве опорных элементов стропильной системы, подвергаются серьёзным эксплуатационным нагрузкам. Для них годится древесина только высшего сорта, допускающая несущественные дефекты. Общий диаметр сучков не должен превышать 20 см по длине бруса и по ширине не более 1/2 ширины. Допустимый наклон волокон составляет не более 7 %. При этом размер годовых колец в древесине не должен превышать 5 мм. Брёвна и балки с рыхлой сердцевиной следует вообще отбраковывать. Если во время соединения балка дала трещину, её желательно заменить.
После возведения стропильных ног и прогонов крепят обрешётку. Она может быть решётчатая или сплошная. Выбор в пользу того или иного варианта прежде всего зависит от вида кровельного покрытия. Так, разрежённую решётчатую обрешётку используют под жёсткую черепицу, устойчивую к атмосферным воздействиям: ветру, снегу и дождю. Это керамическая, цементно-песчаная, сланцевая, металлическая черепица, шифер. Такую обрешётку изготавливают из пиломатериалов или П-образных решетин из оцинкованного металла. Параметры досок и расстояние между ними зависят от используемого кровельного покрытия. Например, в случае с шифером шаг укладки досок обрешётки составляет около 60 см. Оптимальное сечение решетин - 60 х 60 мм.
Под волнистые целлюлозобитумные листы шаг обрешётки обусловлен уклоном скатов: Д5 см для уклона от 1:6-1 :Д и 60 см для уклона более 1 -Л. Если угол уклона меньше 1:6, обрешётку набирают из сплошных листов.
При использовании штучной черепицы (например, керамики или сланца) шаг обрешётки варьируется от 16 до 50 см. Главное - соблюдать основное правило: отдельная черепица должна лежать на двух обрешетинах. Для укладки металлической черепицы требуемое расстояние между решетинами составляет 35-ДО см. Ширина самих решетин - не менее 10 см. Под битумную черепицу предусматривают сплошную обрешётку.
Обрешётку изготавливают из древесины хвойных пород. К её качеству предъявляют менее жёсткие требования в отличие от стропильной системы. Нагрузку, создаваемую обрешёткой, рассчитывают исходя из того, что объёмный вес 1 м3 древесины составляет 500-550 кг/м3, в случае с фанерой или ОСП-плитами - 600-650 кг/м3.