Виды стропил: полевой справочник по выбору и монтажу

Наслоечная схема применяется, когда под коньком проходит несущая стена или установлена колонна. Струпило опирается на мауэрлат внешней стены нижним концом и на лежню (балку на внутренней стене) верхним или средним участком. В этом случае стропило работает как балта на двух или трёх опорах: основные внутренние силы — изгибающие моменты и поперечные силы, а горизонтальная реакция опоры минимальна.

Существует два принципиально разных варианта заделки верхнего конца: жёсткий (в полудерево с коньковой балкой или накладками) и подвижный (на скользящей опоре). Жёсткая заделка передаёт в коньок часть горизонтального усилия, требуя точной геометрии и устойчивости коньковой балки к изгибу. Подвижная заделка (на скользящей опоре или в шпунте) компенсирует усадку деревянных домов и термическое удлинение стропил, исключая накопление продольных напряжений. Выбор между ними диктуется материалом стен: для каркасных и каменных домов чаще используют жёсткий узел, для бревенчатых и брусовых — скользящий.

Преимущество наслоечной схемы — возможность применения меньшего сечения стропил при том же пролёте за счёт снижения расчётной длины изгибаемого элемента. Недостаток — необходимость устройства надёжной внутренней опоры (лежни) и водосточной гидроизоляции в месте прохождения лежни через перекрытие.

Висячая схема используется, когда внутренней несущей стены нет, а перекрываемый пролёт опирается только на две внешние стены. Струпила сходятся в коньке и создают в опорах значительную горизонтальную раздвигающую силу. Эта сила должна быть воспринята системой связи: нижним пуфом (перетяжкой), шторками (верхними пуфами) или жёсткими зацепками в коньке (например, металлическими пластинами с гвоздевиками).

Нижний пуф работает на растяжение и одновременно служит перекрытием чердака или мансарды. Его положение по высоте критично: чем ниже пуф, тем больше осевая сила в стропиле и натяжение в пуфе, но выше жесткость всей фермы к вываливанию. Верхние шторки (при коньковой балке) или наборы (треугольные жёсткости) устанавливаются для предотвращения потери устойчивости сжатыми стропилами в плоскости ската. Крепление пуфа к стропилу выполняется в полудерево с закреплением болтами, закладками или металлическими накладками; гвозди и саморезы без закладок для передачи расчётных усилий растяжения недопустимы.

Для больших пролётов (свыше 6–8 метров в зависимости от сечения и нагрузок) в висячей ферме устанавливают вертикальную подвеску (коромысло) под коньком и наклонные стойки (подконники), разгружающие стропила. Это переводит схему в разряд ферм со сложной статической моделью, требующей инженерного расчёта.

На практике часто встречаются смешанные системы. Классический мансардный кронель: нижний участок ската — висячий (для освобождения объёма мансарды от стоек), верхний — наслоечной на стойках, опирающихся на перекрытие мансардного этажа. Такая схема позволяет перекрыть большой пролёт без массивной лежни под коньком, но требует тщательного расчёта узлов перехода нагрузки от наслоечной части к висячей.

Другой вариант — наслоечные стропила с подвеской и шторками, когда средняя опора существует, но пролёт настолько велик, что сечение стропила становится нерациональным. Тогда вводят подвеску, работающую на растяжение, и превращают часть фермы в висячую подсистему. В сложных многоскатных крышах (вальмовые, шатровые) диагональные стропилы (нарожники) работают на сжатие как наслоечные к коньку, а народные стропилы — на изгиб. Каждый элемент такой системы рассчитывается по своей схеме работы.

Надёжность всей системы определяется качеством узлов. Нижняя распечка стропила под мауэрлат выполняется либо «в лапу» (с выемкой под углом), либо «в закладку» (с зубцом-ограничителем), либо без выемки — на накладных пластинах и уголках. Выемка ослабляет сечение стропила; её глубина не должна превышать 1/3–1/4 высоты бруса. При отсутствии выемки сдвиг воспринимают гвоздевики, анкерные болты или перфорированные уголки с обрешёткой отверстий.

Верхний узел наслоечных стропил: стык в полудерево с накладками (деревянными или металлическими) или на коньковой балке. Для скользящей опоры используют специальные скользящие крепёжные элементы (скобы с удлиненными отверстиями), позволяющие стропилу смещаться вдоль опоры на величину усадки без передачи продольного усилия в коньок. Крепление пуфа к висячим стропилам — ответственный узел: применяют стык «в лапу с закладкой», болтовое соединение через стальную пластину или заклёпки. Все металлические элементы должны быть оцинкованными или нержавеющими; чёрный металл под пиломатериалом корродирует, разрушая древесину.

Сечение стропил и шаг установки подбираются по результатам расчёта на прочность (первая предельная группа состояний) и жесткость (вторая предельная группа — прогиб). Входные данные: расчётная нагрузка снега и ветра для района (по СП 20.13330), вес кровельного пирога, собственный вес стропильной системы, длина пролёта, класс древесины (обычно С24 или С18 по ГОСТ 8486). Универсальных таблиц «сечение = пролёт» не существует: при одинаковом пролёте шаг 600 мм и шаг 1200 мм требуют разного сечения.

Практический ориентир: для частного низкоэтажного строительства с пролётами 4–6 м и шагом 600–1000 мм чаще всего применяют брус 50×150 мм, 50×200 мм или склеенный брус большего сечения. Тонкие доски (50×100 мм) допустимы только при малом пролёте, малой нагрузке и частом шаге. Проверку жесткости (прогиб ≤ L/200 или L/250) выполняют по формулам сопротивления материалов или в расчётном ПО. Если расчёт показывает невыполнение по жесткости, увеличивают высоту сечения (горизонтальную размерность), а не толщину.

Стандартные наслоечные и висячие схемы рассчитаны на равномерно распределённые нагрузки и симметричную геометрию. Они не подходят без доработки для: асимметричных скатов (разная длина или угол), точечных нагрузок на скатах (кондиционеры, вытяжки, солнечные коллекторы), зон высокой сейсмичности (требуются специальные жёсткие диски и расчёт на продольные силы), крыш с эксплуатируемой кровлей (инвертированные, зелёные) — там нагрузки и деформации иные. В этих случаях типовая схема служит только исходной моделью для индивидуального проектного расчёта.

Финальный контроль — это не формальность, а последняя возможность устранить дефекты без снятия кровли. Проверяют: плоскость ската (правило 2–3 м или нить по диагоналям и середине), прямолинейность конька (нить по верхним граням), вертикальность фронтонов, плотность стыков в узлах (нет щёлей > 1–2 мм в зацепках), наличие и затяжку всех расчётных крепёжных элементов (болты, гвоздевики, саморезы по карте узла), отсутствие биения стропил (боковая жёсткость обеспечена). Геометрию обрешётки проверяют отдельно после настилки.

Выбор между наслоечной и висячей схемой диктуется исключительно наличием или отсутствием внутренней несущей опоры под коньком. Наслоечные стропила снимают раздвиг со стен, но требуют лежни. Висячие создают раздвиг, гасящийся пуфами, но не требуют внутренних стен. Комбинированные схемы решают архитектурные задачи мансард. Ключевой контроль — геометрия конька, плотность узлов распечек и наличие всех расчётных связей. Любое отклонение от проектной схемы (изменение пролёта, убрана стена, изменён угол) обязывает к перерасчёту сечений и узлов. Граница применимости справочника — симметричные равномерно нагруженные скаты стандартных пролётов; сложные случаи требуют проектной документации.