Современный крепеж для стропильных кровель

Архитекторы сходятся в едином мнении: нет ничего проще и надежней классических скатных крыш, особенно — в малоэтажном строительстве. Уклон такой кровли позволяет эффективно отводить дождевую воду и не задерживает снег и лед в зимний сезон. Кроме того, можно эффективно использовать чердачное пространство.

Скатные крыши разделены на две части — несущую, непосредственно воспринимающую нагрузки, и ограждающую, куда входят слои гидроизоляции, тепло- и шумоизоляции, а также сама кровля. Несущую часть скатной крыши возводят по принципу стропильных систем, используя дерево или стальной профиль.

Но невозможно завершить общую сборку без специализированного крепежа. Его подбирают, оценивая все эксплуатационные условия и особенности каждого конкретного соединения. Именно в метизах — таких маленьких и незначительных на фоне всей крыши — кроется тот самый дьявол, что по известной поговорке предпочитает детали.

Стропильная кровельная система и ее особенности

Стропильная система — это несущая часть крыши из нескольких фрагментов, увязанных в единое целое, своеобразный «костяк». Замыкая конструкцию, вы формируете жесткий пространственный каркас, который оптимально подходит для укладки кровельного материала.

В общем случае стропильная система включает такие элементы, как:

• мауэрлаты — горизонтальные нижние опоры, уложенные по контуру наружных стен дома;
• лежень — промежуточная горизонтальная нижняя опора, расположенная по одной линии с коньком;
• стойки — вертикальные опоры, установленные на лежне и подпирающие конёк;
• коньковый прогон — горизонтальная верхняя опора, уложенная на стойки;
• стропила — набор диагональных опор, зафиксированных относительно конька сверху и мауэрлата снизу;
• обрешетка — поперечные накладки, идущие по стропилам и необходимые для размещения кровли.

Для изготовления всех указанных элементов используют:

• бревна и полубревна;
• брус;
• доски;
• стальной оцинкованный профиль (уголок, швеллер, двутавр).

Дереву неизменно отдают предпочтение в частном жилом строительстве — это дешевле и проще, при этом в самом доме сохраняется приятный микроклимат. Металлопрокат выбирают при возведении зданий для бизнеса: магазинов, автомоек, торговых павильонов.

Общие принципы сборки стропильных систем остаются неизменными, но усложняются вместе с усложнением конструкции самой крыши. Различают:

• односкатные;
• двухскатные;
• четырехскатные;
• шатровые;
• многоскатные;
• вальмовые и полувальмовые крыши.

К примеру, в отличие от двухскатной, при возведении четырехскатной крыши стропильную систему дополняют нарожниками (стропилами уменьшенной длины) и шпренгелями (малыми вертикальными опорами). Во всех случаях нужный угол наклона кровли обеспечивают заданным положением стропил.

Обрешетка может быть сплошной или разреженной. Вариант почти без зазоров предпочтителен при использовании мягкого кровельного материала, которому нужно жесткое основание. В ряде случаев строители усиливают конструкцию контробрешеткой — дополнительными диагональными полосами по основному полю.

Стропильную крышу проектируют, опираясь на расчетные нагрузки:

• постоянные нормативные (вес кровельного покрытия и обрешетки);
• временные нормативные (вес снега, льда, человека, занятого работами на высоте).

Проектные значения нагрузок целенаправленно завышают, закладывая коэффициент надежности 1,3 или 1,4. Это запас прочности, поскольку точно предсказать все условия эксплуатации здания на долгие годы вперед невозможно.

Конструкция стропильной кровли учитывает распространение и сосредоточение нагрузок, а также их восприятие конкретными элементами в общей сборке — стропилами, прогоном, вертикальными стойками и т.д. Каждую деталь рассчитывают на срез и деформативность (потеря жесткости, изгиб под воздействием нагрузки). В финале расчетов получают минимально допустимые размеры сечения всех элементов и по стандартному ряду пиломатериалов (или металлопроката) выбирают ближайший больший типоразмер.

Уклон стропил тесно связан с тем, каким кровельным материалом вы планируете застилать крышу. Строительные нормы рекомендуют следующие соотношения:

• под шифер — уклон от 1:10 до 1:2;
• под гибкую черепицу — 1:10;
• под керамическую черепицу — от 1:5 до 1:0,5;
• под металлочерепицу — от 1:5 и выше.

