Висячие стропила крыши — конструкции, устройство и узлы (фото, видео)

Функции стропил

Стропильная система — это совокупность несущих элементов, которые придают крыше форму, геометрию, угол наклона и высокую несущую способность. Висячая стропильная система уникальна тем, что используется в зданиях, не имеющих внутренних несущих опор.

Стропильная конструкция такого каркаса представляет собой равносторонний треугольник, образованный стропилами и затяжкой, поэтому она обладает высокой устойчивостью к внешним воздействиям. В задачи стропильного каркаса входят:

1. Формирование уклона кровли. Крыша должна иметь правильный угол наклона для эффективного отвода влаги во время дождя и удаления массы снега, чтобы не перегружать стропильную ферму.
2. Распределение веса кровли. Конструкция крыши весит довольно много, особенно учитывая дополнительную нагрузку во время снегопада. Стропила равномерно распределяют вес кровли между несущими стенами.
3. Крепление кровельного материала. Кровельный материал крепится к обрешетке стропильного каркаса, который распределяет нагрузку и придает кровле жесткость.

Обратите внимание, что висячие стропила считаются более устойчивой каркасной конструкцией, так как их расположение помогает уменьшить распирающую нагрузку, которая воздействует на узлы наслонных систем.

Разница между висячей и наслонной системами

Устройство наслонных систем

Конструкция висячей стропильной системы предполагает, что в перекрываемом сооружении нет внутренних капитальных несущих опор.

В этом случае стропила имеют только одну точку опоры в месте крепления на мауэрлат, а на другом конце они просто упираются друг в друга без использования подконькового бруса.

Стропильная ферма висячего типа представляет собой равнобедренный треугольник с основанием, равным ширине фасада. Она состоит из следующих элементов:

• Мауэрлат. Этот прочный, ровный брус из твердых пород здоровой древесины сечением 100х100мм или 150х150мм укладывается на верхнюю поверхность последнего яруса несущих стен там, где на  них будут опираться стропильные ноги.

Он распределяет вес стропил и передает нагрузку на фундамент.

• Стропильные ноги. Это несущие элементы, которые формируют плоскость скатов крыши и изготавливаются из прямых досок размером 50×150мм или 100×150мм. Они крепятся попарно с шагом 60-120см, в зависимости от веса и размера финишного покрытия.
• Затяжка. Это горизонтальный элемент каркаса, который стягивает нижние концы стропильных ног, компенсируя нагрузку на распирание, действующую на основные узлы кровли.
• Ригель. Это верхняя затяжка, которая попарно стягивает стропила на небольшом расстоянии от конька. Он изготавливается из более толстого бруса, поскольку нагрузка на распирание в этой части больше.
• Бабка. Это подвесной элемент висячего стропильного каркаса крыши, который поддерживает центральную часть затяжки под коньком, предотвращая распирание несущих внешних стен.
• Подкосы. Это горизонтальные подпорки, которые поддерживают стропильные ноги в верхней или средней части для предотвращения провисания элементов большой длины.

Типы висячих стропил

Примечание: Часто подвесная стропильная система не включает в себя мауэрлат, так как его функцию успешно выполняет низко расположенная затяжка.

Опытные мастера считают, что каркасная конструкция без этого элемента нисколько не теряет прочности и надежности.

Общие принципы расчета висячих стропил

Как вы уже убедились, висячая стропильная система относится к сложным конструкциям и требует соответствующих расчетов, основанных на ряде факторов.

Неправильные результаты означают, что крыша не выдерживает нагрузок и подвергается риску обрушения и деформации.

Конструкция крыши и конструкция дома должны соответствовать проекту здания. В крайнем случае, расчеты можно произвести с помощью одного из онлайн-калькуляторов, которых в Интернете очень много.

Для расчета используются следующие данные:

• размер помещения, которое необходимо перекрыть;
• есть ли чердак;
• предполагаемая максимальная нагрузка;
• количество скатов, их угол наклона;
• категория стропильной системы;
• материал для возведения стен;
• кровельный материал.

Результатом расчета является определение:

• сечения стропил;
• расстояния между стропилами;
• формы ферм.

Стропильная система двускатной крыши

Стропила или балки — это несущие конструкции скатных крыш, которые принимают нагрузку от крыши, передавая её на несущие стены.

Пары стропил соединяются на верхнем, коньковом конце, а нижний конец опирается на мауэрлат или прямо на стену. Каркас скатной крыши состоит не только из стропил.

Прогоны, балки, подножия и толкающие опоры — стропильная система не может существовать без дополнительных элементов.

