Устройство и монтаж деревянной стропильной системы

Стропила — традиционный способ обустройства кровли. Они собираются из удлинённых деревянных брусьев, которые обычно имеют уклон от центральной балки конька.
Стропильная система обязательно соединяется с внешними стенами строения.

Возведение крыши с использованием стропил представляет собой сооружение деревянного каркаса, каждая часть которого тщательно измеряется и отрезается по размерам, после чего стягивается под нагрузкой.

Крыша и кровля

Прежде чем начать устройство крыши частного дома, нужно разграничить два понятия. Непрофессионалы часто путают, но строители четко разделяют определения крыша и кровля. Крыша — это вся конструкция, которая отделяет здание от улицы сверху. Конструкция крыши частного дома включает в себя стропила, все другие несущие элементы, теплоизоляционный материал, кровельное покрытие.

Стропила — несущие конструкции крыши

Кровля — это верхняя часть крыши. Она же является кровельным покрытием. Устройство кровли требует внимательного подбора материала. Ведь именно от него будет зависеть надежность гидроизоляции и комфортность проживания.

Расчет элементов каркаса для двухскатной кровли

Если будет строиться двухскатная крыша своими руками, необходимо заранее выполнить тщательные расчеты. Стропильная система простой двускатной крыши состоит из совокупности треугольных ферм – такая форма дает конструкции максимальную жесткость. Такие фигуры рассчитать проще всего. Однако если у скатов разная форма, получаются неправильные прямоугольники. В таком случае их разделяют на более простые формы и проводят расчеты для каждого элемента отдельно. В конце все данные суммируются.

Обратите внимание, что чем сложнее форма крыши, тем большее количество стропильных ферм и прочих деталей потребуется для обеспечения ее прочности. Все они увеличивают общую массу крыши, которая при неправильном расчете может повредить несущие стены.

Требования к системе

Чтобы правильно смонтировать стропильную систему своими руками, необходимо учитывать определенный набор правил. Без их учета строение не сможет эффективно сопротивляться негативным воздействиям извне.

В первую очередь стоит учесть прочность. Все элементы должны выдержать нагрузку без разрушения. Устройство стропильной системы крыши предполагает предварительный расчет несущих конструкций по первому предельному состоянию. Именно он проверяет элементы стропильной системы на прочность.

Стропильная система должна быть прочной и жесткой

Второе требование — жесткость. Здесь учитывается максимальный прогиб. Конструкция крыши деревянного дома или любого другого не должна провисать слишком сильно. Допустимые деформации в середине пролета равняются длине этого пролета, разделенной на 200. Перед началом стройки конструкция стропильной системы должна быть рассчитана по второй группе предельных состояний — на жесткость.

Стропиловка крыши своими руками производится с учетом того, чтобы конструкция имела небольшой вес. В противном случае сильно возрастает нагрузка на стены и фундаменты. Именно по этой причине древесина получила широкое распространение в качестве основного материала. Деревянная стропильная система обладает достаточной прочностью, но весит сравнительно немного. Внимание стоит уделить не только конструкции кровли, но и грамотно выбрать кровельный материал. Он не должен быть слишком тяжелым. Керамическая черепица потеряла свою популярность не только из-за стоимости, но и из-за того, что под нее должна быть усилена крыша дома, его стены и фундаменты.

Вес кровельного материала для деревянной стропильной конструкции не должен быть слишком большим

Особые требования предъявляются к качеству материала. Изготовление деревянных элементов должно выполняться только из хорошего сырья. Стоит учесть следующие рекомендации:

• Для основных элементов используют древесину 1 или 2 сорта. 3 сорт может быть применен только для обрешетки и других мелких деталей.
• Стропильные конструкции скатных крыш рекомендуют изготавливать из хвойных пород. Они обладают большей устойчивостью к гниению и другим неприятностям, поскольку содержат смолу. При одинаковом сечении допустимый пролет для лиственных пород будет меньше.
• Пред началом работ все элементы обязательно обрабатывают антисептиком. Такой этап подготовки позволяет предотвратить множество неприятностей в дальнейшем. Также по желанию можно обработать дерево антипиренами. Это повысит сопротивляемость возгоранию.
• Лучше закупать древесину из северных регионов, которая заготовлена в зимний период. Именно такой материал обладает наивысшим качеством.

Зачем нужна стропильная система

Стропильные системы представляют собой скелет, используемый для покрытия и фиксации материалов покрытия. Если сделать все правильно, она поможет создать условия для работы с кровлями, защищая стены и внутреннюю часть дома от атмосферных явлений.

