Конструкции крыш с наслонными стропилами

Это простые и понятные в деле возведения конструкции. Кроме того, узлы соединений элементов наслонных стропил наиболее отработаны.

Суть работы наслонных стропил

Наслонные стропила с двух сторон опираются на горизонтальные элементы конструкции. Здесь возможны два варианта.

Конструкция наслонных стропил: а - односкатной крыши; б - двухскатной крыши; в — схема работы наслонных стропил; 1 - мауэрлат; 2 — стропило; 3 — обрешётка; 4 — кобылка; 5 — коньковый прогон (конёк); 6- стойка; 7- подкос в плоскости стоек; 8 - подкос под стропило (в плоскости стропил); 9 - лежень.

В односкатных крышах оба конца стропил опираются на наружные стены. Учитывая возможную длину стропил 6,5 м, пролёт (расстояние между стенами) не должен превышать 5...5,5 м. Это простейшая стоечно-балочная конструкция, которая не включает в себя никаких дополнительных элементов.

Говоря о параметре наибольшей длины стропил, мы имеем в виду натуральное дерево, а не клеёную древесину, длина бруса из которой может быть значительно больше.

В двухскатных, четырёхскатных и многоскатных крышах нижний конец стропил также опирается на наружную стену, а верхний конец опирается на прогон:

• либо коньковый в случае равных пролётов,
• либо на прогон, расположенный ниже верхнего конца стропил - боковой, в случае неравных пролётов.

Прогон, в свою очередь, опирается на стойки, которые установлены на внутренние опоры - стены, колонны.

В обоих вариантах суть наслонных стропил остаётся - это работа стоечно-балочной системы, схема работы которой в случае наслонных стропил показана на рисунке.

Таким образом, получается, что достоинство простоты и незамысловатости наслонных стропил может быть перекрыто некоторыми недостатками такой системы в двух- и более скатных крышах:

• обязательное наличие внутренних опор, особенно стен, не позволяют спроектировать большие просторные помещения; отдельно стоящие опоры помогают несколько уменьшить степень этого недостатка;
• в домах, крыша которых решена с применением наслонных стропил, практически не проектируют верхний свет: вся стропильная конструкция закрывается чердачным перекрытием;
• полноценному использованию чердачного объёма, например, устройству мансардного просторного помещения, мешают стойки и подкосы между стойками и подкосы в плоскости стропил.

Указанные недостатки могут быть устранены при проектировании продольных подкосов, об этом позже.

Элементы наслонных стропильных конструкций

В изучении этого материала Вам нужно запастись терпением и вниманием, поскольку к рассмотрению будет предложено много рисунков, взаимосвязанных между собой.

Стропильные конструкции являются классическим примером многоэлементных конструкций.

Сопряжение элементов производятся с помощью врубок, нагелей, скоб, гвоздей, металлических накладок.

Какова роль каждого элемента в этой системе, посмотрим в односкатных и двухскатных с вальмовым скатом крышах.

Мауэрлат. Мауэрлат укладывается по верхнему обрезу стен и служит для равномерного распределения нагрузки от стропил на стену. Чтобы не произошло загнивания деревянного мауэрлата, его отделяют от каменной стены прослойкой из какого-либо гидроизолирующего материала: подойдёт рубероид, толь, гидроизол и другие материалы с подобными свойствами.

К мауэрлату стропила крепятся с помощью лобового упора или врубки.

Стропила выступают за внешнюю поверхность стены на 600...800мм, образуя таким образом карниз (свес); с помощью свеса отводятся от стены атмосферные осадки. При этом возможно два решения свеса крыши:

• свес крыши образуется за счёт консольного выноса стропил;
• свес формируется с помощью кобылки - подбитой к стропилу доски, увеличивающей таким образом длину стропила; кобылки просто прикрепляются сбоку к стропилам гвоздями.

В пределах свеса кровли просветы между стропилами зашивают каким-либо материалом, например досками.

Во избежание срыва кровли в ветреную погоду стропила необходимо закреплять противоветровыми связями. На рисунке показано, как это делается. Каждое второе стропило обкручивают хомутом из проволоки (0 4...6 мм), которую затем анкером (костылём) крепят к стене. Закрепление можно произвести к балочным элементам чердачного перекрытия, но это может неблагоприятно сказаться на работе перекрытия.

Схема разрезов стропильных конструкций четырехскатных крыш с вальмой

Схемы разрезов стропильных конструкций двухскатных крыш с вальмой: а - вид конструкции и продольный разрез; 6 - конструкция при центральном положении внутренней опоры; в - то же, при ее нецентральном положении; г - конструкция при двух внутренних опорах; 1 - коньковый прогон; 2 - стропило; 3 - мауэрлат; 4 - стойка; 5 - лежень; 6 — подкос в плоскости стропил; 7— схватка; 8 — прогон; 9 — накосное ребро; 10 - шпренгель; 11 - подкос в плоскости стоек; 12 — нарожник; 13 — кобылка; 14 - прибоина; 15 - брус под накосные ребра; 16 - обрешетка.