Несущие дополнительные элементы

Среди дополнительных элементов можно выделить те, которые участвуют в принятии нагрузки. Добавление таких элементов распределяет нагрузки.

Это означает, что они оказывают непосредственное влияние на несущую способность стропильной системы в целом и стропил в частности.

При их использовании можно увеличить вес кровельного материала, поднимаемого стропилами, и уменьшить толщину сечения стропилин.

Прогон

Горизонтальный элемент, поддерживающий стропила, называется прогоном:

• он устанавливается по всей длине здания и поэтому его называют долевой балкой;
• передает нагрузки через стойку или фермы на несущим стенам; закрепляет пространственную форму стропила.

Коньковый прогон — это балка под коньком.

Опорные балки

Мауэрлат и лежень — это горизонтальные элементы, устанавливаемые для опирания стропильных ног, стоек. Такие балки равномерно распределяют точечные нагрузки от стропил равномерно по верхней части стены.

Мауэрлат укладывают для опоры деревянных стропильных ног на стены из недеревянных материалов и он:

• поглощает и распределяет силы распирания и вертикальные нагрузки;
• обеспечивает надежное крепление ног стропил к стене.

Лежень является горизонтальной балкой и устанавливается на внутреннюю несущую стену или перекрытия поперек стропил.

На лежень опираются  стойки, он служит для равномерного распределения нагрузки и увеличивает пространственную жесткость конструкции в целом.

Стойки

Стойки — это вертикальные элементы, которые принимают нагрузку от стропилин или прогонов и передают ее на опорные балки (лежень, балки перекрытия) или железобетонные плиты перекрытия.

Один из видов стоек — угловые опоры.

Подкос

Подкос — это несущий диагональный элемент, расположенный под углом 45-55° к горизонту. Подкос упирают в стропилину или прогон, соединяют накладками. Работает на сжатие. Повышает жесткость, устойчивость и прочность системы.

Стропильные и безстропильные двускатные кровли

Скатная крыша состоит из двух пересекающихся плоскостей, или скатов. Несущая конструкция крыши может представлять собой стропильную систему или самцово-слеговую систему.

При самцово-слеговом устройстве форма крыши определяется слегами, поддерживающими продольные балки сруба, которые лежат на фронтонных балках, или самцах. Фронтонные стены принимают на себя нагрузку от ограждающих конструкций здания.

Эта конструкция крыши в чистом виде не имеет стропил. Однако, в большинстве случаев слеги и стропилины соединяют, что облегчая установку кровельного покрытия.

Самцово-слегово-стропильная система

Самцово-стропильная крыша сочетает в себе опору покрытия на венцы  фронтона, слеги и стропильные ноги. В месте верхнего ребра, конька двускатной крыши устанавливают князевую слегу, на которую и на нижние слеги опираются стропильные ноги.

Плюсы:

1. Крыша сохраняет классическую архитектуру рубленого дома. Выступающие за пределы стен слеги
   формируют красивый кровельный свес крыши.
2. Смешанная конструкция позволяет использовать высокие потолки с открытыми балками в едином внутреннем пространстве без перегородок и столбов.
3. Стропильные ноги перехватывают часть нагрузки и равномерно распределяют ее на остальные стены. Возможен монтаж обрешетки и любых финишных покрытий по стандартной схеме.

Недостатком является неравномерная усадка.

Неравномерная усадка фронтонов учитывается при проектировании слегово-стропильной системы.

Важно: Это особенно актуально для домов с рублеными фронтонами.

Основной угрозой для устойчивости крыши и дома является усадка «лишних» венцов, которые формируют высоту фронтона. Самцы различаются по длине.

Более короткие дают большую усадку, и, как правило, каждый слой самцовых бревен опускает стропила на новые сантиметры.

Коньковый конец стропилин опускается вместе с княжеской слегой, которую можно назвать коньковым прогоном рубленого дома. Нижние концы проседают вместе с венцами боковых стен.

Когда стропила жестко прикреплены к боковым стенам, ноги деформируют конструкцию.

При установке каркасного фронтона на рубленом доме количество венцов во всех стенах одинаковое, и усадка обычно происходит равномерно, хотя ее также лучше компенсировать конструкцией верхних или нижних стропильных узлов.

Опора скользящая или скользун

Одним из решений является установка стропильной системы с использованием скользящих опор стропил, или скользунов. Крепеж состоит из двух частей, которые могут двигаться, скользить друг относительно друга.

Скользящая опора позволяет стропильным ногам расходиться в стороны при уменьшении высоты фронтона. Считается, что это временное решение.

До окончательной усадки крепеж удерживает крышу от смещения под действием ветровой нагрузки. Позже его заменяют, но не всегда.

