Ветровые связи стропильной кровли

Стропильная система крыши: элементы, виды, крепления, расчет

Ежедневно на земле появляются новые дома, которые строятся по абсолютно разным технологиям. Методом проб и ошибок люди выбирают для себя оптимальную конструкцию, которая будет долго и качественно им служить. Выбор системы строительства крыши – одни из важнейших вопросов, решаемых в процессе проектирования дома. В настоящее время востребованной становится стропильная система крыши, которая применяется уже довольно давно и имеет много плюсов.

Устройство стропильных систем

Висячая стропильная система

Разновидности висячих стропил.

Основные элементы несложной конструкции такого типа:

• стропильная нога;
• мауэрлат;
• дополнительные связи.

Основным признаком висячих стропил является возникающий между ними распор. Они имеют только две точки опоры (на стены здания) и работают на изгиб и сжатие. Такая стропильная система создает сильную горизонтальную распирающую нагрузку, часть которой передается стенам. Для уменьшения такого усилия у основания стропильных ног необходим монтаж затяжки, которая одновременно будет служить и балкой перекрытия. Чем выше от внешних стен она находится, тем больше сечение и надежней крепление такая балка должна иметь. Также для таких целей следует использовать укрепленный железобетонным поясом мауэрлат.

В процессе устройства получается стропильная ферма виде треугольника. В случае образования слишком большого пролета она может иметь дополнительные связи. Вверху висячие стропильные ноги можно соединить встык или вполдерева. В большинстве случаев применяются такие деревянные стропильные конструкции при наличии пролетов до 9 м. Уклоны для крыш под такой вид стропильной конструкции рекомендуется назначать в пределах 25º…45º.

Схема крепления стропил к мауэрлату.

Преимущества использования висячих стропил:

• высокая жесткость конструкции;
• несложный монтаж для пролетов до 9 м;
• простая схема расчета конструкции;
• отсутствие сложных узловых соединений в системе.

Висячие стропила в большинстве случаев применяются для жилых домов с двускатной крышей, нежилых зданий (1-3 этажа), имеющих свободную планировку верхнего этажа либо с отсутствием каркаса или внутренних несущих продольных стен.

Что такое шифер и его преимущества – подробнее тут.

Наслонные несущие системы

Наслонная стропильная конструкция устанавливается в домах, имеющих среднюю несущую стеновую перегородку или столбчатые промежуточные опоры. Стропила в данном случае будут представлять собой наклонные балки, которые пятками упираются в наружные несущие стены, а опорой для верхушки служит коньковый прогон. В свою очередь коньковый прогон поддерживается вертикальными стойками, упирающимися на внутреннюю несущую стену.

Именно такое устройство позволяет этим элементам работать только на изгиб. Если при монтаже образовался слишком большой пролет, тогда деревянную конструкцию кровли дополняют подкосы, горизонтальные затяжки и дополнительные ветровые связи.

Разновидности наслонных стропил.

Основным преимуществом данного вида стропильной системы является ее облегченная конструкция, независимо от ширины дома, так как требуется гораздо меньше пиломатериалов. Кроме того, она считается и наиболее долговечной, так как находится в условиях постоянного сквозного проветривания. Такой фактор препятствует возможному ее загниванию. Монтаж наслонной системы может быть выполнен с лежнем, с подкладками и со шпренгелями под стойку.

Деревянные стропильные системы включают следующие элементы:

• стропильные ноги;
• мауэрлат;
• коньковый прогон;
• лежни (подкладки либо шпренгели);
• стойки;
• подкосы;
• распорки.

Рассмотрим подробнее значение каждого элемента для стропильной конструкции.

Наслонные стропила. Основными частями в системах такого типа являются стропильные ноги, принимающие на себя основные нагрузки и далее распределяющие их на наружные и внутренние опоры. Устанавливаются они при длине пролета от 4,5…6 м и выполняются из бревен, диаметр которых равен 18…20 см. При наличии дополнительной опоры можно увеличить ширину перекрытия до 12 м, а двух – до 15 м.

