Система стропил для двускатной кровли: типы конструкций, особенность сборки, назначение

Двускатная крыша – это классический симметричный модуль либо ассиметричный конструктив, включающий две стороны прямоугольной формы. Скаты имеют определенный угол расположения относительно друг друга. Чтобы каркас крыши был надежным, его конструкция включает различные детали опоры и удерживающие элементы. Главная роль отведена стропильной системе.

Классификация систем установки стропил

Архитектура двухскатной крыши представлена двумя разновидностями систем сборки стропил.

1. Расположение стропил наслонного типа.
2. Конфигурация из стропил висячего типа.

Висячая система расположения стропил применяется при возведении средне и малогабаритных построек, когда пространство от одной наружной стены до другой не превышает 10 м. Второе немаловажное условие – отсутствие перегородки несущего типа, разделяющей строение на две части. Наличие вертикального перекрытия несущего типа подразумевает каркас кровли из наслонных стропил.

Когда строение зонируется колоннами, остов крыши собирается на основе обеих систем стропильного соединения. Наслонная конструкция упирается в колонны, а висячая размещается в остальном промежутке.

Система соединения стропил висячей структуры: технические параметры и возможности

Особенность данной конструкции состоит в том, что опорной точкой стропилам служат боковые стены. Слабой стороной схемы является нагрузка распирающего типа, которая со временем усиливается из-за деформации стропил и может нарушать целостность стен. Минимизировать объем нагрузки позволяет сшивание стропильных ног затяжкой. Элемент превращается в треугольник, устойчивый к деформациям под нагрузкой и имеющий трехшарнирную основу.
Второй вариант усиления висячих стропил – дополнительные балки перекрытия. Данный конструктив востребован при монтаже мезонина под крышей.
Структура висячего расположения стропил также подразделяется на несколько видов.

1. Классическая трехшарнирная конструкция – замкнутый треугольник.

Деревянные стропила испытывают нагрузку на изгиб. Стяжка стропил по этой схеме не является несущей структурой, следовательно, допускается применение крепежного стяжа из стали. Для карнизного узла применяются крепления из досок или пластины из стали.

2. Трехшарнирная треугольная арка с усилением.

Для повышения устойчивости конструкции под нагрузкой используют специальную бабку или подвес. Такой конструктив оптимален для возведения ангаров или сельскоходяйственных  строений, у которых пролет варьируется от 6 до 10 метров. Затяжка формируется из нескольких элементов, а ее масса распределяется по коньку крыши. Элементы соединяются горизонтальным или косым прирубом. Подвеска из деревянных деталей называется бабка, из железных элементов – тяж. Затяжка крепится посредством деревянных накладок к подвеске. В качестве переходников используются специальные хомуты, позволяющие регулировать натяжение при провисании детали. Данная схема применяется исключительно для возведения временных хозяйственных построек.

3. Трехшарнирная арка-треугольник с завышенной затяжкой.

Данная конструкция оптимальна для монтажа мансардного пространства. Растяжка устанавливается не на уровне нижнего крепления стропил, а выше, что позволяет увеличить уровень нагрузки при растяжении. Мауэрлат служит для фиксации стропил. Равномерное распределение нагрузки на каждый элемент позволяет сформировать устойчивый каркас крыши. Чтобы затяжка со временем не подвисла, для равновесия используют дополнительную деталь – подвеску. Такое решение позволяет укладывать несколько слоев изоляционных материалов.

4. Треугольная арка на трех шарнирах с ригелем.

Данная схема актуальна для строений, подвергающихся высокой распорной нагрузке. Основание арки комплектуется затяжкой, а верхняя часть элемента удерживается ригелем – вид затяжки, противостоящий сжатию. Конструкция включает три опоры на два пролета.

5. Арка-треугольник на трех шарнирах с подкосами и бабкой.

Подкосы применяются при монтаже длинных стропил, чтобы они не деформировались под нагрузкой. Их упирают в бабку. Формируется устойчивый жесткий каркас, принимающий нагрузку от верхней части системы к низу по ниспадающей. Система предполагает использование составной затяжки, объединенной прирубом.

