Висячие стропила — что это и где применяются

При обустройстве кровли жилого здания необходимо грамотно определить вид кровельной конструкции. Она выполняет декоративные и защитные функции, играет роль опоры, которая призвана выдерживать значительные нагрузки. Основных разновидностей стропильной системы известно две: наслонная и висячая. Далее разберём особенности сборки, установки и соединения висячей системы.

Из чего состоит система висячих стропил

Висячими они называются строителями по той причине, что они нависают над крышей, а опираются только на наружные стены. Для того, чтобы крыша с висячими стропилами приобрела свой законченный вид, используются также разнообразные крепёжные и соединительные элементы. К таковым относятся ригели, бабки, затяжки и прочие. Все вместе они образуют единую конструкцию, которая бывает аркой или фермой.

К примеру, самая простая ферма состоит из пары стропильных балок, которые в верхней точке соединяются между собой, формируя треугольник. В горизонтальном направлении они скрепляются друг с другом при помощи балки — её ещё называют затяжкой. Если же балку берут металлической, то в таком случае она называется тяжем.

Затяжка или тяж играют важную роль в сохранности общей конструкции в целом виде. Сами по себе стропильные ноги по законам физики будут стремиться разъехаться в разные стороны. Сохранить треугольную форму конструкции помогает именно затяжка, удерживая их в заданном положении. Возникает эффект распора, однако он не передаётся на боковые стены. Остаётся лишь воздействие вертикальных сил, тогда, как действие горизонтальных нейтрализуется.

Чаще всего затяжку располагают в нижней части стропильных ног. Однако бывает, что её передвигают наверх, поближе к коньку. Выбор зависит от её роли и от того, какой будет итоговая конструкция арки. Расположенная в нижней части затяжка заодно будет выполнять функцию балки перекрытия этажа, находящегося внизу под ней. В случае с мансардами она дополнительно помогает обустроить чердачное пространство. Если же ширина пролёта превышает 6 метров, то затяжку делают состоящей из двух частей. Стропильные ноги подпираются бабками и раскосами.

Рассмотрим кратко основные из известных типов конструкций стропил для скатных крыш:

1. Арка треугольная шарнирная. Самый простой треугольник на основе пары стропил, которые вверху сводятся к коньку, а нижние части упираются в горизонтальную балку. Это классическая схема, в которой затяжка выполняется в нижней части треугольника. Затяжка удерживает «ноги», чтобы они не могли разъехаться в разные стороны. Для такого варианта можно применить балки с меньшим сечением — это снижает затраты на строительство.
2. Арка шарнирная, оснащённая бабкой. Применяют в тех случаях, где ширина пролёта составляет более 6 метров. Основная проблема, которую нужно устранить — это чересчур длинная затяжка. Нужно сделать так, чтобы она не подвергалась слишком большим нагрузкам и не прогибалась дальше положенных значений. Для этого в конструкцию вводят дополнительный элемент — бабки. Этот подвес помогает удержать саму затяжку и уменьшить её прогиб. Просто-напросто затяжку делают из двух отдельных балок.
3. Шарнирная арка с затяжкой приподнятого типа. Её ставят не внизу, а сдвигают максимально вверх, поближе к коньку. Очень хорошо работает конструкция при обустройстве чердачных помещений. Чем выше располагается затяжка, тем большей будет высота потолков. Стропильные ноги, при этом, будут опираться на мауэрлат, а крепление станет скользящим. Стропила делают с выносом на обе стороны — так гарантируется общая прочность и устойчивость системы.
4. Шарнирная арка с ригелем. Основное отличие от предыдущего варианта: скользящая опора заменяется на жёсткую. Конструкция в этом случае становится распорной и одновременно воздействует на мауэрлат и на стены. Затяжка работает уже не на растяжение, а на сжатие, и её называют ригелем.
5. Арка с подвесами и подкосом. Используется при очень большой длине стропил, от14 метров и длиннее. Под своим собственным весом они дают очень большой прогиб, нивелировать который ставится задача перед конструкцией. Строительные балки дополнительно подпирают подкосами. Стропила давят на подкосы, в это время растягивается подвеска и давит уже на подкосы. Затяжку изготавливают из двух частей в виду очень большой длины.

Основные виды соединений элементов

Чтобы висячая стропильная система эффективно выполняла возложенные на неё функции, потребуется грамотное соединение всех входящих в её состав элементов и узлов. В этом случае они будут надёжно защищены от воздействия внешних факторов.

Стропильные балки могут между собой соединяться разными способами: от нахлёста до врезания или крепления встык. Данный узел получил название конькового. Если крепят встык, то срезанные под углом окончания балок крепят между собой стык в стык. Далее их фиксируют металлическими накладками.