Пример закрепления узла опирания стойки.

У таких брусьев обычно стесывается верхний кант, что облегчает монтаж обрешетки. Чаще всего на изготовление стропильных ног подбираются доски, имеющие размер 6х22 см. Но более точные размеры сечений определяются с помощью специальных формул или таблиц. В среднем они соответствуют:

1. Бревно – d 12 см.
2. Пластины – d/2 – 14/2 см.
3. Доски – 4х15.

Для прочности соединения используются болты, нагели и скобы, а также зуб и пластины из металла. Чтобы избежать попадания осадков на нижнюю часть стропильной системы, осуществляется монтаж отвесов. Технологический процесс установки кровли предполагает ее вынос за границы внешних стен на 50 см. Карнизный отвес должен быть не менее 550 мм.

Все опорные поверхности должны быть горизонтальными, в противном случае может возникнуть распор или нога начнет сползать. Ни в коем случае нельзя делать врезку в мауэрлат и прогон, так как происходит ослабление бруса и прогона, что способствует загниванию при попадании влаги в эти места.

Основные части конструкции стропильной системы

Продумывая устройство стропильной системы крыши, необходимо знать, из каких деталей эта самая система состоит.

#1. Мауэрлат – это как бы фундамент всей системы. Он помогает равномерно распределить нагрузку на стены.

#2. Стропильная нога определяет угол наклона ската, а также общий вид кровли, жестко фиксируя отдельные элементы.

#3. Прогон – скрепляет ноги стропил. Коньковый прогон находится вверху, боковые прогоны – сбоку.

#4. Затяжка – не дает стропильным ногам разъезжаться, соединяя их внизу.

#5. Стойки и подкосы – дают ногам стропил дополнительную устойчивость. Они упираются в лежень (который лежит внизу параллельно коньку).

#6. Обрешетка — набивается перпендикулярно стропильным ногам и представляет собой обрезные бруски или доски. Она призвана передавать всю нагрузку от кровельного материала на стропильные ноги.

#7. Конек крыши — это место соединения двух скатов крыши. Вдоль конька набивается сплошная обрешетка для усиления данной части крыши.

#8. Кобылки — применяют для создания свеса в случае если длинна стропильных ног не достаточна.

#9. Свес крыши — это элемент предназначенный для защиты от попадания на стены избыточного количества осадков.

Теперь рассмотрим такой сложный узел как стропильная ферма. Она имеет плоскую форму, а входят в нее, кроме стропил, растяжки, стойки и раскосы. Их располагают так, что нагрузки на стены внутри дома не происходит. Лишь внешние его стены являются опорами, причем нагрузка идет вертикально. Расстояние между фермами определяется расчетами. Если пролет большой, то ферма состоит из нескольких деталей. У чердака нижний пояс фермы служит в качестве потолка.

Выше приведены примеры деревянных стропильных ферм, кроме этого в некоторых случаях применяют фермы сделанные из бетона и металла.

• Виды кровельных материалов для различных видов крыш

Крепления ветровых связей и связей жёсткости

Ветровые связи имеют своё назначение — это передача усилий от ветра на фундамент здания.

Задача устройства связей заключается также в том, чтобы придать конструкции общую устойчивость, предотвратить опрокидывание при потере устойчивости отдельных строительных элементов при продольном изгибе.

Большей частью связи предназначаются одновременно для восприятия ветровой нагрузки и обеспечения пространственной жёсткости.

Если требуется усиление стропильной системы, то устанавливают ветровые подкосы — то есть подкосы в таком случае устанавливают у каждой стойки. Низ подкосов в этом случае опирается на общий лежень.

В крайних пролётах подкосы при воздействии односторонней нагрузки — снега и горизонтальной ветровой нагрузки (обычно с северной стороны крыши) — работают на растяжение.

Поэтому узловые скрепления их с прогонами и стойками выполняют на накладках и болтах.

Различаются связи горизонтальные, лежащие в плоскости кровли, и вертикальные, передающие нагрузки из плоскости кровли к фундаменту.

