По конструкции стропильные системы подразделяются на два типа: наслонные и висячие стропила.
Наслонные стропила — простейшая система, применяемая в зданиях с надежными внутренними стенами или опорами. Роль стропильных ног играют балки, уложенные наклонно. Их нижний конец упирается в мауэрлат — специальный подстропильный брус, который прокладывают по верху стены. Верхние концы стропил прикрепляются к горизонтальному брусу в самом верху крыши — коньковому прогону, который, в свою очередь, опирается на систему из подкосов (диагональные брусьев) и стоек (вертикальных брусьев). Таким образом, вес крыши переносится на внутренние домовые опоры.
Обычно наслонные стропила встречаются в небольших постройках, если пролет крыши (расстояние между опорами) составляет до 6,5 м (без дополнительных опор). Если здание достаточно широкое, то на внутренних стенах устанавливаются промежуточные опоры. Они представляют собой специальные лежни, проложенные вдоль внутренних стен. На эти лежни устанавливаются подкосы и стойки, на которые и опирается продольный прогон, принимая на себя часть нагрузки конькового прогона. При этом пролет крыши может достигать 10–12 м.
Шаг стропил — расстояние от одной стропильной ноги до другой — рассчитывается исходя из ряда данных:
♠ качественных характеристик материала, используемого для изготовления стропил (например, в случае деревянных стропил следует учесть, изготовлены они из бревен, брусьев или досок);
♠ типа кровельного покрытия;
♠ климатических условий данного региона (например, если в местности преобладает ветреная погода, то крыша нуждается в дополнительном укреплении, ведь ветровая нагрузка может быть очень значительной);
♠ элементов обрешетки в сечении.
Обычно шаг стропил составляет 0,3–1 м.
Способы крепления стропильной системы также зависят от перечисленных выше характеристик.
Если пролет крыши достигает 7–12 м, а надежных дополнительных опор нет, используются висячие стропила (рис. 7.2). Они изготавливаются из бревен или брусьев.
Рис. 7.2. Висячие стропила
Если наслонные стропила передают на мауэрлат всю нагрузку от кровельного пирога, то висячие — только вертикальную. Объясняется это просто. Хотя в данной конструкции нижний конец стропильной ноги опирается на мауэрлат так же, как и при устройстве наслонных стропил, ее верхний конец просто крепится к коньку при помощи прорезного шипа. Чтобы усилить крепление, используют скобы. А чтобы стропила не прогибались под весом кровли, их крепят ригелем.
ПРИМЕЧАНИЕ
Выбор конструкции стропил зависит и от материала, из которого возведены стены здания. Так, наслонные стропила применяются, если стены достаточно массивны и могут воспринимать как вертикальную, так и горизонтальную (распорную) нагрузку от стропил. Висячие же стропила применяются в постройках с легкими стенами, например в каркасных домах.
Если здание имеет большие пролеты (12–24 м) и свободную планировку, а надежные внутренние опоры отсутствуют, то возникает необходимость в применении более сложной поддерживающей конструкции — стропильной фермы.
Стропильная ферма состоит из соединенных между собой деталей крыши. Ее основу чаще всего составляет один или несколько решетчатых треугольников (треугольник является самой жесткой и экономичной геометрической фигурой). Стропильная ферма может быть сегментной, треугольной и полигональной (многоугольной) (рис. 7.3). Использование той или иной базовой геометрической фигуры для изготовления стропильной фермы обусловлено уклоном крыши. Так, при трапециевидной ферме крыша планируется с минимальным уклоном, а полигональная ферма предполагает два перелома и горизонтальную среднюю часть. Эти формы ферм в последнее время приобрели особую популярность: при их использовании подкосы и стойки достаточно коротки, что дает ощутимую экономию в строительных материалах. К тому же современные кровельные материалы не нуждаются в большом уклоне, в отличие от традиционной черепицы. К недостаткам таких ферм относится то, что чердака в доме уже не будет.
Рис. 7.3 Конструктивная схема стропильной фермы: а — треугольной; б — треугольной на лобовых рубках; в — многоугольной; г — пятиугольной на лобовых врубках
Полигональные фермы в основном применяются при возведении зданий производственного назначения.
ПРИМЕЧАНИЕ
Фактически стропильная ферма — это усложненный вариант висячих стропил.
Стропильная ферма может выполняться как из древесины, так и из стали и железобетона. Для индивидуального строительства чаще применяется стропильная ферма из древесины.
Внутренние вертикальные балки в такой конструкции называются стойками, наклонные стержни — раскосами. Балки плоской фермы, которые расположены по верхнему контуру, называются верхним поясом, а те, что расположены по нижнему контуру, соответственно нижним поясом.
Чаще всего опоры несущей системы построены треугольником. Стороны треугольника образуют две стропильные ноги — это верхний пояс фермы. Нижние концы ног упираются в горизонтальный брус, называемый затяжкой. Нижние части стропил и затяжки закреплены на внешних стенах. Для большей надежности фермы дополняют добавочные подпорки — подкосы, стойки, схватки.
Среднее расстояние между стропильными ногами составляет 1 м, но оно может меняться в зависимости от климата региона строительства и выбранного кровельного материала.
Все стропильные фермы должны иметь одинаковый профиль, поэтому сначала их собирают не на крыше, а на земле по шаблону, которым служит первая ферма. На нижнем конце шаблона и на затяжке отмечают и расчерчивают места нужных врубок.
Бруски для стропильных ног должны выполняться чуть длиннее шаблона на случай, если расчет был неточным.
Прежде всего делают врубку на нижних концах стропил, соединяют их с мауэрлатом, затем врубают верхнюю часть, отрезая излишки древесины. На собранном по шаблону соединении делают отметки, а затем его разбирают, чтобы впоследствии собрать на месте.
Существует еще один, альтернативный способ сбора стропильной фермы, менее трудоемкий, но не менее надежный. Современный рынок строительных материалов предлагает серию накладных металлических элементов, при помощи которых стропильная ферма собирается с высоким качеством сопряжения элементов. Примером таких соединителей являются зубчатые пластины с выштампованными зубьями, которые забивают с двух сторон в узлах фермы, соединяя все сходящиеся элементы (рис 7.4). Обычно таким технологическим приемом пользуются при изготовлении ферм в заводских условиях для домов каркасно-щитовой конструкции.
