Стропила и обрешетка – каркас крыши, который несет на себе всю тяжесть кровельного пирога, термоизоляции, снеговую нагрузку, поэтому они должны обладать высокой несущей способностью, прочностью. Идея использовать металлические стропила, чтобы конструкция кровли получилась более жесткой, не нова, но ранее она применялась в основном для перекрытия промышленных или хозяйственных сооружений. Сейчас стропильный каркас и обрешетка из металлопрофиля считаются реальной альтернативой деревянным элементам крыши, если длина ската превышает 10 метров.
Чтобы избежать трещин и деформации, следует использовать только выдержанную древесину. По экологическим соображениям было бы разумно использовать древесину из деревьев, взорванных ветром. Однако из-за риска невидимых трещин его следует использовать только для подчиненных конструкций, стропил, планок и т.д. его следует отбросить для использования в качестве сильно напряженных балок и ферм.
Такие невидимые трещины трудно обнаружить. Плохо потрескавшаяся древесина развалится. Разрабатывается сложный, высокотехнологичный метод, включающий ультразвук. Древесина - очень ценный и долговечный материал. Однако он должен быть тщательно отобран и использован компетентным способом для сохранения его долговечности. В этом отношении важны следующие аспекты.
Конструкция стропильного каркаса крыши состоит из множества взаимосвязанных элементов, которые образуют фермы. Шаг, величину сечения между стропилами и другими опорами определяет расчет нагрузок, которым они подвергаются в процессе эксплуатации. Кровельный каркас выполняет следующие функции:
- Распределение нагрузки. Взаимосвязанные узлы, усиленные уголками, равномерно распределяют вес кровли, который может достигать с учетом снеговой нагрузки до 500-600 кг. Чем больше сечение стропил и меньше шаг между ними, тем большую несущую способность имеет конструкция.
- Придание уклона и формы. Стропила, расположенные под углом к основанию крыши, формируют наклонную плоскость скатов, благодаря чему на поверхности кровли не скапливается снег и вода.
- Формирование основания для фиксации кровельного материала. Крепление финишного покрытия кровельного пирога происходит к каркасу кровли. Обрешетка выступает как основа для фиксации покрытия, распределяющая его вес равномерно по стропильным балкам.
Обратите внимание! Какими должны быть все узлы, стропила и обрешетка кровельной конструкции определяет инженерный расчет. Чтобы определить необходимую несущую способность каркаса, необходимо вычислить суммарную нагрузку, которой он будет подвергаться. Для этого складывают вес кровельного материала, утеплителя, гидроизоляции, максимальную снеговую нагрузку с весом стропильной системы.
Древесина, которая разрезается в не растущее время, более долговечна. Части камбия не должны использоваться. Перед использованием пиломатериал должен быть правильно приправлен. Следует уделить внимание структурным деталям. В некоторых случаях может потребоваться химическая обработка древесины.
Перед изготовлением деревянных компонентов древесина должна быть должным образом приправлена. Одна из причин заключается в том, что при сушке древесина сжимается. Степень усадки изменяется в зависимости от направления зерна: радиальная усадка составляет около 8% от зеленого до сухого; тангенциальная усадка составляет от 14% до 16%; в продольном направлении усадка может быть незначительной. Использование необоснованной древесины приводит к трещинам, деформации и, как следствие, неровным крышам.
Виды стропильных систем
Наиболее распространённым материалом, из которого изготавливается обрешетка и стропила каркаса кровли, считается древесина. Однако, если вес кровельного материала достаточно велик, а длина ската больше 6 метров, то конструкция получается слишком массивной. Строителям приходится уменьшать шаг между стропильными ногами, увеличивать их сечение, из-за чего узлы кровли приобретают большой вес, увеличивая нагрузку на фундамент. Разгрузить несущие стены и основание постройки можно, используя более прочные, но легкие металлические стропила. По типу использованного материала выделяют следующие типы стропильных систем:
Если древесина должна быть химически обработана, это нужно делать только с выдержанной древесиной. Некоторые методы сохранения древесины не позволяют древесине высохнуть должным образом. Влага задерживается, потому что химические вещества герметично уплотняют поверхность древесины. Эта влажность в конечном итоге начнет процесс износа изнутри дерева.
