Конструкция и монтаж висячих стропил

Конструкция и монтаж висячих стропил

На сегодняшний день висячие стропила считаются довольно надежной и прочной несущей конструкцией, обеспечивающей долговечность крыши.

Нужно учитывать, что стропильная система является важнейшим элементом всего дома, поэтому ее конструкция и узлы должны быть тщательно просчитаны перед строительством.

Для этого заранее составляется проект, рассчитывается примерная нагрузка на кровлю, расстояние между стропилами, их устройство, углы наклона ската и вальма (треугольный участок четырехскатной крыши).

Если у человека нет опыта и знаний в этой области, то для составления проекта лучше привлечь специалиста, поскольку в этом случае самодеятельность совсем неуместна.

Виды стропильных ферм. Элементы стропильных ферм

Вид ферм зависит, прежде всего, от:

  • нагрузок, действующих на фермы;
  • величины пролёта покрытия.

На рисунке приведены некоторые виды стропильных ферм, а узлы соединения элементов — на рисунке.

Виды стропильных ферм (узлы показаны на рисунке): а-е — виды ферм в зависимости от величины пролета; 1 — висячее стропило; 2 — затяжка; 3- чердачное перекрытие; 4 — затяжка, совмещенная с балкой перекрытия; 5 — подвеска (бабка); 6— подвесной потолок; 7— подкос; 8 —дополнительная балка; 9— распорка; 10 — подвесная балка перекрытия.

Простейшая треугольная ферма не имеет иных элементов, кроме стропил и затяжки. Но и пролёт, на котором она работает — наименьший: не более 6 м. Ключевым вопросом системы является опирание фермы на вертикальные конструкции -стены, колонны, и существенную роль здесь играет положение затяжки, которая может располагаться вверху и внизу системы. Итак, в зависимости от положения затяжки опирание стропильной фермы осуществляется по двум вариантам.

  1. Затяжка располагается выше уровня опор фермы, т.е. выше уровня пола чердачного перекрытия. На мауэрлат в этом случае опирается нижний конец стропил, по аналогии с наслонными стропилами. Узел решается, как показано на рисунке. Положение затяжки принимается с таким расчётом, чтобы не мешать передвижению по помещению: либо выше человеческого роста, либо наиболее близко к балкам перекрытия, чтобы была возможность её переступить. Следует принимать в расчёт, что чем выше затяжка, тем неблагоприятнее её работа: тем меньший распор она может воспринять, и, следовательно, тем меньший пролёт ферма может перекрыть. Так, фермы с высокой затяжкой часто применяют при устройстве козырьков над входной группой; при этом фермы имеют разную решётку, что не является необходимостью, а только украшением.
  2. Затяжка — в уровне опор: она опирается на мауэрлат и играет роль балок чердачного перекрытия. Соединение стропила и затяжки осуществляется с помощью врубки и болта. Если нужно сформировать свес, то это можно сделать либо с помощью кобылк, либо посредством выпуска стропила. Если шаг ферм превышает необходимый шаг балок чердачного перекрытия, то балки перекрытия укладываются непосредственно на наружные стены, как балки обычного междуэтажного перекрытия. Связь их с нижним поясом фермы может отсутствовать.

Узлы соединения элементов стропильных ферм: 1 — висячее стропило; 2 — затяжка; 3 — накладка; 4 — затяжка, совмещенная с балкой перекрытия; 5- подвеска (бабка); 6- подбалка; 7- подкос; 8 —дополнительная балка; 9 — распорка; 10— подвесная балка перекрытия; 11 — гвоздь; 12— болт; 13— гидроизоляция; 14 — подкладка; 15 — кобылка; 16 — стальной хомут; 17-соединение балок «на ус»; 18-скоба.

Соединение верхних концов стропил осуществляется либо как лобовой упор (вполдерева), либо с помощью накладки.

В фермах пролётом более 8 м вводится дополнительный элемент — подвеска. Вид её похож на стойку в наслонных стропилах, но нужна она для другого. Её задача — предотвратить провисание затяжки, т.е. затяжка к ней подвешивается, отсюда и название подвески. Это, во-первых. А во-вторых, в случае изготовления ферм из натурального дерева, подвеска образует узел (узел 6 на рисунке называется соединением «на ус»), где отдельные части затяжки соединяются между собой: поскольку длина деловой древесины составляет только 6,5 м, затяжку выполняют составной. Верхний конец подвески зажимают верхними концами стропил с помощью накладок, а к её нижнему концу подвешивают с помощью хомута из полосовой стали затяжку.

