Стропильная система в деталях: виды конструкций, устройство и разбор основных элементов

Узлы стропильной системы двускатной крыши

Основные типы соединений в узлах несущей конструкции кровли мы уже рассмотрели выше. Но имеет смысл подробнее остановиться на вспомогательных материалах, позволяющих сделать стропильную систему более надёжной и прочной.

Усилить крепление деталей при монтаже стропильной системы можно при помощи металлических пластин и уголков различной формы

Такие изделия производятся из оцинкованной стали толщиной до 1,5 мм. Они имеют различную конфигурацию и могут быть установлены на любом виде соединения.

Фотогалерея: виды соединений в узлах стропильной системы двускатной кровли

Все стыковочные узлы стропильной системы несут функцию усиления стропил за счёт перераспределения нагрузок и упрочнения несущих элементов. Так, в нижней части стропило опирают на мауэрлат под прямым углом, для чего выполняют соответствующие врезки.

Для усиления стропильной системы стараются использовать соединения с максимальной несущей способностью, например, врезку стропила в мауэрлат под прямым углом

Кроме того, для дополнительного усиления в стыковочных узлах используются металлические крепёжные пластины. Этот же принцип используется и при установке подкосов к стропилу. В любом случае сопрягаемые детали должны работать «на упор» и не смещаться в процессе эксплуатации.

Любые детали должны нагружаться вдоль своей оси

Можно назвать три основных вида узлов в стропильной системе:

1. Коньковые соединения. Это стыковка двух стропильных ног под заданным углом по линии пересечения скатов. Могут быть шарнирными или глухими. Первые применяются при устройстве стропильной системы на брусовых или бревенчатых домах, которые склонны проседать и приподниматься в зависимости от сезона в течение практически всего срока эксплуатации. Глухие соединения используются в стропильных системах домов из строительного камня. В таких строениях поверх стены устанавливается армированный пояс, который и принимает на себя боковые нагрузки.
2. Крепление нижних концов стропильных ног к мауэрлату. Поскольку они расположены под углом к опорному брусу, создаётся скользящий вектор, направленный во внешнюю от строения сторону. Для его компенсации в мауэрлате производится врезка, а на стропиле — пятка. Стропило вставляется в паз с упором на неё и крепится гвоздём через ребро балки в мауэрлат. Применяются также дополнительные опорные детали из брусков. В тех случаях, когда стропильная балка должна перемещаться (на деревянных срубах), применяются скользящие крепления. Они дают возможность компенсировать сезонные изменения высоты стен.
3. Другие узлы. Все остальные детали стропильных систем являются по сути упорными элементами, работающими на сжатие, редко — на растяжение. Они устанавливаются путём врезки в сопрягаемые детали, чтобы не допустить их смещения под нагрузкой. К таким деталям можно отнести ригели, подкосы, стойки, упоры и другие подобные детали.

Правила монтажа

Монтаж висячих стропил должен производиться с соблюдением определенных правил. Лишь в этом случае получится изготовить правильную и устойчивую конструкцию. Правила работ следующие:

все деревянные детали конструкции должны быть обработаны антисептическими составами, предотвращающими их разрушение и гниение;
важно пользоваться измерительными приборами, карандашом во время нанесения разметки;
семь раз отмерь – один раз отрежь. Это главное правило при монтаже кровли;

два противоположных друг другу стропила устанавливаются встык, а не внахлест;
для изготовления выемок можно использовать шаблоны, если материал используется достаточно ровный, а погрешность минимальна;
в качестве строительного уровня может использоваться натянутая бечевка

Она натягивается между двумя парами стропил (первой и второй);
промежутки между стропилами лучше всего отметить сразу на мауэрлате и коньковом брусе в соответствии с шагом их установки.

Соединение стропил в коньке

Нюансы крепления стропильных ног

Как вы уже знаете, узлы деревянных крыш самая важная составляющая возведения здания, а что может быть важнее крепления кровельного каркаса. Стропильные ноги могут крепиться к опорному брусу двумя способами.

