Узлы стропильной кровли. Металлические стропила для крыши – особенности устройства и монтажа

Частное строительство уникально тем, что большинство застройщиков стараются возвести здание с индивидуальной чертой. Здесь может быть использованы все возможные дизайнерские трюки, советы друзей и знакомых, но каким бы ни был дом очень важно смонтировать основные узлы. Если возводится из дерева, то сруб можно приобрести в готовом виде, а что касается крыши, то здесь все посложнее. Узлы деревянных конструкций кровли – самая важная часть строительства. Они должны быть выполнены идеально верно, дабы здание прослужило вам максимально долго.

Узлы деревянной кровли

Если вы хоть раз присутствовали на возведении крыши дома, то наверняка знаете, что стропильная система – своеобразный скелет кровли. На них укладывается кровельный пирог, покрытие, с обратной стороны возможно обшивается облицовочным материалом. За весь свой срок эксплуатации стропильные ноги держат колоссальные веса, которые при некоторых условиях могут доходить до отметки 200 килограмм на 1 квадратный метр. Такое значение может быть достигнуто, если хозяева не обслуживают крышу и на ней скопилось достаточно большое количество мусора, листвы и снега.

На момент строительства крыши она обязана выдерживать вес нескольких рабочих и их оборудование. Такая нагрузка сугубо индивидуальна, ведь трудно предугадать точные цифры, если не знаешь сколько будет весить рабочие или какое оборудование они возьмут с собой. Поэтому очень часто крыши сооружаются в таком ключе, чтобы какой бы ни была высокой нагрузка, она смогла ее выдержать. Только в таком случае работа и дальнейшая эксплуатация будет проходить в спокойном и безопасном режиме.

Следующий по важности элемент называется мауэрлат или по-другому – опорный брус. Он является своеобразным фундаментом для всей кровли. Данный элемент обязан быть прочным, поэтому в большинстве случаев для его заготовки используются хвойные породы древесины. Мауэрлат может крепиться к стене множеством способов, но самые популярные и простые это: крепеж при помощи закладных деталей или анкеров. Для первого способа в процессе строительства стен закладываются специальные металлические детали, и выпускаются в конце.

Опорный брус держит стропильные балки, а значит на него приходится их вес и нагрузка, которую они способны выдержать. Расчет по подбору стропильных элементов довольно прост и в то же время сложен. Посчитать одно уравнение очень легко, но вот обнаружить все нюансы и вставить их в формулу бывает не всегда возможно, поэтому многие застройщики просто берут продукты с большим сечением и не заморачиваются. Это отчасти верно, но как быть если и этого будет недостаточно. Решить данную проблему можно, при помощи всяческих распорок и подпорок.

Если вы столкнулись с объемной крышей, то дело не обойдется без подкосов и стоек. Благодаря этим элементам стропильные ноги чувствуют себя максимально устойчиво. Важной частью всей системы является обрешетка. Она может устраиваться разряженным методом или сплошным. Если кровельный материал жесткий, то можно пользоваться первой, а если мягкий, тогда только вторым. Как правило, разряженная обрешетка набивается над карнизными свесами сплошным способом, тем самым увеличивая устойчивость всего свеса и делая его прочнее.

Коньковый узел очень важная часть любой крыши. Он не только является защитой двух плоскостей от пыли и влаги, но и позволяет влажному воздуху покинуть чердачное помещение. Это особенно важно, когда покрытие или что-то в кровельном пироге полностью изолирует материалы от влаги. Влажному воздуху не остается ничего другого как начать конденсироваться и разрушать все элементы стропильной системы.

ВАЖНО: Перед устройством деревянных элементов очень важно обработать их защитными составами. Антисептики защищают структуру пиломатериалов от гниения и размножения вредных микробов, а антипирены увеличивают устойчивость к возгоранию.

Стропильная ферма

На больших скатах не обойтись без ферм. Данная конструкция отличается от обыкновенной крыши тем, что здесь присутствуют стойки и раскосы, которые увеличивают максимальную нагрузку на древесину в несколько раз. Зачастую ферму устраивают по всей крыше, но иногда она может встречаться и локально.

Стропильную ферму целесообразно устраивать если ширина вашего дома находится в диапазоне от 12 до 24 метров. Как правило, на здания с большими объемами устраиваются трапециевидные или сегментные фермы. Когда ширина здания еще больше и это значение не превышает 36 метров, тогда подойдет многоугольная. Стандартные конструкции с шириной от 9 до 18 метров довольствуются треугольной.

