Стропила — несущий элемент кровельных конструкций¶
Стропила — это наклонные или горизонтальные несущие элементы (балки) каркаса (стропильной системы) крыши, воспринимающие нагрузку от кровельного покрытия, снега, ветра и собственного веса и передающие её на стены или опорные конструкции здания. Стропила являются основой стропильной системы — конструктивной схемы, определяющей форму и несущую способность крыши.
¶Назначение и принцип работы
Стропильная нога (стропило) работает преимущественно на изгиб. Длина стропильных ног определяет ширину перекрываемого пролёта; для деревянных однопролётных стропил этот предел обычно составляет 4,5–6 м. При большей ширине здания применяют дополнительные опоры: стойки, подкосы, лежни, прогоны.
Основные нагрузки, воспринимаемые стропилами:
- собственный вес кровельного «пирога» (утеплитель, гидроизоляция, обрешётка, финишное покрытие);
- снеговая нагрузка, зависящая от района строительства и уклона ската;
- ветровая нагрузка;
- вес людей при монтаже и обслуживании.
¶Виды стропил
По схеме опирания стропила подразделяются на два основных типа:
¶Наслонные стропила
Опираются на две точки — наружные стены (мауэрлат) и внутреннюю несущую стену или столбчатые опоры. Применяются, если внутри здания есть капитальная стена или ряд опор, разделяющих пролёт. Конструктивно проще и экономичнее висячих, работают преимущественно на изгиб.
¶Висячие стропила
Опираются только на две внешние несущие стены, не имея промежуточных опор. Нижние концы стропильных ног связаны затяжкой (ригелем), воспринимающей распор. При больших пролётах затяжку усиливают подкосами и стойками. Висячая схема создаёт распор на стены, поэтому требует мощного мауэрлата или армопояса.
¶Материалы
¶Деревянные стропила
Наиболее распространённый вариант в малоэтажном и загородном строительстве. Изготавливаются из досок или бруса хвойных пород (ель, сосна, лиственница) I–III сорта, влажностью не более 18–22 %. Типовое сечение — 50×150 мм, 50×200 мм, 100×150 мм, 100×200 мм; выбор зависит от длины пролёта, шага установки (обычно 0,6–1,2 м) и расчётной нагрузки. Длинные элементы набирают из досок, сращиваемых внакладку или встык с накладками.
¶Металлические стропила
Применяются при пролётах свыше 6–10 м, в промышленных зданиях, ангарах, складах. Изготавливаются из профилированной трубы, швеллера, двутавра, уголка. Обладают большей несущей способностью при меньшем сечении, но требуют антикоррозийной защиты.
¶Железобетонные стропила
Используются на промышленных объектах и в зданиях с шагом опор 6–12 м и более. Изготавливаются на заводах ЖБИ (балочные, ферменные, арочные).
¶Устройство стропильной системы
Помимо самих стропильных ног, в состав системы входят:
- Мауэрлат — брус (обычно 100×100 или 150×150 мм), уложенный по верху наружных стен и распределяющий нагрузку от стропил;
- Лежень — горизонтальный брус на внутренней несущей стене или перекрытии, служащий опорой для стоек;
- Стойки — вертикальные элементы, поддерживающие стропила или прогоны;
- Подкосы — наклонные распорки, уменьшающие расчётный прогон стропильной ноги;
- Прогоны — горизонтальные балки вдоль конька (коньковый прогон) и по скатам (боковые прогоны);
- Затяжка (ригель) — горизонтальная связь между нижними концами висячих стропил;
- Стяжки и связки — элементы, повышающие устойчивость системы.
¶Способы соединения
В деревянном домостроении стропила соединяют с мауэрлатом и между собой с помощью:
- врубок («в полдерева», «в лапу»);
- металлических уголков, пластин, скоб, перфорированных кронштейнов;
- болтовых и шпильковых соединений;
- гвоздевых пластин (в промышленном строительстве).
¶Формы крыш и соответствующие схемы
| Форма крыши | Особенности стропильной системы |
|---|---|
| Двускатная | Классическая схема: наслонные или висячие стропила, коньковый прогон |
| Вальмовая | Дополнительные диагональные (нарожные) стропила на торцах |
| Ломаная (мансардная) | Стропильные ноги изгибаются, нижняя часть круче верхней |
| Односкатная | Параллельные стропила, опирающиеся на две стены разной высоты |
| Шатровая | Диагональные стропила, сходящиеся в вершине |
¶Расчёт и проектирование
Расчёт стропил включает определение расчётных нагрузок по СП 20.13330 (нагрузки и воздействия) и СП 64.13330 (деревянные конструкции). Проверяются прочность на изгиб, прогиб (не более L/200–L/250) и устойчивость. Для сложных случаев применяют программные комплексы и специализированные калькуляторы, однако для ответственных объектов требуется разработка проекта квалифицированным конструктором.
¶Типовые ошибки при монтаже
- отсутствие гидроизоляции между деревом и бетоном/металлом;
- недостаточное сечение стропил при большом шаге;
- отсутствие связей и раскосов, приводящее к раскачке системы;
- использование сырой древесины, что ведёт к короблению и трещинам;
- игнорирование снеговой и ветровой нагрузок при проектировании.
¶История
Стропильные системы применяются с древности: в античном и средневековом деревянном зодчестве стропильные фермы позволяли перекрывать большие пролёты без внутренних опор. В России традиционное деревянное домостроение (изба, терем) использовало стропильные конструкции с врубками без единого гвоздя. С XIX века, с развитием промышленного производства пиломатериалов и металла, стропильные системы стали типизироваться, а расчёт — приобретать научную основу.
¶Источники
- ГОСТ 6486.1–82. Пиломатериалы хвойных пород. Методы измерения влажности.
- СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия.
- СП 64.13330.2018. Деревянные конструкции.
- Справочник проектировщика. Кровли: Стропильные системы / под ред. А. Н. Попова.
- Квасов В. П. Конструкции деревянных зданий. — М.: АСВ, 2010.