Возможный вариант соединения подвески и верхних концов стропил показан на узле 5 — с помощью накладки.

При ещё большем увеличении пролёта — до 12 м — в конструкцию висячих стропил вводятся подкосы , назначение которых обеспечить жёсткость конструкции в плоскости ферм и облегчить работу стропил: подкосы уменьшают расчётную длину стропил и уменьшают их прогиб под действием нагрузок.

При пролёте до 15 м применяют две подвески и спаренные стропила, которые можно сплотить болтами или деревянными шпонками. Конструкция, показанная на рисунке, позволяет устроить помещение, свободное от подкосов и подвесок. Жёсткость конструкции придаёт распорка.

При пролётах, равных или больших 8 м, чердачное перекрытие, как правило, содержит только подвесной потолок нижележащего этажа и при необходимости -утеплитель. Балки или плиты перекрытия без дополнительных опор на таких пролётах не уложить.

Вообще говоря, фермы, показанные на рисунке, д, е, являются скорее ответом на теоретический вопрос, возможно ли треугольной деревянной фермой перекрыть большие пролёты, нежели примером повсеместного практического применения в современном жилищном строительстве. Почему так? Ответов припасено в достатке.

Во-первых, здания пролётом больше 12 м относятся к большепролётным конструкциям и практически не возводятся в жилье, поскольку жилой дом по своему функциональному назначению разделяется на помещения, размеры самых просторных из которых имеют значительно меньшие пролёты.

Во-вторых, проектирование и изготовление подобных ферм требуют определённых знаний и опыта, а специалистов, обладающих такими знаниями, найти не всегда представляется возможным. Проще работать с железобетоном и металлом, в том числе со стальными лёгкими конструкциями.

В-третьих, подвешенные к подвескам деревянные составные затяжки в фермах больших пролётов не имеют достаточной несущей способности, чтобы нести нагрузку от чердачного перекрытия эксплуатируемого чердачного объёма. К ним можно закрепить только конструкцию подвесного потолка нижележащего этажа. Однако жизнь уносит в историю неэксплуатируемые чердаки, тем более таких роскошных объёмов. Сейчас, когда идёт борьба за каждый эксплуатируемый метр жилья, пусть даже как подсобного помещения, применяют другие конструкции, но это уже тема другого курса.

Разновидности конструкций висячих стропил

Различают следующие типовые конструкции висячих стропил:

    Трехшарнирная треугольная арка

Висячие стропила с затяжкой выполняются в форме замкнутого треугольника. В такой системе на изгиб работают стропила, а затяжка работает на растяжение. Минимальная высота подъема конькового прогона составляет не менее 1/6 длины арочного пролета. Такую конструкцию применяют для мансардного чердака, где на затяжку возлагается роль чердачного перекрытия. Для того чтобы уменьшить изгибающий момент, концы стропильных ног упирают с эксцентриситетом (небольшое смещение, расстояние) относительно их продольных осей.

Треугольная трехшарнирная арка с бабкой или подвеской

При длине пролета более 6 метров становится проблематичным использование цельного бруса, также возникает существенный прогиб от собственного веса затяжки. В таком случае, её подвешивают к коньку, а подвеску изготавливают деревянной и называют бабкой, либо железной и называют тяжем. Необходимая длина затяжки достигается путем состыковки более мелких элементов, которые крепятся на хомуте подвески при помощи косого или прямого сруба и болтов.

Наиболее распространенная ошибка при устройстве подвески – это ее инсталляция по схеме стоек с упором на затяжку и карнизный узел. Принцип работы подвески основан на растяжении, а стойки на сжатии. Поэтому низ подвески (бабки) не должен достигать затяжки. Подвеска (бабка) должна висеть на карнизном угле и крепиться к затяжке при помощи деревянных накладок, гвоздей и болтов.

Треугольная трехшарнирная арка с приподнятой затяжкой

Читайте также  Как провести свет на балкон

Висячие стропила с приподнятой затяжкой часто применяют при использовании чердачного помещения под мансарду. В такой схеме затяжка крепится не внизу стропильных ног, а продвигается вверх и чем больше высота подъема затяжки, тем большее растягивающее напряжение она испытывает. В мансардном помещении такая затяжка играет роль балки потолочного перекрытия и не несет на себе полезной нагрузки. Эта затяжка может быть защищена от провисания с помощью установки подвески.

