Установка стропил своими руками: особенности расчёта и монтажа основных элементов кровельного каркаса

Сооружение надёжной стропильной системы является одной из самых сложных задач при возведении крыши загородного дома, дачи или гаража. И тем не менее не спешите опускать руки — сегодня мы будем опровергать расхожее мнение о том, что подобная работа не по силам новичку. Зная правила расчёта, распиловки и монтажа кровельного каркаса, вы сможете построить крышу ничуть не хуже специалистов. В свою очередь, мы постараемся не только рассказать об устройстве, проектировании и особенностях строительства стропильных систем различных типов, но и поделимся секретами опытных мастеров.

Что называют стропильной системой и как она устроена

Любая, даже самая захудалая крыша имеет в своей основе прочный силовой каркас, называемый стропильной системой. От того, насколько правильно будет смонтирована эта конструкция, зависит жёсткость крыши, а значит, и способность выдерживать даже самую сильную ветровую и снеговую нагрузку.

Лучшим материалом для изготовления стропил (ферм) считается брус или толстая доска из древесины хвойных пород. И этому есть своё объяснение — сосновый или еловый пиломатериал обладает относительно небольшим весом, а наличие природных смол делает его довольно долговечным. Даже если брус будет иметь небольшую остаточную влажность, его не поведёт при высыхании, что является не менее важным фактором, чем удобство в работе и длительный срок службы.

В зависимости от размера крыши опорные элементы конструкции могут иметь сечение от 50х100 мм до 200х200 мм и более. Кроме того, протяжённость кровли прямо влияет на количество стропил, ведь они устанавливаются с небольшим шагом — от 60 см до 1,2 м.

Конструктивные элементы стропильной системы

Основное требование, которое выдвигается к деревянному остову, — это способность противостоять изгибу и кручению. По этой причине для ферм деревянного каркаса лучше всего подходит форма треугольника. При этом они могут состоять из нескольких частей:

• стропильные ноги — основание кровельного каркаса, которое оказывает наибольшее влияние на размер и геометрию скатов;
• ригели (затяжки) — доски, которыми стягивают пару стропильных ног;
• прогоны — поперечно устанавливаемые брусья, за счёт которых стропила соединяются в единую конструкцию;
• стойки — вертикальные опоры, которые служат для поддержки стропильных ног или предотвращают прогиб прогонов;
• подкосы — те же стойки, только поставленные под углом к вертикали;
• лежни — прикреплённые к полу чердака доски, на которые устанавливаются опоры;
• мауэрлат — установленный на несущих стенах опорный брус, к которому крепятся нижние части стропильных ног;
• кобылки — отрезки бруса или досок, которые прибиваются к нижним концам ферм и служат для обустройства свесов крыши.

Выбирая конструкцию кровельного каркаса, важно найти ту самую золотую середину, которая позволит получить прочную и надёжную конструкцию при минимальных затратах. По этой причине можно немного отступать от устоявшихся канонов, если дело не касается жёсткости всего сооружения. Например, вполне можно обойтись без кобылок, а карнизный свес сформировать за счёт более длинных стропильных ног. Или же использовать не сплошной мауэрлат, а отрезки бруса, уложенные только в местах крепления стропильных ног — всё зависит от инженерной смекалки и опыта кровельщика.

Классификация стропил

В зависимости от конструкции крыши и назначения чердачного помещения деревянный каркас может состоять из стропил нескольких типов:

