Силовые элементы стропильной системы: конфигурация и назначение
Огромная значимость качественной сборки кровельной конструкции ни у кого не вызывает сомнений. Но иногда будущие домовладельцы (и даже практикующие строители) самое пристальное внимание уделяют монтажу финишного покрытия, упуская из виду важные нюансы обустройства несущего скелета крыши.
А стропильная система, работающая ненадлежащим образом, не прощает ошибок. Тут даже незначительные деформации обычно приводят к разгерметизации ковра и появлению протечек. В лучшем случае, страдает внешний вид дома. Для ремонта стропильной конструкции крышу придётся перебирать практически полностью.
Требования, предъявляемые к стропильной системе
Крыши большинства частных домов выполняются в виде сложного пространственного каркаса. Сборка кровли из штучных элементов позволяет добиться:
- Снижения веса всей конструкции и соответственно – снижения нагрузок на несущие стены дома и на фундамент.
- Каркасная технология позволяет утеплять крышу, закладывая изоляционный материал в имеющиеся между стропилами полости.
- Благодаря явному преобладанию сухих работ, скатная кровельная конструкция монтируются в любое время года.
- Используя «стандартные» общедоступные доски и брусья можно на месте собирать самые разные крыши по форме и по рабочим качествам.
Задачи, которые ставятся перед хорошей стропильной системой – всегда будут одни и те же:
Деревянное перекрытие и крыша. Правильное устройство узлов.
- Сформировать проектную конфигурацию крыши (общая геометрия по периметру, углы наклона…).
- Обеспечить всестороннюю стойкость кровли к любым оказываемым нагрузкам (снег, ветер, вес кровельного покрытия и прочих рабочих прослоек).
- Хорошо перераспределять нагрузки на стены и вообще снижать вес, который давит на несущие стены.
- Обеспечить минимум необходимого ухода во время эксплуатации, способствовать экономии средств, сил и времени во время строительства.
Как выбирается форма кровли
В подавляющем большинстве случаев крыши частных домов «в разрезе» имеют вид треугольника (в том числе с ломаным профилем – мансарда вместо нежилого чердака). Данная форма с двумя, тремя или четырьмя скатами — показывает себя как наиболее выгодный вариант с точки зрения организации пространства. Треугольник, без преувеличения, можно назвать самой стабильной фигурой, конструкции в виде треугольника лучше всего выдерживают «складывающие» поперечные нагрузки (ветер) и любой вид вертикального давления (например, вес снега).
Плоские скатные кровли, конечно же, имеют право на существование. Крыша, где стропила лежат параллельно друг другу в одной единственной плоскости, довольно часто собирается, когда нужно перекрыть небольшое строение типа гаража, хозяйственной постройки и тому подобное. Такая конструкция получается наиболее дешёвой, она очень просто, быстро монтируется.
Kd.i: Грубые ошибки в сборке стропильной системы.
Если сделать под односкатную стропильную систему правильную подготовку, то можно таким образом обстроить крышу и полноценного крупного коттеджа. Причём на выходе удастся добиться при этом весьма необычного современного внешнего вида.
Обратной стороной медали для плоских крыш является некоторое ограничение по габаритам перекрываемого дома. Ведь в данном случае расстояние между несущими стенами будет являться размером висячего пролёта для стропил. А учитывая относительно небольшие углы наклона односкатных крыш, пролёт в 5-6 метров уже может быть на грани допустимого. Поэтому для обеспечения дополнительной линии опоры, в таких домах заранее проектируется внутренняя несущая стена, расположенная посреди коробки или близко к центральной оси здания. От неё вверх выставляют подпирающие колоны-стойки, прогоны, подстропильные ноги…
При реализации крыши с несколькими скатами, стропила которых сходятся в коньке – проблем с габаритами практически не стоит. В данном варианте пространство разделяется на несколько отдельных плоскостей, причём углы наклона многоскатных крыш обычно достаточно велики, чтобы снег не оказывал слишком большого давления.
Делать крышу вальмовой или создавать конструкцию двухскатную с фронтонами, зависит скорее от эстетических предпочтений хозяев, чем от технических условий. Единственное, где двухскатные (как и ломаные крыши) конструкции выигрывают явно – это когда нужно сделать мансарду. Тогда во фронтоне можно без проблем расположить окно или сформировать выход на балкон. Но, в свою очередь, трёх- и четырёхскатные варианты лучше работают в местности, где наблюдаются довольно интенсивные ветра.
Работа элементов стропильной системы
Стропила
Главным элементом любой скатной крыши является «стропильная нога». По сути, стропило представляет собой наклоненную балку, которая в основном работает в крыше на изгиб, а вот стропильная пара – ещё и на растяжение двух её элементов относительно друг друга.
Стропила смежных скатов редко собираются в пары без использования дополнительных усиливающих и стабилизирующих элементов. Поэтому мы имеем такое понятие как «стропильная система», а сама стропильная пара обычно имеет вид сложной рамы — «фермы».
Стропила в основном собираются в ферму по месту, но иногда фермы по одному, разработанному заранее шаблону, делаются где-то на земле (в цеху) и уже в готовом виде поднимаются, выставляются, закрепляются в проектном положении. Соединение всех деталей стропильной системы производится при помощи различного типа врубок или с использованием метизов (пластины гвоздевые, стальные скобы из прута, резьбовые шпильки, перфорированные крепежи, деревянные накладки…). Чаще всего данные способы комбинируются.