Кровельная конструкция также представляет собой завершающий архитектурный элемент оформления здания (она поддерживает его стиль). Однако важно, чтобы стропильные системы в первую очередь отвечали за поддержку, были прочным и надежными. Эстетические характеристики всегда будут на втором плане.

Каркас поможет сформировать конфигурацию и угол наклона. В основе этих параметров лежат природные факторы, характерные для места проживания, а также пожелания и возможности владельца дома:

1. Осадки в разные сезоны.
2. Направление и сила ветра.
3. План касательно использования чердачного пространства. Будет ли оно использоваться для создания жилых или нежилых помещений, или создания воздушной прослойки для теплоизоляции.
4. Какой материал будет использоваться для кровли.
5. Бюджет владельца.

Осадки и сила ветра создают сильную нагрузку на кровельную конструкцию. К примеру, в регионах, где идет много снега нельзя выбирать стропильную систему с маленьким углом наклона, иначе снег постоянно будет скапливаться на поверхности крыши. Тогда не избежать деформации кровли и протечек.

Если же в регионе присутствуют сильные ветра, лучше остановиться на конструкции с маленькими углами наклонов, чтобы резкий порыв не смог срывать с крыши отдельные элементы.

Части конструкции

Схема стропильной системы включает в себя множество элементов. Чтобы понимать чертежи и правильно воспринимать информацию, нужно знать хотя бы основные из них. Итак, из чего состоит крыша?

Конек, карниз и скаты — основная часть крыши

В первую очередь – это конек, карниз и скаты. Эти элементы являются основными частями. Конек — это самая верхняя часть конструкции. Карниз или свес — нижняя. Скаты — это наклонные поверхности, которые располагаются между коньком и карнизом.

Возведение стропильной системы требует знания несущих элементов. К таким относятся:

• Мауэрлат — брус, который укладывают по обрезу стен здания. Мауэрлат нужен, чтобы равномерно передать нагрузку от стропильных ног, которые опираются точечно. Обычно для его изготовления используют брус размерами 150х150 мм или 200х200 мм (для больших зданий).
• Стропильные ноги представляют собой наклонные балки, которые передают нагрузку от собственного веса крыши, снега и ветра на мауэрлат. Такие балки обычно устанавливаются от конька до карниза. Но при возведении вальмовой крыши появляются элементы, которые имеют только одну из указанных точек. Их опирают на конек или на карниз. Такие детали называют нарожниками. Они обычно имеют такое же сечение, как и стропила. По сути, нарожники — это обрезанные с одной стороны стропильные ноги.
• Прогон — балка, на которую опираются элементы крыши. Прогон может быть установлен под стойки. Еще один вариант — коньковый прогон (ригель). На него опираются стропила в верхней точке. Сечение прогона зависит от его пролета, обычно принимается 200х200 мм.
• Накосные ноги нужны только для вальмовых крыш. Они представляют собой диагональные стропила, опирающиеся на мауэрлат по углам. Сечение принимается увеличенным, обычно 150х200 или 100х200 мм.
• Конструкция деревянной крыши предполагает наличие затяжек, подкосов и стоек. Они предназначены для того, чтобы уменьшить нагрузку на основные элементы. При строительстве дома своими руками важно помнить, что стойки нельзя опирать на пролет перекрытия. Установка возможна только на нижележащие стены или на прогоны, перекинутые между стенами. Монтировать такие элементы на перекрытие можно только в том случае, если оно рассчитано на такую нагрузку и усилено в нужной зоне.
• Обрешетка нужна для того, чтобы сделать основание под покрытие. Для металлочерепицы и фальцевой кровли обрешетка может быть разреженной из досок толщиной 32—40 мм. Для битумной черепицы нужно сплошное основание из досок толщиной 25—32 мм или влагостойкой фанеры.
• Для того чтобы сделать вылет карниза, устанавливают кобылки. Они становятся продолжением стропил. Крепление кобылки к стропилу выполняется на длину минимум 1 м. Сечение элемента обычно принимается 50х100 мм.

Несущие элементы вальмовой крыши
Еще один элемент стропильной системы — ферма. Это цельная конструкция, которая состоит из стропил, затяжек, подкосов и стоек, жестко соединенных между собой. Ферма имеет треугольную форму, а внутри разбита на несколько более мелких треугольников, что обеспечивает ей хорошую устойчивость.

Что лучше – бревна, брус или доски?

Стропильная система обязана быть прочной, но не тяжелой. Конечно, для несущей основы кровли крупных промышленных зданий и многоэтажек, приходиться использовать металл или железобетон. А для обычных частных домов – это ненужное излишество. Стропила в этом случае делают деревянными – из досок, бруса (обычного или клееного), бревен.

