Невозможно представить жилой дом без крыши, а крышу — без стропил. Стропильная система — сложная конструкция, от которой зависит устойчивость и прочность кровли, поэтому к ее устройству нужно подойти очень ответственно.
Стропильная (несущая) конструкция крыши включает в себя следующие элементы: стропила висячие и (или) наслонные, мауэрлат (продольный брус), прогоны коньковые и боковые, а также подкосы, раскосы и диагональные связи. Связанные между собой детали крыши образуют стропильную ферму, в основу которой заложен один или несколько треугольников (самая жесткая геометрическая фигура).
Элементы стропильной конструкции
Несущая часть крыши — это система стропил (стропильные ноги). Стропила монтируют под углом, соответствующим углу наклона ската кровли. Через прокладку из мауэрлата, смонтированного на стене для равномерного распределения нагрузки, стропильные ноги нижними концами опираются на наружные стены. Верхние концы стропил опираются на подконьковый брус или промежуточные прогоны, передающие через систему стоек нагрузку на внутренние несущие стены. Стропила располагают через каждые 0,8–2 м (интервал зависит от сечения стропил, материала кровли и других условий). Стропила подразделяют на висячие и наслонные.
Висячие стропила опираются только на две крайние опоры (например, лишь на стены здания без промежуточных опор). Их стропильные ноги работают на сжатие и изгиб. Кроме того, конструкция создает значительное горизонтальное распирающее усилие, которое передается стенам. Уменьшить это усилие помогает затяжка (деревянная или металлическая), соединяющая стропильные ноги. Она может быть расположена как у основания стропил (в этом случае она служит балкой перекрытия, что актуально при строительстве мансардных крыш), так и выше. Чем выше затяжка находится, тем мощнее ей полагается быть, и тем прочнее должно быть ее соединение со стропилами.
Наслонные стропила устанавливают в домах со средней несущей стеной или столбчатыми промежуточными опорами.
Их концы опираются на наружные стены дома, а средняя часть — на внутреннюю стену или опоры. В результате их элементы работают как балки — только на изгиб. При одной и той же ширине дома крыша с наслонными стропилами получается более легкой, чем всякая другая (требует меньше материалов и, соответственно, затрат). При установке над несколькими пролетами единой кровельной конструкции наслонные и висячие стропильные фермы могут чередоваться. Там, где нет промежуточных опор, применяют висячие стропила, где есть — наслонные.
Стропильные ноги опираются не на сами стены, а на опорный брус — мауэрлат. В деревянных конструкциях мауэрлатом является верхний венец сруба (бревно, брус). При кирпичных стенах — это специально устанавливаемый заподлицо с внутренней поверхностью стены брус (с наружной стороны его нужно оградить выступом кирпичной кладки). Между мауэрлатом и кирпичом обязательно помещают влагоизолирующий материал (например, два слоя рубероида).
В вершине стропильной конструкции любой крыши укладывают прогон, соединяющий стропила между собой. Именно на нем будет в дальнейшем устроен конек крыши. В местах отсутствия несущих стен пятки стропильных ног могут опираться на мощные продольные балки — боковые прогоны, размеры которых определяются действующей на них нагрузкой.
Если в плоскости стропильных ног жесткость обеспечивается самими стропильными фермами, то для противостояния ветровым нагрузкам, действующим, например, со стороны щипца (фронтона), в каждом скате крыши устанавливается необходимое количество диагональных связей. Ими могут служить доски толщиной 30–40 мм, прибитые к основанию крайней стропильной ноги и к середине (или выше) соседней.
Материалы для стропил
Выбор материала для производства стропильных систем зависит не только от характера постройки, но и от давления, которое на себе будет испытывать кровля. Стропила воспринимают постоянные и временные нагрузки. К постоянным нагрузкам относятся собственный вес кровли, обрешетки, прогонов и стропил. К временным — снег, ветер, а также полезная нагрузка (если она есть). Собственный вес кровли и подкровельной конструкции определяют в соответствии с используемым материалом и размерами всего сооружения. Полезную нагрузку на стропила учитывают в случае использования конструкции подвешенных к стропильным фермам потолков или установленных на них вентиляционных камерах, водяных баках и т. д.
Различают деревянные, железобетонные, металлические или смешанные стропила.
Деревянные стропильные системы просты в изготовлении, их легко установить и «подогнать» по месту — то есть укоротить, подтесать, нарастить, что иногда приходится делать из-за ошибок при возведении стен. Если вы выбрали деревянные стропила, то еще на стадии проектирования стоит предусмотреть конструктивные и защитные мероприятия, продлевающие срок службы древесины.
К конструктивным мероприятиям относятся: устройство прокладок из водоизоляционных материалов в местах соприкосновения дерева с кирпичом, предотвращение протечек кровли, создание и поддержание в сохранности влагоизоляционного (со стороны кровли) и пароизоляционного (со стороны эксплуатируемых помещений) слоев, а также оборудование вентилируемых зазоров, которые обеспечивают удаление паров влаги потоком поднимающегося по этим зазорам воздуха. Защитные мероприятия включают в себя обработку древесины антисептиками или огнебиозащитными препаратами. Деревянные стропильные фермы можно либо заказать на заводе (в мастерской), либо изготовить на месте.
