Стропильная конструкция. Виды крыш для частного дома или бани

Стропильная конструкция и виды крыш с фото  03.05.2014 00:23

 Крыша – завершающий элемент любого здания. Здание с красивой и оригинальной верхней частью, всегда привлекает особое внимание, такая конструкция придает всему зданию неповторимый вид.

Глядя на причудливые или элегантные формы кровли, венчающей дом, редко кому приходит в голову, что эти формы стали возможны благодаря творческому подходу разработчика, проектировавшего коттедж.

В наше время огромного разнообразия современных строительных и, в том числе, кровельных материалов фантазия архитекторов по созданию зданий с крышами различных форм практически ничем не ограничена.

Стропильные конструкции любой формы должны соответствовать определенным законам. Любая фантазия может воплотиться только при соблюдении этих законов. Знание их необходимо тем, кто занимается проектированием и осуществляет сборку систем. 

Стропильные системы: общие понятия, виды, материалы

Стропильная система – основная силовая часть конструкции крыши, воспринимающая нагрузку от кровли, ее основания, а также нагрузки от ветра и снега, дополнительно увеличивающего массу.

Главным элементом системы являются стропила. С помощью различных дополнительных деталей конструкции (ригелей стоек, подкосов, распорок) и крепежных элементов из стропил образуют фермы, которые и определяют форму. 
Жилые постройки отличаются от зданий промышленного и другого назначения. И не только формой, но и применяемыми материалами.

Индивидуальная и малоэтажная застройка практически всегда имеет небольшие размеры и выполняются из легких материалов. В таких зданиях применяются деревянные стропильные системы.

Изготовление конструкций производится из древесины хвойных пород влажностью не более 20%. 

" Важно. Все детали должны быть обработаны огнебиозащитными составами для предотвращения загнивания и повышения огнестойкости.

Промышленные, торговые, общественные здания имеют большие площади и, как правило, строятся из более прочных и тяжелых материалов, чем дерево. Масса кровли таких зданий, дополнительные снеговые и ветровые нагрузки на нее таковы, что материалы из дерева не обеспечивают необходимую надежность.

Требуется применение других материалов. В этих случаях используются чаще всего металлические и железобетонные материалы. Монтаж систем из легких стальных тонкостенных конструкций производится, в частности, при сооружении быстровозводимых зданий типа складов, ангаров большой площади.

Однако дерево и здесь постепенно отвоевывает позиции. Все шире применяются конструкции стропильных систем из клееного бруса. Они используются, например, для перекрытий спортивных сооружений. 

Стропильные системы должны иметь жесткость, неизменность формы при воздействии нагрузок, действующих в различных, меняющихся направлениях. В основе лежит треугольник как наиболее экономичная и простая геометрическая фигура, обеспечивающая неизменность и жесткость формы.

Сочетание треугольников с нужными размерами и использование правильной связи между ними позволяет произвести монтаж ферм любой сложности. Взаимное расположение треугольных конструкций в пространстве позволяет при проектировании создать форму крыши разнообразной конфигурации.

В дальнейшем при описании конкретных систем рассматриваются деревянные стропильные конструкции. В строительстве применяются два вида стропильных систем: с висячими стропилами и с наслонными стропилами.

Стропильная система с висячими стропилами

Простейшая конструкция фермы с висячими стропилами состоит из двух ног и затяжки. Стропильные ноги соединяются между собой в верхней точке. Нижние концы их соединяются с помощью затяжки, образуя жесткий треугольник.

В деревянных постройках затяжка передает нагрузку от висячих стропильных ног на верхние венцы. В каменных и каркасных домах нагрузка передается на мауэрлат или на специальную верхнюю обвязку. Наличие затяжки исключает распорное воздействие на стены. Передается только вертикальная нагрузка. При этом висячие стропила работают на сжатие и изгиб, а затяжка – на растяжение. Такие системы применяются в домах, не имеющих промежуточных опор в виде стен или столбов.

При больших пролетах конструкция фермы может усложняться:

1. В ферму добавляется ригель для уменьшения усилий, передаваемых от ног на затяжку, и увеличения общей жесткости конструкции. Он связывает стропильные ноги выше затяжки. Затяжка делается составной и поддерживается в месте сочленения ее частей бабкой – вертикальным брусом, работающим на растяжение. Вместо бруса может использоваться стальной пруток.
2. Вводятся подкосы, упирающиеся верхними концами в стропильные ноги (как правило, перпендикулярно), а нижними – в бабку. Работая на сжатие, они облегчают работу стропил на изгиб.

