Металлические стропила для крыши
Металлическая стропильная система
Многие считают, что металлическая стропильная система – достойная альтернатива традиционной, из дерева. Я понимаю, почему так коммунальщики бросились на это новшество, несмотря на то, что объемы капитальных вложений при строительстве стропильной системы из оцинкованного холодногнутого металлопрофиля довольно велики. Дело в том, что при дальнейшей эксплуатации они требуют меньше ухода и имеют солидный срок службы.
Таким образом, заменив прохудившуюся рубероидную крышу, крышей, собранной из удобного металлопрофиля и металлочерепицы, работники УЖКХ облегчают себе жизнь.
Однако не так все просто, и я объясню, почему. Но сначала рассмотрим достоинства металлической стропильной системы.
Выбор материала для металлических ферм
Для изготовления элементов ферм обычно применяется парный профиль, а для выполнения сопряжений узлов используются косынки. Соединение элементов выполняется путем сваривания или клепки.
Перед изготовлением металлической конструкции следует рассчитать сечение используемых элементов, количество сварных швов, необходимое количество заклепок и т.д.
Изготовление фермы выполняют следующим образом:
- Для изготовления верхних поясов ферм используют два неравнобоких уголка с тавровым сечением, стыковку которых выполняют по меньшим сторонам.
- Нижние пояса изготавливают, используя два уголка равнобоких.
- В случае нагрузок на ферму, возникающих в пределах ее панелей, применяют парные швеллеры.
- Для изготовления раскосов и стоек используют равнобокие уголки, сечение которых тавровое или крестообразное.
- Для изготовления полностью сварных ферм применяют тавры.
Наибольшую популярность в индивидуальном строительстве получила ферма стропильная, изготавливаемая из профильных труб.
Данная ферма обладает значительно более низким весом, чем конструкции, изготовленные из швеллера, тавра или уголка, а ее сборка может быть выполнена непосредственно на площадке при помощи сварки.
Полезно: для изготовления ферм применяют гнутые или горячекатаные трубы. Горячекатаные трубы производят, используя стальную ленту прямоугольного или квадратного сечения, толщина которой составляет 1,5-5 мм.
Проще всего разобраться, как установить стропила на крыше, в случае с односкатной конструкцией. В таком случае скат опирается на противоположную стену, угол наклона зависит от высоты подпор. Как правило, он составляет около 45-60 градусов. Балки стропил располагаются строго параллельно друг другу, как и при устройстве двускатной крыши. 
Тем не менее, двухскатная отличается большей сложностью. Балки стропил такой конструкции соединяются на коньке, опираясь снизу на мауэрлат или специальные опоры.
Особенности крепления
Стропила из металла собирают в готовые фермы, они могут треугольные, арочные или трапециевидные. Внутри конструкции к балкам под углом приваривают ребра жесткости, образующие уголки. Благодаря этому система получает дополнительную прочность. Крепление готовых объектов производят одним из двух способов:
- Сварка. Работа со сварочным аппаратом придает особую прочность конструкции, благодаря чему увеличивается несущая способность. При грамотном расчете крыши из металлических стропил снижается нагрузка на фундамент. Единственным сварочного соединения является потребность в квалифицированных специалистах.
- Болты. Это довольно быстрый вариант сборки стропильного каркаса. Однако он не отличается особой прочностью и жесткостью конструкции. Его допускается использовать в частном строительстве и на объектах со скатом крыши не больше 10 метров.
В магазинах продаются сварные фермы, рассчитанные на определенные климатические зоны и сделанные по нормативным размерам. Такие изделия подойдут для стандартных домов.
Металлические стропила для каркасных домов
Металлические стропила безусловно гораздо крепче, они могут выдержать гораздо большие нагрузки, они прочнее и надежнее деревянных, но они имет и свои недостатки.
Неоспоримо, что стропила из металла прочнее и надёжнее деревянных, так как они могут выдерживать значительно большие нагрузки. Но у каждого материала есть свои положительные и отрицательные стороны.
Недостатки металлических стропил:
Металлические стропила промерзают до такой степени, что достижение высокой энергоэффективности оказывается невозможным.С точки зрения экономичности выбор дерева является оптимальным решением.
- Транспортировка и последующий монтаж металлических конструкций – задача довольно проблематичная.
- В результате большого веса стропил для их подъема на требуемую высоту и установки должна использоваться специальная техника.
- Стальные фермы быстро деформируются в условиях высоких температур.
- По этой причине в случае пожара они провисают за короткий промежуток времени, что приводит к обрушению всей кровли.