Шаг расстановки стропил и сечение стропил выбирается по прогнозируемым нагрузкам (снег, вес кровельного покрытия…) с обязательным учётом размера неподкреплённых пролётов, которые стропилами должны перекрываться. Шаг монтажа и сечение стропильных ног являются параметрами взаимосвязанными, то есть при желании можно увеличить сечение стропил, одновременно увеличивая дистанцию между ними, и наоборот – можно использовать менее массивные пиломатериалы для создания каркаса крыши, если шаг расстановки стропил уменьшить.
Интересно, что стропила не обязательно должны быть одного размера, например, при создании вальмовой конструкции помимо основного поля из однообразных стропил на преобладающих скатах ещё монтируются более длинные «коньковые» («диагональные» стропильные ноги), а также используются так называемые «нарожники» (укороченные стропила). Кстати, в некоторых более нагруженных местах (допустим, возле дымоходов или кровельных окон) стропила используют с увеличением по толщине – например, в виде сдвоенной доски.
Затяжка (схватка)
Именно такой элемент как затяжка формирует из пары стропил – замкнутый треугольник. Она представляет собой горизонтальную балку, которая чаще всего соединяет нижние края стропильных ног. Затяжка не даёт стропилам «разъезжаться» под нагрузкой и, соответственно, устраняет возможность поперечного приложения сил, действующих на наружные стены. Стропила, соединённые затяжкой, давят на стены только сверху вниз.
Именно через затяжку вес стропильной системы (если реализована конструкция наслоненная) переносится на промежуточную несущую стену.
Заметим, что затяжки не обязательно монтируются только в самом низу стропильной системы (кстати, роль затяжек могут играть как узкоспециализированные дополнительные детали, так и балки чердачного перекрытия), но она может стоять также ближе к средине стропильной ноги или ближе к коньку крыши. Такой элемент часто называют ригелем, он помимо стягивающей функции, которая, к слову, тут будет слегка купированная – ещё работает на распор, то есть увеличивает несущие способности стропил, не даёт им прогибаться.
Прогоны
Прогонами называют элементы каркасной кровельной системы, которые располагаются перпендикулярно направлению стропильных ног. Прогоны работают как соединяющие и распределяющие нагрузки детали деревянной крыши, они служат принимающей основой, на которую опирают стропила. Прогоны ставят либо в самом верху фермы (коньковый прогон), либо в районе их середины (например, когда под крышей делается мансарда).
Разновидностью прогона можно считать «коньковую балку». Этот элемент часто используется при строительстве коттеджей-каркасников по канадской технологии. Коньковая балка – это длинный прогон, выполненный из мощной доски, на котором стыкуются стропила смежных скатов.
Стойки
Стойки – это вертикальные элементы, что являются опорой для всех видов прогонов. Посредством стоек, расставленных по центральной оси дома, исключается прогиб конькового прогона или коньковой балки, через них более точно передаётся вес на затяжку висячей кровельной системы или на промежуточную несущую стену, когда кровля реализована наслонной.
Если под крышей делается мансарда, то боковые стойки, подпирающие промежуточные прогоны, одновременно могут выступать ключевыми элементами каркаса для обустройства стен.
Подкосы
Основная функция подкосов – устранить возможность прогиба стропил. В большинстве случаев, подкосы закрепляются к низу центральных стоек и под углом (в идеале близком к 45-ти градусам) расходятся к стропильным ногам.
Мауэрлат
Лишь с некоторой натяжкой мауэрлат можно отнести к элементам стропильной системы. Между тем, без него крайне сложно выполнять выставление и фиксацию стропильных ног на своих местах и практически невозможно равномерно перераспределить нагрузки от крыши на несущие стены.
В домах, сложенных из бревна или массивного бруса функции мауэрлата выполняет верхние венцы. А в случае с каркасным домостроением эту же роль играют доски верхней обвязки. Мауэрлат применяют, если дом у нас каменный, даже если стены увенчаны монолитным поясом.
Он, как правило, представляет собой обрезной брус со сторонами от 75 до 150 мм, который (с использованием гидроизолирующей прокладки) анкерами закрепляется на стене по периметру дома. Затем врубкой, скобами или кронштейнами стропильные ноги закрепляют к мауэрлату. В некоторых случаях, когда строится сруб, и нужно компенсировать существенную усадку стен по высоте – для крепления стропил к мауэрлату используют скользящие опоры.
Отдельным подвидом мауэрлата можно считать так называемый «лежень». Этот элемент делают из аналогичного пиломатериала, но закрепляют его на внутренней несущей стене. Лежень тоже принимает/распределяет нагрузку, но он служит опорным элементом для стоек, затяжек и подкосов.
Обрешётка
Через обрешётку на стропила передаётся вес кровельного материала и прочие нагрузки, действующие извне. Разряжённая обрешётка в виде обрезной доски или обрезного бруска крепится к стропилам перпендикулярно. Шаг расстановки разряжённой обрешётки в основном выбирается в соответствие с требованиями производителей финишного кровельного покрытия. Нередко обрешётка выполняется из крупнолистовых материалов (OSB-3 или фанера марки ФСФ), что необходимо, например, под битумную черепицу. В обоих случаях обрешётка стабилизирует крышу, связывая стропила каждого ската в единое целое.
Источник: elka-palka.ru
Двускатная крыша своими руками
Добрый день дорогие читатели строительного сайта stroiidea.ru! Из данной статьи вы узнаете все тонкости монтажа двускатной крыши, какие бывают виды стропильных систем и из каких конструктивных элементов они состоят.