Висячие стропила, усиленные описанными способами, применимы при расстоянии между крайними опорами до 12 метров.
Деревянные детали конструкции обычно изготавливаются из бруса различного сечения. Сопряжения элементов выполняются в виде врубок. Монтаж фермы в целом производится с применением деревянных или металлических накладок, гвоздей, шурупов и болтов. При промышленном производстве стропильных конструкций используются соединительные металлозубчатые пластины. 

Монтаж стропильных ферм на стенах производят, начиная с крайних ферм. По ним выполняют разметку и установку промежуточных ферм. Шаг установки зависит от нагрузки, вида кровли, обрешетки или прогонов, образующих связи между фермами. Обычно шаг деревянных ферм 0,6-1,2м. Максимально возможное расстояние рекомендуется не более 2 м.

Если предполагается укладка утеплителя, шаг ферм выбирается с учетом его размеров во избежание излишних отходов этого материала.

" Важно. После установки ферм строго вертикально по отвесу их временно для сохранения положения закрепляют досками – делают ветровые связи. 

Стропильная система с наслонными стропилами

Наслонные стропила в отличие от предыдущих опираются не на затяжку, а непосредственно на стены дома, если расстояние между ними не более 6 м. При большем расстоянии монтаж выполняется с использованием дополнительных опор в виде внутренних стен дома, столбов или колонн.

При использовании дополнительных элементов типа затяжек, ригелей, подкосов производится монтаж фермы, позволяющей увеличить расстояние, перекрываемое фермой. Конструкция из двух стропильных ног, усиленных затяжкой, позволяет произвести монтаж при расстоянии между опорами до 8 м.

Ферма с дополнительной средней стойкой и подкосами – монтаж с расстоянием между крайними опорами до 12 м. При наличии двух дополнительных опор расстояние между крайними опорами может быть увеличено до 16 м. Изготовление наслонных стропил осуществляется по той же технологии и с применением тех же материалов, что и с висячими стропилами. 

Возможно использование наслонных стропил по двум схемам:

• с распорными стропилами;
• с безраспорными стропилами.

Схема с распорными стропилами является классической для наслонных стропил. При этом на стены здания передается нагрузка, которая может быть разложена на вертикальную и горизонтальную составляющие. Стропильные ноги распирают стены.

В схеме с безраспорными стропилами стропильная нога одним концом крепится жестко и может только поворачиваться вокруг оси крепления, а другой конец не имеет жесткой связи с опорой и может скользить по ней. Устройство скользящего соединения может делаться как в коньковой части соединения опор, так и непосредственно на стене. Отсутствие жесткой связи с опорой уменьшает распорное усилие на стены здания. В этом случае такая схема устройства работает подобно системе с висячими стропилами.

Комбинированные системы

Изготовление и сборка стропильных систем с висячими стропилами более трудоемки и стоят дороже, чем с наслонными. Особенно это сказывается при сооружении такой сложной конструкции, как стропильная система мансардного этажа.

В таком случае прибегают к использованию комбинированной системы, состоящей из висячих и наслонных стропил. Верх кровли мансарды образует система с висячими стропилами. Нижний скат кровли образует система с наслонными стропилами. В ней стропила усилены стойками и по верху соединены прогонами, на которые опираются затяжки висячих стропил.

Монтаж комбинированной системы производится с использованием, при необходимости, подкосов и схваток, для придания жесткости всей конструкции. Затяжка используется в качестве потолочных балок мансарды. Для предотвращения прогибания затяжек их подвешивают на бабки, крепящиеся к коньковому прогону.

Конструирование и расчет любой крыши – сложная инженерно-конструкторская задача. Даже простые задачи требуют при этом учета многих факторов, пренебрежение которыми может привести к недостаточной работоспособности системы.

Учитываются масса кровли и внешняя нагрузка на нее в зависимости от климатической зоны. Выбирается вид древесины и порода дерева. Рассчитываются сечения всех элементов конструкции и их взаимодействие друг с другом.
Несмотря на сложность, это интересная творческая работа. Владение методами расчета и конструирования в полном объеме позволяет создавать такие формы дома, которые заставляют любоваться их красотой и на многие годы и десятилетия украшают не только само здание, но и его окрестности.

