Висячая и наслонная стропильная система: выбор и монтаж

Наслонные стропила опираются на две внешние стены и имеют хотя бы одну промежуточную опору — внутреннюю несущую стену, балку на столбах или столбовый ряд. Ноги стропил работают как балки на двух или трёх опорах: изгибающий момент в пролёте снижается, сечение стропила уменьшается. Раскидывающий момент в опорах компенсируется жёстким закреплением в Mauerlat (закладными анкерами, металльными уголками, гвоздёвыми связями) или установкой подкосов, передающих часть горизонтальной силы на внутреннюю опору.

Висячие стропила не имеют промежуточных опор. Две ноги стропил и пурлик образуют неразрушимую треугольную ферму. Пурлик работает на растяжение, принимая раскидывающий момент ног стропил. При больших пролётах пурлик делают составным с нахлёстом или используют клеёный брус. В узле с Mauerlat висячие стропила закрепляются так, чтобы исключить горизонтальное смещение: закладные анкеры, металлические пластины с гвоздями или болтовые соединения.

Геометрия фермы висячей системы позволяет варьировать высоту чердачного помещения: высокий пурлик даёт мансардный объём, низкий — холодную чердачу. В наслонной системе высота чердачи жестко связана с расположением внутренней опоры и уклоном скатов. При проектировании мансардных этажей висячая система часто оказывается единственным вариантом без сложных несущих конструкций внутри здания.

Наличие капитальной внутренней несущей стены из кирпича, газобетона или монолитного бетона — основание для наслонной схемы. Стена должна воспринимать вертикальную реакцию опоры и, при наличии подкосов, горизонтальную составляющую. Высота подкоса от пола перекрытия до стропила не должна превышать 1/2 длины подкоса для обеспечения устойчивости на изгиб. Подкосы устанавливают под каждую пару стропил или через одну при малом шаге.

Если внутренняя стена не несущая, но есть возможность установить столбовый ряд на отдельных фундаментах или на балке перекрытия (при достаточной несущей способности плиты), наслонная система остаётся целесообразной. Столбы связывают стропила подкосами и пуфом (перемычкой), образующий жёсткий контур. Расстояние между столбами по продольному направлению берется кратным шагу стропил.

Экономия материала на наслонной системе достигается за счёт уменьшения сечения ног стропил и отсутствия пурлика. При пролёте до 6–8 м достаточно бруса 50×150 мм или 50×200 мм при шаге 600–800 мм. Для пролётов 8–12 м сечение увеличивается или вводятся дополнительные подкосы. Транспортировка длинномерной древесины упрощается: ноги стропил короче пурлика висячей фермы при той же ширине здания.

Отсутствие внутренних несущих стен и столбов — главный критерий. Висячая ферма передаёт на внешние стены только вертикальную нагрузку, что критично для слабых оснований, панельных домов, каркасных построек на винтовых сваях. Пурлик должен быть рассчитан на растяжение с учётом нагрузок по СП 20.13330 (нагрузки и воздействия) и СП 64.13330 (деревянные конструкции). Сечение пурлика подбирают по условию прочности на растяжение с коэффициентом состояния древесины.

При пролёте до 6 м пурлик выполняют из доски 50×150–200 мм, закреплённой на гвозди или саморезы к ногам стропил с нахлёстом не менее 1 м. При пролёте 6–10 м пурлик делают составным: две доски с нахлёстом в середине пролёта или клеёный брус. Соединение пурлика с ногой стропила — ответственный узел: используют металлические зубчатые пластины (МЗП), болтовые связи с дощечками-распорками или нагнетанные гвозди по расчётной схеме.

Верхний срез ног стропил в висячей системе соединяется перемычкой (конёком) или нахлёстом с болтовым/гвоздёвым креплением. Перемычка воспринимает сжимающие усилия в вершине фермы и обеспечивает пространственную жёсткость. Высота перемычки от пурлика определяет жесткость фермы на вывертывание: чем выше, тем меньше усилие в пурлике, но выше центр тяжести конструкции.

В наслонной системе ноги стропил закрепляют к Mauerlat по крайней мере в двух точках: по нижнему срезу (заслонка или паз) и по боку (металлический уголок, закладной анкер, гвозди в сбивку). Заслонка в Mauerlat глубиной 1/3 высоты стропила передаёт сдвигающее усилие, гвозди или уголок — вырывающее. Подкосы крепят к ноге стропила и к пуфу/балке опоры болтами М12–М16 с подкладками или гвоздями по расчёту на сдвиг.

В висячей системе узел пурлик–нога стропила рассчитывают на растягивающее усилие. При гвоздёвом креплении используют гвозди 4×100 мм или 4×120 мм в заданном количестве по расчёту с учётом коэффициента работы гвоздей на вырыв. При болтовом — болты М12–М16 с крупными подкладками, дощечки-распорки между ногой и пурликом для исключения смятия древесины. МЗП монтируют прессом по технологии производителя; ручная установка не гарантирует задевание зубьев.

