Висячие стропила: устройство, конструкция, узлы, пример строительства

Особенности

Чем в практическом плане узлы висячей системы отличаются от наслонных? Увы, все отличия — не в лучшую сторону:

Больший размер пролетов означает увеличенное сечение стропил, что приводит к росту расходов на материалы;
Большое усилие на разрыв затяжки требует надежности соединений между ней и стропильными ногами: обычные гвозди или саморезы здесь не годятся. Как правило, стропила соединяются с приподнятой затяжкой внахлест и фиксируются болтами или шайбами с широкими шпильками.

В области конька можно использовать и обычные саморезы.

Это не относится к соединению между стропильными ногами в области конька. Оно испытывает только нагрузку на сжатие; как следствие, здесь могут применяться оцинкованные накладки и даже обычные саморезы, вкрученные через стропило в коньковый прогон.

Где применяются висячие стропила?

Устройство висячей системы целесообразно в строениях, не имеющих внутренних несущих стен. Такие конструкции опираются на расположенные по краям опоры (ими главным образом служат стены здания без центральной опоры).

В подобных системах стропильные ноги работают на сжатие и изгиб без создания горизонтальных нагрузок. Для сокращения оказываемого на стены распирающего усилия используется затяжка, с помощью которой соединяются отдельные конструктивные элементы.

Затяжка выполняется на основе металла или деревянного бруса. Ее установка осуществляется практически на любом участке в направлении конька. Конкретное расположение определяется в зависимости от конструкции кровли.

К примеру, устройство висячих стропил с расположенной у основания затяжкой является рациональным решением при строительстве мансардной крыши. При этом затяжка служит также балкой перекрытия.

При высоком расположении затяжки она будет испытывать большие нагрузки. По этой причине выбор разновидности системы с верхней локализацией затяжки предусматривает использование более мощных конструкций и тщательное и надежное выполнение всех креплений.

При строительстве бревенчатого дома закрепление висячих стропил на верхний венец осуществляется посредством вырезания шипа или с использованием некоторых металлических элементов. В основном ими служат ползунки, благодаря которым стропила могут перемещаться вертикально по обвязке строения или его венцу.

В верхней части эти конструкции накладываются одна на другую, после чего соединяются болтом. Венцом являются брусья или бревна, которые образуют один горизонтально расположенный ряд сруба.

При монтаже висячих стропил ширина пролета строения должна составлять 6-10 метров. Материалом для них могут служить бревна, брус или доски. Элементы соединяются с помощью врубок, болтов, стальных профилей, гвоздей, нагелей.

При наличии внутренней капитальной стены при устройстве кровли применяются наслонные стропила из дерева. Основной отличительной чертой таких конструкций является внутренний опорный элемент, опирающийся на внутреннюю несущую стену или же колонну. Она передает нагрузки только на изгиб.

В тех зданиях, где предусмотрена установка общей кровли одновременно над несколькими пролетами, нередко применяются стропила как висячего, так и наслонного типа. На тех участках строения, где отсутствуют внутренние опоры, устраивается висячая система, а там, где они есть, монтируются наслонные стропила.

Узлы соединения стропильных конструкций

Основное преимущество таких стропил – это долгий срок службы, поскольку они размещаются в местах, где происходит постоянный воздухообмен. Это обстоятельство не позволяет сырости сохраняться в древесной структуре элементов конструкции, таким образом защищая их от гниения и разрушения. Наслонные стропила имеют простейшую конструкцию, поэтому их устройство не вызывает каких-либо проблем.

Схема узлов соединения стропильной системы.

Узлы соединения стропильной системы включают в себя следующие детали:

опорное основание;
части, размещающиеся под стропилами;
каркас.

Конструктивные особенности наслонных несущих для односкатного типа кровли оснащаются дополнительными опорами, боковая часть которых размещается на противоположных сторонах стен здания. Для двухскатного типа кровли дополнительно используются двойные стропильные ноги с уклоном. Их нижняя часть размещается в упор к стене, а верхняя часть опирается на прогон, поддерживаемый при помощи специальных стоек.