Виды крыш для частных домов

Говорят, что строительство начинается с проекта, а заканчивается крышей. В принципе, это правильно, но концепция продумывается, по сути, еще до составления детального плана всего дома. Будущий владелец должен прекрасно понимать, какая на его жилище будет кровля, а для этого следует учесть очень много обстоятельств – климатические условия, эстетические данные, финансовые возможности и много чего другого.

Одним людям все равно на то, как будет выглядеть крыша, лишь бы под ней было комфортно жить. Другим требуется что-то еще, чтобы все соседи видели красоту дома, а что, как не крыша, может ее подчеркнуть в полной мере? Таким образом разнообразие построек в мире поистине огромное, но все их по конструктивным особенностям можно свести всего в две категории – это плоские и скатные.

Впрочем, первая категория – очень узкая. Плоская крыша может различаться только по материалам изготовления и по свойствам защиты от атмосферных невзгод, а так она просто плоская и особых вариантов не имеет. А вот скатные исполнения имеют много вариантов, которые следует рассмотреть особо. Но начнем с самого начала.

Плоская крыша

Итак, плоская крыша – это достаточно распространенный вариант в городском домостроении, но не очень популярный в домостроении загородном.

Впрочем, знающие и расчетливые хозяева выбирают себе именно этот вид, и не потому, что в строительстве она достаточно проста и дешева в строительстве (не надо тратиться на стропила и кровлю), но она очень экономична в эксплуатации, причем весьма заметно. Главное – хорошо ее утеплить и гидроизолировать, и такая крыша будет служить без особого ремонта десятки и десятки лет.

Другое дело, что такая форма в полном смысле не красит дом, потому что ее совершенно не видно. По сути это даже и не крыша, а полное ее отсутствие, ее заменяет изолированное перекрытие потолка верхнего этажа, а чтобы на его поверхности не собиралась вода, это перекрытие в верхней своей части имеет небольшой уклон в сторону водостока.

Зимой на нее наваливает массы снега, это «покрывало» очень хорошо изолируют постройку от холода сверху. Обычно такие их делают из железобетонных перекрытий, которые способны выдержать очень большие нагрузки, так что владелец дома с плоской кровлей избавлен от необходимости чистить ее после каждого снегопада.

Скатные крыши

Скатные крыши подразделяются на четыре основные группы – односкатные, двухскатные, многоскатные и прочие (купольные, конические и совсем уж нестандартных форм). Самые простые из них – односкатные, а самые популярные – двухскатные. Остальные виды можно отнести к архитектурным излишествам, и в бюджетном домостроении они практически не используются.

Односкатные 

Односкатная крыша, как следует из названия, имеет один скат, наклоненный в одну сторону. Уклон образуется от того, что стропила одними концами укладываются на более высокую стену, а другими упираются в стену более низкую.

Вид у нее самый простой, если ширина дома небольшая, то хватит только наклонных балок, на которые укладывается обрешетка и кровельное покрытие.

Если же расстояние между стенами большое, то потребуются специальные укосины, которые будут поддерживать стропила в середине, опираясь на высокую стену в районе потолочного перекрытия. Уклон зависит от разницы в высоте обоих стен.

Двухскатные 

Более сложный вариант, но и наиболее распространенный в частном домостроении. Такая крыша состоит из стропильной системы, включающей стропила, опорные балки, подкосы и дополнительные укрепляющие элементы.

По крутизне скатов различают крыши крутые и пологие. Крутые менее затратные в строительстве, так как не требуют дополнительных подкосов – стропила из-за относительно малого угла между скатами сами служат опорами, не требующими усиления.

Однако у них очень большая парусность, поэтому их строят только в местностях с малой ветровой нагрузкой. Крыши пологие не боятся ветров, но стропильная система у них должна быть более прочная, массивная, а потому и дорогая.

К тому же для крутых и пологих крыш приходится применять разные кровельные материалы. Например, керамической и металлической черепицей лучше крыть крутые кровли, чтобы дождевая и талая вода не затекала в зазоры и не попадала под покрытие. А вот для пологих лучше всего использовать листовые материалы и битумную черепицу.

Многоскатные

Как можно понять из названия, такие крыши имеют более чем два ската. Выше писалось, что особой необходимости в таких типах крыш нет, за исключением вальмовых или шатровых. Также оправдывает себя применение щипцовых разновидностей в случае сложной конфигурации самого дома, другое дело, оправдывают ли себя такие сложные конфигурации.