Схемы крепления ветровых связей и связей жёсткости

Горизонтальные ветровые связи могут иметь вид раскосов, ферм с крестообразной решёткой, параболическими затяжками или панелями затяжек.

Горизонтальные и вертикальные связи жёсткости в плоскости крыши показаны на рис.1.

Ветровые связи и связи жёсткости часто выполняются в виде перекрещивающихся раскосов из досок, полосовой или круглой стали.

Горизонтальные ветровые связи и связи жёсткости в виде перекрещивающихся раскосов из досок на крыше дома показаны на рис.2.

При этом стропила действуют как пояса, а прогоны — как стойки ветровых ферм с параллельными поясами (рис.3).

Из-за переменного направления ветровой нагрузки необходимо предусматривать раскосы в обоих направлениях.

Ветровые связи и связи жёсткости в плоскости крыш показаны на рис.3.

Стержни стоек, раскосов и связей, как правило, закрепляются своими концами неподвижно.

По-другому обстоит дело со сжатыми поясами решетчатых и сплошных стен, которые при вертикальных нагрузках без дополнительных конструктивных мероприятий выгибаются в стороны по всей своей длине.

Поэтому стержни поясов должны быть закреплены либо на всём протяжении, либо через определённые промежутки.

Расположение связей жёсткости в плоскости поясов крыш и стен показано на рис.4.

В деревянных конструкциях связи, как показано на рис.3, обычно располагаются в плоскости крыши.

Вертикальные связи служат для дальнейшей передачи горизонтальных усилий опорам и по возможности размещаются в углах здания.

Стропила. Стропильная система скатной крыши.

Основными несущими элементами крыши являются стропила. Стропильная система должна выдерживать не только вес кровельного материала, но и снеговую и ветровую нагрузку. Деревянные элементы стропильной системы выполняют из древесины хвойных пород с влажностью не более 20% и обрабатывают их огнебиозащитными составами.

Нагрузки, воспринимаемые стропильными конструкциями, разделяются на временные и постоянные (длительные, кратковременные, особые).
К кратковременным нагрузкам относят: вес людей, выходящих на крышу, вес оборудования в зоне обслуживания и ремонта кровли, снеговую и ветровую нагрузки.
К особым нагрузкам можно отнести сейсмическое воздействие.
К постоянным нагрузкам относится вес самой конструкции (кровельного материала, стропильной системы, теплоизоляционного слоя и материалов отделки потолка).

Расчётное значение снеговой нагрузки определяется по формуле
S=Sg*µ

Sg — расчётное значение веса снегового покрова на 1м 2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое по таблице:

µ — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.
Коэффициент µ зависит от угла наклона ската кровли:
µ=1 при углах наклона ската кровли меньше 25°.
µ=0,7 при углах наклона ската кровли от 25 до 60°.
При углах наклона ската кровли более 60° значение µ в расчёте полной снеговой нагрузки не учитывают.

Карта снеговых нагрузок РФ:

Расчётное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли определяется по формуле
W=Wo*k

Wo — нормативное значение ветровой нагрузки, принимаемое по таблице ветрового района РФ

k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определяется по таблице, в зависимости от типа местности.

А — открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи и тундры.
B — городские территории, лесные массивы и др. местности, равномерно покрытые препятствиями более 10 м.
*При определении ветровой нагрузки типы местности могут быть различными для разных расчётных направлений ветра.

Карта ветровых нагрузок РФ:

Типы стропильных конструкций для скатной крыши

Стропила разделяют на два типа: наслонные и висячие. Основной фигурой в стропильной конструкции является треугольник, поскольку он является наиболее жестким.

Наслонные стропила концами опираются на стены здания, а средней частью — на промежуточные опоры. Соответственно они устанавливают в домах со средней несущей стеной или столбчатыми промежуточными опорами. Наслонные стропила устраивают в том случае, если расстояние между опорами не превышает 6,5 м. Наличие дополнительной опоры позволяет увеличить ширину, перекрываемую наслонными стропилами до 12 м, а двух опор — до 15 м. В деревянных брусчатых или рубленых домах стропильные ноги опираются на верхние венцы, в каркасных — на верхнюю обвязку. В каменных домах в качестве опоры для стропильных ног используется мауэрлат. При одной и той же ширине дома крыша с наслонными стропилами получается более легкой.