Бревна используются редко, исключительно для срубов. Этот материал слишком увесистый, требующий от плотника высокого профессионализма и способности выполнять сложные врубки в местах креплений.

Брус – самый лучший вариант, из которого можно смонтировать прочные и долговечные стропила. Единственный недостаток бруса – высокая цена.

В качестве замены брусу часто используют более дешевые доски, толщиной минимум 40-60 мм. В список их преимуществ также можно включить небольшой вес, удобство в монтаже и высокий запас прочности.

К выбранному пиломатериалу предъявляют следующие требования:

• Минимально допустимые сорта древесины – 1-3. Наличие сучков допускается в небольшом количестве (лучше обойтись вообще без них!), не более трех сучков, высотой до 3 см, на 3 м.п. Трещины также допустимы, но они не должны пронизывать древесину насквозь, их длина не может превышать половину длины материала.
• Допускается использовать высушенную древесину с влажностью до 18-22%. Если эти показатели будут выше, стропила, по мере высыхания, могут потрескаться или выгнуться и потерять свою форму.
• Несущие части стропильной системы выполняют из материала, толщиной от 5 см, шириной от 10-15 см.
• Длина элементов из хвойных пород – до 6,5 м, а из твердых лиственных – до 4,5 м.
• Все деревянные части стропил, до начала эксплуатации, должны быть обработаны защитными составами, предотвращающими их гниение, возгорание и повреждение насекомыми-древоточцами.

Формы крыш

Кровли скатных крыш бывают разных форм. Здесь стоит выделить:

• односкатные;
• двухскатные;
• четырехскатные (шатровые и вальмовые);
• ломаные.

Наиболее распространены двухскатные и четырехскатные вальмовые крыши
Самый распространенный вариант — это двухскатная или четырехскатная вальмовая крыша. Первая требует устройства фронтонов. Ломаные актуальны при возведении мансарды. Сначала стропила идут под крутым углом, а потом под меньшим. Такая технология позволяет поднять потолок мансардного помещения. Также рекомендуем прочитать про стропильную систему полувальмовой крыши.

Конструкция стропил для обустройства крыши с двумя скатами

Конструкция стропильной системы двухскатной крыши предполагает наличие таких составных деталей:

• Мауэрлат. Он представляет собой прочный брус из дуба, сосны, лиственницы или другой крепкой породы древесиной, который укладывается по периметру на несущие стены строения. Назначение мауэрлата – равномерно распределять нагрузку. Сечение брусков выбирают, исходя из их строения – цельные или клееные, а также от возраста постройки. Чаще всего используются балки 100×100 или 150×150 мм.
• Стропила. Из таких элементов создается вся конструкция (про

Типы стропил

Выделяют две конструкции:

• с наслонными стропилами;
• с висячими стропилами.

Устройство крыши деревянного дома возможно только с использованием первых. Это вызвано двумя правилами:

• висячие стропила должны крепиться к мауэрлату жестко;
• в деревянном доме стропила должны крепиться к мауэрлату шарнирно.

Два этих высказывания противоречат друг другу, поэтому стропильная система деревянного дома может содержать только наслонные элементы.

В деревянном доме монтируют только наслонные стропила

Наслонные балки представляют собой элементы, которые опираются на мауэрлат в нижней точке и на коньковый прогон в верхней. Это позволяет уменьшить горизонтальный распор, который действует на стены, когда стропила пытаются разъехаться и принять горизонтальное положение. Элементы могут быть усилены стойками или подкосами. Схватки в этом случае можно располагать через одну пару ног.

Висячие баки опираются только в нижней точке на мауэрлат. Наверху они просто упираются друг в друга. Чтобы система из деревянных элементов не разъехалась, обязательно делают затяжки. Лучше устанавливать их на каждую пару ног. Такой вариант характеризуется сильным действием распора на наружные стены, но зато позволяет получить больше свободного пространства внутри мансарды.

Висячие стропила

Такая система отлично подходит для двускатных крыш с пролетом, длиной менее 6 м, при этом внутри дома нет промежуточных стен. В качестве нижней опоры для стропил используется мауэрлат, а в верхней части – они опираются друг на друга. Для уменьшения распирающего усилия стропил на стены дома используется затяжка. Затяжки для балок устанавливают внизу стропил.

Вместе с тем, эти элементы используются и как балки перекрытия. Стоит отметить, что железобетонное перекрытие верхнего этажа тоже может выступать в роли затяжки. Если затяжку установить выше, то она уже называется ригелем. Если расстояние между внешними стенами превышает 6 метров, возникает необходимость в использовании опорных стоек и раскосов для удержания стропил. Вместе с тем, размер стропил для двухскатной крыши по длине в месте за подпоркой не должен превышать 4,5 м.

