Узлы стропильной системы – как делать надежную крышу?

Общие сведения о коньке крыши

Под коньком кровельщики подразумевают целую систему конструкционных элементов, сопрягающихся со стропильной системой. Основу его формирует горизонтальное ребро из поперечных скатов. Это самая высокая точка дома, которая может выполнять несколько задач. Главное назначение этого узла заключается в надежном замыкании скатов и кровельного настила. Конек соединяет несколько стропильных элементов, также выступая и регулятором микроклиматических параметров крыши в подкровельном пространстве. В частности, через него обеспечивается циркуляция воздушных потоков, удаляется влага из чердачного помещения и отводятся продукты сгорания котлов и печей. Но для выполнения этих функций коньковый узел изначально должен быть обеспечен соответствующими инженерными приспособлениями. Преимущественно конек используется в двухскатных системах крыш, но и ломаная четырехскатная конфигурация при укладке кровли в несколько уровней может задействовать этот элемент.

Технико-конструкционное устройство конька

Как уже отмечалось, центральным звеном в узле выступает горизонтально расположенное ребро – это деревянная балка из бруса, на которую опираются скаты с разных сторон. В свою очередь, стропила для скатов на нижнем ярусе в точках потолочного перекрытия опираются на мауэрлаты. В качестве элементов силовой поддержки самого конька выступают вертикальные опоры – так называемые бабки. Они также могут иметь боковые подпорки, которые повышают стабильность конструкции.

Возможна и схема устройства стропильной системы крыши без вертикальных опор, но при условии усиления горизонтальной поддержки. В таких конструкциях функцию вертикальных стоек выполняют связки и затяжки с подкосами, напрямую соединяющие два ската ниже уровня самого конька. Центральная балка в этом случае поддерживается только усилием двух скатов, в свою очередь дающих еще больше нагрузки на брусы мауэрлата. Иными словами, часть веса смещается из центра перекрытия к поддержке по периметрам наружных стен.

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.

Виды коньков крыши

Коньковая система может быть выполнена в разных вариантах. Что касается материала изготовления, то помимо бруса могут использоваться металлические профильные стержни. Другое дело, что у них множество недостатков (от большого веса до сложностей в монтаже), поэтому чаще применяется именно древесный пиломатериал. Главные же различия обуславливаются формой и конструкцией конькового узла крыши, который может быть исполнен в следующих вариантах:

• Коньковый профиль. Традиционный вариант узла стыковки двух скатов. Это тот же деревянный брус, который позволяет наделить верхнюю точку стропильной системы всеми необходимыми функциональными компонентами.
• Полукруглая планка. Собственно, это вариация классического деревянного профиля, но в более эстетичном виде. Заметить внешние особенности этого решения можно по фронтонам дома.
• Врезной конек. Нестандартный узел поддержки стропил, который используется для вальмовых, то есть четырехскатных кровель. Центральная несущая планка буквально врезается в скат, формируя в некотором роде ответвление конька от основной стропильной системы.

Виды кровельного покрытия конька

Если с тыльной стороны конек сопрягается с элементами стропильной системы, то снаружи его покрывает кровля, выбор которой также немаловажен. На сегодняшний день актуальны следующие варианты конькового покрытия:

• Металлочерепица. Материал хорош и своей долговечностью, и эстетическими преимуществами. Если правильно подойти к выбору типа внешней полимерной обработки, то получится всесторонняя защита от осадков, солнечных лучей, ветра и других негативных факторов. Единственный минус металлочерепицы – высокая цена.
• Профнастил. Металлические листы из оцинкованной стали, которые также славятся высоким сроком службы (30-40 лет) и механической надежностью. Но, выбирая профлист на коньковый узел, необходимо учитывать возможные ограничения по нагрузке. На 1 м2 эта кровля дает от 5 до 10 кг в среднем, что подойдет не для каждой стропильной системы.
• Шифер. Бюджетное решение, которое выгодно своей универсальностью и практичностью. Но в силу низкой прочности и отсутствия декоративных качеств этот вариант чаще используют для построек хозблока.

В качестве альтернативы можно рассматривать кровлю на основе ондулина, битума и фланцев, но в связке с коньком эти покрытия скорее выполняют функцию основы, а не дополнения. Такие системы поставляются в специальных комплектах, которые также могут включать приспособления для устройства снегозащиты, водостоки, дымоходы и т. д.