Помимо формы стропильной фермы очень важную роль играет материал из которого она изготавливается. В большинстве случаев это древесина, но может использоваться и металл. Для крепления пиломатериалов между собой используются саморезы или гвозди. В случаях, когда длина пролета больше 16 метров лучше всего подходит комбинированная ферма. Она включает в себя элементы дерева и металла.

Нюансы крепления стропильных ног

Как вы уже знаете, узлы деревянных крыш самая важная составляющая возведения здания, а что может быть важнее крепления кровельного каркаса. Стропильные ноги могут крепиться к опорному брусу двумя способами.

Жестким
Скользящим

В первом случае вы получите максимально устойчивое соединение, которое лишает конструкцию всевозможных сдвигов, колебаний, поворотов и тому подобных манипуляций. Достигнуть этого можно при помощи запила или врубки. После того, как нога будет вставлена в созданную прорезь ее фиксируют при помощи гвоздей, проволоки, анкеров или любых других крепежных деталей.

Скользящая стыковка выглядит совсем иначе. Она насчитывает три степени свободы сопряжения. Стоит сразу отметить, что такой способ крепежа наиболее рационально использовать в деревянных домах, так как им свойственна большая усадка, в результате чего жесткие узлы могут серьезно пострадать. Для создания такого крепления вам потребуется упереть стропильную ногу в мауэрлат, где заранее было устроено зубовое соединение или прибит дополнительный брус. Соединяются такие детали при помощи уголка из металла. Что касается верхней части, то здесь соединение происходит той же врубкой, а край спиливается по косой так, чтобы обеспечивалось скользящее соединение.

ВАЖНО: Если вас не устраивает жесткая или полужесткая свобода, вы можете установить специальные гибкие пластины, тем самым вы добьетесь полностью скользящей стыковки.

Коньковый узел

Как я уже говорил ранее, конек – одна из важных составляющих любой стропильной системы, где стыкуются два ската. Как правило, он находится в самой верхней части крыши, но встречаются и такие конструкции, где конек не один, например, мансардная кровля, здесь их сразу 3 штуки.

Стропильные ноги практически всегда создаются так, дабы они максимально прилегали к коньковому элементу. Это позволит обеспечить более качественную защиту от пыли и атмосферных осадков.

В кровельном деле существуют два вида стропильных систем. Первая – наслонная, а вторая висячая. Если рассматривать первую, то здесь соединение происходит врубкой в полдерева. Благодаря данной технике обеспечивается максимальная прочность. Что касается висячих стропил, то здесь их нижняя часть стыкуется попарно. Этого можно достичь путем подрезания каждой балки под определенным углом, который равен кровельному уклону. После этого их прикладывают друг к другу спилами и сопрягают гвоздями так, чтобы каждый крепеж через срез проникал в другой брус.

Нередко можно встретить коньковые элементы с перфорированным телом. Мелкие отверстия не позволяют проникать внутрь чердачного помещения мелким грызунам и птицам, а качество естественной вентиляции увеличивается в несколько раз.

Сложные части вальмовой крыши

Вальмовая крыша подходит практически ко всем типам зданий, поэтому все сложности лучше всего разобрать именно на ней. Отличительной чертой вальмовой конструкции очевидно является наличие вальм. Данная стропильная система может похвастаться следующими преимуществами:

Долговечность. Из-за правильного распределения нагрузки, стропильные элементы подвержены меньшему давлению, следовательно, они находятся в относительном покое.
Низкая парусность. Материал на такой крыше очень трудно поддеть даже самым сильным ветрам.
Устойчивы ко всем видам атмосферных осадков.
Экономически выгодный вариант для больших сооружений.
Оптимальный угол наклона позволяет использовать практически любые кровельные материалы.
Вальмовая крыша довольно объемна, поэтому в чердачном помещении можно оборудовать жилую комнату. Для создания дополнительного освещения в скаты можно вставить световые окна, которые одновременно будут являться и слуховыми.

К слабой стороне можно приписать довольно трудное устройство.

Внешний вид крыши включает в себя лишь несколько парных фигур: трапецию и треугольник. Они находятся напротив друг друга, так что стропильную систему можно считать симметричной. В местах соприкосновения данных скатов устраиваются накосные стропила. Присоединить их к остальной системе можно при помощи ферм и наслонной конструкции.

Накосные балки в нижней части присоединяются к мауэрлату, либо брусу, который устраивается на внутренней стене. Сверху опора идет на конек, поэтому ноги обязаны прилегать к коньковому прогону.

Любая крыша должна укладываться по нормам и правилам строительного дела. Только так можно достигнуть качественной и безопасной конструкции. Проводя работы на высоте помните о технике безопасности.

