Для возведения каркаса несущей конструкции используются деревянные стропильные фермы, в систему которых входят: стропильные брусья, подкосы, обрешетки, мауэрлат и элементы кровельного пирога – пароизоляция, теплоизоляция, гидроизоляция, контробрешетка и материал покрытия. На нее приходится основная нагрузка от общего веса конструкции. Прочность и возможность противостоять капризам природы – ветровым и снеговым нагрузкам, граду или урагану – имеет решающее значение. В редких случаях, при сложной форме крыши, когда невозможно выполнить деревянную стропильную конструкцию – используют металл.
Надежность кровельной конструкции напрямую зависит от конфигурации формы и выбранного кровельного покрытия. Сложная форма крыши, в которой использовано большое количество различных ребер, ендов или изломов – через время начнет протекать, даже при использовании очень дорогого и качественного кровельного покрытия.
Любой кровельный материал имеет собственный вес и свои особенности при укладке на поверхности различных форм и размеров, поэтому кровле необходимо выдерживать собственный вес, кровельное покрытие, с дополнительным расчетом нагрузки – 200 кг/м2. В этот коэффициент заложены такие показатели, как выполнение монтажных работ при перемещении людей, последующее обслуживание и ремонтные работы, форма уклона крыши и особенности покрытия. Выполнение расчета предусматривает установку стропил с определенным поперечным сечением бруса и выполненным шагом – чем больше сечение, тем шире выполняют шаг. При расчете сечения учитывают и возможную ширину пролета – чем больше пролет, тем больше толщина стропил, чтобы они выдерживали нагрузку всей крыши и не прогибались под ее тяжестью. Когда увеличение сечения стропил невозможно, то необходимо уменьшить расстояние выполнения шага между ними.
Конструкция каркаса выполняется геометрически точной треугольной формы, в которой боковые стропила сходятся на вершине угла, а низ фиксируется железобетонным перекрытием или выполняется стягивание затяжками. Верхние концы брусьев соединяются в коньковый прогон, а нижние служат опорой для мауэрлата. Обязательным является закрепление стропильной системы с помощью анкеров и проволоки на несущих конструкциях стен, перекрытий, иначе крышу может сорвать ураганный ветер.
Сложность кровельной конструкции определяется сложностью формы уклона. Наиболее простую форму представляют собой висячие деревянные стропильные фермы, которые опираются друг на друга, образуя конек. Такая система способна выдержать сравнительно небольшие нагрузки, но при увеличении пролета стены – более 6 м, необходимо выполнить дополнительные стяжки верхних концов бруса. Такой каркас используют, если необходимо сохранить целостность пространства, без дополнительных опор или стен.
С упором на наружные несущие стены и коньковый прогон, упор которого выполняют на стойки внутри дома или непосредственно на выведенную до конька стену, монтируют наслонные стропила. Такими конструкциями перекрывают любые пролеты, даже очень широкие – 12-15 м. В наслонной стропильной системе отсутствует необходимость в нижней затяжке, ее выполнение необходимо только для упора на стены, которые выше пола мансардного этажа.
Для монтажа сложной формы крыши дополнительно выполняют усиление затяжками, стойками или специально выполненным диагональным подкосом. Важным элементом в конструкции является свес – он предохраняет стены дома от возможного намокания и имеет длину не менее 0,6 м.
Стропила имеющие разный уклон и состоящие из нескольких частей образуют ферму, которая способна перекрыть пролет любой протяженности. В такой системе установка дополнительных опор не выполняется, даже при очень сложной форме крыши – это позволяет перекрывать даже очень большие и сложные пролеты крыши.
Каркас стропильной системы выполняется под индивидуальную конструкцию дома и требует точного расчета конфигурации и толщины сечения ферм. Как правило, конструкцию выполняют на месте, монтируя и подгоняя до необходимых размеров, из имеющихся материалов.
В настоящее время появилась возможность заводского изготовления стропильной системы, которую спроектируют и изготовят на высокотехнологичном оборудовании. Подбор оптимальной конструкции и программное выполнение всех расчетов позволит экономить на древесине до 40 %, при этом человеческий фактор будет исключен. Монтаж такой конструкции выполняется в 2 раза быстрее, так как нет необходимости в подгонке стропильной системы.