В заводских условиях деревянные фермы производят в основном с применением металлических зубчатых (гвоздевых) пластин — МЗП. МЗП позволяет значительно сократить расход материалов, а соответственно, и вес конструкций. Их изготавливают на автоматизированном оборудовании из заранее заготовленных стандартных элементов. С помощью МЗП можно построить любые типы крыш, мансард, чердачных помещений, окон в крыше и т. д. Кровли с использованием гвоздевых пластин применимы во всех типах сооружений. Можно изготавливать панели для стен, решетчатые рамы, опалубку для бетонных конструкций, большепролетные помещения, полностью изготовленные из древесины.
Второй путь имеет два решения. Первое — это изготовление стропильной конструкции методом «паз-шип» или с применением гвоздей, скоб, болтовых и т. п. соединений, а также хомутов. Самым распространенным является скрепление стропил гвоздями и скобами (но следует помнить, что по мере высыхания древесины такое соединение немного теряет в прочности и надежности). Болты позволяют этого недостатка избежать (правда, отверстия, которые под них сверлят, несколько ослабляют брус).
Второе решение — это крепеж деревянных элементов с помощью стальных штампованных фасонных деталей и саморезов. На Западе такая технология известна довольно давно, для нас же она пока является новинкой. Магазины предлагают коллекцию монтажных деталей самого разного назначения, а потому разной формы — от универсальных элементов (пластины, уголки) до сугубо специальных (подкосы, в том числе усиленные).
Сфера применения угловых соединительных элементов определяется кругом технических проблем и фантазией мастера. Задача создания сложной деревянной конструкции при этом низводится до уровня детского конструктора: заготовил брус нужного сечения и необходимой длины, закупил требующиеся металлические крепежные элементы и саморезы — и винти любую конструкцию.
В отличие от деревянных, «подогнать» металлические стропила довольно трудно, а с железобетонными конструкциями проделать такое и вовсе невозможно. К тому же настелить кровлю на железобетон или металл сложнее, чем на дерево. Именно поэтому железобетон и металл — несмотря на то, что они долговечнее и крепче дерева — используют только при строительстве больших каменных, кирпичных или железобетонных домов с тяжелыми кровлями сложных конструкций.
Стальные стропильные конструкции также изготавливают двумя путями. Первый путь — производство в заводских условиях. В настоящее время на рынке уже работает довольно много специализирующихся на этом фирм. Например, в последнее время все большую популярность приобретают стропильные фермы (точнее, целые стропильные системы) из тонкостенного оцинкованного проката Z- или C-образного сечения. Продавцы предлагают профили как отечественного, так и зарубежного производства. Весят они по сравнению с обычным черным прокатом значительно меньше, что позволяет монтировать их с помощью легкой техники и даже без нее. Крепление конструктивных элементов между собой производится без применения сварки — саморезами из высокопрочной стали. Как вариант можно заказать изготовление стальных ферм в заводских условиях, а потом поднять их с помощью крана и окончательный монтаж произвести на месте.
Второй путь — производство металлических стропил непосредственно на стройплощадке. Для этого нужно приобрести стальные двутавры, швеллеры и уголки соответствующего сечения, нанять кран и квалифицированного сварщика (возможно, бригаду сварщиков). Кстати, именно такой путь используется при изготовлении большинства металлодеревянных конструкций.
Иногда в целях повышения жесткости и неизменяемости геометрии деревянных стропильных конструкций на отдельных участках вводят металлические элементы, например, в качестве опор под наиболее нагруженные коньковые прогоны. Пролеты между металлическими частями заполняют деревянными элементами. Подобная комбинированная конструкция не только прочнее деревянной, но и позволяет деревянным стропилам работать по безраспорно-наслонной схеме.
Заказчики, как правило, не возражают против использования металла. Однако следует помнить, что с эксплуатацией комбинированной конструкции связаны определенные сложности. Дело в том, что из-за суточного перепада температур на металлической поверхности может образовываться конденсат, который приводит к загниванию примыкающих деревянных элементов. И здесь спасет только обработка деревянных стропил влагозащитными составами и применение пленочных гидроизоляционных материалов, изолирующих металл от дерева. Но и в этом случае за состоянием деревянных стропил необходимо постоянно следить, что возможно только при наличии чердака. В мансардных конструкциях с металлом свои сложности, так как он отличный проводник холода. Следовательно, стандартный способ утепления (когда теплоизоляцию укладывают между стропилами) может не подойти. Утеплитель должен быть уложен так, чтобы металлические части оказались либо снаружи его слоев, либо целиком внутри помещения (при этом все части кровельного пирога — кровельное покрытие, вентиляционный зазор, тепло-, влаго- и пароизоляция, внутренняя обшивка — окажутся снаружи). Оба способа имеют свои недостатки. В первом случае теряется довольно значительный объем помещения, во втором стропила приходится декорировать (вагонкой, гипсовыми листами, декоративными панелями и т. п.).
Помните: качественное проектирование и изготовление стропил — гарантия безопасности вашего дома. Крышу, как и дом, необходимо строить надежно, на века, а для этого все составляющие строения должны быть построены настоящими специалистами. Проектирование стропил — очень трудоемкая и имеющая множество тонкостей работа, поэтому доверять ее абы кому не следует. Стропила, спроектированные и изготовленные по всем правилам, прослужат многие годы, тогда как, если эти работы сделаны некачественно, крыша не только вскоре потребует починки, но и может оказаться попросту опасной для хозяев.
