В проекте каркасного дома иногда планируют чердачное помещение, которое не будут эксплуатировать. Делают это по причинам экономии и техническим назначениям.

• Техническая целесообразность. Прокладывают коммуникации (трубы вентиляции, отопления, электроснабжения). Площадь чердака удобна для обслуживания крыши.
• Экономия. Строительство неэксплуатируемого чердака стоит меньше, чем строительство мансарды. В цену строительства мансарды входит отделка, утепление по нормативу, монтаж инженерных систем.
• Теплоизоляция, звукоизоляция. Чердачный закрытый этаж сократит потери тепла, заглушит наружный шум, так как это буфер между жилой частью дома и крышей. 
• Строительные правила. По СП 4.13130 п.3.53 высота чердака до 1,8 метра исключает его из общей этажности дома, что учитывают при составлении проекта.
• Место для хранения вещей, которые редко нужны.

Чем перекрывают такое чердачное перекрытие?

Стропильные фермы

Их установка оправдана для домов с длинными пролетами или со сложной геометрией крыши.

Такому назначению содействует модуль стропильной фермы, он представляет треугольную жесткую конструкцию, стороны которого это два стропила, соединенные затяжкой.

Стропильной фермой можно перекрыть пролеты каркасного дома длиной 6-12 метров без дополнительных опорных колонн.

Отдельные элементы фермы: верхний пояс (два стропила), нижний пояс (затяжка), соединение с коньком, ригели, стойки, подкосы. Как они работают?

Два стропила по сторонам работают как несущий треугольник, они принимают вес кровли и распределяют ее на верхние края наружных стен каркасного дома или плюс на промежуточную стену. Нижний пояс (затяжка) соединяет два наклонных стропила и образует жесткую конструкцию. Этим исключается распор стен, так как стропила без затяжки создавали бы на них сильное давление.

Так затяжка преобразует распирающие силы в сжимающие и растягивающие силы внутри фермы. Действия затяжки усиливают ригелем. Ее второе назначение это лага (балка) в чердачном перекрытии.

Назначение каждого элемента

• Верхний пояс (стропила). Это несущий каркас крыши, который образует ее скаты. Верхний пояс несет весовые нагрузки от: обрешетки, кровли, снежного покрова, напора ветра. Висячий верхний пояс опирается на внешние стены, а наслонный на внешние и внутренние стены, это равномерно распределяет нагрузку и снижает изгиб.
• Конек крыши. В нем жестко крепятся верхние части стропильных ног.
• Нижний пояс (затяжка). Это горизонтальная доска, к ней крепят нижние части стропильных ног. При весовой нагрузке она сопротивляется растяжению и компенсирует распор. Часто ее второе назначение лага (балка) в перекрытии.
• Ригель установлен в верхней части стропил и скрепляет их, работает на сжатие.
• Подкосы при широких пролетах устанавливают для дополнительной опоры, они передают усилия на конек или стойки. 
• Стойки это вертикальные опоры, через которые усилия передаются на нижний пояс.

Установить фермы для перекрытия пролетов 6-12 метров без тяжелых балок это один из рациональных приемов.

Стропильные фермы двух типов: висячие и наслонные.

Опора наслонных стропил это наружные оградительные конструкции, плюс одна или две внутренних несущих стен. Работают наслонные стропила на сжатие и на изгиб (как балка на опорах), при этом за счет дополнительной опоры их расчетные сечения меньше.

Модули наслонных стропил легче, цена меньше, ими лучше перекрывать длинные пролеты, если есть внутренняя стена или колонна для опоры.

В конструкцию наслонных стропил могут входить затяжки или ригель. Но затяжки здесь не основная опора. Они объединяют стропила, которые работают на изгиб и сжатие, не дают им разъезжаться по сторонам, но основная опора наслонных это наружные и промежуточные стены.

Опирание на промежуточную опору уменьшает распор наружных стен, существенно увеличивает жесткость конструкции. При этом, чтобы достичь расчетной жесткости, добавляют ригель. Ригель несет такую же функцию, но через стойки опирается на внутренние стены или колонны.