Двускатная крыша самая распространенный вид крыши, применяемый при частном домостроении. Она довольно проста по конструкции, нежели вальмовые (четырехскатные) и мансардные крыши. Двускатная крыша состоит из балок и досок, которые не требуют больших физических сил для их монтажа.
Двускатная крыша своими руками
Конструктивные элементы двускатной крыши
Двускатная крыша содержит в себе следующие конструктивные элементы: мауэрлат, стропильная нога, конек, кобылки, лежень, стойки, подкосы, обрешетка.
Мауэрлат
Мауэрлат – это брус, проложенный по периметру здания, который закреплен к несущим стенам на анкера или стержни с резьбой, вмурованные в стену. Мауэрлат передает нагрузку от стропильных ног на несущие стены здания. Как правило, для мауэрлата применяют брус квадратного сечения из хвойных пород дерева, и размер его варьируется от 100х100мм до 150х150мм.
Стропильные ноги
Стропильная нога – это доска сечением 50х150мм либо 100х150мм. Стропильные ноги формируют основной контур двускатной крыши, образуя тем самым треугольник. Стропильные ноги равномерно передают нагрузку, возникающую от погодных условий (ветер, снег) и от веса кровельного покрытия на мауэрлат, а мауэрлат передает эту нагрузку на несущие стены здания. Шаг стропильных ног должен быть в пределах от 60 см до 120 см. Все зависит от вида кровли, чем тяжелее кровельное покрытие, тем чаще устанавливаются стропила.
Конек представляет собой горизонтальный элемент крыши, который соединяет в самой верхней точке два ската крыши. Конек формируется в результате соединения стропильных ног в верхней части крыши.
Кобылки – это отрезок доски, который служит продолжением стропильной ноги и образует свес крыши. Кобылки необходимы в тех случаях, когда длины стропильной ноги не хватает для образования свеса крыши. Для кобылок используют доску меньшего сечения, чем была использована доска для стропильных ног. Использование кобылок позволяет использовать стропильные ноги меньшей длины, что облегчает монтаж стропильной системы.
Кобылки
Свес крыши отводит от стен дождевую влагу, предотвращая стены от чрезмерного намокания. Как правило, свес должен выступать от стены не менее чем на 400 мм.
Лежень
Лежень – горизонтальный брус, который лежит на внутренней несущей стене и равномерно распределяющий нагрузку от стоек крыши. Для лежня используется брус 100х100мм или 150х150 мм.
Стойки
Стойки – это вертикальные элементы крыши, которые передают нагрузку от конька на несущую внутреннюю стену здания. Стойки изготовляют из бруса сечением 100х100мм либо 150х150мм.
Затяжки
Затяжка – это конструктивный элемент висячей стропильной системы, который образует вместе со стропильными ногами треугольник и не дает стропильным ногам разъехаться в разные стороны.
Подкосы
Подкосы представляют собой обрезок доски, который устанавливается под определенный углом, передавая нагрузку от стропильных ног вниз к несущим элементам. Несколько подкосов образуют вместе с затяжкой прочную конструкцию называемую фермой. Такая ферма способна выдерживать и передавать нагрузки при больших пролетах.
Обрещетка
Обрешетка представляет собой бруски или доски, которые крепятся к стропильным ногам перпендикулярно направлению стропильных ног. Обрешетка равномерно распределяет вес кровли и нагрузки от погодных явлений на стропильные ноги. Также обрешетка скрепляет стропильные ноги в единое целое. Кроме брусков можно использовать необрезную доску, но перед установкой такой доски на стропильные ноги с неё необходимо содрать всю кору. Для мягкой кровли, такой как битумная черепица, используют для обрешетки листы влагостойкой фанеры.
Все вышеперечисленные конструктивные элементы двускатной крыши изготавливаются из хвойных пород дерева. Все элементы двускатной крыши в обязательном порядке антисептируются, чтобы в дальнейшем балки и стропила не загнили.
Виды стропильных систем
По конструкции стропильные системы разделяют на висячие и наслонные.
Висячие стропила
Висячие стропила опираются двумя концами на боковые стены, тем самым создают распирающее усилие, которое негативно действует на стены. Для предотвращения действия распирающего усилия стропильные ноги соединяю между собой затяжкой. Стропильные ноги и затяжка образуют тем самым треугольник, а, как известно треугольник это самая жесткая геометрическая фигура, которая не деформируется при любых направлениях нагрузок. В качестве затяжек могут служить балки перекрытия. Благодаря использованию балок перекрытия в качестве затяжек, висячие стропила служат для устройства мансардного помещения на крыше.
Кроме нижней затяжки устанавливается еще и верхняя затяжка. Верхняя затяжка должна быть на расстоянии не менее 500мм от конька.
Висячие стропила делают в том случае, когда расстояние между двумя наружными стенами не превышает 10 м, и если между наружными стенами нет несущей стена разделяющей внутреннее пространство дома ровно пополам.
Наслонные стропила
Наслонные стропила представляют собой конструкцию, которая имеет посередине опорную балку. Такая балка предает вес крыши от конька на несущую стену, которая располагается ровно посередине между двумя внешними стенами. Наслонные стропила используют тогда, когда расстояние между наружными стенами более 10 м.
Варианты конструкций наслонных стропил
В случае, когда вместо внутренней несущей стены используются колонны, возможно чередование наслонных и висячих стропил. Наслонные стропила будут опираться на колонну, а между колонн буду установлены висячие стропила.
Технология монтажа двускатной крыши
Если стены вашего дома выполнены из бревна или бруса, то в качестве мауэрлата у вас будет выступать самый верхний брус.