• Жестким
• Скользящим

В первом случае вы получите максимально устойчивое соединение, которое лишает конструкцию всевозможных сдвигов, колебаний, поворотов и тому подобных манипуляций. Достигнуть этого можно при помощи запила или врубки. После того, как нога будет вставлена в созданную прорезь ее фиксируют при помощи гвоздей, проволоки, анкеров или любых других крепежных деталей.

Скользящая стыковка выглядит совсем иначе. Она насчитывает три степени свободы сопряжения. Стоит сразу отметить, что такой способ крепежа наиболее рационально использовать в деревянных домах, так как им свойственна большая усадка, в результате чего жесткие узлы могут серьезно пострадать. Для создания такого крепления вам потребуется упереть стропильную ногу в мауэрлат, где заранее было устроено зубовое соединение или прибит дополнительный брус. Соединяются такие детали при помощи уголка из металла. Что касается верхней части, то здесь соединение происходит той же врубкой, а край спиливается по косой так, чтобы обеспечивалось скользящее соединение.

Выбор конструкции кровли

Для устройства мансардного этажа вместо обычного чердака подойдут следующие типы крыш (изображены ниже на схеме):

• обычная двускатная с уклоном 45° и больше (крутая);
• ломаная кровля;
• четырехскатная полувальмовая.

Примечание. Как видно из схемы, различные полувальмовые покрытия – это усложненные двускатные кровли, так что рассматривать их отдельно нет смысла. В плане дизайна интерес представляет многощипцовая конструкция, показанная на фото, но для ее возведения нужен приличный опыт.

Двускатная мансардная крыша наиболее проста в исполнении и экономична в плане расхода материалов. Но за это придется расплачиваться меньшей полезной площадью и наклонными стенами пристроенного этажа, не позволяющими разместить высокую мебель. Это не станет проблемой, если в мансарде планируется обустроить спальню — кровати спокойно встанут около продольных стен. Другой способ решить вопрос – приподнять стропильную систему на необходимую высоту, как показано ниже на чертеже.

Кровля с ломаными формами — наиболее популярный вариант, поскольку позволяет сделать наверху полноценные жилые комнаты. Если не предусматривать на ее склонах выступающие окна, то по технологии монтажа такая крыша ненамного сложнее двускатной, хотя расход стройматериалов увеличится. Чтобы упростить вам выбор, предлагаем рассмотреть и сравнить 3 самых распространенных варианта мансардной надстройки для частного дома стандартных размеров 6 х 6 м:

1. Крутая кровля с двумя скатами, наклоненными под углом 45°.
2. Ломаная конструкция, где нижние стропила наклонены под углом 60°, а верхние – 30°.
3. То же, что вариант 1, только фермы подняты на высоту 60 см, а стропильные ноги стоят под углом 37,5°.

Все три сооружения мы для удобства изобразили на одном чертеже, который можно взять за основу для будущего строительства.

Примечание. В качестве основного стройматериала для изготовления стропил и других элементов каркаса взята доска поперечным сечением 50 х 150 мм.

Чтобы выбрать лучший из трех вариантов, предлагаем изучить сравнительную таблицу, где представлены параметры мансардных помещений из расчета на 1 погонный метр длины здания.

Зная длину кровельных скатов, указанный в табличке, можно приблизительно прикинуть расход стройматериалов для каркаса, покрытия и утепления. Следующая таблица дает возможность оценить общую площадь комнат второго этажа при реализации всех 3 решений в частных домах с различными размерами.