Узлы деревянной кровли
При правильной приправе влажность древесины уменьшается до равновесного содержания влаги. Этот процесс, который занимает от нескольких недель до нескольких месяцев, делает древесину более устойчивой к биологическому распаду, увеличивает ее прочность, твердость и стабильность размеров.
- Деревянные. Стропила и обрешетка из дерева применяются для возведения крыш, длина ската которых не превышает 7-10 метров. Крепление элементов каркаса между собой происходит с помощью саморезов, гвоздей или подвижных металлических элементов. Шаг между ногами обычно бывает в пределах 50-80 см.
- Металлические. Металлические кровельные каркасы изготавливают из стального металлопрофиля с цинковым покрытием, который не боится влаги. Стропила и обрешетка из этого материала легкие, прочные, поэтому шаг между ними можно увеличить до 1,5-2 метра. Крепление металлопрофиля выполняют при помощи сварки или крепежных элементов. Металлические узлы крыши применяют при длине ската от 10 метров.
- Комбинированные. Стропильный каркас, сочетающий металлические и деревянные узлы, называют комбинированным. Сочетание опорных элементов из дерева и оцинкованной стали позволяет сделать более дешевую конструкцию, обладающую высокой несущей способностью, увеличив шаг между стропилами.
В основном существует три разных метода приправы. Воздушную приправу проводят путем укладки древесины, чтобы воздух мог циркулировать вокруг каждой детали. Важное значение имеет защита от дождя и избежание контакта с землей. Принудительная сушка воздуха в основном такая же, как и приправа к воздуху, но скорость сушки контролируется путем укладки древесины в закрытом сарае и использования вентиляторов.
Сушка сушки обеспечивает ускоренную приправу в закрытых камерах нагреванием воздуха и контролем его циркуляции и влажности. Это уменьшает время приправы на 50% до 75%, но приносит более высокие издержки. Экономическая альтернатива - использовать печи с нагревом на солнечной энергии.
Учтите, что металлические и деревянные элементы каркаса нельзя соединять между собой без прокладки из гидроизоляционного материала или обработки антисептическим препаратом. Так как металл обладает высокой теплопроводностью, его соседство с деревом приводит к образованию конденсата и загниванию стропил.
Потребность в времени для приправы значительно снижается, если древесина вырубается в не вегетационный период, когда содержание влаги в дереве невелико. 
Важнейшим аспектом сохранения древесины является правильное использование ее в соответствующей концепции здания и детализации.
Защита от термитов бетоновыми кольцевыми балками или оцинкованными листами железа. Влажность возникает в виде дождя, влаги со стен и от сырости, поднимающейся с земли. Щедрая крыша и надежная крыша являются важным средством защиты от дождя. Там, где детали древесины контактируют со стенами, они должны быть отделены битумным войлоком.
Методы крепления
Металлические стропила собирают в фермы треугольной, трапециевидной или арочной формы. К балкам рамы прикрепляют внутренние ребра жесткости, которые образуют уголки, значительно увеличивающие несущую способность каркаса. Такая система позволяет сделать шаг между стропилами больше, сделав расчет на опорные возможности каждой фермы. Крепление металлических элементов каркаса крыши выполняют одним из следующих методов:
Следует избегать прямого контакта с землей и со строительными деталями, затронутыми повышающейся сыростью. Там, где воздух не может циркулировать или исключается, образуется влажная атмосфера. Это способствует развитию гриба. Поэтому древесину никогда не следует полностью закрывать воздухонепроницаемыми материалами, и вентиляционные отверстия должны быть проветриваемы.