В зависимости от схемы расположения относительно остальных элементов каркаса стропила для крыши бывают:

• наслонные — деталь опирается одновременно на наружные и внутренние стены здания через мауэрлат и связку коньковый прогон-стойка-лежень;
• висячие — с опорой только на наружные стены;
• комбинированные.

Следует отметить, что наслонные конструкции принято считать наиболее простыми и долговечными. Большинство строителей предпочитают работать именно с таким типом крыши. А дополнительным плюсом в пользу этой схемы будет еще и сквозное проветривание всех узлов, что выгодно как для сборки из дерева, так и для стального каркаса.

Основа для стропил — мауэрлат

Ранее уже было сказано, что нижняя линия крыши образована замкнутым контуром, состоящим из массивных горизонтальных опор. Их называют мауэрлатами, и этот термин в строительстве закрепился благодаря немецким инженерам: «mauer» — стена, «latter» — брус.

В качестве мауэрлата обычно закладывают:

• цельный брус 150×150 мм, 150×200 мм, 100×150 мм, 200×200 мм;
• сдвоенные и строенные доски 50×150 мм.

Горизонтальная опора распределяет сосредоточенную нагрузку от стропил вдоль наружных стен. Контур нижней обвязки удерживает значительный вес: от 4-7 тонн для скромного дачного домика и свыше 10 тонн для просторного коттеджа.

Мауэрлат укладывают всегда несколько выше чердачного перекрытия. Рекомендуемый подъем — от 300 до 500 мм, в среднем 400 мм. Такое конструктивное решение позволяет избежать загнивания и облегчить осмотр и ремонт обвязки изнутри, если это станет необходимым. С наружной стороны мауэрлат будет закрыт стеной здания.

Возможно два варианта укладки нижних опор:

• единой жесткой рамой по всему периметру дома. При этом брусья сращивают зубчатым стыком и фиксируют на болтах, а углы — дополнительно затягивают скобами и пластинами;
• строители заливают армирующий железобетонный пояс, в котором оставляют анкеры. После набора бетоном проектной мощности брус обвязки притягивают к армпоясу на анкерах.

Проектный расчет мауэрлата включает также проверку на скалывание древесины или гвоздевого соединения. Это необходимо, чтобы избежать возможных повреждений бруса в процессе эксплуатации крыши.

Крепежные метизы — виды, характеристики

При обустройстве стропильной системы и с последующей укладкой изоляции и кровельных материалов, строители обращаются к нескольким разновидностям метизов. В каждом случае конкретный выбор зависит от целевой функции крепежа.

Классика деревянного строительства предполагает сборку несущего каркаса исключительно на гвоздях. При этом используют продукцию по ГОСТ 4028-63, с диаметром сечения от 0,8 до 1,6 мм. Длина таких изделий приходится на диапазон от 8 до 50 мм. Гладкие гвозди получают высадкой из круглой проволоки, из низколегированной оцинкованной или нержавеющей стали.

Для нагруженных узлов могут применять гвозди особого типа — ершовые, трефовые или винтовые. В их конструкции гладкое сечение заменено на граненое переменное или с системой жестких выступов на поверхности. Забивка таких гвоздей позволяет создать дополнительное напряжение в соединении и препятствует самопроизвольному извлечению из гнезда под действием эксплуатационных нагрузок.

Интерес также представляют шиферные гвозди — более тяжелые и массивные, с широкой плоской шляпкой. Их используют для фиксации шиферных листов к обрешетке. Длина таких гвоздей достигает 120 мм, и их изготавливают исключительно оцинкованными — для работы под открытым небом.

С развитием механизации в строительстве и с появлением новых метизов, главными конкурентами гвоздей при сборке деревянного каркаса стали саморезы. Их также выпускают стальными с обязательной защитой от коррозии — фосфатированием, оксидированием, обычным или «желтым» цинкованием. Кроме того, производитель всегда жестко разделяет продукцию, рассчитанную для работы по дереву и по металлу.

Для сквозной стяжки элементов стропильной крыши используют болты и резьбовые шпильки. Под их установку предварительно сверлят гладкие отверстия, а соединение затягивают гайкой с пружинной подкладной шайбой. В таких случаях применяют преимущественно крепеж классов 4.8 и 5.6 — из некаленой углеродистой стали, но с гальваническим оцинкованием поверхностей.

Отдельная группа метизов, без которых тяжело обойтись при устройстве крыши, — это кровельные саморезы. Этот крепеж состоит из низкой шестигранной головки, тела с винтовой резьбой и сверловидного наконечника. С помощью последней части изделие самостоятельно прорезает себе путь в кровле.