Стоит выделить ряд важных фактов о конструкции висячих стропил:

• Упор для свеса крыши не стоит располагать на нижней части свисающих за пределы стен стропильных ног. Для этих целей оптимально подойдет кобылка. В таком случае нога сможет опираться на поверхность мауэрлата всей плоскостью. Диаметр бруса для кобылок, как правило, не превышает сечение стропил.
• На скат крепится ветровая доска, по направлению от конька к мауэрлату. Уклон делается от чердака. Это нужно для придания крыше жесткости, чтобы она не деформировалась под действием ветра.
• Если в вашем распоряжении имеются деревянные стропила с влажностью, превышающей 18 %, имейте в виду, что стропильная система, после того как дерево высохнет, может начать шататься. В этой связи, при соединении деревянных элементов, в качестве крепежа используйте не гвозди, а болты, так как их можно в любой момент подтянуть. Лучше всего, конечно, подойдут ершенные гвозди или саморезы.

Соединения

Перед тем как сделать стропильную систему своими руками, нужно внимательно изучить узлы. Чтобы построить свой дом, не стоит экономить время или деньги. Только в этом случае результат будет радовать долгие годы.

Основные узлы соединения стропил

Узлы крепления стропильной системы кровли, которые заслуживают особого внимания, представлены следующими:

• крепление мауэрлата к стене;
• крепление стропил к мауэрлату;
• крепление стропил в верхней точке;
• сращивание стропил по длине.

Мауэрлат к стене

Этот узел может быть выполнен несколькими способами. Выбор во многом зависит от материала стены. Строительство здания из кирпича, блоков или бетона позволяет использовать следующие методы:

• на проволоку;
• на скобы;
• на шпильки;
• на анкера с устройством монолитного пояса по обрезу стены.

Соединение мауэрлата со стеной при строительстве кирпичных зданий выполняется с помощью анкеров
При деревянном строительстве в качестве мауэрлата выступает верхний венец стены. Его соединяют с предыдущими на нагеля. В каркасном доме мауэрлат — это верхняя обвязка стен. Ее фиксируют на стойки каркаса за счет врубки и металлических уголков с отверстиями для саморезов. Подробнее о креплении мауэрлата к стене.

Стропила к мауэрлату

Крепеж осуществляют двумя способами:

• жестко для зданий из кирпича, бетона или бетонных блоков;
• шарнирно для деревянных домов.

Жесткое крепление может быть с врубкой или без нее. Врубку рекомендуют делать на стропилах, а не на мауэрлате, поскольку это ослабляет его. В обоих случаях ногу жестко фиксируют гвоздями, саморезами, скобами или металлическими уголками.

При жестком креплении врубку лучше делать на стропилах и фиксировать конструкцию с помощью крепежей

Для шарнирного крепления используют специальную деталь — салазки. Они позволяют балке без препятствий перемешаться при усадке стен здания.

Шарнирное соединение дает балке возможность смещения

Дополнительно стропильные ноги крепят к стене. Это нужно для того, чтобы крышу не сорвало ветром. Для крепления используют скрутку из двух проволочек диаметром 4 мм, закрепленные в стену на анкер или ерш. В деревянном доме скрутку можно заменить скобами. Крепление осуществляют на каждую балку или через одну.

В уровне конька

Наслонные элементы опирают на коньковый прогон с врубкой. Дополнительно с двух сторон делают накладку из доски. Накладка нужна и для висячих элементов. Она может быть деревянной или металлической с отверстиями под саморезы.

Коньковый прогон и стропила соединяют с помощью врубки

Сращивание стропил

Существует несколько методов сращивания стропил на крыше своими руками. Выбор между ними во многом зависит от опыта мастера. Место сращивания располагают на расстоянии 0,15 длины пролета от опоры. При этом опорами считаются не только коньковый прогон и мауэрлат, но и подкосы и стойки.

Сращивание стропил по длине

Выделяют пять способов:

• стыковое соединение;
• косой прируб;
• внахлестку;
• составные ноги;
• спаренные ноги.

Чтобы построить качественную крышу, нужно внимательно изучить технологию, правильно выбрать тип стропил и способы соединения элементов в важных узлах. Это особенно важно, когда возводится стропильная система своими руками.