- Устройство металлической стропильной системы – удовольствие недешевое.
Стропила из металла дают утяжеление на стены и фундамент здания, что требует дополнительного усиления, а, как следствие, и дополнительных расходов. Кроме того, данный вид невозможно монтировать вручную, это осуществляется при помощи строительного крана.
К строениям, в которых планируется применение металла в устройстве кровли, предъявляются особые требования в плане точности возведения стен, т.к. их подгонка по размеру достаточно проблематична и возможна лишь в заводских условиях.
Металлические наслонные стропила фиксируются с помощью сварки, что впоследствии приводит к появлению в таких местах ржавчины. Данная стропильная система, помимо прочего, достаточно дорогое удовольствие для частного застройщика. Но при этом она незаменима при монтаже ската крыши от 7 м и более.
При условии покраски ее антикоррозийной краской она очень долговечна и прочна. При применении спецтехники ее монтаж осуществляется значительно быстрее деревянной. Конечно, данные конструкции очень тяжелы и затратны для частного застройщика, но они прекрасно зарекомендовали себя в промышленном строительстве, где требуется перекрытие зданий, имеющих большую площадь и высоту.
Преимущества металлических стропил
Производители стропильных ферм из металла гарантируют 100-летний срок их эксплуатации.
- Металл, в отличие от дерева, не поддерживает процесс горения, поэтому его нет необходимости ежегодно обрабатывать специальными смесями, которые предотвращают возгорание.
- Оцинкованный профиль, применяемый в производстве, не боится насекомых, не подвержен поражению плесенью или грибками, не подвержен гниению.
- Металл хорошо выдерживает серьезные внешние нагрузки, в то время как сам оказывает минимальные нагрузки на несущие стены строения. Покрытие цинком гарантировано защищает от коррозии.
- Монтаж стропильной металлической системы можно осуществлять в любое время года, при этом расход материала минимален.
- Материалы, применяемые в производстве металлических строп, являются экологически безопасными, не выделяют в окружающее пространство вредных веществ.
В стропильной системе с металлическими элементами утеплитель прокладывается не между стропилами, а на них или под ними. Если пренебречь этим правилом неизбежно возникновение многочисленных мостиков холода.
Утеплитель не должен соприкасаться с металлом, потому что образующийся на металлических деталях конденсат намочит утеплитель. Это ухудшит его эксплуатационные качества.
То, что металл подвержен коррозии знает каждый школьник. А раз так – стропильная система нуждается в антикоррозийной защите.
Антиккорозийная обработка стропил
Для получения долгосрочного защитного эффекта мы рекомендуем использовать нанесение специального лакокрасочного покрытия, или жидкой резины. Антикоррозийная обработка кровли существенно удлинит срок службы кровельного материала.
Антикоррозийная обработка кровли заключается в нанесении жидкой резины или специального лакокрасочного покрытия на кровельный материал.
Как защитить брус и зачем это делать?
Прежде чем начинать процесс таких важных работ, как стропиловка крыши своими руками и прокладка гидроизоляционного материала, обязательно нужно продумать вопросы, связанные с защитой бруса от огня и разных насекомых. Нужно сказать, что защита перекрытий от огня даже прописана в некоторых СНиП для кровель различных типов.
Обработка брусьев для стропил антипиретиком
Брус пропитывают специальными веществами, антипиретиками (эти вещества призваны снижать горючесть материала), а также необходимо обрабатывать и антисептиками (этот вид веществ предотвращает гниение древесины). Такие меры необходимо принимать задолго до того момента, когда стропильная система будет окончательно установлена. В этом случае есть возможность обработать последовательно все участки, но, уделив при этом особое внимание тем из них, которые могут быть впоследствии повреждены. Особенно следует обратить внимание на стыки.
Для того, чтобы нанести защитные составы, рекомендуется воспользоваться кистью. Она должна быть достаточно широкой, а ворс у данной кисти должен быть длинный. При нанесении веществ необходимо для защиты глаз одевать специальные очки, а также пользоваться респиратором.
Рекомендуется обработать древесину не один раз, а нанести вещества в два слоя. Перед нанесением нужно дать древесине просохнуть. В этом случае дерево лучше пропитается, действие же защитных составов продлится на большее время.
Наслонные и висячие стропила – отличия
Поскольку стропильная система является каркасом кровельной конструкции и от ее качества, зависит надежность все системы в целом – важно чтобы она была способна выдержать все оказываемые на нее нагрузки. Поэтому, в зависимости от возможной потенциальной нагрузки, применяют два различных типа стропил: висячие и наслонные.