Если расстояние прохода увеличить, есть риск сгибания, поломки и дальнейшего прихода в неисправность стропильной ноги. Это можно предотвратить при помощи несущих частей, размещающихся под стропилами. Они состоят из специальных стоек и подпорок из досок, которые размещаются во время соединения опор. Такой подход позволяет укрепить наслонную конструкцию, придав ей больше надежности.

Опорные системы делятся на 2 основных типа: безраспорная и распорная.

Несущие узлы и метод крепления стропильного основания позволяют определить, создается ли распор на несущие стены.

Конструкция с приподнятой затяжкой

Такая схема преимущественно используется при создании жилых помещений под кровлей. Высота расположения затяжки в данном случае определяет высоту потолка будущей мансарды. Затяжка в такой конструкции поднимается к коньковой части крыши, и чем выше она установлена, тем большие нагрузки ей приходится испытывать.

Стропильный каркас в качестве опоры использует мауэрлат, а не затяжку. Чтобы кровля могла самостоятельно изменять свои размеры в зависимости от внешних факторов, стропила крепятся подвижным образом к специальным устройствам, обеспечивающим необходимую свободу перемещения конструкции.

При воздействии на кровлю уравновешенных нагрузок конструкция будет устойчивой, но если силы, находящиеся с одной стороны, будут превалировать, то крыша будет слегка завалена. Для предотвращения такой ситуации стропила необходимо выносить за пределы стен с обеих сторон здания.

В арке с приподнятой затяжкой последняя не выполняет функции опоры. На нее оказывают влияние только растягивающие нагрузки, если под крышей обустраивается чердак, или растягивающе-изгибающие, при создании мансарды. В последнем случае затяжку можно использовать для монтажа потолков или изоляционных материалов.

Для защиты затяжки от провисаний устанавливается подвеска. Здесь тоже есть нюансы: при небольших нагрузках и небольшой длине затяжку можно попросту прибить к ригелю и коньку, а вот для длинной затяжки с большими нагрузками потребуется несколько подвесок и дополнительная фиксация хомутами.

Важные термины

Стропилины — несущая часть кровли из наслонных стропильных ног, подкосов и стоек установленнных вертикально, которые опираются на мауэрлат.
Стропильная нога — одна стропилина.
Мауэрлат — опора для стропилин, горизонтальный брусок, расположенный на поверхности стен, распределяющий на них одинаковую нагрузку кровли с погодными осадками.
Затяжка — горизонтальная балка, объединяющая стропилины; освобождая их от действий в горизонтальном направлении силы, придаёт кровле стойкость.
Бабка — отвесная опорная деталь для упрочнения стропилин, нижней частью опирается на затяжку, верхняя — является опорой для стропилин.
Распорка — брусок, вставленный между бревнами, чтоб мешать их соединению.
Подкос — наклонный брусок, поддержует перекрытия и кровли (горизонтальные элементы балки), опираясь на детали стоящие вертикально (стойки и колонны).
Конек — верхняя горизонтальная балка, образовываемая соединением скатов крыши.

Узлы соединения системы кровли разделяют на три относительные группы:

узел соединения ног и мауэрлата,
узел соединения ног и компонентов древесной фермы чтобы придать жесткости и надежности систем,
узел стыкования частей стропилин для их удлинения.

Вариант соединения стропилин и мауэрлата бывает твёрдым и скользящим.

Узел соединения систем нельзя делать жёстким абсолютно всегда: от условий погоды древесина может разжиматься и сжиматься, и при твёрдом соединении систем наслонных конструкций есть риск деформирования стен несущих из-за появления на них больших распорных нагрузок.

Чтобы получить твёрдый узел соединения, используют:

устройство врубки на стропильной ноге: врубка изготавливается глубиной не больше 1/3 высоты дощечки; стропило упирается в мауэрлат и крепится гвоздками: 2-мя, вбитыми под угол друг к другу с боков стропилины, и одним гвоздем, вбитым вертикально.
нашивка подпорного бруска на стропильную ногу: к стропильной ноге подшивается метровый брусок, и им нога упирается в мауэрлат, с боковой стороны, чтоб не сдвинуться в сторону, стропильная нога закрепляется уголками из металла.