Если выбирается соединение внахлёст, тогда верхние части стропил перехлёстываются между собой. Дополнительно их удерживает болт с шайбой. Ещё известен способ «соединение врубкой». На толщину деревянного бруса соединяемых стропил выпиливаются выемки. Брусья заводят один в один, а крепление производится по принципу фиксации болтом и гайкой (шпилькой).

Так называемый карнизный узел встречается в более сложных конструкциях арок. В этих случаях висячие стропила соединяются в нижней части затяжкой, образуя общий узел. При этом используется лобовая врубка, а надёжность соединения обеспечивают затяжные болты. Дополнительную прочность могут придавать металлические или деревянные пластины, укладываемые на стыках. В других схемах применяются соединения приподнятого ригеля с мауэрлатом. Крепление может ставиться жёсткое либо скользящее.

Общие принципы расчёта висячих стропил

Учитывая общую конструктивную сложность системы, расчёт висячих стропил является обязательным шагом и основывается на множестве факторов.  Заданные ошибочно параметры на стадии проектирования грозят тем, что крыша не справится с нагрузками, деформируется или даже обрушится.

По этой причине специалисты рекомендуют заказывать проект у них или пользоваться уже готовым, составленным ранее для другого заказчика. Можно воспользоваться онлайн-калькулятором, однако без соответствующего опыта это не гарантирует того, что удастся уберечься от ошибок на стадии проекта.

Посмотрим же, какие критерии принимаются в расчёт обязательно:

• размер помещения, которое будет перекрываться кровлей;
• наличие либо отсутствие чердака как помещения;
• количество скатов, их угол наклона;
• потенциальная наибольшая нагрузка на крышу;
• категория стропильной системы;
• материалы для возведения стен и обустройства крыши.

На основании этих данных инженеры-строители выводят сечение стропил, величину их шага и форму «фермы».

Проектирование системы

Конструкция и узлы висячих стропил включают в себя множество разнообразных элементов. В процессе такого проектирования обязательно учитываются несколько общих факторов:

• тотальная нагрузка на конструкцию в целом;
• форма стропильной конструкции;
• размещение бруса;
• шаг стропил и сечение их ног.

Самые простые конструкции имеют форму треугольника. Его боковые стороны упираются одна в другую и взаимно распираются снизу. Для повышения прочности упора дополнительно выполняется затяжка, задача которой состоит в нейтрализации распора.

При составлении проекта нужно принимать во внимание ряд особенностей. Главные из них сводятся к следующему:

• выбор конструкции и угла наклона ног;
• выбор строительного материала для кровли;
• расчёт стропильной системы на основе указанных выше пунктов, который также должен учитывать климатические особенности региона.

Вследствие неправильных расчётов или допущенных в них ошибок может произойти деформация всей конструкции стропильной системы или её части.

Правила монтажа системы висячих стропил

Итак, можно подытожить, на какие критерии важно обращать внимание при проектировании и монтаже систем висячих стропил:

• чтобы создать эффективную и безопасную в эксплуатации конструкцию, следует придерживаться сделанных заранее расчётов и технологии монтажа на каждой стадии процесса;
• применять такую конструкцию целесообразно для сооружений без внутренних несущих стен;
• для уменьшения распирающего стены эффекта применяют способ крепления отдельных конструктивных элементов под названием «затяжка»;
• стропильные ноги не создают горизонтальных нагрузок, работая лишь на изгиб и сжатие;
• ширина пролёта в таких системах составляет более 6 метров.

Обустройство стропильной системы висячего типа на объекте выполняется по следующему алгоритму:

1. Намечают центр будущей крыши и сразу же высоту конька. Для этого на фронтонах крепят две временные доски.
2. Изготавливают образец стропильных ног, по которому будут делаться все остальные. Отмечаются места, где будут произведены верхние и нижние запилы.
3. Готовят необходимо количество стропильных балок. Выкладывают их парами, намечая правые и левые стороны.
4. Начинают сборку первой пары. Их соединяют врубкой, внахлёст либо же встык.
5. Теперь можно ставить затяжку, а также бабку и подкосы (если предусмотрено системой).
6. Первую пару ног поднимают на крышу и крепят с торца фронтона. Для крепления применяют гвозди, саморезы, уголки.
7. Теперь с обратного фронтона ставят точно такую же пару балок.
8. Между ними натягивается верёвка, чтобы все остальные пары ног следовали по линии и по уровню.
9. Выставляют на крыше оставшиеся пары, после чего установку системы можно считать в целом оконченной.

Учитывая эти и другие рекомендации, можно повысить эффективность стропильных систем висячего принципа действия. Изложенные выше сведения могут стать основой теоретических знаний, которые понадобятся при установке. Тех, у кого был опыт установки таких кровельных систем, просим делиться им в комментариях.