Конструкция скатной крыши с деревянными стропилами: полевой справочник

Навесные стропилы опираются на два внешних Mauerlat и одну или несколько внутренних опор (стену, балку на колоннах). Верхние концы стропил упираются в коньковую балку или стыкуются внахлест друг с другом. Данная схема эффективна при пролетах до 6–10 метров в зависимости от сечения и шага установки. Главное преимущество — отсутствие расточающего усилия на Mauerlat, что упрощает крепление к стенам.

Висячие стропилы имеют только две опоры на внешних стенах. Нижние концы стропил создают горизонтальную расточающую силу, передаваемую на стены. Для ее компенсации устанавливается потяжка (деревянная или металлическая), соединяющая ноги стропил в нижней или средней трети высоты. Чем ниже потяжка, эффективнее она работает, но меньше остается полезного объема подчердачного пространства. Схема применяется при отсутствии внутренних несущих стен и пролетах обычно до 6–9 метров.

Комбинированные схемы используются в сложных планировках: часть стропил навесные (над несущей стеной), часть — висячие (над проемами). На стыке схем возникают зоны концентрации напряжений, требующие усиленного крепления и расчета на сдвиг. Переходные узлы должны быть детально проработаны в проекте, так как стандартные типовые решения здесь не работают.

Для стропил используют хвойные породы (сосна, ель, лиственница) не ниже 1–2 сорта по ГОСТ. Допускается наличие здоровых сросшихся сучков, недопустимы — гнилые, выпадающие, трещины сквозные, синеста, оплеса по толщине более допуска. Направление волокон в сечении должно быть параллельно длинной стороне бруса для максимальной несущей способности на изгиб.

Влажность древесины на момент монтажа не должна превышать эксплуатационную по климату региона плюс допуск (обычно 18–22% для наружных конструкций). Монтаж сырой древесины (влажность >25%) ведет к усушке в собранной конструкции, появлению зазоров в узлах, прогибам стропил и разрыву гидроизоляции. Контроль проводится влагомером по выборке из каждой партии: замеры в нескольких точках сечения и длины.

Антисептирование и огнебиозащита проводятся до монтажа, желательно методом глубокого пропитания (ванна, автоклав) или качественным поверхностным нанесением в 2–3 слоя с выдержкой пауз. Особое внимание — торцам бруса, местам надрезов и просверлований, которые обрабатываются после выполнения работ. Необработанные надрезы становятся входами для влаги и грибка.

Шаг установки стропил подбирается из соотношения расчетной нагрузки (снеговая, ветровая, собственный вес пирога), сечения бруса и пролета полета. Уменьшение шага позволяет применить меньшее сечение, но увеличивает расход древесины и количество узлов крепления. Типовые шаги варьируются в диапазоне 600–1200 мм, точный значение устанавливается расчетом.

Сечение ноги стропилы определяется по предельным состояниям: несущая способность (первая группа предельных состояний) и нормативные прогибы (вторая группа). Для навесных стропил критерием часто становится изгиб в полете, для висячих — работа на сжатие с изгибом с учетом выпрямляющего действия потяжки. Высота сечения (толщина бруса в вертикальной плоскости) влияет на жесткость в кубе, ширина — на устойчивость из плоскости стропил.

Угол наклона скатов определяется крышным материалом, климатикой и архитектурой. Минимальные углы: для металлочерепицы и профнастила — от 12–14°, для мягкой черепицы — от 11–12° (с сплошной обрешеткой), для фальцевой крыши — от 3–5°. Увеличение угла повышает ветровую нагрузку и высоту конька, уменьшение — снеговую нагрузку и требования к герметичности стыков.

Стропильная система в своем составе не обладает достаточной жесткостью из плоскости рам. Для восприятия ветровых нагрузок и предотвращения «сворачивания» крыши устанавливают системы связей: коньковую пруту (балку), стропила (диагональные связи в плоскости скатов), перемычки (поперечные связи у основания или в середине пролета) и вентовые связи (диагонали в горизонтальной плоскости у Mauerlat и конька).

Коньковая прута объединяет верхние концы стропил в жесткий узел. При отсутствии коньковой балки (схемы с подвесом) верхние потяжки ферм выполняют эту функцию. Стропила (вентовые связи) монтируют диагонально между стропилами с шагом 3–4 метра или в каждой ячейке для высоких ветровых нагрузок. Они воспринимают продольные силы ветра, переданные от обрешетки.

Поперечные связи (пуффы, перемычки) связывают пары стропил в жесткие фермы. Для навесных стропил они могут служить балками перекрытия чердака. Для висячих — потяжка является основной поперечной связью. Дополнительные перемычки повышают выносливость ног стропил при работе на сжатие. Все связи крепят болтами М10–М12 с шайбами или гвоздями расчетной длины по схеме крепления.

Геометрический контроль: длина скатов по диагоналям (разница не более 10–15 мм на 10 м), вертикальность стропил в поперечном сечении (отклонение не более 5 мм на 1 м высоты), горизонтальность конька и Mauerlat (не более 5 мм на 3 м). Проверка выполняется лазерным уровнем или нитью/рулеткой после установки всех стропил до настила обрешетки.

Силовой контроль узлов: проверка затяжки болтовых соединений (потяжки, коньк, подколонники) динамометрическим ключом по проектному моменту. Гвоздевые связи — визуальный контроль полного вбивания головок, отсутствия развернутых гвоздей, соответствия схемы гвоздевания (расстояние между гвоздями, от края доски). Наклеенные/прибитые металлические пластины — контроль полноты заполнения отверстий гвоздями/саморезами.

Вентиляционные зазоры: наличие вентиляционных промежутков у конька (не менее 50 мм по горизонтали) и у карниза (вход воздуха через софиты или зазоры под Mauerlat) согласно схеме вентиляции пирога. Блокировка вентиляции изоляцией или обрешеткой приводит к конденсации, намоканию утеплителя и гниению стропил. Проверка — визуальная и анемометрическая (тяга) после укладки кровельного материала.

Описанные правила применимы к стандартным прямоугольным по плану зданиям с простыми скатными крышами (двускатные, четырехскатные) пролетом до 10–12 м. Для сложных форм (ломаные, мансардные, многовалежные, с люками, балконами, выносными элементами) типовые схемы не работают — требуется расчетная схема с учетом снеговых мешков, вейков, концентрации нагрузок в стыках скатов.

В зонах высокой сейсмичности, на слабых грунтах с неравномерным осаданием, при больших ветровых нагрузках (I–II ветровой район) стандартные узлы крепления Mauerlat и стропил могут быть недостаточны. Необходимо проектное решение с расчетом на продольные и поперечные силы, возможно — применение стержневых систем (ферм) вместо балочных стропил.

Использование клееного бруса (Брус клееный, LVL) меняет подход к сечениям и узлам: выше расчетные сопротивления, ниже влажность, нет внутренних напряжений сушки. Узлы крепления таких элементов проектируются отдельно с учетом клеевого шва и возможного скололения. Смешивание массива и клееного бруса в одной ферме без расчета недопустимо из-за разной деформативности.