Узел опирания стропила на мауэрлат: а — опирание стропила без кобылки; б — то же, с кобылкой; в - опирание стропила на мауэрлат, закрепленный к стене проволочной скруткой; г — то же, при закреплении мауэрлата анкером; 1 — свес стропила; 2 — стропило; 3 — мауэрлат; 4 — противоветровая связь (скрутка из проволоки через одно стропило); 5- гидроизоляция; 6- анкер; 7- кобылка; 8— противоветровая связь; 9— проволока-скрутка, заложенная в кладку через 1,5...2 м; 10 — анкер, заложенный в стену через 1,5...2 м.

Возможно крепление стропил к мауэрлату, но тогда мауэрлат необходимо закрепить к стене, чтобы исключить срыв крыши при сильной ветровом напоре. Одним из способов крепления является обкручивание мауэрлата проволокой-скруткой через каждые 1,2... 1,5 м. Проволоку заранее закладывают в стену в процессе её возведения. Как вариант, мауэрлат крепят к стене анкерами. Анкер представляет собой длинный стальной стержень (это может быть кусок стержневой арматуры), который пробивает насквозь мауэрлат и вбивается в подготовленное отверстие в стене, длина анкера - не менее 0,5 м. Оба способа одинаково хорошо крепят мауэрлат; какому из них отдать предпочтение, зависит от умения мастера.

В односкатной крыше верхний конец стропил аналогичным образом укладывается на стену.

Коньковый прогон. В двухскатной крыше при центральном положении внутренней опоры верхний конец стропил поддерживает коньковый прогон. Если стропила противоположных скатов расположены в одной плоскости, то они скрепляются между собой деревянной или металлической накладкой. Возможно соединение врубкой стропил «вполдерева». Если же стропила укладываются на коньковый прогон попеременно, то они просто сбиваются гвоздями.

В случае нецентрального расположения внутренней опоры коньковый прогон как таковой отсутствует. Тогда стропила с одной стороны укладываются на боковой прогон, а коньковое ребро образуется упиранием друг в друга стропил противоположных скатов. Соединение стропил в коньке также можно соединить с помощью накладок.

Стойки и лежень. Коньковый прогон поддерживается стойками, которые устанавливаются с шагом 3...6 м:

Подкосы. Очень важными элементами в системе наслонных стропил являются подкосы, которые устанавливаются в продольном и поперечном направлениях.

Подкосы в продольном направлении:

• разгружают прогоны, так как, по сути дела, стойки, прогоны и подкосы образуют подстропильную раму, способную воспринять различные нагрузки; поэтому подкосы помогают сократить количество стоек, если это необходимо по замыслу архитектора;
• обеспечивают жёсткость стропильной конструкции в продольном направлении; действительно, с подкосом создаётся геометрически неизменяемая форма - треугольник, которая придаёт жёсткость конструкции; в этом случае, если нагрузка на прогон небольшая (например, в южных районах, где снеговой покров мал или отсутствует), подкосы можно установить только у одной стойки - центральной.

Соединение подкосов к коньковому прогону производится с помощью врубки.

В задачу поперечных подкосов входит:

• придание жёсткости конструкции в поперечном направлении; с этой целью подкосы достаточно ставить через стропило;
• облегчение работы стропил при значительной нагрузке на кровлю (снеговой нагрузке, тяжёлого кровельного материала, например черепицы); при введении подкоса стропило превращается из однопролётной балки в двухпролётную; в этом случае подкос устанавливают под каждое стропило;
• поддержка узла соединения стропил: если длина стропила превышает длину стандартной древесины (6,5 м), что происходит на больших пролётах, то стропило делают составным, и в этом случае узел соединения частей стропила подпирают подкосом; здесь подкос так же устанавливают под каждое стропило.

Узлы соединения элементов стропильных конструкций: 1 - коньковый прогон; 2 - стропило; 3 - скоба (стержень d = 12 мм); 4 - стойка; 5 - лежень; 6 — подкос в плоскости стропил; 7- схватка; 8— прогон; 9— накосное ребро; 10 — доски с двух сторон подкосов; 11 — подкос в плоскости стоек; 12 — гидроизоляция; 13 — гвозди; 14 - прибоина; 15 — болт d=12мм.

На внутренних опорах подкосы желательно устанавливать с двух сторон, чтобы погасить распор, возникающий в нижней части подкосов. Но иногда можно отступить от этого правила. Например, когда нужно организовать внутренне пространство.

Крепление нижней части подкосов может производиться:

• к лежню, если он есть, с помощью врубок, а между собой крепление подкосов фиксируется скобами; возможно крепление подкосов к стойке — также с помощью скоб; примечательно, что для нормальной работы конструкции угол между подкосом и стойкой не должен превышать 45°;
• врубкой в стойку; врубка производится под определёнными углами; здесь также производится фиксация подкосов скобами;
• друг к другу, если стойки нет; подкосы соединяются между собой досками, прибитых с обеих сторон к подкосам.