Конструкция с использованием висячих стропил применяется в постройках, где отсутствуют внутренние несущие стены, вследствие чего стропила могут опираться на мауэрлат снизу и на друг друга встык сверху (часто с помощью конькового прогона). Ввиду особенности конструкции, на висячие системы оказывается, как изгибающая, так и сжимающая сила.
Наслонные стропила отличаются от висячих тем, что распределяют нагрузку от вышележащих элементов не только на внешние стены, но и на внутренние или специальные опорные колонны, то есть используются промежуточные опоры. В результате чего, сжимающее воздействие нивелируется, а сама стропильная система получается более надежной. Однако данный каркас применим не во всех ситуациях.
Как подобрать размеры стропила?
Чем легче крыша, тем меньшую нагрузку она оказывает на дом, поэтому наиболее оптимальным вариантом для возведения стропильной системы в частном секторе является дерево. Но бывают и исключения, например, в случае использования слишком сложной конструкции, тяжелой кровли и при неблагоприятных климатических условиях – в качестве каркаса используют металлопрофиль.
Обычно при сооружении конструкции из дерева, стропила изготавливают из доски 50х150 мм или 60х200 мм длиной до 6.5 м. Если выбрано тяжелое кровельное покрытие, типа керамической черепицы, сечение допустимо увеличить. Основным материалом для элементов конструкции служат хвойные породы дерева. Влажность древесины не должна превышать 18%, иначе после высыхания стропильная система может быть шаткой, особенно при использовании гвоздей. Важно, чтобы перед началом монтажа древесина была обработана биозащитными средствами и антисептиками.
Для того чтобы узнать размеры стропил для своего проекта, мы рекомендуем использовать наши эффективные онлайн-калькуляторы расчета крыши.
Сочленение элементов
Если перекрытия ещё не сделаны, а прочность стропил вызывает опасения, нужно искать решения. Необходимо повышать несущую способность стропил. Обязательным в этом случае будет повышение прочности узлов сочленения двух деталей. Именно на эти места конструкции приходится основная нагрузка на разрыв и на излом.
На рисунке ниже представлен вариант соединения двух балок – стропильной и стойки. Выполнено с помощью толстого болта и гвоздей. Вариант спорный. Усилие от стропил должно действовать на стойку по вертикали. В данном случае всю нагрузку воспринимают болт и гвозди. При большом диаметре болта узел выдержит нагрузку. Но это отход от традиций деревянного строительства.
На рисунке ниже представлен вариант соединения трёх балок с помощью металлической накладки. Прочность узла определяется прочностью металлической пластины и применённого крепежа. Так как со временем дерево претерпевает естественное усыхание и усадку, то и крепёж, выполненный на болтах и гвоздях, теряет свою прочность. Далеко не все строители это учитывают.
Существенный момент – это крепёж стропильного блока к бревенчатому срубу. Если крепление выполнено неграмотно или вообще отсутствует, то при естественной усадке дома крыша обязательно «поедет».
ФОТО: avatars.mds.yandex.net Вариант соединения с металлическими накладками
Традиционные способы сочленения балок выполняются по принципу «в упор», когда одна балка частью своего веса нагружает другую. Металлические накладки делаются для подстраховки.
ФОТО: avatars.mds.yandex.net Вариант самодельного исполнения стропильного узла крыши
Устройство стропильной системы
Особенности технологии: наша стропильная система позволяет максимально использовать мансардное пространство.
• использования клееного материала, что позволяет оставлять клееные стропила цельными (до 18 м.). Наша технология исключает сращивание !
• математического расчета на компьютере с использованием новейших немецких и швейцарских программных разработок в этой области.
После задания всех необходимых вводных данных (геометрия устанавливаемой крыши, ветровые, снеговые нагрузки, типа используемого кровельного материала, региона местности и т.д.) программа выдает полную информацию по стропильным ногам, их расположению, сечению, детализированные чертежи, т.е. всю необходимую документацию для изготовления и устройства каркаса кровли. Имея эти данные, в цехе квалифицированный персонал за короткий срок изготавливает кровлю любой сложности и конфигурации. Результат работы пакетируется и отправляется на объект. На объекте стропильная система собирается буквально за считанные дни.
Так как весь процесс изготовления происходит в заводских условиях мы можем предложить широчайшие возможности для производства очень сложных, фигурных, в том числе и с открытыми элементами стропильных ног, кровель.