В классической двускатной крыше основным несущим элементом остаются стропильные ноги, которые соединяются с другими частями конструкции в узлах.

Стропильная система. Типы

Скатные крыши поддерживаются двумя типами стропил:

• висячие стропила;
• наслонные стропила.

Конфигурация висячих стропил отличается от наслонной системы тем, что последняя требует внутренних несущих стен.

Наслонное стропило

Стропильные ноги опираются верхним коньковым концом на коньковый прогон. Стропилины запиливают и опирают на прогон или устанавливают без запила. Конструкция соединительного узла зависит от того, как решается проблема распорного воздействия в данной конструкции.

Под тяжестью крыши балки стропила расходятся в стороны. Способ крепления концов стропил в скатной крыше определяет величину распорного воздействия на стены.

Нижние концы стропильных ног опирают в балку — мауэрлат — расположенную поверх несущей стены. В рубленом доме мауэрлатом является верхний венец. Стропила двускатной крыши каркасного дома опирают на брус верхней обвязки.

Висячее стропило

Стропила, не имеющие опоры в верхней части, называются висячими стропилами. Торцы стропильных ног упирают друг в друга или жестко соединяют вместе врубкой вполдерева.

Висячие стропила поддерживаются без опоры и принимают на себя всю нагрузку, что приводит к сильным распирающим усилиям на стены. Поэтому они жестко соединены с необходимыми элементами — затяжками.

В висячей стропильной системе затяжка является горизонтальным элементом, который соединяет стропильные балки, работает на растяжение и принимает на себя распорное воздействие. Он устанавливается как в верхнем, так и в нижнем положении.

Пара висячих стропилин, соединенных между собой затяжкой, образует стропильную ферму. Нижняя затяжка, соединяющая концы стропильных ног, делает такую ферму полностью безопорной.

Стропильная ферма

В строительстве ферма — это жесткая плоская конструкция, состоящая из двух балок (поясов) и вертикальных или скошенных стоек между ними. Стропильная ферма — это висячее стропило.

Конструкцию из двух стропильных ног и затяжки дополняют бабкой, подкосами, стойками, ригелем.

Бабка — вертикальный элемент, работает на растяжение, верхний конец которого зажимают между коньковыми торцами стропилин. Основная функция бабки — предотвращение провисания длинной затяжки.

Если последняя состоит из двух частей, ее соединяют под бабкой и крепят к ней хомутом, чтобы компенсировать потерянную прочность.

Ригель — это горизонтальный элемент, соединяющий стропильные ноги в верхней их части.

Важно: При определении типа горизонтального элемента стропила смотрите не на его название, а на то, какую работу он выполняет, поскольку «ригелем» часто называют и затяжку, и схватку.

Ригелем также называют несущий элемент для усиления прогона, когда он располагается вдоль долевой балки, вне плоскости стропильных ног, опираясь на подкосы.

В висячей стропильной системе ригель работает на сжатие, воспринимая вертикальные нагрузки, усиливая устойчивость, прочность стропильных ног и пространственную жесткость фермы.

Подкосы и стойки являются несущими элементами, перераспределяют нагрузки, повышают устойчивость, прочность.

Использование стропильной фермы облегчает монтажные работы. Даже любители могут выставить по уровню жесткую конструкцию.

При монтаже крыши используются и другие фермы, например, конструкцию, состоящую из лежня, стоек, укосов и прогона, которые устанавливаются под стропилинами в качестве опоры.

Фермой увеличивают высоту несущих стен для обеспечения выбранного уклона ската.

Что влияет на выбор типа стропила

Как наслонные, так и висячие конструкции позволяют перекрыть крыши домов любого размера. Вопрос стоит в эффективности. У вас есть архитектурный проект или эскизы, планы, мечты — и начинается поиск равновесия.

Выбор типа стропильной системы любой двускатной крыши — это попытка совместить запросы домовладельца, долгий срок службы и трезвый финансовый расчет.

1. Архитектурные предпочтения домовладельца. Эскизы здания воплощают желания и вкусы владельца в архитектурный проект. Это отражается на выборе стропильной системы.

Если домовладелец предпочитает открытую планировку без перегородок, архитектор выбирает висячие стропила.

2. Размер крыши. Размер пролетов, требующих перекрытия, напрямую связан с выбором несущей конструкции.

3. Планировка здания. Если в доме нет несущих стен, для поддержки висячих стропил необходимо установить деревянные или железные колонны, в противном случае придется выбрать другой тип стропил.

4. Нагрузки. При высоких ветровых нагрузках предпочтительнее использовать стропила с затяжками. Мансарду с раздельной крышей трудно установить там, где снег идет восемь месяцев в году.