Монтаж вальмовых стропилин своими руками

Диагональные стропильные ноги в мансардной полувальмовой крыше предназначены для соединения края конька и углов фронтона. Их изготовление и установка имеет несколько специфических моментов, которые позволяют проделать достаточно точную работу:

• Вровень с внешней стороной мауэрлата на фронтоне устанавливают обрезанную доску размером 5*15 см и фиксируют ее одним или двумя гвоздями. Этот элемент позволяет сделать отметку места врубки, не выполняя лишних действий.
• Параллельно прогону под коньком на три или четыре рядом расположенные стропилины укладывают еще одну доску. Проверяя горизонтальность расположения, этот элемент подтягивают до ранее прибитой доски. Место пересечения этих элементов является точкой, через которую проводят горизонтальную линию запила.
• Используя доску 5*20 см, изготавливают диагональную стропилину. Для этого заготовку прикладывают к верхней части крайней фермы и к углу обрезанной доски. Для упрощения процесса все действия рекомендуется выполнять с напарником: один придерживает заготовку, другой делает отметку.
• На внешней стороне доски проводят горизонтальную линию, придерживаясь центральной оси.
• Определяют величину верхнего запила и переносят ее на нижний край заготовки.
• Полученное значение откладывается в четырех точках, определяющих объемное изображение стропилины.
• Заготовку снимают на землю и выполняют необходимые запилы.

Перед тем, как устанавливать диагональные стропильные ноги, необходимо убрать вспомогательную доску с мауэрлата. Готовые элементы устанавливаются на место и прочно закрепляются. Крепление стропилины вверху можно выполнять с помощью гвоздей, а внизу лучше использовать уголки.

Конструктивные элементы и детали

Все элементы стропильной системы взаимосвязаны между собой. Благодаря этому конструкция обладает жесткостью и необходимой прочностью, а вес от кровельного покрытия равномерно распределяется на несущие стены и перегородки. Присутствие определенных элементов конструкции, их сечение и расположение зависит от выбранного кровельного материала, угла наклона скатов и назначения чердачного помещения.

Основными деталями стропильной системы является:

• Мауэрлат. Этот элемент представляет собой подстропильный брус, располагающийся на верхнем ряду или венце несущих стен дома. Для его изготовления используется древесина хвойных пород, которая отличается твердостью и прочностью. Крепление мауэрлата выполняется металлическими шпильками или анкерными болтами.
• Лежень. Этот элемент, выполненный из бруса, располагается на внутренних несущих перегородках. Лежень служит опорой для стоек, которые необходимы для поддержания конька.
• Стойки — это опоры, располагающиеся вертикально по всей длине лежня и поддерживающие конек или центральную часть стропильной фермы.
• Стропила располагаются под определенным углом к основанию крыши. Опорой для стропильных ног служит мауэрлат и коньковый брус.
• Ригель и затяжка — необходимые горизонтальные элементы для парного соединения стропильных ног. Ригель стягивает стропилины непосредственно под коньковым прогоном, затяжки — немного ниже.
• Подкосы. Эти элементы кровли располагают под углом к стропильной ноге для предотвращения прогиба. Верхний край подкоса упирается в стропилину, нижний — в стойку или затяжку.

Элементы двухскатных крыш

Конструкция двухскатной крыши включает такие элементы:

• стропила. Они состоят из стропильных ног, наклонных подкосов и вертикально расположенных стоек;
• стропильная нога. Для ее изготовления нужны доски, имеющие сечение 100х150 или 50х150 миллиметров. При помощи стропильных ног формируется треугольный контур двухскатной кровли. Нагрузки, возникающие в результате погодных условий и веса кровельного покрытия, стропильные ноги передают на мауэрлат, а тот — на несущие стены строения. Когда выполняется устройство двухскатной крыши дома, шаг монтажа стропильных ног должен составлять минимум 60 сантиметров, а максимум – 120 сантиметров. Чем тяжелее покрытие кровли, тем чаще следует их устанавливать;
• подкосы. Такой элемент из обрезка доски монтируют под определенным углом и тем самым передают нагрузку несущим элементам вниз от стропильных ног. Стропила, несколько подкосов и затяжка все вместе являются составными деталями стропильной фермы, которая выдерживает нагрузки и передает их при наличии широких пролетов на стены;
• стойки. Являются вертикальными элементами стропил, передающими нагрузку от кровельного конька на несущие внутренние стены построек. Их изготавливают из бруса сечением 150х150 или 100х100 миллиметров;
• мауэрлат. Так называют деревянный брус, который устанавливают и закрепляют на несущих стенах на стержни с резьбой или на анкера, вмонтированные в поверхность. Устройство мауэрлата необходимо для передачи нагрузок от стропильных ног на несущие стены. В качестве материала изготовления пользуются брусом, сделанным из хвойных пиломатериалов и имеющим квадратное сечение размером 150х150 или 100х100 миллиметров. Балки мауэрлата, находящиеся на противоположных стенах должны располагаться параллельно, чтобы размеры стропильных ног имели одинаковую длину;
• конек. Данный горизонтально расположенный элемент необходим для соединения скатов в их верхней части. Он образуется путем соединения стропильных ног в верхней точке, когда выполняется устройство двухскатной крыши;
• кобылки. Их задействуют, если для создания свеса на кровле не достаточно длины  стропильных ног. Кобылки кровлипредставляют собой часть доски, имеющей меньшее сечение, чем у досок, которыми пользовались при изготовлении стропильных ног. Монтаж двухскатной крыши можно значительно облегчить, если использовать этот элемент, поскольку тогда для стропильной конструкции делают ноги меньшей длины;
• лежень. Представляет собой горизонтально закрепленный брус сечением 150х150 или 100х100 миллиметров. Он находится на внутренней несущей стене и в его функции входит распределение нагрузок от стоек кровли после устройства крыши дома;
• затяжка. Это один из элементов висячей стропильной конструкции, который со стропильными ногами образует геометрическую фигуру – треугольник – и таким образом помогает им оставаться на месте, а не разъезжаться в стороны;
• свес крыши. Необходим для защиты стен от намокания в результате дождевых осадков, его наружный край должен выступать не менее чем на 40 сантиметров;
• обрешетка. Устройство двухскатной крыши предполагает монтаж кровельного материала, для его укладки нужно сделать обрешетку. Для этого бруски или рейки крепят к стропильным ногам перпендикулярно их направлению. Благодаря наличию обрешетки нагрузка от природных явлений и собственного веса кровли равномерно распределяется на стропильные ноги. Также обрешетка, которая может быть сплошной или разреженной, скрепляет ноги стропил в единую конструкцию двускатной крыши. Для мягкой кровли, например, из битумной черепицы, данный элемент делают из листов влагостойкой фанеры.  

Мауэрлат узлы крепления стропильных ног

Опирание деревянных стропил на мауэрлат может выполняться по двум технологиям :

• жесткое крепление к мауэрлату;
• скользящее крепление к мауэрлату.

При жестком креплении полностью исключаются любые виды смещения стропильной ноги, которая упирается в мауэрлат (изгибы, сдвиги, кручение). С этой целью при монтаже стропильной системы кровли установка стропил может выполняться с применением подшивного бруска, который предотвращает соскальзывание стропильной ноги в месте опирания. Боковые сдвиги при этом методе соединения исключаются благодаря установке металлических уголков.

Во втором варианте жесткого крепления стропильной ноги на мауэрлат необходимо выполнить запил (седло) в нижней части стропильного бруса или доски. Плоскость опирания должна быть горизонтальной, для этого запил в стропилах производится под углом, соответствующим наклону ската. Для фиксации узла с обеих сторон стропила под углом вбивается по гвоздю (внутри мауэрлата они должны быть скрещенными), сверху вертикально через стропило в мауэрлат вбивается третий гвоздь.

Скользящее крепление обычно используется при возведении стропильной системы на доме из бруса или бревна. Основанием для опирания стропильных ног в этом случае служит не мауэрлат, а верхний венец сруба. Чтобы избежать деформации крыши при усадке дома, необходимо выполнить узел с определенной степенью свободы для стропильной ноги. Нередко с этой целью используется специальный крепежный элемент из металла – скользящая опора («салазки»). Его верхняя часть представляет собой петлю, которая смещается по направляющей, закрепленной на стропильной ноге, при изменении геометрии сруба.

Используются и другие методы монтажа скользящего узла. В стропильной ноге выполняется запил, балка устанавливается срезом на верхний венец, после чего закрепляется одним из способов :

• посредством одного вертикально забитого гвоздя;
• с помощью забитых с двух сторон гвоздей, скрещивающихся в мауэрлате;
• посредством скобы;
• выполнив единичную фиксацию стальными крепежными пластинами.