1. Наслонные — брусья, которые одним краем опираются на конёк, а другим связаны с мауэрлатом. Стропила этого типа чаще всего используются в простейшей двускатной или односкатной конструкции. Кроме того, наслонные стропильные ноги формируют отдельные части скатов вальмовых и ломаных мансардных крыш.
2. Скользящие. Представляют собой модифицированные наслонные стропила. Пластинчатый шарнир в верхней части и скользящая опора на нижнем крае обеспечивают неизменность геометрии ската с течением времени. Независимая стропильная система является настоящим спасательным кругом для срубов, которые в течение нескольких лет подвергаются неравномерной усадке вследствие естественного высыхания древесины.
3. Висячие. Используются в стропильных системах простых двухскатных крыш, а также на верхних скатах мансарды. Для соединения стропильных ног применяются ригели и затяжки, а сами фермы могут опираться лишь на мауэрлат или усиливаться подкосами.
4. Накосные. Из-за того, что такие стропила используются для строительства скатов с торцовых частей крыши, по-другому их ещё называют диагональными или угловыми. Потребность в накосных фермах возникает при строительстве многоскатных и геометрически сложных крыш.
   

   Многообразие кровельных каркасов основано на использовании стропильных конструкций всего четырёх типов

Особенности и разновидности стропильных систем

Чтобы сделать взвешенный выбор, необходимо разбираться в особенностях стропильных систем различных типов и знать сильные и слабые стороны каждой конструкции.

Кровельный каркас с висячими стропилами

Поскольку принцип крепления висячих стропил не предполагает дополнительных точек поддержки, такая конструкция используется для строений шириной не более 6 м. Монтаж безопорных ферм предусматривает крепление каждой пары ног к противоположным капитальным стенам, в то время как их верхние части фиксируются непосредственно к коньковому прогону.

В процессе эксплуатации на висячие стропила действует сила, стремящаяся раздвинуть конструкцию. Чтобы скомпенсировать распирающее усилие, между стропильными ногами устанавливают ригель из деревянного бруса или металлической профильной трубы. Если чердачное помещение будет использоваться в хозяйственно-бытовых целях, то верхнюю перемычку крепят как можно ближе к коньку, а нижние края пар стропильных ног соединяют затяжками. Подобная схема позволяет увеличить полезную высоту чердака, абсолютно не снижая прочности каркаса. К слову, если нижние перемычки сделать из бруса сечением более 100х100 мм, то их можно будет использовать ещё и в роли несущих балок. Необходимо обеспечить надёжное соединение затяжек и стропильных ног, поскольку на место их крепления также действуют значительные распирающие усилия.

Крыша с наслонными стропилами

Наслонные стропила предполагают установку как минимум одной опоры, поэтому их используют для зданий с внутренними несущими стенами. Максимальная длина единичного пролёта не должна превышать 6,5 м, в противном случае пострадает прочность и жёсткость кровельного каркаса. Чтобы увеличить ширину крыши, стропильную систему укрепляют промежуточными опорами. Даже одна дополнительная стойка позволяет увеличить ширину кровли до 12 м, а две — более чем на 15 м.

Устойчивость наслонных ферм можно увеличить за счёт подстропильной рамы с прогонами, стойками и подкосами. Кроме того, эта стропильная система требует гораздо меньших затрат на пиломатериалы. Универсальность, прочность и экономичность давно уже оценили как строительные компании, так и индивидуальные застройщики, чаще всего используя в своих проектах кровельные конструкции с наслонными балками.

Комбинированные варианты

Сегодня крыши загородных домов удивляют изяществом дизайна, причудливостью форм и разнообразием конфигураций. Соорудить столь сложные конструкции можно лишь одним способом — сочетая в одном каркасе стропильные системы обоих типов.

Даже для возведения не самой сложной ломаной кровли используются сразу обе стропильные системы. Расположенные с боков прямоугольные треугольники являются наслонными стропильными конструкциями. А соединяются они за счёт верхней стяжки, которая одновременно играет роль затяжки для верхних висячих стропил.

Порядок и правила монтажа кровельных каркасов

Поскольку при сооружении крыш используются два типа кровельных каркасов, рассмотрим технологию монтажа каждой конструкции в отдельности. Однако прежде чем приступить к строительным работам, необходимо изучить способы крепления элементов конструкции между собой.