Как крепить стропила: встык или внахлест?

В отличие от висячих стропил, наслонные можно крепить и встык, и внахлест.

Крепление встык считается более надежным, поскольку стропила торцами опираются друг на друга и нагрузка на сжатие передается на всю доску. Но выполнить его сложнее: нужно точно подрезать стропильные ноги, чтобы их торцы плотно соприкасались по всей площади. Этот способ крепления стропил оптимален для домов из кирпича, газоблока, ракушняка и других подобных материалов.

У крепления внахлест тоже есть свои преимущества. Не нужно подгонять стропила друг к другу, что облегчает монтаж стропильных ног. Кроме того, крепление стропил к коньковому прогону внахлест — подвижное, а не жесткое. Поэтому этот метод хорошо подходит для домов из бруса или оцилиндрованного бревна — для них жестко закрепленная стропильная система противопоказана. Но нужно учитывать, что нагрузка на крепления стропильных ног при их соединении внахлест увеличивается. И для фронтонов такое решение не подходит: если стропила установлены со сдвигом, то необходимо набивать еще брус, чтобы получить ровную плоскость для обшивки фронтона или для установки ветровой доски.

Если упростить, то крепление стропил внахлест — хороший выбор, если дом деревянный или монтировать стропильную систему вы будете сами. Во всех остальных случаях лучше крепить стропила встык.

Расчет конькового узла

В процессе разработки проекта кровельщик должен определить оптимальную высоту размещения конька. Для этого требуются технические параметры прогонной балки, находящейся в центре стропильной системы. Эти данные будут зависеть от ширины дома. Также в расчетах учитывается угол скатов, который варьируется от 5 до 60 градусов. Зная ширину дома (расстояние от противоположных мауэрлатов, от которых отходят скаты) и угол наклона кровли, можно определить высоту от чердачного перекрытия до верхней точки крыши. Например, в проектировании конькового узла скатной крыши с углом 30 градусов для дома шириной 6 м высота составит примерно 3,5 м. В процессе расчета будет использоваться нормативный коэффициент 0,59 (применяется для крыш с 30-градусным скатом), который необходимо умножить на 6 м.

Комплектация конька

В частных домах крыши имеют множество функций, связанных с инжинирингом всей постройки. Очевидно, что и конек в разной степени должен будет взаимодействовать с отдельными системами. Расширенный перечень доборных элементов охватывает следующие устройства:

• Заглушки. Требуются для монтажа дополнительных элементов кровли и защиты скатных стыков.
• Снегодержатель. Барьер для снежных масс, который минимизирует нагрузку от осадков на кровлю и стропильную систему в целом.
• Ветровая планка. Металлическая накладка, предназначенная для боковой защиты конькового узла стропильной крыши от осадков, ветра и случайных механических ударов.
• Карниз. Также вариант защитного элемента, который устанавливается на деревянную карнизную доску под гидро- и теплоизоляционными покрытиями.

Кроме основной функции в выборе дополнительных коньковых приспособлений желательно учитывать и стилистические нюансы выбора. Причем дизайнеры советуют не просто отдавать предпочтение элементам с одинаковой фактурой и текстурой, но и выполнять общую композицию в едином материале. Этот нюанс важен и с точки зрения надежности монтажа.

Самостоятельное изготовление стропильной системы

Перед тем как будет начат монтаж стропильной системы, к продольным стенам надо анкерами закрепить мауэрлат. Дальше нужно определиться с нужным сечением ног для стропил, зависящих от расстояния и их длины. Если есть необходимость в увеличении длины стропил, то соедините их различными крепёжными элементами.

При использовании различного утеплителя нужно выбрать идеальное расстояние между элементами стропил для того, чтобы уменьшить количество обрезков теплоизоляции.

Монтаж стропильной системы надо производить в таком порядке:

1. Делается шаблон, по которому собирается ферма. Берутся 2 доски, соответствующие длине стропил, и соединяются между собой с одного только края гвоздём.