Узлы опирания наслонных стропилин

Конструкция скользящих узлов соединения используют в системах наслонных стропилин. Висячие стропилины используют для строительства крыши строений из бревна оцилиндрованного, в каких стропилины имеют упор на коньковый прогон, несущие стены распорных нагрузок не несут, и поэтому и не просят скользящего крепежи.

После постройки систем древесных наслонных ферм крыша на протяжении пару лет оседает, ферма при этом располагается в многократном движении, и поэтому твёрдые крепежи могут деформировать стены. Перед соединением стропилин в узлах крепежи узел получает некую свободу движения такими вариантами.

На стропильной ноге делается упирающийся в мауэрлат запил. Дальше нога крепится гвоздками: два гвоздя наискось в мауэрлат с двух сторон стропилины и одним — в мауэрлат сверху вертикально (или пластинами из металла с отверстеями для гвоздей) и скобками.

Стропило спускается за границы стены и уголками из металла крепится на мауэрлат.
Использование конструкций из металла крепежи с названием «салазки».
Стропильная нога упирается в мауэрлат абсолютно всегда, но и стропило, и мауэрлат могут перемещаться относительно друг друга, если появляется такого рода потребность.
Для сокращения риска сноса наслонных кровель штормовым ветром подкосы, бабки и распорки соединяют с скобами стропилами и висячими хомутами, а ноги — проволочным скрутками.

Особенности монтажа конструкции

На верху стропила проделываем больших размеров запил и скашиваем его под небольшим углом. Подрезка на концах стропила обладает различными границами, характеризующимися по глубине. Главное, чтобы размер подрезки превышал размер сечения стропила.

Если не представляется возможным сделать подрезку верха стропила, используют искусственное наращивание, крепление осуществляется по обеим сторонам. Используются монтажные пластинки.

Когда будете проводить монтаж, обязательно сделайте так, чтобы верх врубки был максимально ровным, чтобы система внезапно не стала распорной. Чаще всего низ стропильной ноги присоединяют на ползуне.

Верхняя часть фиксируется с применением гвоздей или же, например, болтового крепления, стропила могут также взаимно упирать и связывать железными пластинками, имеющими зубчатое строение либо древесными накладками.

Особенности монтажа стропильных ног

Крепление стропильных ног к мауэрлату самый ответственный момент во всей постройке крыши. От правильности выполненного соединения стропил и мауэрлата зависит прочность всей конструкции крыши.

Существует два способа крепления – скользящее и жесткое, каждое из которых подходит под определённый вид стропил – висячих или наслонных.

Жесткое крепление исключает любые подвижки, повороты или изгибы стропил. Это достигается изготовлением запилов на самом стропиле и последующем закреплении стропильной ноги с мауэрлатом при помощи металлических скоб, проволоки или длинных гвоздей, а также с использованием металлических уголков.

Скользящее соединение, или как его часто называют «шарнирное», может иметь две степени свободы. Такое соединение часто используется при строительстве деревянных домов, чтобы дать крыше свободу постепенно оседать на сруб, который в течение нескольких лет может давать усадку. В этом случае соединение стропильных ног на коньке не делается жестким. Сама стропильная нога при скользящем сопряжении соединяется с мауэрлатом с помощью запила и укреплением с боков двумя гвоздями, забиваемых наискосок, по отношению друг к другу или путем забивания одного гвоздя сверху вниз в стропильную ногу с проникновением в мауэрлат.

При строительстве вальмовой крыши диагональная стропильная нога часто получается больше 6 метров в длину, поэтому требует наращивания.

спаренное стропило

Это достигается спариванием двух досок, которые применяются при устройстве обычных стропил. Диагональные стропила всегда длиннее рядовых, к тому же они испытывают нагрузку в полтора раза превышающую ту, которая приходится на обычные стропила, так как на них опираются еще и накосные ноги.