Данная технология позволяет проектировать и изготавливать, в заводских условиях, несущие стропильные конструкции практически для любого типа крыш. Системы, с использованием соединительных зубчатых пластин, применяются во всех типах сооружений, например: частные жилые дома, промышленные и прочие сооружения, включая реконструкцию кровли зданий ветхого жилого фонда.
Расчет шага между стропилами
Промежуток между стропильными ногами принято называть шагом стропил или шагом стропильных ног.
Обычно в конструкции крыши это расстояние не должно быть больше одного метра, допустимый минимум – 60 сантиметров.
Чтобы для заданной длины крыши произвести расчет необходимого количества стропил, соответственно, определить шаг стропил, действовать надо следующим образом:
- По карнизу крыши измеряется длина ската.
- Полученное значение делится на единицу измерения, в данном случае на выбранный шаг стропил. Например, при шаге стропил в 1 метр длина делится на 1, если шаг – 80 см, то на 0,8 и т.д.
- На следующем этапе расчетов к полученному результату добавляется единица, затем это значение округляют в большую сторону. Так выясняется нужное количество стропил, которые предполагается установить на один скат крыши.
- Общую длину ската потребуется разделить на полученное количество стропил – в результате получаем значение межосевого промежутка между стропилами, которое и называют шагом стропил.
Таблица расчета длины стропил, шага между ними и сечения бруса
Например, при длине кровельного ската 27,5 м и стропильного шага длиной 1 м вычисление будет таким:
27,5м / 1м = 1 + 27,5 = 28,5
Далее полученный итог округляют до ближайшего целого числа в большую сторону:
Соответственно, 29 стропил понадобится для ската кровли.
Итак, 95 см – это и есть промежуток между осями стропил, устанавливаемых на скате крыши.
Однако в общей методике расчетов не учитываются особенности определенных материалов для кровли.
Наиболее часто встречающиеся виды покрытий можно рассмотреть подробно – как, согласно рекомендациям профессионалов, следует подбирать шаг стропил при сооружении стропильной системы в зависимости от выбранной разновидности кровельного материала.
Шаг стропил под покрытие из металлочерепицы
При постройке загородных домов наиболее частым материалом для кровли становится металлочерепица.
Кровля из металлочерепицы внешне выглядит как настил из глиняной черепицы, но в сравнении с глиняным покрытием обладает множественными преимуществами .
- что касается выполнения монтажа, листовая металлическая черепица намного более технологична, и время, затрачиваемое на сооружение кровли, при этом значительно сокращается.
- такой кровельный материал по весу намного легче, чем черепица из натуральной глины: различие в массе 1 кв.м. составит около 35 кг – в зависимости от толщины натуральной черепицы.
При таком снижении веса настила кровли возможно существенно снизить требования ко многим параметрам, когда рассчитывается стропильная система под металлочерепицу. Например, можно увеличить шаг установки стропил, уменьшить их толщину, снизить показатель сечения брусков обрешетки под металлочерепицу.
Оптимальный шаг и сечение стропил под металлочерепицу
Для покрытия крыши металлочерепицей промежуток между стропильными ногами определяют в районе 60-95 см при сечении конструктивного элемента 150 на 50 мм.
По утверждениям специалистов, для размещаемого между стропилами утеплителя будет вполне достаточно толщины в 15 см, и этой толщины хватит для хорошей теплоизоляции кровли. Но для надежности лучше выбрать утеплитель толщиной 20 см. При этом показателе и сечение стропильной ноги также увеличивается до 20 см.
Для улучшения вентиляции пространства, которое предназначено для заполнения утеплителем, при выполнении монтажа стропил, в них (стропилах) просверливают ряд отверстий диаметром 10 мм около верхней кромки.
В общих же чертах стропильная конструкция для металлочерепицы принципиально ничем не отличается от любой другой. Единственная, пожалуй, особенность ее в том, что верхняя опора стропил устраивается не на коньковый брус, то есть сбоку, а на коньковый прогон – сверху.
Между состыкованными деревянными частями наверху получается свободная зона, благодаря которой обеспечивается циркуляция воздуха, что позволяет снизить риск образования конденсата под кровельным настилом – это немаловажно для металлической поверхности материала.
При монтаже кровли деревянного дома, при котором предусматривается замена мауэрлата верхним бревенчатым венцом, неверно произведенный расчет шага стропил сделает практически невозможными какие-либо изменения, поскольку в венце обычно выполняются врубки с целью увеличения надежности крепления.
Элементы укрепления системы стропил
Расположение затяжки в стропильной системе
Такой элемент крепления, как затяжка стропил, используют, когда кровля возводится с применением висячих стропильных элементов.