   
   Шаблон для стропил под названием «ножницы» поможет быстро собрать всю стропильную систему кровли

2. Получится конструкция под названием «ножницы». Её свободные края кладут на опоры в местах соприкосновения стропильных ног. В итоге должен получиться финальный угол, то есть угол, под которым будет наклонен скат кровли. Его фиксируют несколькими длинными гвоздями и поперечными досками.
3. Делается второй шаблон, благодаря которому выполняется установка запилов на стропилах. Изготавливается он из фанеры.
4. На стропилах вырезают специальные монтажные запилы (используется для этих целей приготовленный шаблон) и соединяют их под углом наклона ската. Должен получиться треугольник, поднимающийся на кровлю по лестнице. Далее его надо прикрепить к мауэрлату.
5. Монтируются изначально два боковых фронтонных стропила. Правильный их монтаж в вертикальной и горизонтальной плоскости происходит за счёт временных подкосов, прикрепляющихся к стропилам.

   
   Для правильного монтажа всей стропильной системы устанавливается первая пара стропил на крыше

6. Протягивается шнур между этими вершинами стропил. Он обозначит будущий конёк и уровень других стропил, располагающихся в промежутке.
7. Поднимают и монтируют остальные стропила на изначально высчитанном расстоянии, которое должно составлять минимум 60 см друг от друга.
8. Если предусматривается громоздкая конструкция стропил, то её дополнительно укрепляют подкосами, подпорами и так далее.

   
   Громоздкую конструкцию стропил дополнительно укрепляют подкосами и подпорами

9. На специальных опорах устанавливают коньковый брус, к которому крепятся не только короткие, но и диагональные, и промежуточные элементы стропил.

   
   Правильное крепление конькового бруса обеспечивает надежность всей системы стропил

Типовые узлы стандартной стропильной системы

Прочность конструкции стропил зависит от идеально подобранного сечения досок, а также от высокого качества стропильных узлов. Соединение деталей для конструкции крыши делается согласно установленным правилам.

Главные типовые узлы в стропильной системе:

• опорный узел стропил на мауэрлате;
• коньковый;
• узел совмещения верхних затяжек и всей стропильной системы;
• закрепление подкоса, стойки, а также стропил и балки.

После того как была выбрана конструкция стропильной системы, надо составить план, в котором выделить все узлы. В каждой конструкции они изготавливаются по-разному, поскольку это зависит от разных нюансов: вида кровли, её размера, угла наклона.

Стропила из профильной трубы

Стропила из профильной трубы — это металлоконструкция, которая собирается с использованием решетчатых стержней. Само производство таких ферм является процессом весьма трудоёмким, однако и более экономичным. Для изготовления стропил применяют парный материал, а косынки являются соединяющими элементами. Конструкция стропил из профильных труб собирается на земле, при этом применяются клёпки или сварка.

Благодаря таким системам, перекрываются любые пролёты, но надо произвести правильный расчёт. При условии, что все работы по сварке будут сделаны качественно, в дальнейшем остаётся только перенести элементы конструкции на верх здания и собрать их. Несущие стропила из профильной трубы имеют множество достоинств, таких как:

• выносливость к нагрузкам;
• долговечность;
• незначительная масса;
• крепость узлов;
• благодаря им строятся конструкции с самой сложной геометрией;
• экономия финансов, так как цены на изготовление металлических стропил довольно дешёвы.

  
  Стропильная ферма из профильной трубы предназначена для устройства крыши небольших зданий и сооружений

Ригель в стропильной системе

Ригель — это достаточно широкое понятие, однако в случае с крышами он имеет определённое значение. Ригель представляет собой горизонтальный брус, который связывает стропила. Такой элемент не даёт крыше «распираться». Изготавливается он из дерева, железобетона, а также металла — всё зависит от вида сооружения. А служит ригель для распределения нагрузки, которую оказывает стропильная система.

Закрепляться он может в разнообразных местах между ногами строп. Здесь существует прямая закономерность — если ригель закрепить выше, то брус для его монтажа необходимо подбирать с большим сечением.

Способов фиксации ригеля к стропильной системе множество:

• болтами;
• гайками;
• шпильками с шайбами;
• специальным крепежом;
• гвоздями;
• смешанными креплениями, когда применяются параллельно разные виды крепежа.

Крепление существует с врезкой или накладное. В целом ригель — это расчётный узел, как, впрочем, и вся система строп крыши.

Ригель в стропильной системе предназначен для усиления конструкции кровли

Крепление стропильной системы

Для обеспечения надёжности системы стропил надо изначально выяснить, каким образом они скрепляются с опорной кровлей и коньком. Если делается крепление для предотвращения деформации кровли при усадке дома, то сверху стропила закрепляются шарнирной пластиной либо гайкой с болтом, а снизу — скользящей опорой.