Устройство системы с наслонным расположением стропильных пар

Наслонная система расположения стропил предполагает установку вертикальной опорной балки по центру строения. Вес готовой кровли перераспределяется посредством балки от конька к несущей перегородке. При разработке плана необходимо расположить промежуточную несущую стенку на равноудаленном расстоянии от наружных стен строения. Данный тип конструкции применяется для монтажа кровли зданий габаритами больше 10 м.
Стропильная система расположения элементов по наслонной схеме имеет несколько вариантов сборки.

1. Безраспорная установка стропил. Особенность данной конструкции заключается в том, что стропила подвергаются нагрузке, приводящей к изгибу. Воздействие на стены, приводящее к их распору, система не оказывает. Кровельщики применяют три способа монтажа безраспорных стропил. Наиболее подходящий вариант подбирается с учетом максимальной нагрузки на наружные стены и внутренние перекрытия.

•       Первый способ подразумевает применение в качестве опоры для стропил специального бруска, нашитого на мауэрлат. Крепление осуществляется с пазовой врезкой, для страховки применяются хомуты. Верхний конец стропил укладывается на прогон конька и скрепляется стальными элементами.
•       Второй вариант наиболее распространенный благодаря надежности конструкции и простоте монтажа. Верхний конец стропил укладывается на прогон конька,  каждый элемент крепится к нему индивидуально. Нижняя часть фиксируется к мауэрлату с помощью подвижного соединения. Для увеличения прочности каркаса, ногу подбивают гибкой металлической пластинкой или гвоздем.
•       Последний вариант предусматривает жесткое крепление стропильных ног к прогону конька. Для неподвижной фиксации набиваются брусы или дощечки с обеих сторон стропильной пары, зажимая прогон конька. Балка будет подвергаться повышенной нагрузке на изгиб, зато стропильная система станет устойчивее к деформации. Данная схема сложнее в исполнении, к ней прибегают реже, чем к предыдущему варианту монтажа стропильной системы.

2. Распорные стропила. Расположение стропил отличается от предыдущей схемы монтажа способом крепления нижней части элементов. Подвижный способ крепления в этом случае сменяется на жесткую фиксацию. Такая конструкция предусматривает распирающую нагрузку на внешние стены. Распорные стропила чаще всего применяются в качестве переходного звена от наслонной системы к висячему расположению элементов. Для установки наслонных распорных стропил необходимо прочно закрепить мауэрлат, возвести прочные стены максимальной толщины.
3. Стропила с подкосами. Подкос или подстропильная нога работает на сжатие каркаса. Его устанавливают под сорока пяти градусным углом. Эта конструкция позволяет перекрыть пролет до 14 м. Решающее значение имеет точность среза угла, с учетом наклона ноги стропила. После монтажа элемента, он прочно закрепится и не станет смещаться. Толщина бруса для изготовления стропил определяется с учетом нагрузки на сжатие.
4. Наслонная стропильная система с подстропильными балками. Данный способ монтажа каркаса крыши актуален для крупногабаритных зданий с двумя внутренними перегородками несущего типа. Подстропильные балки представляют собой стойки с дополнительными деревянными прослойками, уложенными по длинной стороне ската. Для установки дополнительных опор используют внутренние стены строения. Стойки устанавливаются под каждую ногу. Верхние концы стропил состыковываются друг с другом под определенным углом, в зависимости от степени наклона балок, опоясываются накладками из досок или стальной лентой. У конька отсутствует прогон, поэтому применяется ригельная распорка. Нижняя часть стоек дополнительно крепится схватками. Деревянная схватка выполняет роль ригеля, противостоит сжатию, удерживает стойки на месте.

Крепление стропил для каркаса двускатной крыши

Каждая система установки стропил имеет собственную технологию монтажа, в зависимости от характеристик и параметров.

Последовательность сборки наслонных стропил

•       Установка опор для конькового бруса. Крепление стойки производится в нижней части к мауэрлату. Важно соблюдать правильный уровень вертикальной и горизонтальной плоскости расположения элементов.
•       Монтаж промежуточных опорных стоек соблюдает дистанцию шага в 2-2,5 м. для фиксации применяют затяжки или подпорки.
•       Укладка конькового бруса и крепление к опорным стойкам.
•       Попарное крепление стропил производится одновременно к коньку и мауэрлату. Важно соблюдать расстояние между парами стропил, предусмотренное проектом. Его определяет инженер-архитектор, опираясь на вес и несущие параметры покрытия кровли.
•       При необходимости устанавливаются дополнительные опорные стойки и подкосы.

