Качественная крыша на загородном доме – одна из первейших забот домовладельца. Основой этого качества служит стропильная система, которая берет на себя наибольшую нагрузку и от которой зависят прочность и надежность крыши и кровельного покрытия. Для начала давайте попытаемся понять, как определяются прочность и надежность. Это ведь субъективные понятия, всего лишь слова, то есть «надежная крыша» в понимании одного может абсолютно не устроить другого. Следовательно, здесь требуются более объективные способы оценки, которые регламентируются специальными документами.
При создании стропильной системы нужно руководствоваться конкретными требованиями, которые предъявляются системой строительных норм и правил. Согласно существующим СНиПам, кровельная конструкция должна рассчитываться так, чтобы независимо от веса кровельного материала она выдерживала нагрузку 200 килограммов на квадратный метр. Это довольно внушительная цифра: получается, что каждый «квадрат» кровли должен выдерживать вес троих в меру упитанных мужчин. На практике же сюда включается снеговая и ветровая нагрузки, а также необходимый запас прочности, который предусматривается на случай нестандартных условий эксплуатации. Более точный расчет должен учитывать особенности конкретного кровельного материала. А поскольку удельный вес разных кровельных материалов может различаться в разы, стропильная система порой претерпевает серьезные изменения. Эти изменения касаются не столько типа конструкции, сколько мощности составных частей стропильной системы.
На сегодняшний день самым распространенным материалом для стропильной системы считается дерево. Понятно, что дерево дереву рознь и стропила тем дороже, чем массивнее применяемые брусья и доски. Так что если ваш выбор остановился на керамической или цементно-песчаной черепице, вы должны использовать материалы большого сечения и потому больше платите, а если настилаете на крышу рубероид или укладываете «еврошифер», платите гораздо меньше.
Строительные нормативы предписывают для тяжелых типов кровли (та же черепица) брать в качестве стропил брус 70 на 150 миллиметров, при этом шаг стропил должен быть минимальным – около полуметра. Если же планируется легкий кровельный материал (рулонные материалы, битумная черепица и т. д.), брус должен быть меньшего сечения – 50 на 150 миллиметров, а шаг разрешается увеличивать до двух метров. Согласитесь, разница в затратах на материал тут может быть очень существенная, и эта разница, естественно, должна заранее просчитываться и както отражаться в смете на строительство.
Необходимо учесть такую важную вещь, как уклон крыши. Понятно, что на островерхой крыше, уклон которой превышает 45 градусов, снег фактически не будет задерживаться, а значит, и нагрузка на стропила будет слабее. Поэтому шаг стропил можно без особой боязни увеличить до 1,2 и даже до 1,5 метра. Если же уклон крыши небольшой, риск снежного сугроба увеличивается, следовательно, шаг стропил нужно уменьшать до 0,8–0,6 метра.
Более точный расчет, с учетом ряда других факторов, вам поможет сделать специалист. Тут ведь важны и сечение стропил, и расстояние между опорами несущей конструкции – стойками, подкосами и коньковым прогоном. Если говорить о среднестатистическом шаге стропил, то это примерно один метр.
Профессионалы пользуются специальными методиками расчета стропильной системы. Эти методики учитывают как тип и удельный вес кровельного материала, так и характерные для данного региона снеговые и ветровые нагрузки. При этом расчеты производятся так, чтобы был определенный резерв прочности – на случай исключительных погодных условий. С другой стороны, слишком большой запас прочности может привести к тому, что на крыше будет сооружен натуральный блиндаж, который способен выдержать прямое попадание бомбы, но, скорее всего, рухнет под собственной тяжестью. Специалист всегда решит эту проблему оптимально: чтобы крыша была надежной, а расходы на ее сооружение умеренными.
Решать, какой именно должна быть стропильная система, следует путем компромисса. На первый взгляд идеальной была бы система, состоящая из металлических стропил. Почему нет? Металлические детали очень прочные, уж они-то точно выдержат любой снегопад и при ураганном ветре устоят. Еще один вариант: использование железобетонных конструкций, которые так же невероятно мощны, долговечны и обладают лишь одним (зато каким серьезным!) недостатком – слишком тяжелы. Тот же недостаток имеют металлические конструкции, которые придется затаскивать на крышу с помощью могучих кранов. Кроме того, придется усиливать стены и фундамент, ввергая себя тем самым в неоправданные расходы и напоминая персонажа известной поговорки: «Заставь неумного человека молиться, он себе и лоб расшибет».
Практика показывает: для обеспечения надежной кровельной конструкции достаточно выбрать качественную древесину, что обусловлено эксплуатационными качествами этого материала, который уже много столетий применяется в домостроении.
Дерево – сравнительно легкий материал, его можно поднимать на стройке без применения тяжелой техники. Если стены возведены неточно (а на практике чаще всего так и бывает), деревянные стропила легко подогнать по размеру, отпилив лишнюю часть или, напротив, нарастив нужную часть, причем сделать это можно прямо на крыше. При металлических балках сделать это будет крайне затруднительно, а то и вовсе невозможно. Опять же, элементы деревянной конструкции легко скрепляются самыми разными способами (для соединения металлических элементов, как мы знаем, нужна сварка). Что касается непосредственной настилки кровельного материала по дереву, то осуществлять ее много проще, нежели по металлу и железобетону, и в первую очередь – легче крепить. Вот почему домовладельцы при строительстве своих коттеджей чаще всего останавливают выбор на деревянных стропилах, которые и изготовить легко, и установить нетрудно, причем без всяких подъемных кранов.