Сооружение кровли с висячими стропилами

Выше уже упоминалось о том, что висячие стропила чаще всего используются при сооружении небольших или нетребовательных строений. Бревенчатый сруб в этом случае является практически идеальным вариантом, поскольку можно обойтись без мауэрлата. Нижнюю часть стропильных ног крепят к верхнему венцу или выступающим за периметр стен краям потолочных балок (матиц). В последнем случае затяжку необходимо сдвинуть вверх — это позволит напустить брус поверх финишного бревна и сделать чердак более удобным.

Подготовительные работы

От того, насколько качественно будет проведена подготовка балок под стропильные ноги, зависит геометрия скатов. Выровнять опорные поверхности поможет шнур, натянутый между вбитыми в крайние балки гвоздями.

1. Необходимо стесать горбыль, получив плоские площадки для установки ферм. После этого следует обязательно проверить, насколько точно они лежат в одной плоскости. Сделать это можно при помощи длинной ровной рейки и уровня.
   

   Перед установкой ферм опорные поверхности выравнивают по шнуру

2. Убрав излишки древесины, в каждой балке нужно сделать углубление под стропильный шип. Расчертить места будущих гнёзд можно при помощи тех же гвоздей и шнура, что и в предыдущем случае. Хотя углубления под стропила можно сделать как до, так и после изготовления ферм, специалисты советуют выполнить их в первую очередь — это позволит провести примерку с более высокой точностью и удобством.
   

   Способ крепления стропил зависит от множества факторов — типа опорных балок, их сечения, особенностей кровельного свеса и т. д

3. Профессиональные кровельщики рекомендуют установить по центру пролёта каждого щипца дополнительный ориентир — вертикальную рейку. Одну из её боковых сторон используют как ось симметрии, которая даст возможность следить за строгим соблюдением геометрии сооружения.
   

   Для того чтобы упростить процесс разметки и монтажа кровельного каркаса, используют вертикальные рейки, установленные по осевой линии кровли

Изготовление стропил

Для того чтобы стропила имели одинаковые размеры и конфигурацию, их делают по предварительно изготовленному шаблону. Для его изготовления предлагаем воспользоваться следующей инструкцией:

1. Возьмите две доски-шалёвки и соедините их болтом, чтобы получить конструкцию наподобие раскрывающегося циркуля. Сильно затягивать резьбовое соединение не следует — конструкция должна поворачиваться вокруг вершины. Обязательно проконтролируйте, чтобы рейки были на 10–15 см длиннее стропил — это понадобится для учёта высоты упорного зуба.
   

   Простейший шаблон позволяет получить кровельные фермы одинакового размера и конфигурации

2. На установленной в качестве ориентира рейке нанесите две метки. Нижняя должна соответствовать высоте стропильной системы, а верхняя — отстоять от неё на высоту монтажного выступа.
3. Установите шаблон на матицу таким образом, чтобы углы досок упирались в углубления под стропильные зубья.
   

   Для того чтобы конструкция успешно справлялась с распирающими нагрузками, упорный зуб на конце стропильной ноги заводят в углубление на балке перекрытия

4. Совместите ось вращения «циркуля» с верхней отметиной на рейке и отложите высоту шипа от нижних углов кондуктора.
5. Опустите шаблон вниз и вырежьте зубья по начерченной линии. После этого поднимите приспособление на крышу и заведите шипы в гнёзда на матице. Проконтролируйте совпадение оси образца с нижней меткой на вертикальной рейке. При необходимости сместите болт в нужную сторону и зафиксируйте угол между досками поперечиной.
   

   Для крепления ферм используется несколько способов — всё зависит от типа опорных балок, конструкции кровельного каркаса и сечения его элементов

6. Подогнав шаблон по высоте, нанесите на каждую доску линии вертикального примыкания. В заключение измерьте длину ригеля и соорудите из обрезков досок шаблон для изготовления накладок на вершины ферм.
   

