Стропильная система крыши: как её рассчитывают и из чего собирают
Стропила держат всю кровлю вместе со снегом, который лежит на ней зимой. Разбираем, чем наслонные стропила отличаются от висячих, почему форма крыши меняет систему, на что опираются стропила в каменном доме и какой должна быть древесина.
Кровельное покрытие видно всем, а стропильная система скрыта под ним и под отделкой мансарды. Именно поэтому на ней экономят незаметно: чуть тоньше доска, чуть больше шаг, сырой лес вместо сухого. Последствия проявляются через год-два, когда крыша начинает гулять.
Наслонные и висячие стропила
Все стропильные системы делятся на два типа, и выбор между ними определяется не вкусом, а планировкой дома.
Наслонные стропила опираются в двух точках: внизу на наружную стену, вверху или посередине на промежуточную опору. Такой опорой служит внутренняя несущая стена или система стоек и прогонов. Нагрузка распределяется, и стропило работает на изгиб без большого распора. Это самый распространённый вариант для частного дома, где есть внутренние несущие стены.
Висячие стропила опираются только на наружные стены, без промежуточных опор внутри. Их применяют там, где пролёт нужно перекрыть целиком, без стен и стоек: большая гостиная под крышей, открытая мансарда. Проблема висячей системы в распоре: стропила стремятся раздвинуть стены наружу. Чтобы этого не случилось, их связывают затяжкой, горизонтальным элементом, который замыкает треугольник и гасит распор.
Практическое следствие: тип стропил зависит от того, где в доме стоят несущие стены. Если планировку второго этажа хотят сделать открытой, это надо знать до проектирования кровли, потому что снятие промежуточной опоры переводит систему из наслонной в висячую со всеми последствиями для сечений и распора.
Для больших пролётов применяют и третий путь: фермы, то есть заранее рассчитанные треугольные конструкции с раскосами, которые перекрывают пролёт без внутренних опор и без распора на стены.
Форма крыши и сложность
Форма крыши задаёт, сколько в системе будет узлов, а каждый узел это место, где можно ошибиться.
Двускатная крыша самая простая: два ската, конёк сверху, фронтоны по торцам. Стропила однотипные, узлов мало, считать и собирать просто.
Вальмовая добавляет скаты по торцам вместо фронтонов. Появляются диагональные накосные стропила, которые идут от углов дома к коньку, и укороченные стропила, опирающиеся на них. Накосная нога несёт больше обычной, и её сечение считают отдельно.
Сложная крыша с несколькими объёмами, пересечениями и ендовами внутренними углами, где сходятся два ската. Ендова собирает воду и снег с двух плоскостей сразу, поэтому под ней стропильная нога усиленная, а сам узел одно из самых уязвимых мест кровли.
Из этого простой вывод, о котором стоит помнить на стадии эскиза: каждый дополнительный объём и каждая ендова на крыше это деньги и риск протечки. Красивая сложная кровля оправдана, если её правильно рассчитали и собрали, но усложнять ради усложнения не стоит.
На что опираются стропила
В каменном доме стропила не ставят прямо на кладку. Между ними и стеной есть два элемента, и оба обязательны.
Армопояс. Монолитный железобетонный пояс по верху стен. Он связывает стены в единую жёсткую конструкцию и принимает на себя нагрузку от крыши, распределяя её по всей длине кладки. Особенно это важно для газобетона и керамического блока: точечная нагрузка от стропила на такой материал его разрушает, а армопояс её гасит.
Мауэрлат. Деревянный брус, уложенный по армопоясу и закреплённый к нему анкерами или шпильками, которые заранее закладывают в бетон пояса. На мауэрлат опираются нижние концы стропил. Между бетоном и деревом кладут гидроизоляцию, иначе брус будет тянуть влагу из бетона и гнить.
Про шпильки стоит сказать отдельно: их закладывают в армопояс при заливке, с определённым шагом. Потом просверлить и поставить анкер можно, но надёжность такого крепления ниже. Это ещё одна вещь, которую решают на этапе стен, а не кровли.
И узел, который часто упускают: крепление стропил к мауэрлату должно держать не только вес, но и отрыв. Сильный ветер создаёт на кровле подъёмную силу, и стропила, просто положенные на мауэрлат, при урагане могут сорвать. Поэтому их крепят металлическими уголками и скобами, а не одними гвоздями.
Сечение, шаг и снег
Стропильную систему рассчитывает конструктор, и главная нагрузка в этом расчёте снег.
Москва и область относятся к району со значительной снеговой нагрузкой: за зиму на квадратном метре крыши может скопиться больше полутора сотен килограммов снега, а в ендовах и у перепадов высот заметно больше. Именно под эту нагрузку подбирают сечение стропил и их шаг.
Параметров три, и они связаны между собой. Пролёт расстояние между опорами стропила: чем он больше, тем толще стропило. Шаг расстояние между соседними стропилами: чем он больше, тем больше нагрузки приходится на каждое. Сечение размер доски, который получается из первых двух и из нагрузки.
