Из этой статьи вы узнаете, что такое стропильная система и стропила, какие бывают разновидности кровли. Мы рассмотрим устройство стропильной системы крыши, разновидности крыш, достоинства и недостатки самых популярных видов. Также статья расскажет об альтернативе деревянной стропильной системе.
Стропильная система — это конструкция, которая поддерживает кровлю, защищает дом от ветра и осадков, и в некоторых случаях создаёт дополнительное пространство (чердак, мансарду). О том, из каких элементов она состоит, какие бывают разновидности устройства этой конструкции, рассмотрим более детально.
Виды стропильных систем
Разновидностей систем устройства крыши существует очень много. Условно их можно подразделить на традиционные и индивидуальные. Для простоты восприятия мы раскроем несколько базовых терминов.
Стропила или стропильная нога — наклонный элемент, одно из рёбер ската крыши. Располагается от конька до опорной стены, либо до края (свеса) крыши.
Скат крыши — плоскость кровли, расположенная под углом к горизонту (как правило, от конька к стенам).
Конёк крыши — прямая, по которой стыкуются скаты (плоскости) кровли. Его проекция, как правило, проходит между двух несущих стен дома.
Мауэрлат — основание стропильной системы. Обвязка из толстого бруса или доски по несущим стенам.
Кобылка — элемент, удлиняющий стропила для устройства свеса крыши.
Мансардный этаж или мансарда — жилое помещение на чердаке дома, площадью меньше нижних этажей. Крыша имеет ломаную форму.
Традиционные стропильные системы
Наиболее простые и проверенные конструкции, для создания которых достаточно минимального уровня знаний и навыков. Конструкция традиционных систем сложилась исторически в течение многих веков, поэтому их можно назвать оптимальным решением для большинства случаев. При создании традиционной системы, для здания размерами не больше средних (до 80 кв. м), используется только необходимый минимум деталей, смонтированных интуитивно понятным способом.
Односкатная крыша
Стропильная система кровли, состоящая из одного ската, применяется только на временных и подсобных зданиях — гараж, сарай или пристройка, терраса, навес, козырёк. Для создания такой системы ряд стропил приподнимается с одной стороны (по опорной стене) на высоту от 1/10 (уклон 10%) до 1/3 (уклон 33%) от длины проекции стропил (расстояния между опорными стенами).
Свойства такой стропильной системы редко позволяют использовать её для жилых зданий из-за ограниченной площади ската, а значит и всего здания. Несмотря на самый малый расход кровельного материала, односкатная планировка наименее эффективно организовывает подкрышное пространство. Для того чтобы обеспечить достаточную несущую способность, используют мощные балки.
Двускатная крыша
Самый простой вид крыши для жилого дома. Стропильная система двускатной крыши представляет собой две плоскости, созданные стропилами, которые сходятся в коньке. В большинстве случаев скаты делают равными по размерам.
Достоинства:
- Не требуется состыковка дополнительных плоскостей.
- Меньший отход кровельного материала (отсутствует подрезка под угол).
- Самый малый расход материала.
- Самый малый суммарный вес всех элементов.
- Мауэрлат устраивать необязательно.
- Большое разнообразие вариантов — от бесчердачной кровли высотой 400 мм до полноценного мансардного этажа.
- Разброс длины скатов — от 1 до 6 м.
Недостатки:
- Распределение нагрузки на две несущие стены.
- Вертикальный фронтон воспринимает значительную ветровую нагрузку.
- Расход стенового материала для фронтона (как правило, он дороже кровельного).
- Обычный внешний вид.
- Двускатная кровля деформируется быстрее, чем четырёхскатная из-за меньшего пространственного раскрепления.
- При большой снеговой нагрузке необходимы дополнительные опоры и уменьшение угла конька (сделать его более острым)*.
* — уменьшение угла конька возможно только путём увеличения высоты подчердачного пространства, т. к. несущие стены неподвижны.
Скаты чаще всего имеют равные размеры, но встречаются и неравноскатные крыши. Оптимальный угол конька — 90°. Двускатная стропильная система подходит для любых зданий, с облегчённым кровельным материалом (все современные материалы — металлочерепица, профиль, шифер и т. д.).
Четырёхскатная крыша
«Производная» от двускатной крыши. Стропильная система четырёхскатной крыши сложилась исторически. Из-за применения в качестве кровельного материала глиняной черепицы, которая имеет большой вес, возникла необходимость распределения нагрузки по всем стенам и углам здания. При опоре концов стропил на мауэрлат, к ним наращивают кобылки для увеличения вылета крыши и водоотвода.
В этой вариации двускатная стропильная система получает два дополнительных ската. Иными словами, фронтон заменяют скатом крыши, который имеет треугольную форму и называется «вальма». Именно поэтому четырёхскатные крыши чаще всего являются вальмовыми.
Достоинства (в сравнении с двускатными):
- Значительно большая несущая способность.