Схема крепления мауэрлата
Если же стены вашего дома сделаны из кирпича, то перед монтажом двускатной крыши необходимо замуровать в кирпичную кладку металлические стержни с нарезанной резьбой, чтобы можно было закрепить мауэрлат к несущим стенам. Металлические стержни следует устанавливать через 1-1,5 м, чтобы надежно закрепить мауэрлат. Диаметр стержней должен быть не менее 10 мм. Для крепления мауэрлата используются болты с шайбами. Между мауэрлатом и кирпичной стеной должна быть проложена гидроизоляция (2 слоя рубероида).
В случае, когда у вас несущие стены выполнены из пенобетонные блоков или из керамических блоков, то для крепления мауэрлата необходимо поверх блоков залить армированный слой бетона высотой 200-300 мм. Перед заливкой бетона к арматуре крепятся металлические стержни с резьбой.
Балки мауэрлата расположенные на противоположных несущих стена должны быть параллельны друг другу, чтобы размеры всех стропильных ног были одинаковыми.
Перед монтажом стропильных ног необходимо разметить расположение стропил на мауэрлате, для этого используйте карандаш и рулетку.
Схема крепления стропильных ног и мауэрлата Схема устройства висячих стропил
После монтажа мауэрлата необходимо подготовить все стропильные ноги. Для этого на нижнем конце каждой стропильной ноге делают вырез, чтобы стропильная нога опиралась на мауэрлат большей площадью. Вырез делается на 1/3 ширины стропильной ноги. Рассчитать местоположение выреза и его угол, поможет чертеж, который необходимо сделать перед началом работ. В чертеже должны быть указаны все размеры будущей крыши.
Варианты крепления стропильных ног
Угол наклона крыши должен быть не слишком крутым и не слишком пологим. В районах с сильными ветрами уклон должен быть порядка 15-20°, чтобы сильный ветер не срывал кровельный материал. В районах с большим количеством осадков уклон крыши должен быть 35-40°, чтобы дождь и снег не задерживались на кровле, а быстро скатывались вниз.
Соединение стропильных ног Соединение стропильных ног в лапу
При устройстве висячих стропил все стропила собираются заранее. Скрепляют стропильные ноги между собой при помощи болтов или металлических накладок. После сборки всех стропильных треугольников устанавливаются сначала две крайние стропильные конструкции, а затем идёт установка промежуточных стропил.
При этом все стропильные конструкции фиксируются временными укосинами, которые в дальнейшем будут демонтированы. Далее к стропильным ногам крепят кобылки, которые будут образовывать свес крыши. После монтажа всех стропил и кобылок устанавливается обрешетка, а на коньке крепятся массивные доски. Тем самым вся стропильная система образует единую конструкцию.
Шаг обрещетки
При устройстве наслонных стропил вначале устанавливается лежень, на лежень монтируются опоры, а на опоры устанавливается коньковый брус и вся эта конструкция закрепляется укосинами. И уже на этот коньковый брус устанавливаются стропильные ноги. При этом длина стропильных ног должна быть немного больше, чем требуется, чтобы после скручивания двух стропил между собой можно было обрезать на месте выпирающие концы дисковой пилой. Такая техника значительно ускоряет работу по возведению двускатной крыши.
После монтажа стропильной системы зашиваются фронтоны и свес крыши, и монтируется кровельное покрытие. А о монтаже кровли вы узнаете из следующих статей, подписывайтесь в форму ниже, чтобы не пропустить выход новых статей.
Источник: stroiidea.ru
Прогоны и стойки в стропильных системах
Работы по устройству крыш должны соответствовать требованиям СНиП РК 3.02-06-2002 «Крыши и кровли», СНиП II-26-76 «Кровли», СНиП 31-02-2001 «Дома жилые одноквартирные» и СНиП 2.08.01-89* «Жилые здания». По несущей способности и нагрузкам конструкции крыш и кровли должны соответствовать СНиП 2.01.07 и выполняться в соответствии с указаниями СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции».
Безопасность работ при выполнении кровельных и строительно-монтажных работ на крыше должна соблюдаться в соответствии с требованиями правил техники безопасности, приведёнными в СНиП III-4-80, СНиП 12.03-2001, СНиП 12.04-2002 «Безопасность труда в строительстве», рабочими чертежами и указаниями ППР — проекта производства работ.
При производстве работ по устройству крыши и кровельных конструкций жилых домов должны быть предусмотрены установленные нормами и правилами меры, обеспечивающие выполнение санитарно-эпидемиологических требований по охране здоровья людей и окружающей природной среды.
Несущие и ограждающие конструкции дома должны быть выполнены из материалов, обладающих стойкостью к воздействиям влаги, низких температур, агрессивной среды, биологических и других неблагоприятных факторов согласно СНиП 2.03.11.
Прогоны и стойки в стропильных системах
Основными элементами подстропильной конструкции, направленной вдоль здания, являются долевые балки — прогоны. Прогоны покрытий предназначены для передачи действующих нагрузок (собственный вес, вес кровли, ветровые и снеговые нагрузки) на несущие конструкции.
- В чердачных крышахпрогоны опираются на торцевые (боковые) и внутренние несущие стены или стойки, передающие давление от веса крыши на внутренние стены или столбы.
- В бесчердачных крышахпрогоны опираются на несущие конструкции стен, ригелей или непосредственно на столбчатые фундаменты.
- В подвесных перекрытияхпрогоны подвешивают к конструкциям колон и ферм.