Висячие стропила опираются концами только на стены здания либо на опорный брус (мауэрлат), без промежуточных опор. Их устраивают в зданиях с легкими стенами. Стропильные ноги висячих стропил 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 располагаться как у основания стропил, так и выше. Чем выше она находится, тем она должна быть мощнее и более надежное должно быть ее соединение со стропилами. При пролётах более 8 метров устанавливают бабку (стойку) с подкосами. К достоинствам висячих стропил можно отнести способность перекрывать большие пролеты.

При установке над несколькими пролетами единой кровельной конструкции наслонные и висячие стропильные фермы могут чередоваться. Там, где нет промежуточных опор, применяются висячие стропила, а там, где они есть, — наслонные стропила.

Мауэрлат

Стропила обычно опираются не на сами стены, а на опорный брус — мауэрлат. В деревянных домах мауэрлатом является верхний венец сруба (бревно, брус). Для кирпичных стен это специально устанавливаемый заподлицо с внутренней поверхностью стены брус (с наружной стороны он должен ограждаться выступом кирпичной кладки). Между мауэрлатом и кирпичом обязательно прокладывается слой гидроизоляции из рулонных битумных материалов. Мауэрлат может располагаться по всей длине здания или подкладываться только под стропильную ногу.

1 – мауэрлат; 2 – стропильная нога; 3 – затяжка; 4 – перекрытие.

Коньковый прогон

В вершине стропильной конструкции любой крыши укладывают прогон, соединяющий стропила (фермы) между собой. Именно на нем будет в дальнейшем устроен конек крыши.

Подбор сечений стропил и других элементов стропильной конструкции

Сечение бруса, используемого для стропил, зависит от длины стропильного элемента, шага установки стропил и расчетной величины нагрузок для данного региона. Данные ниже представленной таблицы не заменяют полноценного расчета несущей способности стропильной системы, их можно рассматривать как рекомендательные для достаточно простых конструкций кровель. В таблице даны значения, соответствующие возможным максимальным нагрузкам на стропильную конструкцию для Москвы и Подмосковья. Также данные таблицы подготовлены с учетом ассортимента пиломатериалов, которые выпускают российские предприятия, согласно ГОСТ 24454-80 («Необработанная древесина»).

Сечения стропил указаны милиметрах

Возможные сечения других элементов стропильной группы:

Для мауэрлата используют брус 100х100мм, 100х150мм, 150х150мм.
Для диагональных ног и ендов чаще всего применяют брус сечением 100х200мм.
Прогоны выполняют из бруса 100х100мм, 100х150мм, 100х200мм.
Затяжки могут быть выполнены из бруса 50х150мм.
Для ригелей выступающих опорой для стоек применяют брус сечением 100х150мм, 100х200мм.
Материалом стоек чаще всего выступает брус 100х100мм или 150х150мм.
Кобылки, доски карнизного короба, подкосы обычно выполняют из бруса 50х150мм.
Лобовые доски, подшивочные доски имеют сечения 22-25х100-150мм.

Монтаж стропильной системы. Установка стропил.

Монтаж стропильной системы ведется по нескольким технологиям, очередность операций в которых зависит от конструкции крыши. Для монтажа стропильных систем используются дополнительные элементы – гвозди, болты, шурупы, скобы, хомуты. Они же используются и для укрепления несущей системы крыши. Элементы стропильной конструкции, соприкасающиеся с кирпичной кладкой, необходимо защитить от гниения путем прокладки нескольких слоев рулонного битумного материала и затем тщательно антисептировать и антиперировать.
Мауэрлат крепят к кладке при помощи штырей. Стропило упирается в мауэрлат и жестко притягивается при помощи скрутки из проволоки диаметром 6 мм. При монтаже стропил сначала устанавливают крайние пары стропильных ног и при помощи шнура проверяют параллельность их граней. Так же натягивается шнур и по коньку стропильной конструкции, по нему устанавливаются промежуточные пары стропильных ног и тщательно выравниваются. В случае если на место установки мансардного окна или выхода дымохода попадает стропильная нога, допускается вырезка части стропила с установкой поперечных распорок из бруса того же сечения. Расстояние от деревянных частей стропильной конструкции до дымохода по строительным нормам должно быть не менее 13 см.