- Пространственная жёсткость стропильной системы.
- Нагрузка распределяется на четыре несущие стены.
- Замена стенового материала кровельным — меньше нагрузки на фундамент.
- Гашение ветровой нагрузки на фронтон наклонным скатом (вальмой).
- Способность выдержать кровельный материал и снеговую нагрузку значительного веса.
Недостатки:
- Требуется развитый навык плотника.
- Обязательное устройство мауэрлата.
- Больший расход материала стропильной системы.
- Больший расход кровельного материала (угловая подрезка).
- Больший суммарный вес всех материалов.
- Часть чердака недоступна из-за вальмы.
Стропильные системы, которые имеют более 4-х скатов, называют многоскатными. Они принципиально повторяют систему четырёхскатной крыши, но проектируются индивидуально, исходя из особенностей здания.
Индивидуальные стропильные системы
В случае, когда здание имеет сложную форму в плане или сложную планировку подчердачного пространства, стропильная система превращается в сложный конструктивный элемент с комбинированными функциями. Возведение таких систем требует высокого мастерства плотника и понимания распределения нагрузки в процессе эксплуатации. Мы рассмотрим наиболее распространённые случаи комбинированной кровли.
Мансардная стропильная система
Самая простая из индивидуальных. В основном применяется при реконструкции здания — надстройке дополнительного этажа. В этом случае между несущих стен перекидываются балки, которые служат основой перекрытия и затяжкой одновременно. По балкам устанавливается ряд вертикальных стоек высотой от 1,5 до 2,5 м. По верху балок устраиваются скаты крыши и конёк.
Преимущество такой организации чердака:
- комбинация функций помещения;
- уменьшение площади кровли, несущей снеговую нагрузку;
- расширение жилой площади дома.
Вальмовая стропильная система
Как было сказано, вальма — треугольный скат вместо фронтона двускатной кровли. Поэтому вальмовой она называется по принципу устройства. Например, в случае, когда такой скат устраивается только с одной стороны, такая кровля называется вальмовой трёхскатной. Принцип её устройства описан в разделе о четырёхскатной кровле.
Частный случай вальмы — полувальма. Фронтон и вальма пересекаются выше уровня перекрытия. Практического смысла в таком решении нет (кроме незначительного снижения ветровой нагрузки), но здание приобретает интересный внешний вид. Комбинация вальм, козырьков и мансардных окон создаёт эффектный внешний вид.
Ещё одни частный случай вальмовой кровли — шатровая. Крыша имеет четыре ската-вальмы, которые сходятся в одной точке. Такая крыша не имеет конька и подходит только для домов квадратной формы в плане.
Купольная и сводчатая кровли
Применяются при исторической отделке, в зданиях, представляющих художественную ценность. Стропильная система в виде купола или ангара, колпака башни или волнообразная — сама по себе произведение искусства. Здесь потребуется не просто понимание нагрузки, но и кропотливые вычисления с учётом климатических условий, особенно ветровой и снеговой нагрузок.
Материал для крыши
С кровельным материалом определиться довольно просто — исходя из внешнего вида. Но к выбору материала для стропильной системы следует подойти более тщательно. Традиционно её принято создавать из дерева. Это вполне объяснимо, учитывая свойства этого материала — малый вес, лёгкость обработки, относительно невысокая стоимость. Однако дерево имеет существенные недостатки, которые отрицательно сказываются на всей конструкции:
- Усушка. Со временем любой деревянный материал рассыхается, при этом увеличиваются размеры посадочных мест метизов. В результате крепления ослабевают. Именно поэтому при возведении стропильной системы рекомендуют использовать не гвозди, а шурупы (саморезы).
- Подверженность гниению и поражению насекомыми. Увы, это судьба всех натуральных материалов. К тому же владельцы домов редко вспоминают о профилактической обработке дерева.
- Относительно малая несущая способность. Дерево хвойных пород не держит существенных нагрузок на срез, смятие и излом.
Во многих случаях применение дерева становится нерентабельным и неудобным — чтобы обеспечить достаточную несущую способность, требуется слишком большое сечение элемента. Тогда стропильную систему выполняют из металла. Вот наиболее распространённые случаи применения стальной стропильной системы:
- При значительных пролётах. Металлические фермы могут быть до 12 метров длиной.
- При значительной нагрузке. Стальной рамный каркас выдержит кровлю даже из бетона.
- При строительстве монументальных сооружений (храмов, вокзалов, музеев). Когда требуется ограждение больших пространств, например, подкупольных — используют стальные фермы, рассчитанные индивидуально. Помимо несущей способности здесь требуется продолжительный срок службы — от 100 лет.
- Если предполагается повышенная влажность. Дерево при воздействии влаги теряет свойства во много раз быстрее, чем металл.
Правильно рассчитанная и собранная стропильная система — залог надёжности и уюта всего дома.