   Для крепления ригеля к стропилам используются накладки из отрезков дюймовой доски

После того как шаблон будет опущен на землю, его разбирают и по нанесённой разметке выполняют запилы. Кроме того, сооружают отдельное лекало, по которому будут обрезаться концы стропильных ног. Изготовлением и сборкой висячих стропил чаще всего занимаются внизу, поднимая на крышу готовые конструкции. Если же вес и габариты собранных ферм не позволяют затащить их наверх вручную, то сборку ведут на месте. При этом составные части стропильной системы фиксируют гвоздями размером от 100 до 200 мм.

Как установить стропила на крыше

Для того чтобы поднять и установить фермы, понадобится помощь хотя бы одного человека. Выполнить примерку и выставить стропила по отвесу в одиночку является чрезвычайно трудной задачей — придётся не один раз крепить их к распоркам и многократно спускаться с крыши, чтобы проконтролировать отклонение от вертикальной плоскости.

Поднимая собранные стропила наверх, сначала монтируйте крайние элементы конструкции, а затем — центральные и промежуточные. Для усиления конструкции под каждую ногу устанавливают опору:

1. Матицы размечают по натянутому шнуру.
2. В отмеченных местах выдалбливают пазы.
3. Брус примеряют к углублениям и делают запил, соответствующий длине стойки с учётом высоты шипа.
4. Изготавливают необходимое количество стоек.
5. Для крепления опор к стропилам понадобятся накладки — их вырезают из дюймовой доски.
   

   Места крепления стропил к потолочным балкам усиливают стойками, которые могут крепиться в пазы матиц или накладным способом на металлические пластины

Выставив висячие стропила по уровню, их фиксируют временными распорками. После этого нижние концы балок прибивают к матице или балкам перекрытия.

Прибегать к новомодным способам фиксации при помощи разнообразных уголков и перфорированных пластин не стоит. Надёжный «дедовский» метод крепления при помощи гвоздей длиной 200 мм или строительных скоб будет намного лучше как в плане прочности и надёжности, так и по стоимости. На этом этапе не стоит волноваться о том, что конструкция выглядит хлипко. После того как будут установлены остальные элементы стропильной системы и выполнена обрешётка, конструкция приобретёт необходимую жёсткость и устойчивость.

Видео: изготовление и установка висячих стропил своими руками

Особенности монтажа наслонных стропил

Процесс изготовления и установки наслонных стропил в целом очень похож на сооружение висячего кровельного каркаса. Основное отличие находится в верхней точке и связано оно с тем, что вершины наслонных балок опираются на коньковый прогон. При этом соединение с последним выполняется несколькими способами:

• простым примыканием вразбежку (в параллель друг к другу);
• с выполнением вертикального стыка (так же, как и при соединении парных ног висячей фермы);
• методом плотной подгонки балок к верхнему брусу (при помощи вертикального запила или врубки).

Если конструкцией деревянного каркаса предусматривается опора ферм на боковой прогон, то стропила соединяются встык, а в местах примыкания к прогону выполняются углубления.

Для обеспечения прочности конструкции врубки не должны быть слишком глубокими. Специалисты рекомендуют выполнять углубления не более чем на четверть толщины бруса или треть ширины доски.

Индивидуальные застройщики чаще всего прибегают к установке стропил следующим способом:

• верхняя часть опирается на коньковую балку посредством вертикального среза;
• снизу стропильные ноги удерживает угловая врубка.

Для разметки удобно использовать строительный угольник. После того как будет выбран масштаб, на сторонах прямоугольного треугольника откладывают значения подъёма ската и половины пролёта. Благодаря этому удастся получить угол уклона ската, не прибегая к математическим вычислениям.