Выполняя крепление любого вида кровли, особенно важно обратить внимание на кровельные узлы. Именно они занимают больше всего времени при монтаже кровли.

Кровля из металлочерепицы будет надежно защищать дом от внешних воздействий если грамотно произвести ее монтаж.

В кровельном деле узлы - это места соединения листов кровельного материала.

К ним нужно относиться максимально ответственно, так как именно от устройства узлов зависит надежность защиты здания от различных внешних воздействий.

Функционально кровельные узлы служат как:

Изолирующие элементы в местах перехода с одной плоскости кровли на другую (например, с горизонтальной на вертикальную).
Соединительные элементы, скрепляющие отдельные части кровли между собой.

Коньковый узел (конек)

Инструменты, необходимые для устройства кровли:

инструмент для резки (ножницы по металлу, ножовка с мелким зубом, электроножницы, дисковая пила с зубьями из твердого сплава, электролобзик);
шуруповерт;
молоток;
рулетка;
длинная линейка (рейка);
маркер.

Нельзя для резки кровли использовать болгарку, так как это приводит к коррозии кровли.

Стропила и обрешетка – каркас крыши, который несет на себе всю тяжесть кровельного пирога, термоизоляции, снеговую нагрузку, поэтому они должны обладать высокой несущей способностью, прочностью. Идея использовать металлические стропила, чтобы конструкция кровли получилась более жесткой, не нова, но ранее она применялась в основном для перекрытия промышленных или хозяйственных сооружений. Сейчас стропильный каркас и обрешетка из металлопрофиля считаются реальной альтернативой деревянным элементам крыши, если длина ската превышает 10 метров.

Конструкция стропильного каркаса крыши состоит из множества взаимосвязанных элементов, которые образуют фермы. Шаг, величину сечения между стропилами и другими опорами определяет расчет нагрузок, которым они подвергаются в процессе эксплуатации. Кровельный каркас выполняет следующие функции:

Распределение нагрузки. Взаимосвязанные узлы, усиленные уголками, равномерно распределяют вес кровли, который может достигать с учетом снеговой нагрузки до 500-600 кг. Чем больше сечение стропил и меньше шаг между ними, тем большую несущую способность имеет конструкция.
Придание уклона и формы. Стропила, расположенные под углом к основанию крыши, формируют наклонную плоскость скатов, благодаря чему на поверхности кровли не скапливается снег и вода.
Формирование основания для фиксации кровельного материала. Крепление финишного покрытия кровельного пирога происходит к каркасу кровли. Обрешетка выступает как основа для фиксации покрытия, распределяющая его вес равномерно по стропильным балкам.

Обратите внимание! Какими должны быть все узлы, стропила и обрешетка кровельной конструкции определяет инженерный расчет. Чтобы определить необходимую несущую способность каркаса, необходимо вычислить суммарную нагрузку, которой он будет подвергаться. Для этого складывают вес кровельного материала, утеплителя, гидроизоляции, максимальную снеговую нагрузку с весом стропильной системы.

Виды стропильных систем

Наиболее распространённым материалом, из которого изготавливается обрешетка и стропила каркаса кровли, считается древесина. Однако, если вес кровельного материала достаточно велик, а длина ската больше 6 метров, то конструкция получается слишком массивной. Строителям приходится уменьшать шаг между стропильными ногами, увеличивать их сечение, из-за чего узлы кровли приобретают большой вес, увеличивая нагрузку на фундамент. Разгрузить несущие стены и основание постройки можно, используя более прочные, но легкие металлические стропила. По типу использованного материала выделяют следующие типы стропильных систем:

Деревянные. Стропила и обрешетка из дерева применяются для возведения крыш, длина ската которых не превышает 7-10 метров. Крепление элементов каркаса между собой происходит с помощью саморезов, гвоздей или подвижных металлических элементов. Шаг между ногами обычно бывает в пределах 50-80 см.
Металлические. Металлические кровельные каркасы изготавливают из стального металлопрофиля с цинковым покрытием, который не боится влаги. Стропила и обрешетка из этого материала легкие, прочные, поэтому шаг между ними можно увеличить до 1,5-2 метра. Крепление металлопрофиля выполняют при помощи сварки или крепежных элементов. Металлические узлы крыши применяют при длине ската от 10 метров.
Комбинированные. Стропильный каркас, сочетающий металлические и деревянные узлы, называют комбинированным. Сочетание опорных элементов из дерева и оцинкованной стали позволяет сделать более дешевую конструкцию, обладающую высокой несущей способностью, увеличив шаг между стропилами.