Для затяжки стропил используется горизонтальный брус или бревно, прикрепляемое к основанию стропильных ног – это позволяет существенно сократить горизонтальные распирающие силы, которые действуют на стены постройки.
Выше основания стропил также может быть устроена затяжка, но при таком способе она устраивается несколько более мощной, что благотворно сказывается впоследствии на долговечности кровли.
Кобылка – это продолжение стропильной ноги, которое прикрепляется к ноге обычными гвоздями. Кобылка стропила изготавливается из доски высотой и толщиной вполовину меньшей, чем стропильная нога. При этом длина ее примерно 1-1,2 метра, из которых одна половина образовывает свес, вторая – обеспечивает крепление к стропилу.
Когда выполняется монтаж стропильной системы под металлочерепицу, да и под любой другой кровельный материал, для фиксации ее элементов применяют специальные уголки для крепления стропил. Преимущества такого элемента – обеспечение высокой несущей способности, а также возможность осуществлять крепление без применения специальных инструментов. Деревянные конструкции стропильной системы и уголки соединяются при помощи шурупов или гвоздей.
Обработка стропил
Существуют две основные проблемы, для решения которых стропилам необходима пропитка:
- Защита от грибка и насекомых. Если обработка стропил антисептиками своевременно не была осуществлена, велик риск появления в древесине жуков-точильщиков, которые постепенно изгрызут деревянные части кровли.
Грибок и плесень представляют не меньшую опасность для стропил. Неправильный монтаж кровельных материалов может привести к такому нежелательному результату, как заплесневелости и колонии грибков, а эти факторы разрушают стропила даже быстрей, чем насекомые.
- Огнезащита стропил осуществляется с помощью специальных пропиток. Благодаря такой обработке сопротивляемость пожарам у дерева существенно повысится.
Обрабатывать стропила огнезащитными средствами не обязательно, но крайне желательно. Устанавливая стропила под металлочерепицу, можно обработать их практически любой из пропиток, которые в большом количестве предлагаются на рынке.
Средство для защиты стропил от возгораний
Правильно рассчитав все необходимые параметры будущей стропильной системы, можно браться за ее возведение, сохраняя уверенность в ее будущей надежности и долговечности.
Технология выполнения висячих стропил
- Устанавливают мауэрлат и балки перекрытия. Висячая стропильная система не имеет вертикальных и горизонтальных опор, поэтому стойки и прогоны ставить не нужно. Для удобства размечают центр крыши, по которому будет проходить конек, с помощью временно прибитых по центрам фронтонов досок. Один край доски должен обозначать центр крыши. На досках отмечают высоту крыши по коньку.
- Выполняют шаблон. Для этого доску прикладывают нижним концом к мауэрлату, а верхним – к отметке высоты крыши. Размечают верхний запил по краю доски, обозначающему центр крыши, и нижний, по мауэрлату, не более чем на 1/3 ширины доски. Прикладывают шаблон с обеих сторон, уточняя симметричность стропил.
- По шаблону выполняют необходимое количество стропильных ног. Раскладывают их попарно. Две стропильных ноги, образующие ферму, ставят верхними срезами друг к другу и скрепляют накладкой из металла или косынкой из доски на саморезы или шпильки. Нижнюю часть крепят к мауэрлату на уголки и саморезы и гвозди.
Как организовать карнизную вентиляцию
И при холодном чердаке, и при мансардном этаже крыше нужна вентиляция. Как правило, приток воздуха организуют через карнизы, а выход — через вентиляционный конёк или точечные аэраторы. Этот воздушный поток обеспечивает испарение влаги с внутренней поверхности обрешётки либо (в конструкции мансардной крыши) с гидроизоляционного ковра на утеплителе.
Есть два основных варианта устройства приточной карнизной вентиляции. Первый заключается в установке металлической перфорированной ленты или планки (то и другое выпускается производителями металлочерепицы) на ветровую доску. Способ требует от строителей большого опыта и точного расчёта, так как при провисании кронштейнов водосточных желобов или образовании наледи на водостоках вентиляционные отверстия могут быть перекрыты.
Второй вариант — приток через перфорированные пластиковые или металлические софиты. Ранее нередко просто оставляли щели между досками, но при этом под кровлей неизбежно селились осы и другие летающие насекомые.
Суммарная площадь вентиляционных кровельных отверстий (карнизных и коньковых) должна быть не менее 1/150 площади горизонтальной проекции кровли.