Треугольная трехшарнирная арка с ригелем

В этой схеме нижний опорный узел меняется с ползуна на шарнирно неподвижную опору. Стропильная нога делается с врубкой в мауэрлат, что делает всю арку устойчивой конструкцией. В такой системе приподнятая затяжка меняет направление своей работы с растяжения на сжатие и называется ригелем.

Треугольная трехшарнирная арка с подвеской и подкосами

С увеличением длины стропил возрастает и их прогиб. Для предотвращения прогиба стропила подпирают подкосами. Так как, в отличие от наслонной системы, низ подкосов упереть просто некуда, то их упирают в бабку. Получается достаточно прочная конструкция с круговой передачей нагрузок: стропила давят на подкосы, подкосы растягивают подвеску, подвеска тянет вниз верхушку стропил и коньковой прогон, подкосы сжимаются стропилами.

Карнизный узел (место соединения стропила с затяжкой) имеет несколько вариантов реализации: ортогональная лобовая врубка (с одинарным или двойным зубом), пластинчатое и дощатое крепление.

Область применения наслонных стропил

Если же дом имеет внутреннюю капитальную стену, то для строительства крыши используются, как правило, деревянные наслонные стропила. Основное отличие данной конструкции – наличие внутреннего опорного элемента, который опирается на несущую внутреннюю стену или колону.

Поэтому такая конструкция передает нагрузки только на изгиб. Крыша с наслонными стропилами получается более легкой и экономически выгодной, так как требует для строительства меньшего количества лесоматериала.

В домах, в которых общая кровля устанавливается над несколькими пролетами, висячие и наслонные стропила могут чередоваться. В той части строения, где нет внутренних опор, используется висячая система, а в той, где такие опоры имеются – наслонные.

Общее описание и особенности

Схематичное изображение висячих стропил

Рассмотрим, что собой представляет система висячих стропил и определим основные особенности её изготовления.

  • Основное отличие от наслонной заключается в том, что в висячей конструкционные элементы опираются только на мауэрлат снизу и друг на друга или на коньковый брус вверху. То есть, фактически висят, без вертикальной опоры, необходимой при сооружении наслонной системы.
  • Такая конструкция целесообразна, если строение не имеет внутренних несущих стен. Применяется, когда планируется использовать чердачное пространство для жилья, например, при строительстве мансарды.
  • Висячие стропила оказывают механическую распирающую нагрузку на стены здания. Давление полностью распределяется на опорные стены из-за отсутствия вертикальных опор. Крайне важно наличие в такой конструкции элемента, называемого затяжкой. Это горизонтальная балка, стягивающая стропильные ноги. Она берёт на себя часть распирающей нагрузки. Чем ниже установлены затяжки по отношению к мауэрлату, тем эффективнее они выполняют свои функции.

Можно выделить ряд положительных эксплуатационных характеристик, которыми обладает стропильная система, выполненная по висячей схеме.

  • При правильном и качественном изготовлении, она обладает достаточной прочностью и способна справляться с оказываемыми на нее нагрузками.
  • Имеет меньший вес, чем наслонная, что снижает общую нагрузку крыши на стены, а соответственно и на фундамент строения.
  • Благодаря тому, что в конструкции используется меньшее количество элементов, материала для её сборки требуется меньше, чем для наслонной.

Наслонные стропила — это стропильные системы, в которых стропильные ноги опираются (имеют подпорки) в нескольких местах. Так, нижние концы стропил опираются на мауэрлаты, а в верхней части — на стойки, прогоны или подкосы. Как правило, это скаты с длиной стропильных ног от 4,5 м.

Наличие дополнительных опор (прогонов) позволяет равномерно распределить весовые нагрузки на несущие стены, а также значительно увеличить длину стропильных ног . К примеру, при наличии в стропильной конструкции двух прогонов (конькового и прогона по центру ската) можно увеличить длину стропильных ног до 12-15 метров.

Рисунок — Наслонная стропильная система:

Конструкция стропил

Наслонные или висячие? Стропила для крыши бывают двух типов – наслонные и висячие. Первые опираются на стены здания (в одной или нескольких точках) или на горизонтальные слеги. Вторые опираются на воспринимающую распор затяжку, а она – на мауэрлат (обвязку стен из бруса), без промежуточных опор.

Наслонные стропила устраивают в домах, где расстояние между перекрываемыми стенами не превышает 6,5 м. При наличии одной или двух опор ширина помещения может быть увеличена до 15 м.

  • 1 из 3

На фото:

Перед сборкой на стройплощадке с применением МЗП стропила проходят примерку. На этом этапе составляющие их доски временно сплачиваются фанерными накладками.