Опирание стропил на подкосы происходит и в случае ассиметричного расположения внутренних опор и при значительных пролётах: стропила на одном скате опираются на боковой прогон и подкосы, а на другом - на подкосы; в верхней точке стропила упираются друг в друга. Стропила могут опираться и с двух сторон на боковые прогоны, что происходит в случае двух внутренних опор.

Схватка (стяжка). При значительных пролётах в общую конструктивную схему вводят горизонтальный элемент — схватку, или стяжку. Схватка придаёт дополнительную жёсткость в поперечном направлении и гасит возникающий в конструкции распор. Схватку располагают ниже прогонов.

Диагональные стропила. Накосные рёбра и рёбра разжелобков (ендов) в местах пересечения скатов делают из диагональных стропил. Диагональные стропила, накосные и ендовые, часто бывают значительной длины и испытывают большие нагрузки, чем рядовые стропила. Чтобы их разгрузить, вводят подкосы в виде балок или шпренгелей; в виде опоры подойдут и стойки.

Диагональные стропила опираются на коньковый прогон. Если конькового прогона нет, то обходятся прибоиной, подбитой к стропилам.

Для опоры диагональных рёбер вместо прибоины может быть изготовлен специальный брус, их поддерживающий.

Нарожники. Вальмовый скат формируется за счёт нарожных стропил (нарожникое), с одной стороны опирающихся на мауэрлат, а с другой - на накосные рёбра.

Все нижние опорные узлы стропильных конструкций располагают на некотором расстоянии от верхнего уровня чердачного перекрытия; это нужно для удобства периодического осмотра узлов. В малоэтажных домах достаточно 150...400 мм.

Обеспечение жёсткости наслонных стропильных конструкций

Несмотря на то, что о жёсткости стропильной конструкции упоминалось в предыдущем подпараграфе, считаем нужным ещё раз об этом сказать.

Жёсткость конструкции в поперечном направлении вполне обеспечивается за счёт того, что стропила расположены в противоположных скатах, поэтому удерживают конструкцию от скособочивания. Обрешётка, которая потом набивается под кровельный материал, также способствует жёсткости. При значительных пролётах вводим подкосы.

Иная картина наблюдается в продольном направлении: здесь от потери конструкцией жёсткости не удержит ничего, если не принять меры. Такими мерами являются подкосы, которые монтируются между стойками, в их плоскости. Кроме обеспечения жёсткости подкосы в продольном направлении выполняют и другие функции, о которых было рассказано выше.

Параметры элементов наслонных конструкций. Шаг стропил

В частном домостроении элементы стропильных конструкций выполняются, как правило, из дерева. Отдельные элементы, например прогоны, большой длины накосные рёбра и другие, могут быть выполнены из стального проката. При этом нужно принимать меры по изоляции дерева и металла в местах их соединения.

На практике параметры стропильных элементов рассчитываются в зависимости от нагрузок: снеговой, ветровой, массы самой стропильной конструкции и кровельного материала. Ориентировочно можно воспользоваться данными таблицы, которые ориентированы на предложения современного строительного рынка.

Стропила раскладываются с шагом 0,6... 1,2 м. Шаг рассчитывается не только в зависимости от нагрузок, действующих на конструкцию, включая массу кровельного материала, но также от расчётного пролёта стропил и их сечений. В таблице показана зависимость шага стропил от материала кровли и пролёта (рассчитано для II климатической зоны).

Устройство теплозащиты скатной крыши

Как уже говорилось выше, стропильная конструкция выполняет несущие функции. Если чердачное или мансардное помещение предполагается быть тёплым, то нужно предусмотреть теплоизоляцию его от наружного холодного воздуха. Тогда мы будем иметь дело с совмещённой крышей, в которой несущие и ограждающие (прежде всего, теплоизолирующие) функции соединены в одной конструкции.

Утепляющий слой прокладывают между стропилами (лучше минеральную вату - негорючий материал). Снизу утеплитель поддерживает обшивка потолка. Со стороны помещения утеплитель защищается пароизоляцией. Полный состав слоёв рассмотрен в разделе «Кровли».

При необходимости дополнительной теплозащиты утеплитель может располагаться не только между стропилами, но и под ними. Это целесообразно делать, если высоты сечения стропил недостаточно для размещения между ними утеплителя требуемой толщины. Например, для условий Москвы и области требуется 200 мм утеплителя, тогда как расчёт показывает, что высоты сечения стропил достаточно 150 мм.

Расположение утеплителя в стропильной конструкции: а - утеплитель между стропилами; б - утеплитель между и под стропилами; в - утеплитель на стропилами; 1 - стропило; 2 - утеплитель; 3 - пароизоляция.

Иногда утеплитель располагают над стропилами. В этом случае стропила открыты и могут быть красиво обыграны соответствующим архитектурным замыслом.

Не надо прямолинейно воспринимать, что утеплитель нужен только для утепления в холодных районах. Этот материал не зря называют теплоизолирующим. В теплых районах он поможет предотвратить перегрев чердачного помещения.