Чтобы сделать усиление стропильных ног, для них устраивают подкосы, имеющие вид вертикальных стоек. Обычно устанавливают не больше двух стоек. Для усиления накосных стропильных ног так же устанавливают стойку или подкос. Стойка должна опираться на на деревянную подкладку, которая располагается непосредственно на перекрытие, если это железобетонная плита, или на затяжку, которая может одновременно являться потолочной балкой перекрытия.

Подкосы опираются на лежень и ставятся под углом 45-50 градусов. Угол установки подкоса может изменяться, главная задача подкосов – это максимальная возможность принят на себя нагрузку от стропила.

Разновидности конструкций висячих стропил

Выбор той или иной схемы для устройства висячих стропил зависит пролета между несущими стенами. Чем больше это расстояние, тем сложнее конструкция и большее количество дополнительных элементов требуется.

Базовая трехшарнирная треугольная арка

Это основа всей конструкции, имеет форму треугольника. Собирается из двух стропильных ног, которые скрепляются в коньке. Нижние части соединяются деревянной затяжкой. Максимально допустимая высота в коньке равна шестой части длины пролета. При этом такую конструкцию разрешается использовать только в зданиях между стенами которого не больше 6 метров.

В таком изделии стропила испытывают только изгибающие нагрузки, а затяжка — растягивающие. В основании разрешается использовать металлический прут, или тяж. Но обычно оставляют дерево, так как оно выполняет роль балок для чердачного перекрытия.

Шарнирная арка с бабкой

Такая система применяется в зданиях с пролетом больше 6 метров. Затяжка такой длины будет сильно прогибаться, а чтобы избежать этого используют бабку. Обычно подвес изготавливают из бруса, но в некоторых ситуациях берут металлический прут. Элемент из металла хорошо переносит растягивающие нагрузки, имеет небольшой вес.

При помощи бабки кровельщики настраивают степень прогиба горизонтальной части. На такой длине затяжку делают из двух равных частей, и стыкуют их точно под подвесом. Применяют разные соединения узлов: косые или прямые прирубы, закрепленные болтами. Между собой подвес и затяжку закрепляют хомутом.

Шарнирная арка с приподнятой затяжкой

Этот вариант подразумевает установку затяжки недалеко от конька. Хотя в этом положении деталь испытывает большие нагрузки, но так появляется возможность обустроить мансардный этаж. Настроить высоту потолков можно поменяв высоту крепления затяжки.

В такой ситуации стропилины приходится опираться на мауэрлат. Так как с увеличением нагрузки, повышением влажности и температуры меняются размеры балок используют скользящее соединение. Они изготавливаются из металла и крепятся напрямую к мауэрлату и стропилам. Благодаря такой конструкции крыша сохраняет свою геометрию и может «дышать».

Зимой, на скатах, висячие стропила с затяжкой испытывают различную снеговую нагрузку. Из-за этого появляется угроза перекоса и появления протечек. Поэтому в подобных конструкциях концы стропил выносят за пределы стен.

При устройстве мансардного этажа с приподнятой затяжкой, балка служит основой для крепления потолка. Для того чтобы она не провисала используют более толстые брусья. В некоторых ситуациях устанавливают подвесы, соединяющие затяжку и конек. Если балка слишком длинная используют несколько навесных креплений.

Шарнирная арка с ригелем

Единственное отличие в этой конструкции от предыдущей заключается в способе реализации узлов крепления стропильных ног. Они жестко закрепляются на мауэрлате и больше не могут свободно менять свое положение. Для этого используют гвозди, саморезы, металлические накладки.

В связи с изменением способа крепления, действие нагрузок так же изменяется. Теперь стропила распирают несущие стены. Из-за этого затяжка начинает испытывать сжатие и в такой позиции она называется ригелем.

Если расчеты показывают большую нагрузку, тогда в дополнение к крыше с ригелем в нижней части конструкции устанавливают классическую затяжку. В таком случае крепление к мауэрлату не понадобится. Получается первая описанная конструкция с дополнительной балкой под коньком.