Висячие стропила нуждаются в более плотном и надёжном креплении в коньке, поэтому в данном случае можно применить:

• накладные металлические или деревянные пластины;
• метод врубки;
• соединение с помощью длинных гвоздей.

В наслонной системе не соединяются между собой стропильные ноги, так как прикрепляются они к коньковому прогону.

Крепление стропил к мауэрлату происходит методом вырубки, которую делают в стропильной ноге. Благодаря этому способу крепления не ослабится опора кровли. Вырубка также делается при установке стропил на балки перекрытия. В данном случае врез делается и в опорной балке.

Технология монтажа конька

К устройству конька переходят после завершения укладки кровли на поверхности скатов. Детали доставляют на крышу веревкой или с помощью лебедочного механизма. В первую очередь устанавливается брус с сечением 7х9 см. С двух сторон к нему же крепятся элементы обрешетки в виде деревянных планок. Эти операции удобнее выполнять с центральной коньковой планкой, имеющей округленную поверхность, поэтому при желании можно выполнить ручную обработку бруса электролобзиком или шлифовально-стружечными аппаратами. Для профилактики негативных биологических процессов будет нелишним изолировать установленные деревянные элементы рубероидом, который также выполнит функции паро- и влагозащиты. Кстати, тыльная сторона металлочерепицы для конькового узла, как правило, обеспечивается подкладкой из утеплителя и средств защиты от плесени и грибка. Крепление элементов черепицы в этой части производится непосредственно к брусу.

Фиксация коньковой конструкции

Механическое крепление элементов коньковой конструкции может выполняться разными способами. Типовая модель фиксации реализуется в следующей последовательности:

• На основных элементах узла высверливаются монтажные отверстия (только на плоских сторонах).
• Перед установкой крепежей завершается подгонка и стыковка деталей с нахлестом от 10 см.
• Для полукруглого конька применяется соединение по линиям штамповки.
• Стропильные фермы под коньковым узлом крепятся с помощью саморезов с гвоздями или по методу укладки в паз. Главное, чтобы к моменту установки были правильно рассчитаны углы наклона от ската.
• Для повышения прочности конструкции в качестве дополнения монтируют подконьковую доску выше уровня обрешеточных ферм.

Технология сооружения шатровых кровельных конструкций своими руками

Для качественного монтажа шатровой крыши нужно иметь опыт возведения стропильных систем, потому что работа должна быть выполнена четко и грамотно. При этом необходимы навыки использования электроинструментов. В первую очередь проводится расчет всех элементов конструкции, выбирается подходящее сечение и размер.

В расчете учитывается форма строения, ветровые нагрузки в регионе строительства и средний вес снега, а также возможность устройства жилого пространства под кровлей. После проведенных расчетов и закупки необходимых строительных материалов и инструментов можно приступать к монтажу.

Устройство мауэрлата

Для деревянного строения устройство мауэрлата делать необязательно, так как стропила укладываются на верхнюю обвязку сруба. При возведении крыши для кирпичного или бетонного здания сначала производится укладка стяжки, в которую монтируют специальные шпильки для дальнейшего крепления опорного бруса.
Затем укладывается гидроизоляция, чаще всего используют слой рубероида. На изоляцию кладут мауэрлат и закрепляют его шпильками. Брус соединяется с лежнем для обеспечения стабильной связки. Вся конструкция крепится с помощью болтов, а угловые части укрепляются скобами. По поверхности мауэрлата проводится разметка для последующей установки элементов крыши.

По периметру стены укладывают бортик толщиной в один кирпич, он компенсирует силу распирания.

Если план сооружения имеет большие габариты, то при расчетах учитываются деревянные балки перекрытия. Их кладут сверху на мауэрлат от одного края здания до другого. К торцевым частям балок с определенным шагом крепятся короткие выноса, которые образуют свесы над противоположными стенами. Для домов небольшой площади предварительное устройство балок необязательно.

Установка опоры и вальмовых стропилин

На этом этапе проводится монтаж центральной опоры для обеспечения четкости сборки остальных элементов. Впоследствии опора демонтируется и стропильная система будет держаться самостоятельно. Стропила изготавливаются по наслонному методу. Верхняя часть доски прикрепляется к центральной стойке, производится врубка с учетом угла ската крыши.
Нижняя часть деревянного бруса крепится к мауэрлату уголками, предварительно стропила также спиливаются. Если была установлена балочная система, то нижняя часть стропильной ноги будет упираться в карниз.