Учтите, что металлические и деревянные элементы каркаса нельзя соединять между собой без прокладки из гидроизоляционного материала или обработки антисептическим препаратом. Так как металл обладает высокой теплопроводностью, его соседство с деревом приводит к образованию конденсата и загниванию стропил.

Методы крепления

Металлические стропила собирают в фермы треугольной, трапециевидной или арочной формы. К балкам рамы прикрепляют внутренние ребра жесткости, которые образуют уголки, значительно увеличивающие несущую способность каркаса. Такая система позволяет сделать шаг между стропилами больше, сделав расчет на опорные возможности каждой фермы. Крепление металлических элементов каркаса крыши выполняют одним из следующих методов:

Крепление с помощью сварки. Если сварить детали стропильной системы с помощью сварочного аппарата, можно получить жесткую конструкцию, обладающую высокой прочностью и несущей способностью. Если правильно выполнить расчет кровли, можно облегчить каркас и снизить нагрузку на фундамент сооружения. Недостаток этого метода в том, что выполнить сварку может только профессионал с помощью специального оборудования.
Крепление с помощью болтов. Фиксация стропил с помощью крепежных элементов позволяет выполнить менее жесткое крепление. Этот способ сборки стропильного каркаса на основе металлопрофиля используется в частном домостроении, где длина скатов не превышает 10 метров. Отказ от сварки позволяет ускорить монтаж крыши.

Опытные мастера делают расчет на то, что и стропила могут выдержать больший вес, чем деревянные, поэтому можно увеличить шаг между ними и уменьшить толщину сечения элементов. Более того, в строительных магазинах продаются готовые стропильные фермы, крепление которых выполнялось методом сварки, пригодные для перекрытия построек стандартной ширины.

Преимущества

Металлический стропильный каркас используют для возведения крыш любой формы, любой скатности с уклоном от 1-2 градусов. В качестве материала, из которого изготавливаются стропила и обрешетка, используются стальные уголки, трубы круглого и прямоугольного сечения, тавры. Чтобы правильно подобрать толщину элементов каркаса и выбрать шаг между ними, выполняют расчет конструкции крыши, учитывающий постоянные и временные нагрузки, которые передаются стропильным балкам в процессе эксплуатации. Достоинствами стропильной системы из этого материала считают:

Пожарная безопасность. В отличии от деревянных, металлическим балкам каркаса не страны возгорания, что повышает пожаробезопасность здания.
Простота обслуживания. Цинковое гальваническое покрытие, которым покрывают стальные уголки, защищает каркас крыши от коррозии в течении всего срока службы. Им, в отличии от деревянных, не требуется ежегодная обработка антисептиком.
Безотходность. Хотя металлические конструкции обходятся достаточно дорого, оно считается экономически выгодным, так как крепление выполняется сварным методом, а отходов практически не остается.
Долгий срок службы. Если правильно выполнить расчет нагрузок, то кровельный каркас из металла прослужит более 100 лет, что превышает срок эксплуатации даже самых устойчивых кровельных покрытий.

Профессиональные кровельщики считают, что целесообразно использовать сварные металлоконструкции для изготовления стропильного каркаса крыши при длине ската от 10-12 метров. При этом главная задача – правильно выполнить расчет нагрузок, а затем определить шаг между ногами в соответствии с климатическими характеристиками и свойствами кровельного материала.

Недостатки

Несмотря на очевидные достоинства, металлические стропильные системы – не самое популярное конструктивное решение в частном домостроении. Даже большой шаг между стропилами и разреженная обрешетка при высокой стоимости метала не могут сделать конструкцию дешевле деревянной. Недостатками металлических стропил считают:

Высокая теплопроводность. Металл обладает высоким коэффициентом теплопроводности, поэтому стропила и образуют мостики холодна. С точки зрения энергоэффектвности, каркас из металлопрофиля – не лучшее решение.
Проблематичность транспортировки и монтажа. Выбирая металлическую стропильную систему, принимайте в расчет, что перевозить, поднимать на высоту и осуществлять крепление длинных и тяжелых элементов сложнее, чем стропила пиломатериалов стандартной длины.
Сложность монтажа. Для подъема на высоту и фиксации ферм используется специальная техника, аренда или покупка которой обходится дорого.
Деформация под действием высокой температуры. Хотя металл считают негорючим материалов, во время пожара он сильно деформируется, что обычно приводит к обрушению кровли.

Чтобы определить имеет ли смысл использовать более дорогие стропильные элементы из металлопрофиля, нужно выполнить расчет каркаса крыши. Если длина ската превышает 10 метров, а нагрузка более 450-600 кг, то монтаж металлического каркаса экономически целесообразен.