Избегать контакта с землей. Обычно земля содержит влагу, которая поднимается вдоль любого гигроскопического материала, такого как древесина, кирпичная кладка и т.д. Которая находится в непосредственном контакте с ним. Он также содержит различные виды насекомых, таких как термиты, которые могут быстро разрушить древесину. Поэтому древесина не должна соприкасаться с землей.
- Крепление с помощью сварки. Если сварить детали стропильной системы с помощью сварочного аппарата, можно получить жесткую конструкцию, обладающую высокой прочностью и несущей способностью. Если правильно выполнить расчет кровли, можно облегчить каркас и снизить нагрузку на фундамент сооружения. Недостаток этого метода в том, что выполнить сварку может только профессионал с помощью специального оборудования.
- Крепление с помощью болтов. Фиксация стропил с помощью крепежных элементов позволяет выполнить менее жесткое крепление. Этот способ сборки стропильного каркаса на основе металлопрофиля используется в частном домостроении, где длина скатов не превышает 10 метров. Отказ от сварки позволяет ускорить монтаж крыши.
Опытные мастера делают расчет на то, что и стропила могут выдержать больший вес, чем деревянные, поэтому можно увеличить шаг между ними и уменьшить толщину сечения элементов. Более того, в строительных магазинах продаются готовые стропильные фермы, крепление которых выполнялось методом сварки, пригодные для перекрытия построек стандартной ширины.
Всякий раз, когда это возможно, следует использовать древесину, которая устойчива к грибкам и разложению насекомых. В Приложении 2 содержится информация в этом отношении. При рассмотрении консервирующей обработки древесины следует помнить, что древесина является «самым здоровым» из всех строительных материалов, и это парадоксально «отравлять» ее. Это особенно важно, когда другие способы могут быть использованы для его защиты; например, хороший дизайн здания и тщательный выбор древесины.
Однако в случае экстремальных климатических условий и тяжелых грибков и нападений насекомых, приправы и структурные средства могут быть недостаточными для защиты древесины, особенно от менее устойчивых видов. Защита этих биологических опасностей может быть эффективно достигнута путем консервативной обработки.
Преимущества
Металлический стропильный каркас используют для возведения крыш любой формы, любой скатности с уклоном от 1-2 градусов. В качестве материала, из которого изготавливаются стропила и обрешетка, используются стальные уголки, трубы круглого и прямоугольного сечения, тавры. Чтобы правильно подобрать толщину элементов каркаса и выбрать шаг между ними, выполняют расчет конструкции крыши, учитывающий постоянные и временные нагрузки, которые передаются стропильным балкам в процессе эксплуатации. Достоинствами стропильной системы из этого материала считают:
Когда требуется консервативное лечение, приоритет должен отдаваться нехимическим и не ядовитым методам. Стопки древесины можно курить над каминами или в специальных камерах, разрушая крахмал и делая поверхность непригодной для насекомых. Однако могут возникать трещины, которые в конечном итоге облегчают атаку насекомых.
Погружение древесины в воду в течение 4-12 недель удаляет крахмал и сахар, которые привлекают жуков-жуков. Большие камни необходимы для обеспечения погружения древесины. Может использоваться известковая суспензия, смешанная с коровьим навозом, креозотом и бурой. Это не должно быть сделано в помещении, из-за сильных запахов.
- Пожарная безопасность. В отличии от деревянных, металлическим балкам каркаса не страны возгорания, что повышает пожаробезопасность здания.
- Простота обслуживания. Цинковое гальваническое покрытие, которым покрывают стальные уголки, защищает каркас крыши от коррозии в течении всего срока службы. Им, в отличии от деревянных, не требуется ежегодная обработка антисептиком.
- Безотходность. Хотя металлические конструкции обходятся достаточно дорого, оно считается экономически выгодным, так как крепление выполняется сварным методом, а отходов практически не остается.