Это осуществимо, но потребует больших затрат из-за увеличения количества дополнительных элементов, другого сечения стропил, возможно, даже утолщения стен дома.

5. Его  величество бюджет. Здесь все понятно без слов. Изготовление стропил наслонного типа в целом требует материала с меньшим сечением и, соответственно, цены.

Если владельцы готовы купить готовые стропильные фермы, они могут установить стропила на двускатной крыше за несколько дней. Готовая конструкция сэкономит время, но увеличит стоимость.

Все эти факторы взаимосвязаны, и любой владелец, углубившийся в проектирование своего любимого дома, назовет еще несколько причин для выбора висячей стропильной системы вместо наслонной стропильной системы.

Дополнительные элементы

Дополнительные стойки и балки усиливают следующие характеристики стропил:

• Устойчивость — способность переносить нагрузки;
• Пространственную жесткость — способность не деформироваться, сохранять геометрию стропила под внешним воздействием;
• Прочность — способность выполнять свою основную функцию, служить опорой для кровли, обеспечивать вентиляцию.

Подкосы, раскосы и диагональные связи отвечают за повышение устойчивости. Элементы, образующие треугольные формы, увеличивают жесткость. Большинство дополнительных частей изменяют несколько характеристик одновременно.

Установка обрешетки влияет на устойчивость стропильной системы, а также на ее жесткость.

Набор дополнительных элементов зависит от конкретных условий проекта и региона. Спецификации, описания и размеры дополнительных элементов включаются в конструктивный проект, который также включает план и схемы стропильных конструкций.

В следующем разделе описаны дополнительные элементы стропил, которые, помимо описанных выше, наиболее часто используются в стропильной конструкции крыши.

Подбалка

Подбалка — это короткий брус, используемый для усиления несущей способности прогонов. Он устанавливается на стойки, под прогоны, если нагрузка значительна, или если вертикальные стойки расположены на большом расстоянии друг от друга.

Когда возникает необходимость увеличить длину прогона, элемент устанавливаетсяв местах сращивания, компенсируя потерю прочности и устойчивости.

Сходные функции выполняют подмоги — брус или доски, которыми увеличивают высоту стропильной ноги, тем самым улучшив ее характеристики.

Бобышка

Если во время строительства брус необходимо сращивать до нужной длины, это снижает его устойчивость и прочность. Стропилины из сдвоенной доски решают эту проблему, их легко нарастить путем добавления одинарного продолжения между досками в нижней части.

Такое стропило ничем не хуже одинарного, прочно удерживает кровельный пирог, когда:

• куски одной доски вставляются в центр такой же доски — бобышки;
• просветы, т.е. расстояние между бобышками, не превышают 7 высот доски;
• размер вкладки составляет минимум 2 высоты доски.

Сдвоенные ноги упрощают установку необходимых горизонтальных элементов.

Бобышкой также можно назвать и просто небольшой кусок доски, используемый в стропильной системе. Иллюстрация типичной конструкции скатной крыши с бобышкой показана ниже.

Коротыш

Коротыш в строительстве — это обрезок бревна или бруса. При сборке деревянного каркаса крыши название «коротыш» используется для нескольких дополнительных деталей.

1. Вместо мауэрлата используется короткий кусок дерева длиной 50-70см. Он используется для опирания стропильных ног.
2. Коротышом называют часть бруса, укрепленная на крайней опорной стойке конькового прогона датской вальмовой крыши. Брусок является опорной площадкой для ригеля, концы которого образуют площадки для диагональных стропил датской вальмы.
3. Коротыш — это брусок, уложенный под конец затяжки, между ней и мауэрлатом, под место врубки в затяжку стропильной ноги. Конец коротыша подводят под гайку болта, что позволяет установить его строго вертикально.

Накладка

Она изготавливается из досок или фанеры для жесткой фиксации устройства и, чтобы иметь возможность вбить расчетное количество гвоздей в элемент с небольшой площадью поверхности, не повредив его.

Увеличение сечения улучшает стабильность и прочность узлов, мест стыковки элементов.

Важно: В языке кровельщиков и крышников смешиваются строгие понятия научного языка и СНИПов с традиционными названиями деталей стропил, которые мастера изучают вручную без словарей.

Часто один и тот же элемент известен под разными названиями. Поэтому важно смотреть не на название, а на тип стропильной системы, место и роль элемента в ее конструкции.

Читайте также: Волновой шифер: технические характеристики, размеры, способы укладки

Разновидности

Размещение висячей стропильной системы во многом зависит от формы и размера накрываемой конструкции. Чем больше площадь дома, тем больше в конструкции дополнительных элементов, которые увеличивают несущую способность каркаса.