Для изготовления стропил предлагаем воспользоваться наиболее удобным методом:

1. Заготовку укладывают на землю и прикладывают к ней треугольник с разметкой — гипотенуза выполненного в масштабе ската должна находиться точно над продольным ребром бруса. При этом нанесённый на трафарет короткий катет даст линию примыкания стропильной ноги к коньковому прогону.
2. При помощи ножовки или циркулярной пилы отрезают излишек пиломатериала.
3. По верхнему краю стропила отмеряют длину ската — расстояние от места примыкания к коньку до внешнего ребра мауэрлата (финишного венца рубленого дома или верхней обвязки каркасного сооружения). Лекало перемещают в намеченную точку и отмечают черту в параллель с той, что наносилась в п. 1.
4. Инструмент переворачивают и устанавливают вдоль ребра бруса таким образом, чтобы с правой стороны отложить значение 1/3 длины пролёта в масштабе. Этот отрезок как раз и укажет на необходимую глубину врубки.
   

   Использование строительного угольника позволяет существенно упростить процесс разметки шаблона для стропил

На первый взгляд, этот способ является весьма мудрёным. Однако даже беглого ознакомления с приведённой инструкцией достаточно для того, чтобы овладеть им в совершенстве. Конечно, отложить необходимые расстояния и сделать разметку можно и расчётным способом, однако при вычислении углов и расстояний запутаться будет намного проще.

Следует помнить, что выполненные в стропильных ногах запилы должны быть абсолютно одинаковыми, иначе уклон кровли будет неравномерным. Для этого можно использовать деревянный брусок в качестве шаблона. Важно только, чтобы его толщина не превышала 1/3 толщины заготовки.

Для самых распространённых углов наклона скатов существуют шаблоны, над расчётом конфигурации которых уже поработали профессионалы. Воспользовавшись одним из таких лекал, вы сможете существенно упростить задачу по разметке углов врубок.

Сборка и монтаж наслонной конструкции

1. Монтаж наслонной стропильной системы начинают с боковых элементов. Их монтируют по одному, проверяя уровень по отвесу и фиксируя в вертикальном положении при помощи распорных планок.
   

   Монтаж стропильной системы начинают с боковых элементов — это позволит выравнивать промежуточные фермы по шнуру

2. Если для усиления конструкции используются подкосы, то их устанавливают простой подгонкой по месту. Сначала доска или брус подходящего размера прикладывается к стропильной ноге под необходимым уклоном, чтобы сделать нижний запил. Его форму будет определять способ установки подкоса — на лежень или брус чердачного перекрытия. Получив вырез у нижнего края наклонной стойки, следует установить её на место и разметить линию примыкания к ноге. После того как будет отрезана лишняя часть, подкос монтируют враспор между балкой и стропилом и фиксируют при помощи отрезков досок, стальных пластин или угольников.
   

   Для крепления подкосов применяют как накладки, так и шиповое соединение

3. Установив крайние элементы конструкции, между ними натягивают шнур или прибивают длинные рейки. Этот нехитрый способ намного упрощает процесс размещения остальных стропил, позволяя проконтролировать, насколько точно они находятся в плоскости ската.

Видео: монтаж стропильных ног наслонной кровельной системы

Методы соединения стропильных лаг

При выборе бруса для габаритных кровельных ферм приходится искать разумный компромисс между длиной и толщиной стропил. Причиной этому являются особенности стандартного ряда пиломатериалов, в котором более длинные балки имеют увеличенное сечение. С другой стороны, их применение не всегда оправдано как технологически, так и ввиду увеличения стоимости конструкции. Выходом из сложившейся ситуации является удлинение стропильных ног методом сращивания. От того, насколько правильно будет выполнен стык, зависит жёсткость и механическая прочность бруса, поэтому соединение выполняют строго по определённой методике.

Способ косого прируба

Способ сращивания косым прирубом заключается в том, что на сопрягаемых частях брусьев формируются наклонные вырезы (запилы). Выполнять их следует особо тщательно — после совмещения обеих частей бруса не должно оставаться зазоров, иначе в месте соединения появится деформация.

При выполнении запилов оставляют небольшой поперечный участок высотой не менее 15% от толщины стропила — наличие торцевой части сделает соединение более прочным. Для расчёта оптимальной длины косого среза необходимо высоту бруса в месте реза умножить на два. Крепление прируба выполняют гвоздями, хомутами или болтовыми соединениями.