Такой метод крепления оставляет возможность элементам системы смещаться друг относительно друга при изменении геометрии строительных конструкций.

Коньковые соединения

Устройство стропильной системы кровли с двумя скатами подразумевает наличие в верхней части крыши горизонтального ребра, образованного в результате примыкания скатов – конька. Коньковый узел может выполняться несколькими способами, выбор зависит от типа стропильной системы и особенностей самого здания.

Наслонная конструкция подразумевает крепление стропильных ног на коньковый прогон – горизонтальную балку, расположенную на стойках параллельно длинным стенам дома. Верхние концы стропильных ног следует запилить под углом, соответствующим углу наклона скатов. Примыкания срезанных торцов стропил к коньку должны быть максимально плотными. В качестве крепежных элементов используются гвозди. Наслонные стропила применяются, если есть возможность установить на внутренней стене или столбчатых опорах стойки для крепления конькового прогона. Кроме того, стены должны быть оснащены мауэрлатом для опирания стропил.

Сборка стропильной фермы висячего типа требует соединить верхние концы пары стропильных ног. Для этого торец каждого из стропил подрезается под углом, равным углу наклона крыши, балки соединяются плоскостями срезов — требуется обеспечить плотность их примыкания. Фиксируются при помощи двух гвоздей, забитых под углом в верхние плоскости стропил. Затем с каждой стороны прибивается по деревянной накладке или металлической пластине, которые закрывают место стыка.

Чтобы обеспечить коньку необходимую прочность, может выполняться врубка в полдерева: в этом случае вместо плоскости сопряжения соединения встык, стропила соединяются уступом. Далее сверлится сквозное отверстие под шпильку или болт диаметром 12 или 14 мм, для крепления используются гайки с широкими шайбами.

Если на стене сруба предстоит установить скользящие опоры или создать примыкания (сопряжения стропила с мауэрлатом) с некоторой степенью свободы, коньку следует уделить особое внимание. Рекомендуется выполнить подвижный узел соединения, чтобы крыша не деформировалась при неравномерной усадке сооружения

С этой целью концы стропил соединяются металлическим пластинчатым шарниром

С этой целью концы стропил соединяются металлическим пластинчатым шарниром.

Стропильные конструкции наслонного типа

Стропильные конструкции наслонного типа значительно проще в исполнении, чем их висячие собратья. Обоснованный плюс наслонной схемы заключается в обеспечении полноценного проветривания, которое напрямую связано с долгосрочностью службы.

Отличительные конструктивные особенности:

• Обязательное наличие опоры под коньковой пяткой стропильной ноги. Роль опоры может играть прогон – деревянная балка, опирающаяся на стойки или на внутреннюю стену строения, или верхний торец смежной стропилины.
• Использование мауэрлата для возведения стропильной конструкции по стенам из кирпича или искусственного камня.
• Применение дополнительных прогонов и стоек там, где стропильным ногам по причине крупного габарита крыши требуется дополнительные точки опоры.

Минус схемы заключается в наличии конструктивных элементов, влияющих на планировку внутреннего пространства эксплуатируемого чердака.

Если чердак холодный и в нем не предполагается организация полезных помещений, то наслонной конструкции стропильной системы для устройства двухскатной крыши стоит отдать предпочтение.

Типовая последовательность работ по сооружению наслонной стропильной конструкции:

• Первым делом промеряем высоты постройки, диагонали и горизонтальность верхнего среза остова. При выявлении вертикальных отклонений кирпичных и бетонных стен, устраняем их цементно-песчаной стяжкой. Превышение высот сруба стесываем. Путем подкладывания щепы под мауэрлат с вертикальными огрехами можно бороться, если величина их незначительна.
• Поверхность перекрытия под укладку лежня необходимо тоже выровнять. Он, мауэрлат и прогон должны быть четко горизонтальны, но расположение перечисленных элементов в одной плоскости не обязательно.
• Обрабатываем все деревянные детали конструкции перед установкой антипиренами и антисептическими препаратами.
• По бетонным и кирпичным стенам прокладываем гидроизоляцию под установку мауэрлата.
• Укладываем брус мауэрлата на стены, вымеряем его диагонали. Если понадобится, слегка передвигаем брусья и поворачиваем углы, стремясь добиться идеальной геометрии. Выравниваем раму по горизонтали при необходимости.
• Монтируем мауэрлатную раму. Сращивание брусьев в единую раму производится посредством косых врубок, места соединений дублируются болтами.
• Фиксируем положение мауэрлата. Крепеж производится либо скобами к загодя заложенным в стену деревянным пробкам, либо анкерными болтами.
• Размечаем положение лежня. Его ось должна отступать от брусьев мауэрлата на равные расстояния с каждой стороны. Если прогон будет опираться только на стойки без лежня, процедуру разметки проводим только для этих столбиков.
• Устанавливаем лежень на двухслойную гидроизоляцию. К основанию его крепим анкерными болтами, с внутренней стеной соединяем проволочными скрутками или скобами.
• Размечаем точки установки стропильных ног.
• Выпиливаем стойки по единым размерам, т.к. лежень у нас выставлен в горизонт. Высота стоек должна учитывать размеры сечения прогона и лежня.
• Устанавливаем стойки. Если предусмотрено проектом, раскрепляем их распорками.
• Укладываем на стойки прогон. Снова проверяем геометрию, затем устанавливаем скобы, металлические накладки, деревянные крепежные пластины.
• Устанавливаем пробную стропильную доску, размечаем на ней места подрезки. Если мауэрлат выставлен строго в горизонт, нет необходимости в подгонке стропилин на крыше по факту. Первая доска может использоваться в качестве шаблона для изготовления остальных.
• Размечаем точки установки стропилин. Народные мастера для разметки обычно заготавливают пару реек, длина которых равна просвету между стропилинами.
• По разметке устанавливаем стропильные ноги и крепим их сначала внизу к мауэрлату, затем вверху к прогону друг к другу. К мауэрлату проволочной связкой прикручивается каждая вторая стропилина. В деревянных домах стропилины прикручивают ко второму от верхнего ряда венцу.

Если подстропильная система сделана безупречно, наслонные доски монтируются в произвольном порядке.

Если уверенности в идеальном сооружении нет, то сначала устанавливаются крайние пары стропилин. Между ними натягивается контрольная бечевка или леска, согласно которой подгоняется положение вновь устанавливаемых стропил.

Завершается монтаж стропильной конструкции установкой кобылок, если длина стропильных ног не позволяет сформировать свес требующейся длины. К слову, для деревянных построек свес должен «выходить» за контур здания на 50см. Если запланирована организация козырька, под него устанавливаются отдельные мини-стропила.

Еще одно полезное видео о строительстве двухскатной стропильной основы своими руками:

Выбор стропильной системы

Для односкатной кровли можно использовать самую простую стропильную систему. Опорой для ската в этом случае является противоположная стена, а величина угла зависит от высоты подпор. Угол обычно составляет 45-60 градусов (прочтите: “Стропильная система односкатной крыши, основные преимущества и характеристики”).

Конструкция двухскатной крыши немного сложнее – нижние части стропил опираются на мауэрлат или специальные опоры, а верхние соединяются на коньке (полезная статья: “Наслонные и висячие стропила – нюансы монтажа”).

Вальмовая система самая сложная, но и кровля получается невероятно красивой. При строительстве такой конструкции лучше обратиться к профессионалам, поскольку неравномерное распределение нагрузки может привести к обрушению крыши

Одной из разновидностей вальмовой крыши является шатровая кровля, напоминающая пирамиду (читайте: “Вальмовая крыша – стропильная система: элементы и устройство”).

При создании мансардной кровли стараются оставить как можно больше свободного пространства для обустройства чердака.

Типов стропильных систем не так уж и мало, и важно правильно выбрать подходящий вариант для конкретной ситуации