При значительных нагрузках и больших расстояниях между стойками прогоны усиливают подбалками, подкосами и ригелями. В конструкциях покрытий применяют прогоны разрезные с подбалками, подкосами, консольно-балочные и неразрезные балки.
К простейшим подкосным системам относятся конструкции треугольного очертания, состоящие из двух подкосов с затяжкой встык. Основные типы подкосных систем, применяемые в строительстве, показаны на рис.1.
Расстояние между центрами опор рассматривается как пролёт между опорами (стойками). Пролёты в таких системах принимаются в пределах от 4 м до 9 м. Подкосные системы выполняют из брёвен или брусьев и применяются в виде каркасов для одно-, двух- и многопролётных зданий.
Конструкции подкосных систем состоят из стоек, на которые уложены в одном направлении главные балки. В другом направлении идут стропильные ноги (брусья или доски).
Стойки могут опираться на внутренние несущие стены или колонны среднего ряда на расстоянии не более 6 м. Для уменьшения пролёта верхних продольных прогонов устанавливают подкосы, которые служат также для обеспечения устойчивости всей системы в продольном направлении.
Если в чердачном помещении имеются торцевые несущие стены, то продольные прогоны опираются на них. При отсутствии таких стен в крыше устраивают вальмовые скаты по накосным стропильным ногам (рис.8 и рис.9).
Подкосы в таких конструкциях в средних пролётах, работая в основном на сжатие, примыкают к стойкам на лобовых врубках со скреплением в узлах скобами. В крайних пролётах подкосы при воздействии односторонней нагрузки — снега и горизонтальной ветровой нагрузки (обычно с северной стороны крыши) — могут работать на растяжение.
ВНИМАНИЕ! Крайние подкосы двухпролётных стропильных схем (рис.10), при возникновении в них растягивающих усилий (от ветровых нагрузок или несимметричной снеговой нагрузки, вдвое превышающей постоянную нагрузку), поэтому подкосы прикрепляют к стойке и ригелю с помощью накладок и болтов.
В деревянных стойках и колоннах до начала монтажа следует выносить метки для постановки ригелей, прогонов, распорок, связей, панелей и других конструкций.
ВНИМАНИЕ! Во всех случаях стропильные фермы (балки) следует устанавливать с соблюдением односторонней направленности отклонений от прямолинейности их верхних поясов по разметке, определяющей их проектное положение на опорах (лежнях) и выполняемой после установки в проектное положение конструкций, на которые они опираются (опорные стены, балки, ригели, стропильные фермы и т.п.).
ВНИМАНИЕ! При установке деревянных стоек, прогонов и т.п., а также при стыковке их элементов необходимо добиваться плотного примыкания торцов сопрягаемой конструкции. Величина зазора в стыках с одного края не должна превышать 1 мм — сквозные щели НЕ ДОПУСКАЮТСЯ.
Стойки, подкосы, ригели, стропильные балки укладывают насухо на опорные антисептированные поверхности (лежни и закладные пробки) несущих конструкций.
ВНИМАНИЕ! При опирании балок на стойку следует обращать внимание на то, чтобы нагрузки на стойку шли вдоль волокон, а на балки — поперёк волокон.
Способ сведения вместе горизонтальных, вертикальных или диагональных строительных элементов в конструктивную точку-узел и определяет несущую способность конструкции (рис.1). В соответствии с этим различаются допускаемые нагрузки (напряжения), которые следует учитывать при подборе поперечных сечений. Например, средняя величина временного сопротивления древесины в кГ/см² при влажности 15% из сосны и других пород приведена в таблице 1.
ТАБЛИЦА 1: ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОД ДРЕВЕСИНЫ.
| п/п | Порода | Растяжение | Сжатие | Изгиб | Скалывание вдоль волокон |
Объёмный вес кг/м³ |
||
| вдоль волокон |
поперёк волокон |
вдоль волокон |
поперёк волокон |
|||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1 | Сосна | 700 | 22 | 350 | 110 | 600 | 60 | 400-700 |
| 2 | Ель | 650 | 20 | 300 | 100 | 550 | 55 | 350-550 |
| 3 | Лиственница | 850 | 25 | 400 | 130 | 700 | 70 | 500-800 |
| 4 | Дуб | 900 | 60 | 450 | 200 | 800 | 100 | 600-900 |
Поскольку допустимое напряжение на смятие поперёк волокон древесины из сосны составляет 2Н/мм² (22кГ/см²), а вдоль волокон 70Н/мм² (700кГ/см²), устойчивость стойкам и прогонам придают раскосы и ригели, соединённые продольными и поперечными креплениями.
ВНИМАНИЕ! Поэтому следует СТРОГО СОБЛЮДАТЬ размеры поперечных сечений конструкций, рассчитанных на продольные и поперечные усилия работы узлов сопряжения (стыковки)конструкций, и указанных в проекте на строительство стропильных систем.
В конструкциях покрытий зданий и сооружений применяют прогоны нескольких модификаций, в том числе:
- прогоны разрезные,
- прогоны с подбалками,
- прогоны неразрезные,
- прогоны консольно-балочные,
- прогоны с подкосами.
В индивидуальном строительстве (при стенном ограждении) — в основном применяют прогоны с подкосами.
1.1. Монтаж разрезных прогонов.