Что нужно учитывать при расчете металлических конструкций

Для выполнения расчета металлических ферм нужны определенные знания. Обычно расчеты выполняются специальных компьютерных программах. Расчеты должны быть точными, поскольку от этого будет зависеть прочность и надежность конструкции. При этом необходимо брать в расчет следующие факторы:

• Постоянные нагрузки на конструкцию (вес кровельного покрытия и стропильной системы);
• Дополнительные нагрузки (ветровые, снеговые, вес людей, находящихся на кровле);
• Периодически возникающие нагрузки (ураганные, сейсмические).

Как правильно выставить стропильную систему: функциональность здания ↑

Расчет ног – это первый шаг на пути того, как сделать стропильную систему правильно. Их сечение определяют на основе данных о действующих нагрузках (тяжести самой конструкции и кровельного «пирога», снеговой и ветровой нагрузке) и угле наклона крыши с учетом запаса прочности (не меньше 1,4). Расчетно определяют также шаг стропил (расстояние между ними). Решают, какие стропила применить – наслонные или висячие, есть ли необходимость в таких промежуточных элементах, как затяжки, которые препятствуют «разъезжанию», или раскосы, призванные разгрузить стропила. Для стандартных строений 6 × 6 м можно найти уже готовые типовые решения, однако, предугадать для других случаев, скорее всего, не получится.

Кровлю поддерживает каркас. Он состоит из обрешетки, которая непосредственно несет эту кровлю, и стропил. Посредством них нагрузка от веса крыши, ветра, снега передается на внутренние опоры и стены. Конструкцию стропил выбирают в зависимости от формы крыши, величины пролета, наличия внутренних опор и их расположения и действующих нагрузок.

Общее строение

Конструкция крыши сложна и может быть представлена несколькими обязательными элементами. К ним относятся:

1. стропила (стропильные ноги);
2. стойки;
3. подкосы – длинные горизонтальные столбы;
4. затяжки;
5. обрешетка и контробрешетка;
6. кровельный материал того или иного вида;
7. скаты;
8. конек и ендовы;
9. желоба для сбора влаги – водоотливы и другие.

Каждая из частей важна в общем ансамбле и выполняет определенные функции. Чтобы лучше представить себе устройство крыши познакомимся с каждой из ее частей более подробно.

Пользователи часто ищут :

Типы стропильных систем

В зависимости от формы дома и крыши, расположения несущих и внутренних стен, а также некоторых других факторов, различают следующие типы стропильных систем.

Конструкция с висячими стропилами

Данный тип системы зачастую применяют в зданиях со стенами из каменных материалов, где требуется двухскатная крыша и где пролет между несущими наружными стенами составляет до 6 м, при этом внутренние стены отсутствуют.

В этой конструкции стропила соединены между собой в верхних точках, а их нижняя часть опирается на мауэрлат. При этом стропильные ноги с противоположных скатов скрепляются между собой при помощи затяжки, не давая расползаться им в стороны. Если затяжки выполнены в виде балок, тогда их можно установить у основания, чтобы они одновременно служили и балками перекрытия.

Следующий вариант установки затяжки подразумевает ее расположение выше основания стропила, позволяя устроить мансардное помещение.

Используя систему с висячими стропилами в строениях, где расстояние между наружными стенами более 6 м, то стропила следует подпирать раскосами или стойками, которые устанавливаются на прогоны, уложенные на перекрытие. При подобном раскладе нижняя часть стропильной ноги должна быть длиной не более 4,5 м.