Простейшая ферма представляет собой равнобедренный треугольник, образованный стропилами и стойками. Но чем длиннее стропила, тем больше опор потребуется для компенсации их прогиба под собственным весом.

Различают следующие типы подвесных стропильных систем:

1. Простая трехшарнирная арка треугольной формы. Это пример простейшей висячей фермы, которая состоит из стропильных ног и затяжки. Это замкнутый треугольник, основание которого работает только на растяжение, а стороны — на прогиб.

Таким образом можно перекрывать пролеты шириной до 6 метров.

Простая трехшарнирная арка

2. Трехшарнирная треугольная арка с подвесом или бабкой. Если ширина перекрываемого сооружения превышает 6 метров, использование цельного бруса проблематично.

Деревянный кусок такой длины будет гнуться под собственным весом, поэтому его делают из двух отдельных кусков и подвешивают к коньку с помощью бабки.

Арка с подвесом

3. Трехшарнирная арка с приподнятой затяжкой. Этот тип висячих стропил используется, когда крыша имеет мансардный тип. В этом случае затяжку перемещают к верхней части стропила ближе к коньковому соединению.

Чем она выше, тем большему растягивающему напряжению она подвергается. При строительстве мансарды приподнятая затяжка выполняет функцию потолочного перекрытия.

Трехшарнирная арка с приподнятой затяжкой

4. Трехшарнирная треугольная арка с ригелем. В этом варианте подвижные крепления в виде ползуна, прикрепленные к мауэрлатами, заменяются неподвижными.

Это означает, что стропила, соединяющие стропила в верхней части, подвергаются не растягивающим, а сжимающим напряжениям.

Трехшарнирная арка с ригелем

Важно: Если длина стропильных ног превышает 4-4,5м, то при толщине профиля 50х150мм или 100х150мм они начинают испытывать значительную нагрузку на прогиб под собственным весом.

Чтобы компенсировать это напряжение, они опираются на верхнюю или центральную часть стропил с помощью подкосов, упирающихся в бабку.

Трехшарнирная арка с подкосами и бабкой

Виды креплений

Крыша из дерева подвержена тепловому расширению, а также немного изменяет свои размеры под воздействием влаги. Для того чтобы эти малейшие изменения не деформировали конструкцию, используется специальная система крепления узлов.

Висячие стропила имеют 2 типа креплений:

• Подвижные. Подвижные крепления представляют собой специальные устройства — ползуны, изготовленные из металла.

Они используются для крепления стропильных ног к мауэрлату, в результате чего они могут немного смещаться при изменении размеров элементов из-за колебаний влажности. Такие устройства предотвращают деформацию каркаса крыши, позволяя крыше «дышать».

• Жесткие. Жесткое крепление стропильного каркаса достигается с помощью гвоздей, саморезов или металлических накладок.

Этот метод обеспечивает надежное крепление, но не компенсирует тепловое расширение и изменение размеров древесины при колебаниях влажности.

Опытные мастера говорят, что запрещается вырезать отверстия в мауралате для крепления стропильных ног, так как это нарушает целостность бруса и снижает его прочность.

В случае подвижного крепления ноги фиксируются ползунами, а в случае жесткого крепления стропила врезаются в мауэрлат и затем прибиваются гвоздями.

Особенности конструкции висячих стропил

Крыша с висячими стропилами — это простейшая форма треугольной стропильной фермы. Она способна перекрывать пролеты длиной до 17 метров. Она состоит из двух стропильных ног, упирающихся друг в друга, и затяжки, которая их дополняет.

Такая система считается распорной и, благодаря её особенностям, возникающие напряжения не передаются на стены здания.

Всего существует пять типов структур, образованных висячими системами.

Треугольная шарнирная арка

Эта конфигурация имеет форму замкнутого треугольника, при этом стропила работают на изгиб, а затяжка — на растяжение. Для правильной работы системы высота конька должна составлять не менее 1/6 длины пролета фермы.

Эта конструкция очень популярна при строительстве мансард.

Арка шарнирная с бабкой

Эта структура основана на подвешивании бабки к арочному коньку. Этот тип системы работает за счет натяжения, которое вызывается изгибом самой затяжки. В зависимости от характера и назначения конструкции, подвеска может быть изготовлена из дерева или металла.

Затяжка может быть изготовлена из отдельных компонентов, которые крепятся на нижнем участке подвески с помощью болтовых соединений.

Арка шарнирная с приподнятой затяжкой

Эта конструкция похожа на треугольную арку, но в отличие от последней, затяжка крепится не внизу стропильных ног, а вверху сооружения. Такая форма соединения очень популярна при создании полноценных мансардных помещений.