Про шаг есть практическая деталь, которую знает каждый толковый кровельщик. Шаг стропил согласуют с шириной утеплителя. Плиты минеральной ваты обычно шириной шестьдесят сантиметров, и если расстояние между стропилами в свету подогнать под эту ширину, утеплитель встаёт плотно, без подрезки и без щелей. Щели в утеплении мансарды это мостики холода, так что вопрос не мелкий.
И про высоту стропила: в утеплённой мансарде сечение стропила должно вмещать утеплитель нужной толщины плюс вентиляционный зазор. Если стропило ниже, утеплитель придётся наращивать дополнительным каркасом, а это лишняя работа и потеря высоты мансарды.
Древесина и крепёж
Самая частая и самая дорогая по последствиям ошибка сырая древесина.
Лес естественной влажности, только что с пилорамы, после монтажа продолжает сохнуть. Доска при этом меняет размер, ведёт, закручивается и трескается. Стропила, собранные ровно в сентябре, к весне дают волну по кровле, а крепёж в усохшем дереве ослабевает. Поэтому для стропил берут древесину камерной сушки с влажностью не выше двадцати процентов.
Вторая обязательная вещь обработка. Древесину пропитывают антисептиком против гниения и грибка, и антипиреном, который снижает горючесть. Обработку делают до монтажа, по всем граням, а не кистью по собранной конструкции: до стыков и внутренних поверхностей потом не добраться.
Крепёж. Узлы собирают на металлических уголках, пластинах и скобах с оцинковкой. Гвоздевые соединения без металлических элементов на ответственных узлах не держат расчётную нагрузку. В местах, где конструкция должна иметь свободу движения, например при опирании на стены из разных материалов, ставят скользящие опоры, которые позволяют стропилу сдвигаться без разрушения узла.
Главное, что стоит вынести из этого списка: стропильная система начинается не на крыше, а на этапе стен. Армопояс, шпильки под мауэрлат и решение, где стоят несущие стены, принимаются задолго до того, как на объект привезут первую доску.
Рассчитаем и соберём стропильную систему
Считаем систему под снеговую нагрузку и форму крыши, подбираем шаг под утеплитель и закладываем шпильки в армопояс ещё на этапе стен. Собираем из древесины камерной сушки с обработкой до монтажа, узлы на металлическом крепеже.
Частые вопросы
Чем наслонные стропила отличаются от висячих?
Наслонные стропила опираются в двух точках: внизу на наружную стену, вверху или посередине на промежуточную опору, которой служит внутренняя несущая стена или система стоек и прогонов. Это самый распространённый вариант для частного дома. Висячие стропила опираются только на наружные стены, без промежуточных опор, и применяются там, где пролёт нужно перекрыть целиком. Их проблема в распоре: стропила стремятся раздвинуть стены наружу, поэтому их связывают затяжкой. Тип стропил зависит от того, где в доме стоят несущие стены.
Нужен ли армопояс под мауэрлат?
В каменном доме нужен. Армопояс это монолитный железобетонный пояс по верху стен, который связывает их в жёсткую конструкцию и распределяет нагрузку от крыши по всей длине кладки. Особенно это важно для газобетона и керамического блока, поскольку точечная нагрузка от стропила такой материал разрушает. По армопоясу укладывают мауэрлат, деревянный брус, закреплённый анкерами или шпильками, которые закладывают в бетон при заливке, а между бетоном и деревом кладут гидроизоляцию.
Какой шаг стропил нужен?
Шаг, пролёт и сечение стропил связаны между собой и рассчитываются конструктором, прежде всего под снеговую нагрузку, которая в Москве и области значительна. При этом есть практическое правило: шаг согласуют с шириной утеплителя. Плиты минеральной ваты обычно шириной шестьдесят сантиметров, и если расстояние между стропилами в свету подогнать под эту ширину, утеплитель встаёт плотно, без подрезки и щелей. Щели в утеплении мансарды дают мостики холода.
Какую древесину брать для стропил?
Древесину камерной сушки с влажностью не выше двадцати процентов. Лес естественной влажности после монтажа продолжает сохнуть, доска меняет размер, ведёт, закручивается и трескается, а крепёж в усохшем дереве ослабевает, и к весне по кровле идёт волна. Древесину обязательно пропитывают антисептиком против гниения и антипиреном, снижающим горючесть, причём делают это до монтажа и по всем граням, поскольку до стыков в собранной конструкции потом не добраться.
Почему сложная крыша дороже простой?
Потому что каждая дополнительная плоскость добавляет узлы, а каждый узел это место, где можно ошибиться. Двускатная крыша самая простая: стропила однотипные, узлов мало. Вальмовая добавляет диагональные накосные стропила, которые несут больше обычных и считаются отдельно. Сложная крыша с несколькими объёмами получает ендовы, внутренние углы, где сходятся два ската; они собирают воду и снег с двух плоскостей, поэтому под ними стропильная нога усиливается, а сам узел одно из самых уязвимых мест кровли.