При наличии в здании внутренней несущей продольной стены вводиться прогон, устанавливаемый на несущую стену (при разных уровнях стен) или (при одинаковом уровне стен) на стойки, опёртые на лежень (рис.9 разрез 2-2). При двух внутренних несущих продольных стенах ставят два ряда прогонов по стойкам (рис.8 разрез 2-2). Если стропильные ноги опираются на два прогона, то в коньке прогоны не ставят и концы стропил опираются друг на друга с упором встык. Выше прогонов в этом случае возникает распор, который воспринимают с помощью устройства ригелей.
ВНИМАНИЕ! Высота от чердачного перекрытия до низа ригелей для удобства передвижения по чердаку должна быть не менее 1800 мм.
Расстояние от верха чердачного перекрытия до низа среднего лежня должна быть не более 400 мм.(рис.9 разрез 2-2)
Прогоны разрезные выполняют из лесоматериалов, стыкуемых на опорах (рис.2 узел А, узел Б и узел В). Они просты в изготовлении и монтаже, но расход материалов больше чем для других типов прогонов, особенно при пролётах между несущими стенами более 4 м.
ПРИМЕЧАНИЕ: Прогибы и максимальные величины изгибающих моментов для различных конструкций прогонов зависят от расстояния х, т.е. участка от опоры до места расположения стыка, поэтому при устройстве прогонов необходимо уделять этому особое внимание.
Простота, возможность выполнения таких балок из брёвен, брусьев или досок, поставленных на ребро, обеспечивают их широкое применение. Пролёт таких балок сплошного сечения может быть от 6 м (для досок) до 7…8 м (для брусьев и брёвен).
1.2. Монтаж прогонов с подбалками
Одним из способов усиления однопролётных балок сплошного сечения является применение подбалок (рис.2 узел Б). Подбалки выполняют из брёвен или брусьев такого же сечения, как прогоны и скрепляют с ними болтами с каждой стороны стойки. Подбалки, будучи соединёнными болтами с концами несущих балок, в то же время служат для выполнения стыков этих балок.
Подбалками называют короткие брусья, укладываемые на стойках в местах стыков прогонов и воспринимающие опорные давления балок, образующих многопролётный прогон (рис.2 узел Б).
ВНИМАНИЕ! На крайних стойках подбалки не укладывают, так как они поворачиваются при изгибе под нагрузкой вместе с прогоном.
Длину выноса подбалки обычно принимают в пределах от 0,15L до 0,19L, добавляя к этому размеру 10 см на скошенную часть у конца подбалки. При равномерной нагрузке на прогон (балку) полную длину выноса консоли целесообразней всего брать 0,17L + 10 см.
Прогоны с подбалками применяют в виде балок различных перекрытий, прогонов, наслонных стропил, обвязок и каркасных стен для уменьшения расчётного пролета при равномерной нагрузке на стойки.
ВНИМАНИЕ! Рекомендуется крайние пролёты прогонов делать меньше промежуточных либо увеличивать сечение крайних прогонов.
1.3. Монтаж прогонов неразрезных
Неразрезные прогоны (балки) обычно применяют при небольших уклонах под рубероидную кровлю, поскольку при крутых уклонах тонкие доски не могут воспринимать скатные нагрузки. При наличии в покрытиях стропил, прочно соединённых с прогонами и между собой в коньке и рассчитанных на действие скатной составляющей нагрузки, они могут применяться и при больших уклонах.
Неразрезные двух- или многопролётные балки позволяют использовать более экономичные поперечные сечения, чем однопролётные балки такого же пролёта, потому что в большинстве случаев при подборе сечений прогиб не является определяющим фактором.
У неразрезных балок, перекрывающих более чем два одинаковых пролёта, опорные изгибающие моменты меньше, чем пролётные моменты однопролётных балок. Проще говоря, чем длиннее такой прогон, тем он менее устойчив на изгиб и требует больше поперечных связей.
ВНИМАНИЕ! Особое внимание необходимо обратить при использовании таких балок в прогонах с неравномерными пролётами и подвижной нагрузкой в пролётах или если приходиться иметь дело с осадкой опор в результате сжатия или усадки опорных конструкций или с неравномерной осадкой фундамента. Это будет влиять не только на напряжения в сечениях (стыки держать конструкцию не будут), но и в первую очередь, на прогибы — прогон будет терять устойчивость.
Неразрезные прогоны выполняют из спаренных элементов — досок или пластин (рис.3 узел Д-Ж).
ВНИМАНИЕ! В крайних пролётах равнопролётных прогонов (рис.3 узел Е), где изгибающий момент больше, чем в средних пролётах, сечение прогонов увеличивают за счёт введения дополнительного элемента без проверки их расчётом или уменьшают крайние пролёты прогона.
Стыки элементов размещают вразбежку от оси опоры, и каждый стык одного элемента перекрывается целым другим элементом. По длине прогона элементы соединяют гвоздями. Длина гвоздей должна обеспечить загиб их концов при выходе из прогона. Расчёт длины стальных нагелей — болтов и гвоздей, а также шага (S) расстановки нагелей (из-за большого объёма материала) будет рассмотрен в отдельном разделе сайта.
1.4. Монтаж цепных прогонов
Особый вид неразрезных балок представляют собой цепные балки, применяющиеся, главным образом, как кровельные прогоны. Они представляют собой брусья, уложенные горизонтально на стропильные фермы и несущие кровлю (рис.3 узел Ж).
При пролётах прогонов до 4,5 м и рубероидной кровле возможна схема монтажа прогонов, приведённая на рис.3 узел Ж. Здесь в каждом пролёте укладывают однопролётный прогон с двумя консолями, а концы соседних прогонов соединяют гвоздями. В этой схеме на опоре, где изгибающий момент больше, сечение состоит из двух досок, а в пролёте из одной.