Под головкой такого самореза установлена широкая пресс-шайба с упругой вставкой. Ее изготавливают из термически стойкой резины типа EPDM, способной выдержать перепад температур от −55 до +150°С. Эти свойства крайне важны, ведь летом крыша нагревается, зимой замерзает и круглый год обдувается ветром.

Кровельные саморезы надежно прижимают жесткий или гибкий материал кровли к обрешетке. Упругая вставка создает дополнительный натяг, не деформируя при этом зону вокруг отверстия, а также герметизирует соединение, чтобы под кровлю не попадала вода. Эти метизы оцинковывают и окрашивают в тон крыши.

Металлический крепеж для стропил

При сборке каркаса стропильной кровли не обойтись без специальной крепежной фурнитуры — стальных деталей, с помощью которых усиливают различные узлы и соединения, добавляя в стык деревянных элементов еще и металлическую вставку.

Самым узнаваемым и хорошо знакомым примером таких изделий будет перфорированный уголок из оцинкованной стали. Его ставят как изнутри контакта брусьев, так и снаружи, притягивая к дереву саморезами, винтами или болтами.

Уголки могут быть полностью симметричными и асимметричными. Стандартный угол раскрытия — 90 градусов, но на рынке можно найти решения на 60 и 135 градусов, что будет особенно полезным при возведении многоскатных и шатровых крыш. Если же соединение будет воспринимать повышенные нагрузки, то уголки штампуют с одним или двумя ребрами жесткости.

Для сращивания брусьев встык по длине часто используют такой перфорированный крепеж, как пластина. Это плоская прямоугольная деталь с набором различных отверстий. Такой элемент устанавливают с обеих сторон от бруса и затягивают к дереву.

Эволюционным развитием обычной пластины становится гвоздевая. Здесь плоская планка оснащена не отверстиями, а целым массивом отогнутых заостренных зубцов. Забивая их в тело бруса молотком, строитель решает сразу две задачи: обеспечивает фиксацию гвоздевой пластины относительно импровизированной базы и «замоноличивает» соединение.

Для ответственных и нагруженных узлов стропильной конструкции иногда закладывают такой тип крепежной фурнитуры, как зубчатые диски. Они представляют собой круглую деталь, вырубленную из стального листа, с отогнутыми радиальными зубьями.

Зубчатые диски могут быть одно- или двусторонними. Во втором случае зубья попеременно отгибают в разном направлении, и при монтаже такая деталь врезается сразу в два бруса. Для изготовления используют исключительно оцинкованную сталь — чтобы исключить риск развития коррозии и распространения гниения по древесине.

Принцип установки зубчатых дисков тот же, что и для гвоздевой пластины, но с некоторой поправкой: зубья вгоняют в дерево под гидравлическим прессом, но окончательная фиксация на месте происходит при затяжке самореза или винта, под размещение которого на детали предусмотрено два крепежных отверстия. По центру же находится еще одно отверстие увеличенного диаметра — для шарнира, болта или аналогичного соединения.

При сборке каркаса крыши стропила зафиксированы не полностью — им оставляют одну степень свободы для минимального перемещения. Это связано с тем, что дерево способно изменять свои размеры при усушке или набухании влагой. Если придать деталям полную неподвижность, то в процессе эксплуатации могут начаться разрушения материала и деформация общего контура.

Чтобы избежать такого развития событий, установка стропил на мауэрлат происходит через скользящую опору. Это сопряжение двух деталей — скобы и ползуна — в подвижный замок. Ползун, установленный на стропило, способен скользить вдоль скобы на определенное расстояние, тем самым компенсируя изменение размеров бруса.

На рынке строительного крепежа можно найти скользящие опоры открытой и закрытой конструкции. Детали для обоих вариантов получают штамповкой из углеродистой оцинкованной стали. При сборке на контактирующие поверхности наносят консистентную смазку, чтобы исключить схватывание металла.

Особенности креплений стропильного угла

Самым специфическим узлом в устройстве стропильной кровли будет сборка стропил с коньком. Все остальные стыки и соединения деталей так или иначе, но остаются общепринятыми для деревянного строительства. И лишь крайняя верхняя точка обладает собственными уникальными чертами.