Надежность конструкции крыши зависит от грамотно спроектированной и выполненной стропильной системы. Ошибки проектировщиков и некачественный монтаж стропил могут вызвать деформацию кровли, нарушение её герметичности со всеми проистекающими последствиями. На своем объекте «Экспо-дом» мы применили систему наслонных стропил с учетом установки мансардных окон Velux. Согласно расчетам, для изготовления стропил использована обрезная доска 50х150 мм, для мауэрлата – клееный брус 150х300 мм. Конструкционные соединения стропил выполнены с использованием металлических зубчатых пластин, повышающих прочность конструкции.

На фото: Константин Владимирович Шляхтин

зам.начальника производственно-технического отдела концерна «Строительные концепции»

Для уменьшения прогиба ног висячих стропил в пролетах до 8 м параллельно затяжке врезается ригель, в пролетах более 8 м – устанавливается бабка (вертикальная стойка) с двумя подкосами. Преодолеть все эти ограничения позволяет установка ферм, имеющих более сложную, независимую конструкцию.

Стропила и их монтаж

Правильный монтаж наслонных стропил

Рисунок 2. Карта снеговых нагрузок.

В постройках, имеющих односкатный либо двускатный тип кровли, применяются наслонные стропила. Данный вид элементов является конструкцией малых размеров либо брусьев, для которых опорой служат две стены строения, либо же три точки, включающие конек с двумя стенами.

Коньковый элемент, то есть брус, укрепляется с помощью стоек, опирающихся в лежни. Использование определенных вариантов, после того как выстроенный дом имеет необходимые габаритные размеры, то есть больше 6 метров, связано с появлением потребности в возведении стен либо опор.

Опорами самым концам конструкции наслонных стропил служат стены дома, а средний уровень конструкции должен опираться на дополнительные опорные элементы (стойки, балки, различные прогоны и т.д.), которые являются промежуточными. Это показано на рис. 1. Соответственно они могут быть установлены в строениях, оснащенных столбчатыми опорами либо средним уровнем несущих стен.

Наслонный тип стропил устанавливают при расстоянии от одного вида опоры до другого не больше 6,5 метров. Присутствие дополнительных опорных элементов может позволить сделать ширину больших размеров, которая должна быть перекрыта с помощью наслонных стропил, размер которых до 12 метров. Иногда проем перекрывают с помощью двух соседних опор на ширину не более 15 м.

Читайте также  Дом с плоской крышей своими руками

В постройках из бруса в качестве опор стропильным ногам предусмотрены верхние венцы из дерева. Опорой каркасных ног служит верхняя обвязка. Если ширина постройки является везде одинаковой, то кровля с наслонным видом стропил выходит с наименьшим весом. Вместо обыкновенных конструкций из дерева использование железных форм и балок является преимущественным.

Если кровельная стропильная система имеет стропила, создающие условия нормального давления на стены, которое является горизонтальным и распирающим, то при этом названием стропильных ног будет безраспорные наслонные стропила. Монтировать их допустимо тремя путями, исключающими возможность небезопасного уровня нагрузок на стенки:

Рисунок 3. Расчетная снеговая нагрузка.

  1. Стропильная нога при монтаже прошивается бруском, она иногда может и упираться концом в сам мауэрлат, укреплять ее требуется путем врубки.
  2. За счет подвижного соединения, а именно ползуна, стропила внизу крепятся к брускам либо мауэрлату, укладку верхних концов стропил фиксируют гвоздями.
  3. Данный способ имеет значение для жесткого типа монтажа прогонов и стропил, который используется для коньковых узлов. Доски следует прибивать гвоздями в параллельном направлении коньковому брусу каждой стороны.

Монтировать наслонные стропила распорные — это значит устраивать кровельные системы, уровень давления на систему которыми будет передаваться на стены (если стропила прикреплены к ним).

Если учитывать все три возможных способа крепления безраспорных типов стропил, поменяв крепление стропил на жесткое, неподвижно соединив их с брусками либо мауэрлатом, то можно достичь создания внутреннего напряжения в системе, выраженного в распирающем типе давления на стенки.

Фактически распорные виды наслонных стропил являются переходной схемой в условиях монтажа безраспорных стропил наслонного типа к висячим элементам.

Как вести расчеты нагрузки на кровельную стропильную систему

Рисунок 4. Карта ветровых нагрузок.