Наслонные стропила

Данный тип стропильной части крыши устанавливают в тех местах, где длина пролета достигает 10 — 16 м. Есть возможность предусмотреть любой уклон, при этом внутри дома должны присутствовать несущие стены или колонны. Верхняя часть стропильных ног стыкуется с коньковым прогоном, а нижняя – фиксируется на мауэрлате. Коньковая балка в свою очередь опирается на внутреннюю стену дома или на стойки. В применении затяжек нет надобности, поскольку нагрузка распределяется только в вертикальной плоскости.

В случае длины пролета до 16 метров, вместо коньковой балки можно использовать два боковых прогона, подпирающих стойки. Для предотвращения прогиба стропильных ног нужно установить подкосы и ригели. Если вы планируете установить мансарду, в качестве опоры под наслонные стропила можно использовать стену с высотой от 1 до 1,5 метров. Как вариант, можно установить ломаную мансардную крышу.

Во время строительных работ по установке стропильной конструкции двускатной крыши стоит учитывать такие факторы:

• Все конструкционные элементы должны быть толще 5 см.
• Все элементы системы стропил должны быть гладкими и прогаблеванными. Это защитит их от гниения и поражения грибком.
• Выполняя устройство крыши, нельзя дополнять конструкцию сомнительными элементами, так как это может привести к неправильному распределению нагрузки и порчи кровли в будущем.
• Мауэрлат должен быть уложен четко по горизонтали относительно стен. Горизонтально должна быть состыкована и поверхность мауэрлата со стропильной ногой. В противном случае опора может попросту опрокинуться.
• Стойки и подкосы должны быть расположены максимально симметрично.
• Нужна хорошая вентиляция для того, чтобы стропила не намокали и не начинали гнить. Для вентилирования в крыше мансарды делают просветы, а в крыше чердака – продухи.
• В местах стыковки стропильных узлов с кирпичной кладкой требуется монтаж гидроизоляции. Иначе, сконденсированная влага начнет портить древесину.
• Стропильная нога, у которой нет опоры, должна быть длиной, не превышающей 4,5 м.

Смета и расчеты

Форма крыши учтена, проект разработан, материал выбран. Следующий шаг – правильно рассчитать количество материалов. Проще говоря, составить смету. Главная ошибка при составлении сметных расчётов – основываться на общих рекомендациях, которые не учитывают индивидуальные особенности каждого конкретного проекта.

Как уже было сказано выше, первым делом, следует произвести расчет нагрузок. Это поможет определиться с сечением несущих стропильных элементов. При выборе широты и высоты бруса для кровли, помимо нагрузки, следует учесть шаг укладки, пролет и кровельный материал. Исходя из получившихся результатов, можно уже обзванивать поставщиков и уточнять цены на материалы.

Если крыша планируется утепленная, то расчет размера бруса для стропил (его сечение) должен производится с учетом толщины теплоизоляционного материала, так как при монтаже, утеплитель должен укладываться вровень с несущими балками.

Прочие деревянные элементы системы обычно принимаются конструктивно:

• мауэрлат — 150×150 мм;
• затяжки — 50×150 мм;
• накладки — толщина составляет 32–50 мм.
• стойки — 100×150 мм / 100×100 мм (зависит от сечения стропил);
• прогоны — 100×150 / 150×50 мм (зависит от нагрузки);
• подкосы — 100×150 мм / 50×150 мм (зависит от сечения стропил);

Расчет высоты конька крыши

Уклон крыши обычно делается от 10 до 60°. В зависимости от материалов кровли и климата, уклон может быть круче или более пологим. Кроме того, чем круче крыша, тем больше на нее уйдет материалов.

Расчет уклона крыши.

Высоту конька вычисляют с помощью данных, приведенных в таблице 1.

Таблица 1

Наклон крыши и коэффициент, соответствующий каждому углу

Пример расчета:

Ширина строения – 9 м. Определим высоту конька стропил, если уклон кровли 20°. Для этого половину ширины умножаем на коэффициент, соответствующий данному уклону: 4,5 * 0,36 = 1,62 м. Получаем высоту поднятия стропил на 1,62 м.

Как рассчитать стропила крыши

Перед тем, как начать делать каркас крыши своими руками, нужно высчитать длину и толщину балок.

Расчет сечения балок

Сечение стропильных балок напрямую связано с их длиной и шагом крепления. Для определения соотношения этих показателей существуют специальные калькуляторы с помощью которых не сложно произвести расчет и ГОСТы.

Расчет соотношения длины и сечения балок в виде таблицы:

Судя по цифрам, если длина стропила большая, то расстояние межу ними уменьшается, а сечение увеличивается. Если взять стропила меньшего сечения и не произвести нужный расчет, то с годами крыша просядет.

Отпиливать балки- ноги после того, как сделан расчет, нужно одной длины и монтировать каждую пару стоит на оной прямой линии.