Выступающие концы балок стыкуются внахлёст над средними опорами так, что изгибающему моменту на каждой опоре, который больше пролётного момента, противостоит двойное поперечное сечение балки. Чтобы обеспечить необходимую несущую способность балки (прогона), концы нахлёста следует соединять соответствующими конструктивными связями, указанными в проекте.
В качестве связей следует применять гвозди, стержни и шпонки особого типа. Для крепления верхнего настила и подшивки потолков необходимо, чтобы прогоны на каждой стропильной ферме смещались на ширину одной балки.
ПРИМЕЧАНИЕ: Неразрезные прогоны мало применяются из-за своей чувствительности к осадкам опор, гибкости креплений, усушки древесины и т.д.
1.5. Монтаж консольно-балочных прогонов
Консольно-балочные прогоны (рис.2 узел Г), как правило, применяют в бесчердачных покрытиях и подвесных потолков при расстояниях между несущими конструкциями не более 4,5 м при применении лесоматериала длиной 6,5 м (рис.4).
Стыки прогона в виде косого прируба (рис.2 узел В) располагают попарно через пролёт в местах изменения знака изгибающего момента при загружении всех пролётов равномерно расположенной нагрузкой.
Консольно-балочные прогоны имеют две схемы креплений и зависят от этих креплений (стыков): с двумя креплениями через пролёт (рис.3 узел Е) или с одним креплением в каждом пролёте (рис.3 узел Ж), кроме одного.
ВНИМАНИЕ! Вторая схема креплений для несущих конструкций прогонов непригодна (рис.3 узел Ж), поскольку в случае разрушения одной из балок или одного из креплений в одном из пролётов произойдёт последовательное разрушение прогонов во всех остальных пролётах.
Однако применение прогонов по второй схеме в виде спаренных прогонов пригодно для выполнения неразрезных прогонов (рис.4) при равномерно распределённых нагрузках на всех пролётах. Размеры досок и стыки таких конструкций определяются проектом.
1.6. Монтаж прогонов с подкосами
При устройстве крыш наиболее часто используют системы прогонов с подкосами. Подкосные балки применяются, главным образом, с целью более равномерного распределения нагрузки на прогоны.
ПРИМЕЧАНИЕ: Такие системы применяют в наслонной или подкосно-балочной системах стропил для уменьшения пролёта прогона и обеспечения устойчивости системы в продольном направлении.
Если подкосы идут до основания опор, то расстояние между точками опирания балок уменьшается. Одновременно в результате рамного эффекта повышается устойчивость подкосных рам в горизонтальном направлении.
ПРИМЕЧАНИЕ: Такая конструкция, как правило, применяется при опирании прогонов и балок на стойки в зданиях павильонного типа и для деревянных стропильных систем.
Верхние концы подкосов располагают примерно в третях пролёта прогона и соединяют с ним под углом 30…45°. Нижние концы подкосов упирают в лежни при наслонной системе стропил или соединяют со стойкой в подкосно-балочной системе. Узлы скрепляют скобами.
В навесах нижние концы стоек шарнирно крепят к столбчатым фундаментам с помощью стальных полос и болтов или к железобетонным парным пасынкам на проволочных скрутках. Нижние концы подкосов в навесах в должны заканчиваться на высоте не менее 2,25 м от пола. Расстояние между верхними концами подкосов обычно равно 1/3 пролёта прогона (ригеля).
В зданиях чаще всего применяют подкосные системы с упором верхних концов подкосов в ригель. В наслонных стропильных системах роль основного ригеля выполняет прогон (рис.2 узел В).
В двухскатных крышах при расположении продольной стены посередине здания под коньком кровли укладывается прогон, опирающийся на стойки. Стойки устанавливают на лежень или подкладки.
При наличии двух внутренних несущих стен (например, для кирпичных стен несущей стеной принимается внутренняя стена из сплошной кладки толщиной не менее 380…420 мм), ставят два ряда прогонов по стойкам.
При пролётах прогона до 4,5 м ригель выполняют в виде консольно-балочной многопролётной схемы (рис.5). Для обеспечения жёсткости стропильной системы в продольном направлении между стойками с расстоянием 3…4,5 м в пределах пролётов прогона делают перекрёстные связи из досок.
В зданиях с тремя и большим числом пролётов, при отсутствии длинномерных брёвен, стыки ригелей (прогона) можно располагать в средней части пролёта, но не ближе чем 0,5 м от места примыкания подкосов (рис.5).
Для обеспечения жёсткости стропильной системы в продольном направлении между стойками в пределах пролётов прогона применяют подкосные системы. Подкосы ставят у каждой стойки пролёта прогона. При шаге стоек 4,5…6 м устанавливают подкосы, упираемые в прогон в третях пролёта. В этом случае стыки прогона располагают посередине пролёта (рис. 6).
Монтаж деревянных наслонных стропил для вальмовых крыш
Схема деревянных наслонных стропил с упором на два прогона, для вальмовой крыши с проходным чердаком, показана на рис.8. Если при наличии двух прогонов у стропильных ног ставят подкосы, то для восприятия создаваемого ими распора между лежнями располагают распорки (рис.8 разрез 2-2 поз.3).
Если стропильные ноги опираются на два прогона, то в коньке прогоны не ставят (рис.8). В этом случае концы стропильных ног опираются друг в друга и покрываются коньковым брусом. Выше прогонов в этом случае возникает распор, который воспринимают с помощью ригелей (рис.8 поз.6).