- Долгий срок службы. Если правильно выполнить расчет нагрузок, то кровельный каркас из металла прослужит более 100 лет, что превышает срок эксплуатации даже самых устойчивых кровельных покрытий.
Профессиональные кровельщики считают, что целесообразно использовать сварные металлоконструкции для изготовления стропильного каркаса крыши при длине ската от 10-12 метров. При этом главная задача – правильно выполнить расчет нагрузок, а затем определить шаг между ногами в соответствии с климатическими характеристиками и свойствами кровельного материала.
При использовании химического лечения необходимо проявлять большую осторожность при выборе консерванта, способа его применения и мер безопасности. В большинстве промышленно развитых стран запрещен ряд высокотоксичных консервантов, но поставщики и государственные учреждения в развивающихся странах и даже некоторые недавние публикации по-прежнему рекомендуют использовать их. Никакой химический консервант не должен использоваться без полного знания его состава.
Исследования по неядовитым консервантам все еще ведутся, и полная ясность в отношении токсичности рекомендуемых и доступных в настоящее время химических веществ еще не достигнута. Однако безопасно использовать консерванты на основе буры, борной соли, соды, калия, древесной смолы, моторного масла, пчелиного воска и льняного масла. Их устойчивость к биологическим агентам меньше, чем у ядовитых химических веществ, упомянутых выше, но может быть одинаково эффективна в сочетании с хорошим дизайном здания.
Недостатки
Несмотря на очевидные достоинства, металлические стропильные системы – не самое популярное конструктивное решение в частном домостроении. Даже большой шаг между стропилами и разреженная обрешетка при высокой стоимости метала не могут сделать конструкцию дешевле деревянной. Недостатками металлических стропил считают:
Существует несколько методов применения химической обработки древесины. Погружение в раствор для консервантов. Конструкция деревянных конструкций крыши зависит главным образом от пролета, который должен быть покрыт, и от свойств древесины. Процедуры, описанные в главе 3, могут быть аналогично применены.
Простейшая структура состоит из прокладок от стен двускатной стены до двускатной стены. Это возможно для очень маленьких зданий, например. туалеты или небольшие пристройки, такие как подъезды. 
Для небольших зданий с пролетом до ок. 4 м, возможно использование стропил, расположенных непосредственно от стены до стены. Это приводит к монотонной крыше.
- Высокая теплопроводность. Металл обладает высоким коэффициентом теплопроводности, поэтому стропила и образуют мостики холодна. С точки зрения энергоэффектвности, каркас из металлопрофиля – не лучшее решение.
- Проблематичность транспортировки и монтажа. Выбирая металлическую стропильную систему, принимайте в расчет, что перевозить, поднимать на высоту и осуществлять крепление длинных и тяжелых элементов сложнее, чем стропила пиломатериалов стандартной длины.
- Сложность монтажа. Для подъема на высоту и фиксации ферм используется специальная техника, аренда или покупка которой обходится дорого.
- Деформация под действием высокой температуры. Хотя металл считают негорючим материалов, во время пожара он сильно деформируется, что обычно приводит к обрушению кровли.
Чтобы определить имеет ли смысл использовать более дорогие стропильные элементы из металлопрофиля, нужно выполнить расчет каркаса крыши. Если длина ската превышает 10 метров, а нагрузка более 450-600 кг, то монтаж металлического каркаса экономически целесообразен.
Промежуток между стенами фронтонов произволен. Для зданий среднего размера прогоны могут использоваться для поддержки стропил. Пролет между стенками карниза может быть увеличен за счет введения дополнительных прогонов. Это, однако, приводит к очень высоким гребням.
Большие здания могут быть перекрыты традиционными стропильными структурами. Специальная конструкция фермы позволяет еще большие пролеты. Расстояние между фермами может составлять до 4 м, в зависимости от размера прогонов.
Вместо использования стропильной конструкции, каждая пара стропила связана с горизонтальной соединительной балкой и действует так же, как ферма.
Видео-инструкция