Деревянный конструктив
Итак, наш выбор – это дерево. Теперь давайте напомним, из каких именно элементов состоит деревянная стропильная система. Для получения жесткого каркаса деревянные стропильные ноги прочно опираются на наружные стены через продольный брус – мауэрлат. Верхние концы стропильных ног поддерживаются системой стоек и подкосов, передающих нагрузку на внутренние стены и столбы. Подкосы и стойки должны обеспечивать жесткость всей конструкции. Элементы стропильной системы скрепляют, используя для монтажа гвозди, получается довольно быстро и дешево, однако со временем, когда дерево высохнет, такое соединение будет расшатываться. Более надежно соединение с помощью болтов, а самое прочное – скобами и хомутами.
Монтаж стропильной системы непосредственно на месте наиболее распространен в загородном домостроении. Однако в последнее время практикуют и монтаж в заводских условиях, еще до возведения стен. Поскольку сейчас на заводах производятся даже дома, точность геометрии постройки возросла. Следовательно, нет необходимости подгонять и подтесывать стропила, они с гарантией встанут на отведенное им место. А значит, можно делать стропильную систему в цеху, под крышей, где ни дождь, ни ветер не мешают. В этом случае и техника безопасности соблюдается на сто процентов, поскольку исключены монтажные работы на высоте, что всегда связано с риском для жизни.
Хотя самые главные преимущества стропильной системы, собранной в цеху, конечно, высокая точность и надежность. Заводское производство предполагает более надежное и прочное скрепление элементов стропильной системы между собой. Стропила соединяют в крупные конструктивные элементы – фермы – с помощью специальных стыковых планок. Эти планки вдавливаются мощным прессом в стропила, что впоследствии практически исключает смещение элементов стропильной системы относительно друг друга. В то время как в обычной стропильной системе по мере усыхания дерева такие подвижки неизбежны. Затем готовые фермы доставляются на стройплощадку, где их собирают в систему. Время на монтаж при этом минимизируется, сами работы упрощаются, да и материал экономится (до 25 процентов). Пропитку древесины антисептиками и антипиренами в заводских условиях проводить тоже легче.
Долговечность стропильной системы обуславливает долговечность кровли, которая, в свою очередь, обеспечивает долговечность постройки в целом. Чтобы крыша не «ехала», стропильная система должна быть правильно рассчитана с точки зрения механики. То есть керамическая черепица требует одну мощность конструкции, рубероид – другую, фальцевая кровля – третью.
Но не только толщиной бруса определяются надежность и долговечность, необходим еще целый ряд конструктивных решений. Сам кровельный материал непосредственно на стропила не укладывают. Да если кому и вздумается, то что делать с пустотами, которые образуются между отдельными стропилами? Отсюда требование: для укладки кровли необходимо сделать обрешетку. То есть для начала вдоль стропил, повторяя их рисунок, монтируется контробрешетка, затем поперек стропил прибивается непосредственно обрешетка, на которую и настилается кровельный материал.
При этом вид обрешетки определяется типом кровли. Например, для металлочерепицы обрешетку монтируют из брусков 50 на 50 или 60 на 60 миллиметров, которые укладывают на определенном расстоянии друг от друга. В то время как для битумной черепицы или другого рулонного кровельного материала делают сплошной настил из тонких досок или водостойкой фанеры. Древесина обрешетки должна быть высушенна, иначе конструкция может подвергнуться деформации и привести к быстрой порче кровли. Наличие обрешетки и контробрешетки дает возможность сделать сплошной кровельный ковер из выбранного материала, а также обеспечивает прочность конструкции. Благодаря этим конструктивным элементам в дальнейшем на крышу можно спокойно подниматься, ходить по ней, очищать от снега или заниматься ремонтом кровли.
Но есть у этих элементов и другая функция. Дело в том, что для нормальной и длительной эксплуатации кровельной конструкции должен быть обеспечен определенный влажностный режим. А поскольку дома, как правило, отапливают, из внутренних помещений постоянно поступает теплый влажный воздух, который при неправильно сделанной кровле оседает на ней в виде конденсата. А что такое конденсат? Это, по сути, вода, которая собирается в струи и потоки и возвращается в дом в виде протечек.
Двойная обрешетка приподнимает кровельный материал над слоем гидроизоляции, обеспечивая вентиляцию подкровельного пространства. А это значит, что попавшая туда атмосферная влага или водяные пары из помещений дома будут с легкостью выдуваться наружу и конструкции не загниют.
Если говорить о каких-то тенденциях в создании стропильных систем в загородных домах, то можно это стремление к легким, но в то же время прочным конструкциям. Сейчас на рынке появились такие материалы, как, например, клееный брус из шпона. Да, это совсем не дешевый материал, но он обладает прочностью металла, легкостью дерева, и балки из него способны перекрывать очень большие проемы. Применение легких кровельных материалов расширяется еще и потому, что строится все больше каркасных домов – сравнительно легких, с неглубокими фундаментами, а для них уже нерационально использовать тяжелые кровельные материалы и, соответственно, делать мощные стропильные системы. Ну и по-прежнему самый востребованный материал для стропильных систем – дерево: пока оно здесь вне конкуренции.