Крепление затяжки к стропильной ноге осуществляется с помощью врубки полусковороднем и болтового соединения. Чем выше располагается затяжка, тем большую растягивающую нагрузку она может выдержать.

Арка шарнирная с ригелем

В этой конфигурации неподвижный элемент шарнирного типа действует, как несущий узел. Крепление  с мауэрлатом осуществляется с помощью опорного бруса или посредством врезки зубом.

Сами распределительные балки должны быть жестко закреплены на несущих стенах. Если распорные нагрузки высоки, в нижней части конструкции может быть установлена затяжка.

Арка с подвеской и подкосами

Этот тип несколько похож на трехшарнирную арку подвеской. Конструкция висячих стропил была немного изменена, были добавлены подкосы для снятия чрезмерных нагрузок на конструкцию.

Когда на подвеску воздействует растягивающее напряжение, происходит сжатие подкосов, и арка становится жесткой.

Сильное защемление конькового участка

Если верхняя часть прочно прикреплена, а основание ставят в ползуне, распор стены не происходит, если область конька сильно защемлена.

В этом случае в сильно защемленном коньковом соединении происходит экстремальный период коробления, который должен разрушить соединение, и тогда стропильные ноги получат гораздо меньший прогиб.

Защемив верхнюю часть стропила, мы приобретаем определенный запас прочности, что повышает все характеристики.

Общим для всех методов является то, что одна область стропил строится на шарнире, использующем только поворот, а другая — на скользящей скобе. У него есть возможность позволить себе поворот. Это фиксируется различными способами.

Иногда используется гвоздевой бой или даже крепежные пластинки.

Плохо, если происходит упирание прогона на специальные стойки. В двух других вариантах статическая устойчивость существует, поскольку нагрузка распределяется одинаково на обе стороны крыши при одинаковом угле наклона.

Но на самом деле сделать идеально ровный угол наклона крыши невероятно сложно. Растаявший снег неравномерно распределяется по крыше, особенно если вмешиваются сильные порывы ветра. Первоначальный способ позволяет использовать различные углы наклона.

Также он неплохо справляется с любыми нагрузками, только если стойки будут стоять абсолютно вертикально.

Варианты конструкций с использованием висячих стропил

Существует несколько вариантов ферменных конструкций с использованием висячих стропил. Рассмотрите их все по отдельности.

Треугольная шарнирная ферма

Это простейшая ферма в форме треугольника. Он состоит из двух стропил, которые соединяются у конька. Их нижние основания поддерживаются горизонтальной балкой, или мауэрлатом. В основании стропильных ног устанавливается затяжка.

При такой технологии высота конька должна составлять не менее 1/6 длины пролета.

Эта схема используется очень часто. Её главное преимущество — простота. Стропила работают на изгиб, а затяжка на растяжение, что приводит к успешному распределению нагрузки.

Так выглядит треугольная шарнирная ферма

Чтобы уменьшить прогиб стропильных балок, врубку конькового узла выполняют с эксцентриситетом.

В результате, когда крыша подвергается нагрузке извне, в дополнение к нормальному изгибающему моменту возникает сгибающий момент противоположного направления. В результате изгибающая деформация может быть значительно уменьшена.

Кроме того, такое решение позволяет использовать балки меньшего сечения и тем самым экономить строительные материалы.

Шарнирная ферма с бабкой

Это более сложная конструкция, подходящая для пролетов от 6 метров и более. Дело в том, что длинная затяжка будет подвергаться слишком большим нагрузкам и в конце концов начнет гнуться под собственным весом. Чтобы предотвратить это, её подвешивают к коньку.

Завершает конструкцию еще один элемент — бабка. Бабка — это деревянный брусок или стальной прут, который проходит от конька до середины затяжки.

Таким образом, бабка может быть использована для поддержки слишком длинной затяжки и уравновешивания его прогиба. Сама же затяжка должна состоять из двух балок, срощенных между собой.

Несмотря на простоту конструкции, при изготовлении шарнирной фермы с бабкой часто допускаются ошибки. Бабка должна работать только на растяжение, но не на сжатие.

Проблема в том, что её часто путают со стойкой и упирают в затяжку, в результате чего сама бабка находится в состоянии сжатия, а не растяжения.

Эта путаница может быть вызвана тем, что бабка и стойка очень похожи по устройству. Однако их назначение, как и принцип действия, совершенно разные. В отличие от стойки, бабка не соединена жестко с затяжкой.

Она подвешивается на карнизный узел, а затяжка крепится к её нижней части с помощью хомутов.