В любом случае в бюджетном строительстве периметр дома не обладает какими-то излишествами, для которых требовался бы монтаж щипцовой, а тем более многощипцовой крыши.

Вальмовые и полувальмовые

Кто-то считает такие крыши двухскатными, только снабженными вальмами – дополнительными скатами, по форме представляющими собой треугольники. Если при двухскатной конструкции фронтоны дома (торцы здания) остаются открытыми до самого края конька, то вальма закрывает фронтон сверху скатом.

С одной стороны это дополнительно защищает стены от дождевой воды, с другой же вальмовая крыша в строительстве обходится гораздо дороже. Также распространены полувальмовое покрытие дома, в этом случае вальма закрывает не весь фронтон, а только верхнюю его часть.

Шатровая

Такой вариант не имеет конька как такового, потому что все скаты имеют вид треугольников и своими верхними концами сходятся наверху в одной точке.

Шатровая крыша может иметь разное количество скатов – от трех и больше, но самый распространенный вариант – четыре, по количеству стен обычного дома.

Мансардная

Принципиально мансардная (или ломаная) крыша не отличается от двухскатной, по большей части она ей и является. Разница состоит только в том, что нижняя часть ската идет под большим углом к коньку, а верхняя – под углом пологим.

Излом находится где-то посередине ската. Это нужно для того, чтобы устроить более просторную по объему мансарду. Такая форма также может быть вальмовой и полувальмовой.

Щипцовые и многощипцовые

Такие крыши, как упоминалось выше, распространены в элитном сегменте загородного домостроения. Еще они называются ендовыми, так как их скаты имеют то или иное количество углов (ендов).

Применяются на зданиях сложной конфигурации, и количество ендов зависит от сложности конфигурации самого дома. Эти конструкции имеют очень сложную стропильную систему, поэтому строить их должны только опытные специалисты по не менее сложным расчетам по прочности конструкции.

Конические и купольные

Наиболее экзотические крыши - конические и купольные. Исходя из конфигурации, ими покрывают только дома, имеющие круглую форму. Сложность стропильной конструкции может быть самая разная и зависит от их величины и веса, однако купольная разновидность более сложная и затратная в строительстве.

Другие виды крыш

Существуют и другие виды крыш для частных домов, которые, впрочем, чаще всего можно отнести к экзотическим, так как кроме визуального внешнего эффекта они других полезных качеств не имеют. К таким можно отнести сводчатые, бубновые и типа «бабочка».

• Сводчатые - представляют собой полукруглую «павильонную» конструкцию, что-то наподобие двухскатной крыши, но без конька и с изогнутыми вниз скатами.
• Бубновые -  состоят из четырех ромбовидных скатов, верхние углы этих скатов сходятся в верхней точке, нижние образуют свесы по углам, а боковые образуют так называемый «полуконек», идущий по наклонной от центра к ее краю.Такие крыши подходят только к домам квадратной формы.
• Крыши типа «бабочка» имеют два ската, опускающихся не к краям, а к ее середине, и образовывая тем самым внутреннюю ендову. Таким образом это как бы перевернутая двухскатная крыша, и дождевая или талая вода, стекая по таким скатам, выводится наружу по этой внутренней ендове, представляющей собой водосток.

Кроме всех перечисленных видов, вариантов и форм в отечественном загородном домостроении встречаются и другие типы, но в основном это комбинации двух или нескольких обычных конструкций. Например, можно совместить крутую и пологую, и получить и красивый, и функциональный образец средневекового зодчества.

А можно совместить плоскую с крышей шатровой, и за относительно небольшие деньги получится некий восточный вариант, который станет украшением любого, даже самого простого домика!

Еще статьи о строительстве и ремонте:

• Ремонт или реконструкция крыши: с чего начать?
• Кровля - виды, классификация, материалы
• Мансарда в деревянном доме
• Советы: как правильно сделать баню — этапы строительства
• Наружная и внутренняя отделка бани
• Дом из сруба ручной рубки
• Деревянные дома. Достоинства и недостатки материалов для строительства.
• Виды свай для фундамента, классификация, как их делают
• Бетонный септик из колец: виды, технология установки
• Сборные дома: виды, преимущества, недостатки, особенности строительства
• Обустройство загородного участка, практические советы
• Чем и как правильно конопатить сруб: материалы и технологии