Арка с бабкой и подкосами

Пролеты длиной до 9 до 14 метров требуют усиление конструкции подкосами. В этой ситуации начинают прогибаться стропильные балки. При наслонной конструкции крыши подкосы упирают во внутреннюю несущую стену. В нашем случае единственным доступным упором является бабка. Тут изменяются все нагрузки, действующие на каркас: стропила давят на подкосы, они растягивают подвес и притягивают конек, далее нагрузка распределяется по стропилам, сжимая их.

Все схемы висячих стропильных систем требуют точного расчета, учитывающего внешние и внутренние нагрузки. Единственным недостатком можно считать сложность монтажа. Приходится либо подавать готовые конструкции краном, либо собирать их на высоте. Но, в некоторых ситуациях других вариантов собрать крышу нет.

Как выбрать люстру для дома?

Виды двухскатной кровли: чертежи и планы конструкции

Сильное защемление конькового участка

Бывает, что присутствие сильного защемления конькового участка, если верхнюю часть твёрдо закрепляют, а основание ставят в ползуне, никак не появляется распор в стенке. В этом случае в твёрдо объединённом коньковом узле возникает экстремальный искривляющий период, который должен уничтожить узел, тогда стропильные ноги приобретают значительно меньший прогиб. Защемив верх стропил, мы приобретаем определённый резерв крепости, повышающий все характеристики.

У всех способов есть объединяющая особенность: одна область стропила мастерится на шарнире, который использует только поворот, а другую область конструируют на скользящей опоре. Она имеет возможность позволить себе поворот. Крепится это по-разному. Иногда применяют гвоздевой бой или могут использовать даже крепёжные пластинки.

Плохо становится, если происходит упирание прогона на специальные стойки. В других двух вариантах, статическая устойчивость существует благодаря тому, что нагрузка равномерно распределяется по обеим сторонам крыши, используя при этом одинаковый угол наклона.

Но на самом деле сделать наклон крыши абсолютно ровными невероятно трудно. Растаявший снег распределяется по крыше неровно, особенно когда вмешиваются сильные порывы ветра. Первоначальный способ разрешает делать различные угловые наклоны скатов. Он также неплохо справляется со всеми нагрузками, только если стойки будут стоять абсолютно вертикально.

Варианты стропил

Стропила — основа крепления кровли. По устройству различают три вида:

Наслонные, считающиеся одними из самых надёжных компонентов, использующихся в конструкционных работах.
Висячие стропила.
Висячие фермы, оборудованные шпалами.

Наслонного типа

В сооружениях, имеющих ещё несколько рядов стен, служащих, кстати, в роли вспомогательных опор, чаще всего используется наслонная стропильная система.

Если в наличии имеется пара вспомогательных компонентов, имеющих возможность применяться в роли опоры, здание в своих размерах может достичь 17—19 метров. Главное, делать не больше 8 метров пространства между соседними опорами. До 120 сантиметров величины порой достигает стропильный шаг, главное, правильно провести расчёты и учесть все необходимые особенности.

Нижние части такого вида обладают опорой, состоящей из подстропильных брусьев. В том числе вкупе с ними используется мауэрлат.

Чтобы разделить опорные стойки и прогоны, о которых также не стоит забывать, используют подкосы. Их главная функция заключается в том, что они выполняют разгружающую и поддерживающую функцию, в том числе и для ног стропильной системы, увеличивающих размер сооружения. Они сами имеют больший размер, чем обычный коэффициент пиломатериала, и их нужно собирать.

Висячая система

Висячие стропила кардинально отличаются от наслонных. Их нижние концы занимают опорные стены. Стропильные ноги этой системы нагружены в двух частях всей монтируемой системы.

Нагрузки от висячей конструкции распирают стены, которые имеют опорный характер.