По длине балку затяжки собирают из составных частей. Элементы соединяются между собой косым или прямым прирубом и закрепляются болтами. Бабка же с затяжкой соединяется с помощью хомута.

Такая схема больше подходит для промышленных или складских зданий с большими пролетами.

Шарнирная ферма с приподнятой затяжкой

В этом типе конструкции затяжка находится не у основания, а перемещена ближе к коньку. Чем выше место установки, тем больше растягивается балка. Ферму с приподнятой затяжкой используют при строительстве домов с мансардой.

Высота потолка зависит от высоты точки крепления балок над перекрытием.

Стропильные ноги крепятся на мауэрлат. Используется подвижный тип крепления. В противном случае крыша будет деформироваться из-за перепадов температуры и влажности.

Кроме того, если нагрузка на скаты действует только с одной стороны, стропилам разрешается выдвинуться на некоторое расстояние, чтобы компенсировать неравномерную нагрузку.

Крыша все равно будет целой, так как стропила устанавливаются с выносом на обе стороны.

Для мансард больше подходит подвижный стык стропил и мауэрлатов

В мансардном строительстве прподнятая затяжка обычно используется в качестве основания потолка, поэтому она должна быть защищены от провисания. Для этого необходимо соорудить подвеску от конька до центра балки.

Если же затяжка длинная, следует использовать несколько подвесок, а при больших ожидаемых нагрузках все стыки дополняются хомутами.

Шарнирная ферма с ригелем

Схема очень похожа на предыдущую. Отличие заключается в том, что нижняя подвижная опора заменяется жестким неподвижным стыком. Стропильные ноги врубаются в мауэролат и закрепляются болтами.

Это решение меняет тип конструкции. Теперь стропильная система действует с распирающей силой на стены и мауэрлат. Затяжка заменяется ригелем, представляющим собой затяжку, работающую на сжатие, который перемещается ближе к коньку.

Но конструктивно нагруженная крыша требует не только ригеля, но и дополнительной полосы. В результате получилась конструкция, напоминающая усиленную трехшарнирную арку.

Ферма с подвеской и подкосами

Эта схема представляет собой усовершенствованную конструкцию фермы с бабкой. Она используется в тех случаях, когда длина пролета настолько велика, что происходит прогиб затяжки и стропильных ног под собственным весом.

Поэтому для поддержки стропильных балок используются подкосы. Чаще всего подкосы упирают во внутренние стены, но поскольку это не подходит для висячих стропил, то подкосы опираются на бабку.

Для больших пролетов используются не только длинные стропила, но и длинная затяжка. Она должна состоять из отдельных элементов, соединенных между собой прямым или косым прирубом. Бабка и затяжка соединяются через хомут.

Так выглядит схема шарнирной фермы с подвеской и подкосами

Как видно, все существующие конструкции ферм с висячими стропилами являются лишь усовершенствованиями треугольной шарнирной фермы.

Другие элементы, такие как бабки, ригели и затяжки, только увеличивают жесткость системы и позволяют использовать ее для более длинных пролетов.

Смешанные схемы стропильных систем

Итак, существуют одиночные стропила, каждому из которых требуется по две опоры, а если это двускатная крыша — три, где средняя опора является общей для левого и правого стропила.

Такие стропила называются наслонными, есть и другие стропила — парные, которые не нуждаются в центральной опоре; они называются висячими. Их конек висит.

Для дальнейшего рассказа о смешанных стропильных системах, давайте называть висячие системы фермами. Фермы — это балочные несущие конструкции из коротких элементов, используемые для перекрытия длинных пролетов.

Наилучшая экономия материалов при строительстве ферм достигается при их проектировании таким образом, чтобы нагрузка прикладывалась в узлах фермы.

Тогда все элементы фермы будут работать на сжатие или растяжение без изгиба, а это уменьшает поперечное сечение элементов фермы.

В висячих стропильных системах нагрузка от веса крыши, снега и ветра поступает и давит на стропильные ноги через часто установленные бруски или даже через сплошную обрешетку. Стропильные ноги в этом случае работают как на сжатие, так и на изгиб.

Правильное название этой системы — висячая стропильная система. Однако если перераспределить нагрузку и приложить ее только к узлам висячей стропильной системы, то ее можно назвать фермой.

Конечно, это не вопрос о том, как называть конструкции, которые отличаются только способом приложения нагрузки, но это приводит к систематизации и пониманию того, как работают эти конструктивные схемы.

Смешанные схемы кровли предусматривают установку несущих ферм или несущих висячих стропил с шагом 2-4. Затем к ним крепятся прогоны, а сверху на обрешетку укладываются наслонные стропила.