Для соединения образующих скат стропил, используют ветровую доску, которую прибивают наклонно со стороны мансарды от мауэрлата до конька. Такой вариант соединения между собой стропил, обеспечивает конструкцию жесткостью и способностью противостоять ветровым нагрузкам. При использовании сплошной обрешетки, ветровая доска не нужна.

Достоинствами данной стропильной системы является возможность перекрывать большие пролеты без промежуточных опор. А вот к недостаткам можно отнести большой вес стропильной системы, а также необходимость компенсации распора на стены при помощи затяжек.

Конструкция с наслонными стропилами

Конструкция с наслонными стропилами предназначена для крыш с уклоном от 20 до 60° различной сложности в каркасных и деревянных домах. При этом допустимы пролеты между наружными стенами до 16 м, если есть опоры в пределах пролета.

В данной системе верхняя часть стропильных ног опирается на коньковый прогон, который либо поддерживается стойками, либо лежит на лежне (внутренней стене), а нижняя — опирается на мауэрлат.

В связи с тем, что здесь нагрузки направлены вертикально, то нет необходимости в затяжке между стропильными ногами и в распоре стен. Однако, если между наружными стенами расстояние 10-16 м, то опирание стропил можно провести при помощи двух боковых прогонов (вместо конькового прогона), опирающихся на стойки. Или же используя подкосы и ригели, уменьшить изгиб стропильных ног.

Опять же, если требуется создать мансардный этаж, то наслонные стропила лучше опирать на аттиковую стенку — стену высотой 1-1,5 м. Конечно, еще можно использовать стропильную систему с изломами — мансардная крыша с ломаными скатами.

Достоинством системы с наслонными стропилами является ее универсальность, простота изготовления, а также легкость по сравнению с системой висячих стропил. Недостатком является наличие дополнительных опор.

Ферма — плоский элемент стропильной системы, который включает в себя стропила, затяжки, стойки, раскосы. Все элементы данной конструкции не нуждаются в дополнительных опорах в виде внутренних конструкций здания. Это связано с тем, что они должным образом расположены в пределах верхнего и нижнего пояса фермы.

Сама ферма опирается на наружные стены, создавая на них только вертикальное давление. При этом пролет их может составлять более 16 м. Данные системы еще интересны и тем, что с их помощью можно реализовать крыши различных форм и размеров.

Устанавливаются строительные фермы на расчетном расстоянии друг от друга. А если необходимо перекрыть большой пролет, то фермы можно собрать из нескольких частей.

Благодаря своим особенностям фермы могут применяться:

• для любых типов зданий;
• при больших пролетах;
• при отсутствии внутренних опор;
• для крыш сложных форм;
• для чердачных крыш с небольшим уклоном (до 26°) или односкатных.

Среди преимуществ стропильных ферм можно выделить быстроту выполнения конструкций крыши, а также обеспечить свободную планировку большого пространства. Недостатками являются лишние расходы средств на расчет и конструирование системы.

В подведение итогов по типам стропильных систем, можно добавить лишь то, что каждый из вышеперечисленных типов имеет различные варианты решений, а также то, что при строении скелета крыши эти типы можно комбинировать.

Крепежные элементы

Важно понимать, что на прочность и долговечность всей стропильной системы влияет правильное соединение всех узлов элементов друг с другом. Эти соединения должны обеспечивать передачу расчетных усилий и нагрузок в определенном направлении и выдерживать динамические нагрузки.

Десятилетия назад соединение элементов стропильной системы между собой происходило при помощи врубок, а затем дополнительно скреплялись гвоздями, металлическими шпильками или скрутками. Однако в настоящее время, элементы соединяются без врубок, а с использованием металлических крепежей, болтов и нагелей. Так, например, один из способов соединения элементов крыши является использование специальных накладок из перфорированной стали с антикоррозионным покрытием, зубцы которой загоняют в древесину, а затем закрепляют гвоздями диаметром не менее 4 мм и длиной 40 мм. Данный вариант крепления обладает следующими достоинствами:

• традиционными креплениями;
• простота и удобство соединений элементов;
• сокращается срок монтажа стропильной системы.