Особенность установки висячей системы стропильного крепления

Технология сборки висячих стропил значительно отличается от наслонной системы. Элемент из пары стропил и затяжки скрепляют на земле. Для упрощения и ускорения рабочего процесса создается шаблон, по которому соединяются друг с другом стропила и стяжка. После изготовления необходимого количества ферм, детали поднимаются на крышу.
Вес одной фермы довольно большой и поднимать элемент вручную рискованно. Потребуется услуга подъемного крана и дополнительные расходы.
Наиболее сложный и ответственный момент – расстановка ферм с необходимым шагом. Элементы временно закрепляются укосинами. Специалисты проверяют и корректируют уровень расположения ферм, чтобы детали имели одну высоту, и только после этого приступают к монтажу обрешетки. Нижняя часть стропил прочно крепится к мауэрлату. Для крепления используют болты.
После установки стропильной системы можно приступать к укладке кровельного материала.

Как проводится расчет стропил?

Чтобы собрать крышу дома строго в соответствии с проектом, необходимо рассчитать параметры стропил:

•       длина;
•       толщина пиломатериала;
•       размер шага между стропилами.

Расчет длины довольно прост. Для этого достаточно воспользоваться теоремой Пифагора: квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов, где под гипотенузой подразумевается длина стропил, а под катетами – высота крыши и половина ширины строения. Данные параметры легко замерить, а формулу можно подсмотреть в обычном школьном учебнике. К полученной длине можно добавить до 55 см, чтобы создать защитный козырек и предотвратить попадание влаги под кровельный материал.
Шаг установки рассчитать сложнее. Необходимо принять во внимание массу кровельного покрытия и нагрузку, которую будут оказывать осадки. Чем выше нагруженность стропил, тем меньше расстояние между фермами. На практике размер шага между стропильными парами варьируется от 60 см до 2 м. Широкий шаг целесообразно применять при монтаже профнастила с большой волной гофры.

Толщина бруса для изготовления стропил подбирается с учетом длины ног, размером промежутка между фермами, предельно допустимой нагрузки. Чем выше уровень нагрузки на систему стропил, шире шаг и длиннее нога, тем большее сечение должно быть у пиломатериала.
Нагрузка на кровлю в целом и отдельные стропила бывает разной.

•       Основная нагрузка – вес каркаса крыши и укрывного кровельного материала.
•       Дополнительная нагрузка – влияние температурного режима, снежного заноса, гололеда, шквального ветра и других погодных факторов.
•       Форс-мажорные нагрузки – аварийные ситуации техногенного характера.

Угол наклона стропил для двускатной крыши нельзя определять наобум. Его подбирают с учетом предполагаемого кровельного материала. Согласно стандартам ГОСТ покрытие нельзя укладывать на крышу, если угол наклона стропил меньше или больше требуемого. Так, минимальный угол наклона системы стропил может составлять для материалов:

•       профнастил – 12 градусов;
•       гибкая черепица – 15 градусов;
•       металлочерепица – 14 градусов;
•       асбестоцементный шифер – 22 градуса.

Неправильно подобранный угол наклона стропил увеличивает уровень нагрузки на систему, снижая период эксплуатации кровли и увеличивая риск преждевременного обрушения. Угол наклона стропил напрямую влияет на высоту крыши и, следовательно, на длину стропильных ног.
Все расчеты необходимо внести в схему, также на плане следует указать степень нагрузки и предполагаемое количество материалов. И только затем может производиться другая работа: монтаж обрешетки, укладка мягкой кровли и т.д.

Подводя итоги

Двускатная крыша – традиционная конструкция, в основе которой лежит одна из двух стропильных систем. Критерий выбора оптимальной системы сборки стропил опирается на габариты строения, степень нагрузки, приходящейся на стропильные ноги. Все нюансы необходимо правильно рассчитать, чтобы крыша получилась прочной и надежной. Правильно подобранный тип стропильной системы и способ сборки увеличивают запас прочности и износоустойчивости кровли.