Связка стропил по продольному направлению (продольные брусья, обрешётка) обязательна в обеих системах. Шаг продольных связок не более 2–3 м. Концевые фермы закрепляют к фронтонам анкерами или металлолентой. Ветровые связи (диагональные брусья или металлолента) устанавливают в плоскости стропил и на уровне пурлика/пуфа для восприятия продольных ветровых нагрузок.

Расчётная схема наслонных стропил — балка на двух или трёх опорах с жёстким закреплением на краях. Расчётная схема висячих — неразрушимая рамка с шарнирными или жёсткими узлами в вершине и основаниях. Программный расчёт (SCAD, Лира, онлайн-калькуляторы по СП) обязателен для пролётов свыше 6 м и сложных конфигураций нагрузок (мансардные окна, балконы, оборудование на крыше).

Снеговая нагрузка берется по карте районов СП 20.13330 с учётом коэффициента формы крыши. Ветровая — по той же карте с коэффициентом аэродинамического давления. Собственный вес кровли складывается из веса кровельного материала, гидро/пароизоляции, обрешётки, стропильной системы, внутренней обшивки и утеплителя. Эксплуатационная нагрузка для обслуживания крыши — не менее 0,9 кПа по СП.

Предельная прогиба стропил — L/200 для основных несущих элементов и L/300 для элементов, несущих жесткую обшивку (ОСП, фанера). Прогиб пурлика висячей фермы ограничивают L/250. При превышении вводят дополнительные подкосы (наслонная) или увеличивают сечение/высоту фермы (висячая). Проверку на вывертывание стропил в плоскости ската производят для несимметричных нагрузок (ветер на один скат).

Наслонная система теряет экономичность при пролёте свыше 12 м без дополнительных опор: сечение стропила становится нерационально большим, подкосы — длинными и неустойчивыми. Висячая система при пролёте свыше 10–12 м требует ферм из клеёного бруса или металлических ферм, что меняет технологию и стоимость. Для больших пролётов рассматривают рамы, арки, фермы параллельных поясов или металлические конструкции.

При сложных конфигурациях крыши (ломаные скаты, эркеры, люки, примыкания) комбинированные схемы: часть скатов наслонная, часть — висячая. Узлы стыка систем требуют отдельного расчёта передачи усилий. Перекрытия чердачного этажа могут работать как пурлики висячих ферм, если они рассчитаны на растяжение и жёстко связаны с ногами стропил.

Ремонт и усиление существующих систем: наслонные стропила усиливают дополнительными подкосами, увеличением сечения накладными досками, установкой столбов под середину пролёта. Висячие фермы усиливают накладными пурликами, металлическими пластинами в узлах, дополнительными перемычками. Любое вмешательство требует расчёта действующей конструкции с учётом реальных дефектов древесины (трещины, гниль, насекомые).

Геометрический контроль: коньк горизонтален (разница высот концов ≤10 мм), скаты плоские (отклонение от натянутой нити ≤10 мм), оси стропил совпадают с разметкой (±10 мм). Вертикальность конька и фронтонов — по нитевому нивелиру или лазеру. Диагонали прямоугольника основания равны (разница ≤20 мм).

Крепежный контроль: каждый узел осматривают визуально. Гвозди забиты по расчётной схеме (количество, длина, диаметр), шляпки впритык к древесине без провалов. Болты затянуты динамометрическим ключом с моментом по ГОСТ, подкладки установлены под гайку и болт. МЗП заделаны на полную глубину зубьев, нет зазоров между пластиной и древесиной. Анкеры Mauerlat натянуты по проекту.

Древесина: влажность измеряют влагомером в 3–5 точках на стропиле (не более 18%). Антисептик — визуально по окраске и по паспорту партии. Трещины: глубина не более 0,5 высоты сечения, длина не более 1/6 длины элемента (по СП 64.13330). Гниль, синева, следы жучков — недопустимы в зоне нагрузок. Бракованные элементы заменяют до укрытия кровлей.

Выбор между наслонной и висячей стропильной системой диктуется конструктивной схемой здания: наличие внутренних несущих стен или столбов ведёт к наслонной системе, их отсутствие — к висячей. Наслонная система экономичнее по материалу при пролётах до 8–10 м, висячая даёт свободное перекрытие без внутренних опор. Обе системы требуют расчёта по действующим СП, качественного крепежа узлов, геометрического контроля при монтаже и сухой антисептированной древесины. Границы применимости стандартных схем — пролёт до 12 м, нормальные основания, неагрессивная среда, сеисмичность до 6 баллов. За пределами этих границ нужен индивидуальный проект с учётом клеёного бруса, металла или специальных узлов.