Соединение сплачиванием

Чтобы удлинить стропило методом сплачивания (сшивания), края досок соединяют внахлёст и по центру зоны примыкания устанавливают стойку. Крепление элементов выполняют при помощи гвоздей, которые забиваются по определённой схеме:

• по краям торцов — через каждые 45–90 мм;
• вдоль краёв сшитых досок — зигзагообразно, с шагом 50 см.

Для того чтобы после стыковки брус успешно справлялся с эксплуатационными нагрузками, длину участка сплачивания (T) рассчитывают по формуле T = 0.42 × L, где L — протяжённость перекрываемого пролёта.

Лобовым упором

Соединение лобовым наращиванием заключается в том, что края отдельных частей стропила тщательно торцуются и совмещаются встык. Для крепления используются накладки из пиломатериала толщиной не менее 1/3 сечения основного бруса. Длина накладок определяется по формуле L = 3 × h, где h — ширина доски.

Фиксацию всех частей выполняют при помощи гвоздевого боя или болтовых соединений. В первом случае гвозди забивают двумя параллельными рядами, стараясь размещать крепёж зигзагом. Резьбовое соединение выполняют в шахматном порядке, определяя число болтов в зависимости от длины накладок.

Составное наращивание длины

Чтобы нарастить стропильную ногу, совсем необязательно использовать обе части одинакового сечения. При составном наращивании одинарный элемент можно удлинить за счёт двух досок, которые пришивают на его боковые плоскости. Возникающий при этом просвет заполняют обрезками пиломатериала длиной l = 2 × h с шагом L = 7 × h, где h, как и прежде, является толщиной удлиняемого элемента.

Советы специалистов по изготовлению стропил и сборке кровельного каркаса

Приступая к самостоятельному проектированию и монтажу стропильной системы, обязательно проконсультируйтесь с опытными кровельщиками относительно особенностей возведения крыш в вашей местности. Возможно, их советы уберегут вас от неприятностей и помогут сэкономить время и деньги. В свою очередь, предлагаем несколько рекомендаций, которые помогут сделать конструкцию более надёжной и долговечной:

1. Если для изготовления мауэрлата или верхней обвязки используется брус минимального сечения, то запилы могут его ослабить. По этой причине следует делать вырезы только на нижних концах стропильных ног.
2. Для того чтобы осадки не попадали на деревянный каркас и стены дома, кровля должна иметь свес. Для его обустройства используют отрезки бруса (кобылки), которыми наращивают длину стропильных ног, или же изготавливают фермы увеличенного размера.
3. Соединение при помощи запилов под углом 90^o использовать нельзя — в этом случае значительно уменьшается сопротивляемость элемента нагрузочным усилиям.
4. Если элементы стропильной системы соединяются резьбовым крепежом, то под головки болтов и гайки устанавливают широкие шайбы или металлические пластины. Благодаря увеличенной площади крепёж не будет вдавливаться в древесину.
5. Все деревянные части конструкции необходимо тщательно пропитать антисептиком и антипиреном.
6. При определении сечения затяжек ориентируются на то, как близко они будут находиться к коньку. Чем короче соединительный брус, тем большая на него приходится нагрузка и тем более мощные пиломатериалы и болтовые узлы крепления используются.
7. Определяя сечение бруса для изготовления стропил, не забывайте учитывать толщину теплоизоляционного слоя.

Видео: 11 ошибок при монтаже профлиста и металлочерепицы на кровлю

Современные материалы и технологии позволяют возвести крышу любой конфигурации и назначения. Учитывая подобное разнообразие, детально рассмотреть все варианты в рамках одной статьи попросту невозможно. Тем не менее, основываясь на рассмотренных здесь базовых принципах строительства, вы без труда справитесь с самой сложной конструкцией. Главное — проявить внимание к мелочам, быть внимательным и аккуратным в работе. И тогда кровля будет не только надёжной функциональной надстройкой, но и подлинным украшением вашего дома.