В роли использованного материала с целью затяжек применяют дерево либо сплавы. Для того чтобы это всё расположить, в основном избирается линия в комфортной высоте

А также принимайте во внимание, что крепление к стропильной системе зависит от высоты расположения затяжки

Наслонный тип чаще всего применяется для того, чтобы была возможность обустроить двускатные кровли над сооружениями. Их стены длиной должны быть не больше 5—6 метров.

Сильное защемление конькового участка

Типы стропильных систем — чем они отличаются между собой

Выбирается тот или иной тип стропильной системы не спонтанно, а в зависимости от конструкции строящегося дома и его размеров. Далее о каждом виде стропильных систем.

Система с висячими стропилами

Они хороши для крыш с двумя скатами, где пролет не более 6 метров, а стен внутри не имеется. Внизу опорой стропил служит мауэрлат, а вверху – они опираются друг на друга. Еще имеется затяжка, уменьшающая распор стропил на стены дома. Балочные затяжки размещены в самом низу стропильных ног – они одновременно служат в качестве балок перекрытия. Кстати перекрытие верхнего этажа, выполненное из железобетона, тоже может играть роль затяжки. Если затяжку делают повыше, она уже называется ригелем. Если пролет между наружными стенами более 6 м необходимо применение опорных стоек и раскосов для поддержания стропильных ног. При этом длинна нижней части стропил т. е. части после подпорки, должна быть не более 4,5 м.

Перечислим несколько важных фактов об их конструкции:

Опирать свес крыши на низ стропильных ног, выведенных за пределы стены, не стоит. Гораздо лучше для опоры таких стропильных систем крыши подойдет кобылка (при этом ширину свеса делают до метра). И тогда нога будет всей плоскостью опираться на мауэрлат. Сечение кобылок обычно меньше сечения стропильных ног.
На скате нужно прибить ветровую доску, от конька к мауэрлату. Наклон делают от чердака. Это необходимо, чтобы крыша стала жесткой, не шаталась и не разрушалась ветром.
Если влажность деревянного стропильного материала более 18 %, готовьтесь к тому, что система стропил после высыхания дерева может стать шаткой. Поэтому соединяйте такое дерево не гвоздями, а болтами – их подтянуть можно в случае чего. А еще лучше использовать винты или ершенные гвозди.

Наслонные стропильные системы

Они подходят для крыш, где пролет составляет от 10 до 16 м. Уклон может быть любым, а внутри здания должны быть несущие стены или колонны. Вверху стропила опираются на коньковый прогон внизу — мауэрлат. Коньковый прогон поддерживается либо внутренней стеной (лежнем), либо стойками. Так как нагрузки имеются лишь вертикальные, то в затяжке потребности нет.

Когда пролет большой (до 16 м), можно заменить прогон конька двумя боковыми, которые будут опираться на стойки. Чтобы стропильные ноги не гнулись, нужны подкосы и ригели. Если изготавливают мансарду, опорой наслонных строил можно сделать стену, высота которой от 1 до 1,5 м. Ну, или применить ломаную мансардную крышу (с ломаными скатами).

На что необходимо обращать особое внимание:

Каждый из элементов данной системы не должен иметь толщину менее 5 см.
Гладкая прогаблеванная поверхность всех узлов стропильной системы – необходимое условие. Так они не прогниют и не так сильно будут подвержены грибку.
Добавление дополнительных узлов «от фонаря» в рассчитанную систему стропил запрещено. Иначе нагрузки могут возникнуть совсем не там, где нужно.
Мауэрлат (его подошва) обязан лечь строго горизонтально относительно стен. Требует горизонтальности и поверхность стыковки мауэрлата со стропильной ногой. Иначе может и опрокинуться опора.
Стойки и подкосы располагают максимально симметрично.
Чтобы стропила не мокли и не подгнили, делают хорошую вентиляцию. Для этого в крыше мансарды предусматривают щели, в крыше чердака – продухи.
Там, где стропильные узлы стыкуются с каменной кладкой, нужна гидроизоляция. А то конденсат испортит дерево.
Не имеющая опоры или подкоса, нога стропил, делается длинной не более 4,5 м.