Конструкцию такой крыши можно назвать крышей из наслонных стропил, в которой в качестве подстропильных конструкций используются фермы или висячие стропильные системы.

• В первой конструкции фермы поддерживают прогоны, которые лежат на них сверху. Наслонные стропила опираются на прогоны и получаются выше ферм. Висячие и наслонные стропила находятся в разных плоскостях.
• Во втором варианте обрешетка для навесных стропил поддерживается висячими стропилами, которые закреплены внутри стропильных систем. Наслонные и висячие стропила находятся в одной плоскости.

На чертежах показаны только два варианта комбинированных стропильных систем, в действительности же существует множество подобных схем

Несущие подстропильные системы обычно называют главными фермами, а накладываемые на них — второстепенными. Второстепенные фермы могут быть как наслонными, так и висячими стропильными системами.

Критерии выбора

Висячие стропила считаются более сложным вариантом конструкции и установки стропил. Эта деликатная система требует тщательных расчетов с учетом всех нагрузок и сил, которые будут воздействовать на нее изнутри и снаружи.

Для обеспечения безопасности крыши при выборе кровли необходимо учитывать следующие факторы:

1. Климатические условия. Для того чтобы оценить, какая ветровая и снеговая нагрузка будет воздействовать на стропила, необходимо определить климатическую зону региона, в котором ведется строительство.
2. Отделка крыши. Выбор стропил зависит от желаемого кровельного материала, так как каждый вариант имеет оптимальный уклон и рекомендуемое расстояние между стропилами в зависимости от веса и размера кровельного материала.
3. Вид кровельной системы. Крыша может быть односкатной, двускатной, шатровой, вальмовой и т.д. в зависимости от формы и размера здания.

Важно: Висячие фермы тяжелые и большие, поэтому уже собранную конструкцию можно поднимать на крышу только с помощью крана. В большинстве случаев каркас монтируется непосредственно на высоте, что усложняет кровельные работы.

Влияние климата

Влияние кровельного материала
Зависимость конструкции кровли от угла наклона

Когда необходимо наращивать стропила?

При строительстве стропильной системы часто оказывается, что стропила имеют достаточную длину, чтобы их можно было удлинить для создания свесов.

Свесы являются важной частью крыши — в противном случае дождевая вода и таяние снега с кровли могут просочиться во внутренние конструкции, что со временем приведет к гниению и разрушению.

Минимальная длина свеса крыши должна составлять 40см, в некоторых случаях она может быть увеличена до 60см. Стропила должны быть удлинены на эту величину. Можно использовать доски соответствующей длины.

Профессиональные кровельные мастера рекомендуют использовать для формирования карниза кобылки

Это решение имеет несколько преимуществ перед использованием более длинных балок:

• Установка более коротких элементов значительно упрощает монтаж;
• Более длинная балка стоит значительно дороже;
• Если потребуется ремонт карниза, дополнительную доску можно легко заменить без изменения основной системы.

Основные узлы: виды соединений элементов

Каждая из вышеперечисленных структур будет работать правильно только в том случае, если все основные элементы правильно соединены. Только тогда они будут выполнять свою функцию, не деформируясь под воздействием внешних факторов.

Стропила располагаются под углом вверху и соединяются встык, внахлест или путем врубки. Это называется коньковым узлом.

Стыковое соединение заключается в соединении срезанных под углом концов балок и скреплени еих металлическими или деревянными накладками.

При соединении внахлест верхние части стропилин схлестывают между собой и фиксируются болтом с гайкой или шпилькой.

Соединение врубкой вполдерева похоже на соединение внахлест. Здесь, однако, вершины стропил накладываются друг на друга после того, как пазы выпилены на половину толщины бруса.

Затем распиленные части соединяются, просверливается сквозное отверстие, и стропила скрепляются болтами.

В арках также возможно (например, в обычной трехшарнирной арке) соединение нижней части стропил с затяжкой — узел карниза. Соединение выполняется лобовой врубкой с одним или двумя зубцами и фиксируется болтами.

Для крепления можно также использовать короткие доски или металлические пластины, которые прибиваются гвоздями в местах стыка стропилин с затяжкой.

Приподнятая затяжка врубается в стропила внахлест, а затем скрепляется болтами.

В схеме с приподнятой затяжкой или ригелем стропила соединяются с мауэрлатом. В этом случае используются скользящие крепления (типа ползуна) или жесткие крепления лпор.

Скользящие крепления выполняются с применением  металлических скользящих опор, которые позволяют незначительное движение стропил. Жесткая фиксация достигается с помощью врубки зубом, также может быть использован опорный брусок.