Расчеты различных показателей ветровой нагрузки связаны с определенным типом местности. Чтобы сделать расчет снеговой или ветровой нагрузок, можно воспользоваться формулами (1) и (2):

где Sg — показатель для расчета веса покрова снега на метр квадратный горизонтальной поверхности участка земли, который должен приниматься во внимание в соответствии с таблицей (рис. 2). Табличные значения от I до VIII соответствуют областям, обозначенным на карте снеговых нагрузок по регионам. Схема для расчета по таблице представлена на рис. 3.

µ — коэффициент, указывающий на переход от общего веса всего покрова снега на земле к снеговой нагрузке на покрытие.

Коэффициент µ определяется углом наклона ската крыши:

    µ=1, если угол наклона ската Статья по теме: Вентиляция канализации: назначение и устройство

По своим эксплуатационным свойствам висячая стропильная система основана на возможных сжатиях и изгибах. Вместе с тем система обладает распирающими способностями, передающимися стенам. С целью снижения этих усилий используются затяжки (стальные либо из дерева), которые соединяют стропильные ноги. Они могут размещаться у основания конструкции стропильной системы и повыше его.

Чем более высоким является крепление специальной затяжки, тем большей надежностью должны обладать висячие стропила.

При пролетах, составляющих больше 8 м, может быть использована балка (стойка), имеющая подкосы. К плюсам данной кровельной системы относится способность к перекрытию больших просветов.

Висячие стропильные системы применяют для построек, имеющих облегченную конструкцию стен. При устройстве стропил висячего типа они обычно могут упираться своими концами в конструкцию стены постройки, а также мауэрлат, который представляет собой опорный вид бруса. Опорные конструкции промежуточного типа при этом не предусматриваются.

Стропильную систему закрепляют хомутами к стенкам строения. Возникает распорное напряжение, которое не передается на стенки, а остается в установленных пределах формы треугольника, который включает затяжку и оба элемента висячих стропил. Затяжка должна быть укреплена на мауэрлате. При этом стропила с затяжкой опираются не на конструкцию стен, а на мауэрлат.

При установке висячих стропил используют запил. Так стропильную ногу крепят на сам мауэрлат, зафиксировав ее болтами либо гвоздями. Устройство висячих стропил завершено, когда они концами встык соединены в коньке и укреплены деревянными накладками.

Стропильная система

Стропильная система состоит из каркаса и опорных элементов. Именно от их качества и зависит надёжность, долговечность и прочность крыши. Каркас выполняет функцию основания для утеплителей, гидроизоляционных слоёв и кровельного материала.

Самыми распространёнными считаются деревянные стропильные системы, так как древесина характеризуется надёжностью, привлекательностью, лёгкостью и экономностью. Для улучшения характеристик древесины, её предварительно обрабатывают антибактериальными и противопожарными составами.

Стропильные системы, выполненные из металла по технологии лёгкий стальной каркас, используются в строительстве промышленных зданий или многоэтажных домов. Тонкостенный оцинкованный металлопрофиль, из которого изготовляются подобные системы, обеспечит конструкции длительный срок службы и высокую прочность. Некоторые производители заверяют, что металлические стропила способны прослужить более ста лет.

В сравнении с деревянными, металлические стропильные системы отличаются рядом преимуществ:

  • Пожаробезопасность. Возгорание конструкции исключается за счёт использования неспособных к горению материалов. Это также обуславливает ненадобность обработки противопожарным составом, как в случае с деревянными системами.
  • Срок службы. Гарантийный срок службы — 100 лет, но профессионалы говорят, что это далеко не предел. Конструкция стойкая к воздействию грибков, микроорганизмов. Покрытие металла цинком обеспечивает антикоррозийную стойкость.
  • Монтаж. Казалось бы, металлические системы намного сложнее установить, чем деревянные. Но это не совсем так. В процессе монтажа понадобится только шуруповёрт и дрель, а вес системы не слишком отличается от массы деревянных конструкций. Кроме того, работы можно проводить в любое время года, ведь металл не боится ни дождя, ни холода, ни снега.

Существенным преимуществом деревянных стропильных систем является способность сохранять тепло в помещении, что принесёт дополнительную экономическую выгоду. Древесина более экологична, у неё привлекательный внешний вид, она легко поддаётся обработке. Но срок службы деревянных систем намного короче, к тому же она со временем может стать местом жительства различных микроорганизмов.

Использование металлических конструкций оправдывается при возведении многоэтажных домов или зданий промышленного предназначения. Для жилого дома отлично подойдёт и обычная деревянная стропильная система.