Существует несколько конструктивных схем крепления стропил к коньку:

1. С предварительной вырубкой паза под укладку на коньковый прогон. Достаточно трудоемкий способ, который следует считать классическим и единственно возможным, если конек выполнен в виде круглого бревна. Но при этом сечение каждого стропила ослабляется на высоту паза.
2. Стяжкой на стальной крепежной фурнитуре. Узел собирают с помощью перфорированных оцинкованных пластин, уголков и кровельных кронштейнов. Этот метод ценят за высокую скорость сборки и условную простоту исполнения.
3. Стяжкой перфорированной металлической лентой. Ее укладывают по верхней торцовой плоскости деревянных стропил, протягивая V-образный контур на достаточно большую длину. Следует отметить, что такой крепеж фиксирует воедино только два соседствующих стропила, но отсутствует непосредственная привязка к коньку, поэтому всё равно придется дополнительно задействовать посадку вырубкой или на стальную фурнитуру.
4. На кронштейнах для стропил. Для реализации такой схемы задействуют вспомогательные металлические гнезда. Их ставят на коньке, закрепляя с двух плоскостей, и на стропило — охватом с двух сторон.
5. Шарнирным узлом. Стропила и конек стянуты воедино на подвижном гладком шарнире. Такой способ позволяет компенсировать усадку и оптимально подходит для возведения сруба. Здесь также необходима посадка вырубкой на конек и установка крепежных пластин и металлических уголков.

В каждой из указанных выше схем можно встретить один из трех способов соединения соседствующих стропил:

• встык — здесь оба элемента опираются торцами друг на друга, а их контакт усиливают накладной пластиной;
• внахлест — элементы соприкасаются боковыми поверхностями и их «сшивают» болтовым соединением на гайках через общее сквозное отверстие;
• вполдерева — актуально только для сравнительно толстых стропил, для которых в месте контакта выбирают половину толщины, и в итоге соединение напоминает рукопожатие.

Решение о том, как именно будет реализован узел смыкания конька со стропилами на конкретной крыше, строители принимают, исходя из общего стиля проекта, расчета эксплуатационных нагрузок, особенностей материалов и личного опыта.

Применение металлического крепежа

Всё еще живы истории и легенды про деревянные дома, собранные без единого гвоздя. Но в наше время от таких экспериментов уже отказались, и каждая строительная фирма пользуется обширным перечнем метизной продукции.

В каких узлах стропильной крыши можно обнаружить металлический крепеж:

• при усилении нижней обвязки (углов и стыков мауэрлатов);
• при сращивании брусьев на нужную длину;
• при установке стропила на мауэрлат — с вырубкой-запилом или на скользящей опоре;
• при соединении стропил с второстепенными элементами конструкции — прогонами, подкосами, схватками;
• при соединении стропил с коньком;
• при наращивании нужной высоты по схеме «лежень — вертикальные стойки — коньковый прогон»;
• при креплении обрешетки к стропилам;
• при укладке изоляционных материалов и кровли.

Отдельного внимания заслуживает такой этап обустройства крыши, как монтаж защиты от срывания ветром. Он обязателен для районов с сильной ветровой нагрузкой и весьма актуален для конструкций, застеленных легкими кровельными материалами. Пренебрежение такими мерами безопасности чревато случаями, когда крышу здания в прямом смысле «уносит» бурей.

Защита от срывания ветром подразумевает обвязку стропила петлей, которая спускается к мауэрлату и оканчивается жесткой фиксацией к наружной стене дома через анкер. В качестве петли используют металлический трос малого сечения, цепь или скрутку из проволоки диаметром 4 мм. Предпочтение отдают нержавеющей и оцинкованной стали, чтобы исключить риск развития коррозии.

Заключение

Принято считать, что в процессе строительства здание поднимают снизу вверх — начиная с фундамента и заканчивая крышей. На самом деле «головой» дома стройка не заканчивается, и бригаду ждет еще больше кропотливых работ на внутренней и фасадной отделке. Но именно на обустройстве крыши завершается этап, когда строители собирают «костяк» под открытым небом.

Стропильные крыши по-прежнему занимают лидирующие позиции в частном малоэтажном строительстве. Существует огромное количество вариантов конструкций и обширный спектр кровельных материалов, которые можно использовать для укладки, но общей чертой остается обязательное применение специализированного крепежа.

Нельзя обойтись без качественных метизов, если вы планируете жить под этой крышей долгие годы. Они понадобятся при сборке каркаса, установке стропил, для компенсации усадки и непосредственного закрепления кровли. Не стоит пренебрегать вдумчивым подбором крепежа, чтобы позже не терять время на бесконечный ремонт и поддержание крыши в нормальном состоянии.