Висячие стропила опираются только на наружные стены, вместе с затяжкой они образуют треугольник. Это самонесущая треугольная конструкция, она рационально распределяет нагрузки по стенам.

Как это работает?

• Весовые нагрузки направлены вниз и в распор. 
• Стропильные ноги будут работать на изгиб и передавать усилия в точки опирания на нижнем поясе (затяжке).
• Затяжка будет работать на растяжение, сдерживая распор. Нагрузка не давит прямо на оградительные конструкции, а замыкается сторонами фермы, в виде изгиба и сжатия на стропилах и растяжения в затяжке.

Назначение затяжки снять распор со стен, работая на растяжение.

Планируют в домах, где по проекту не будет внутренних опор Перекрывают длинные (6-12 метров) пролеты, при этом на чердаке остается больше места.

Когда планируют висячие фермы

Висячие фермы планируют для перекрытия пролетов между оградительными конструкциями без дополнительных внутренних опор.

Такая планировка оправдана, когда нужно перекрыть длину 6-8 метров. При этом нижний пояс будет лагой (балкой) чердачного перекрытия.

Если длина пролетов достигает 12-14 метров, то конструкцию усиливают стойками, подкосами и ригелем. Эти дополнительные элементы добавляют, когда нужно создать свободное место для мансарды или более высокого чердака. Конструкции с более приподнятым ригелем оставляют много места для мансарды.

Комплексные архитектурные формы крыш тоже планируют с установкой дополнительных стоек, подкосов, ригелей.

Во всех типах висячих конструкций стропила работают на изгиб, частично на сжатие, а нижний пояс на растяжение. 

Высота от конька крыши до нижнего пояса не ниже ? его длины. 

Преимущества.

• В проекте не нужны внутренние несущие стены или колонны.
• Перспектива планировки больших открытых пространств.
• Конструктивное перекрытие пролетов без внутренних опор. 

Когда планируют наслонные фермы

В каких случаях есть вероятность их планирования в проекте дома?

• Дополнительные основания. Если в проекте дома есть внутренние стены или опоры, которые могут нести расчетные нагрузки.
• Широкие пролеты. Если нужно исключить чрезмерный прогиб нижних поясов при ширине пролета более 6 метра. Усиливают за счет дополнительных стоек плюс подкосов.
• Уменьшения сил распора. В отличие от висячих ферм, наслонные передают на оградительные конструкции в основном весовые нагрузки. При этом распор на них минимальный за счет дополнительных внутренних опор, что критично для домов из легких материалов.
• Сложная конфигурация крыш. Планируют для строительства вальмовых, многощипцовых, мансардных крыш, так как там нужно прочное крепление узлов под разными углами.

Как рассчитывают сечения элементов фермы

Так как это деревянные конструкции, то сечения составных элементов рассчитывают по СП 64.13330/17 с учетом нагрузки, которую рассчитывают по СП 20.13330/16.

Если ширина дома не более 9,8 метров и шаг ферм не превышает 600 мм, то сечения ее деталей принимают без расчета по значениям из СП 31-105, приложение Б.

Конструкцию фермы собирают из строганного пиломатериала, обычно это сухая доска, сечение которой 50х150 мм или 50х200 мм.

Если пролет более 6 м, то для нижнего пояса берут доску 50х250 мм или его собирают из сдвоенных досок сечением 25х200 мм.

Сечение доски рассчитывают, чтобы обеспечить прочность и нужную жесткость для распределения сжимающих и изгибающих нагрузок. Если сечение доски брать меньше, то нижний пояс в чердачном перекрытии будет провисать.

Почему стропильные фермы совместимы с каркасными конструкциями домов.

• Нет распора на легкие каркасные оградительные конструкции.
• Для перекрытия не нужно внутренней капитальной стены для опоры.
• Расходуется меньше пиломатериала по сравнению со стропильной системой.
• Можно перекрыть широкие пролеты 6-12 метров без дополнительных опор.