Далее по такому же принципу устанавливаются пара противоположных стропил, для установки их крест-накрест с предыдущим комплектом. Верхние концы спиливаются, закрепляются гвоздями и укрепляются уголками. Этот этап особенно важен при возведении конструкции. Если все было рассчитано и установлено правильно, в дальнейшем не возникнет проблем, и исправления не понадобятся.

Карниз устраивается по периметру здания и крепится за наружные концы балок и перпендикулярных выносов.

Монтаж диагональных стропилин

В любом углу полученного каркаса выбирается место установки диагонального бруса и делается отметка. Брус должен иметь толщину равную размерам вальмовых элементов. Его прикладывают к коньковому узлу и делают вертикальный спил на верхнем конце. Другой конец диагональной стропильной ноги укладывается и прикрепляется на мауэрлат уголками или присоединяется к карнизу.

Так же устанавливаются остальные стропила по диагонали. Нижние концы брусьев выступают за пределы контура здания, не менее чем на 50 см, если карниз не был установлен. При нехватке длины к концам стропил прикручивают дополнительные доски, которые называют кобылками. Они делаются меньшего размера и крепятся к верхней грани наклонного бруса.

Монтаж нарожников

На последнем этапе монтируются нарожники, используя принцип крепления стропил. Также брусья подрезаются с обеих сторон и одним концом укладываются на опорную ось, другим — на мауэрлат. При этом нарожники также выступают за границу стен на 50 см, образуя прямую линию с концами стропил. Свес карниза необходим для отвода воды дальше от стен строения.
Под нарожниками посередине монтируются опорные стойки. Они нужны для дополнительной жесткости конструкции. Верхним концом опоры крепятся к нижней грани нарожников, а другим концом упираются в деревянные балки. При отсутствии балок устанавливаются подмости, они скрепляют противоположные вальмовые стропила между собой.

У шатровой крыши есть несколько вариантов исполнения в зависимости от величины здания, угла наклона кровли, конструктивных особенностей дома и пожеланий заказчика. Но принцип устройства остается неизменным. Шатровая конструкция имеет основной признак — это симметричность боковых скатов, что делает крышу оригинальным украшением внешнего вида сооружения.

Устройство конька с дефлектором

Поддержание сухости в подкровельном пространстве – важнейшее условие для обеспечения оптимального состояния стропильной системы. Коньковый дефлектор как раз способствует выводу пара и влаги из-под кровли и чердачного помещения, не допуская внутрь осадков. В монтаже этого элемента желательно использовать сегмент кровли с готовым вентиляционным каналом. В той же металлочерепице предусматриваются эргономичные и удобные в установке пластиковые дефлекторы. От кровельщика требуется лишь вмонтировать в коньковый узел сегмент с каналом воздухоотвода и при необходимости обеспечить его вспомогательными элементами наподобие патрубка и диффузора. Далее прилегающие места стыков кровельного сегмента с дефлектором дополнительно усиливаются метизами, а зазоры герметизируются монтажной пеной или строительным силиконом.

Для чего нужен мауэрлат

Стропильная система воспринимают нагрузку от внешних сил и передает ее на стены через опорный брус — мауэрлат. Его функции — создать ровную плоскость для крепления стропил и распределить равномерно точечные усилия на несущие конструкции.

Как правило, в частном строительстве мауэрлат изготавливается из пиломатериалов хвойных пород — бруса или доски. Размер сечения и способ крепления к стенам зависит от типа стропильной системы:

• При наслонных стропилах на стены передаются большие распирающие усилия. Сечение мауэрлата достаточно мощное — 150х150-200х200 мм, чтобы обеспечить восприятие нагрузки. К стенам крепится максимально прочно.
• В висячих системах стропильные ноги жестко связаны с горизонтальной затяжкой, образуя геометрически устойчивую ферму. На стены передается только вертикальная нагрузка, поэтому мауэрлат выполняет функцию опорной прокладки. Брус или доска в этом случае укладываются либо на всю поверхность стен, либо участками под каждую ферму.

Пиломатериалы для мауэрлата должны быть не ниже 2 сорта, просушены до влажности не более 15%, обработаны антисептиками и антипиренами. Чтобы предупредить гниение древесины, при укладке на кирпичные или бетонные стены устраивается гидроизоляция.

Место стыка опорной балки