ВНИМАНИЕ! Особое внимание следует уделить угловым (крайним) стойкам и прогонам. Часто их делают такого же сечения, как и остальные стропильные узлы, однако нередко они несут нагрузку в 1,5 раза большую, чем промежуточные стойки и прогоны. Ослабленная стойка и прогон прогибаются — крыша получается неровной.
Схема деревянных наслонных стропил с упором на один прогон для вальмовой крыши показана на рис.9.
ПРИМЕЧАНИЕ: У конечной стойки односторонний подкос вызывает повышенные изгибающие моменты и деформации. Здесь лучше установить концевой подкос или уменьшить крайний пролёт, чтобы получить одинаковые изгибающие моменты в пролётах.
Кроме того, за счёт уменьшения крайних пролётов удаётся добиться выравнивания опорных потенциалов или, иначе говоря, нагрузок, передающихся на стойки и подкосы, поддерживающие прогоны, что особенно важно.
ВНИМАНИЕ! Уменьшение крайних пролётов на 20% от длины среднего пролёта полезно ещё и потому, что при средних пролётах L=6м крайний элемент прогона вместе с консолью у опоры будет иметь ту же расчётную длину, т.к в случае одинакового шага опор шаг с отклонением до 20% может считаться одинаковым.
В противном случае потребовался бы для крайних элементов прогона длинномерный лесоматериал или устройство стыков вблизи крайних опор, что НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ.
Схема деревянных наслонных стропил с упором на два прогона, для вальмовой крыши с фронтоном под коньком для слухового окна, показана на рис.10.
Для уменьшения длины деталей стропильных ног (в том числе и диагональных) применяют подкосы (рис.10 п.6) и ригели (рис.10 п.8), так как в точке опирания на подкос можно выполнить стыковку брусьев стропильной ноги.
ВНИМАНИЕ! Особое внимание стоит уделить диагональным стропильным ногам и подкосам. Часто их делают такого же сечения, как и остальные стропила, однако нередко они несут нагрузку в 1,5 раза большую, чем промежуточные стропила.
Сечения изгибаемых элементов стропильной системы (всех видов стропильных ног, прогонов и шпренгелей) определяются требованиями прочности и жёсткости.
Схема продольных стропильных рам с усилением подкосов в крайних пролётах при повышенных ветровых и снеговых нагрузках показана на рис.11.
ПРИМЕЧАНИЕ: Особенно опасны ошибки, связанные с устройством ригелей и затяжек, поскольку и специалисты не всегда учитывают реальное распределение нагрузок и усилий.
Схема продольных рам стропил с фронтоном под коньком для слухового окна показана на рис.12.
Подкосы и ригели ставят у каждой пары стропильных ног (рис.9 п.12). Угол наклона подкосов должен иметь к горизонтальной плоскости не менее 45°.
Схема опирания диагональных стропил с фронтоном под коньком для слухового окна показана на рисунке узел-70.
Прогоны к стойкам крепят стальными стержнями, а подкосы к прогонам и стойкам — с помощью лобовых врубок, закрепляемых скобками или болтами.
Нижние концы подкосов упирают в лежни при наслонной системе стропил или соединяют лобовыми врубками со стойкой в подкосно-балочной системе. Узлы скрепляют скобами или накладками. Стыки прогонов обычно располагают над стойками или в пролете на расстоянии Х (рис.2 и рис.3)
ВНИМАНИЕ! Для лучшего использования несущей способности брёвен следует учитывать их сбег, располагая более тонкие их концы в верхней части стоек. А в ригелях тонкий конец бревна устанавливают в сторону наружной стойки (рис.11).
Нередко ошибкой возведения крыши является то, что не выдерживают расчётных размеров поперечных сечений конструкций, в результате чего появляются недопустимые прогибы. Иногда трудно придерживаться расчётов проектировщика, поскольку ассортимент выпускаемой продукции пиломатериалов не позволяет точно подобрать конструкции требуемых сечений. Чаще всего, застройщик сначала выбирает лесоматериалы, а затем советуется с проектировщиком о его применении.
ПРИМЕЧАНИЕ: Сечение элементов наслонных стропил определяется расчётом. При отсутствии таких расчётов следует руководствоваться конструктивными требованиями сечений элементов стропильной системы. Они должны быть не менее размеров указанных в таблицах 2 и 3.
ТАБЛИЦА 2: МИНИМАЛЬНО ДОПУСТИМОЕ СЕЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СТРОПИЛ
| п/п | Наименование элементов | Древесина | Минимальные размеры сечения, мм | ||
| из бруса высотой | из досок (поперечное сечение) |
из круглого леса (диаметр в отрубе) |
|||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1 | Стропильные ноги | хвойных пород | ≥120 | ≥50х100 | ≥120 |
| 2 | Стойки и подкосы | хвойных пород | ≥120 | ≥50х100 | ≥160 |
| 3 | Прогоны | хвойных пород | ≥160 | ≥100х150 | ≥160 |
| 4 | Ригели и крестовые связи | хвойных пород | ≥100 | ≥50х100 | х |
| 5 | Мауэрлаты | хвойных и твёрдых лиственных пород |
≥160 | ≥100х150 | ≥160 |
ПРИМЕЧАНИЕ: Диаметр брёвен для стропильной системы принимается по верхнему отрубу и по чертежам узлов.
Под стойками устанавливают лежни или подкладки, размеры которых можно принимать по табл.3.
ТАБЛИЦА 3: РАЗМЕРЫ ЛЕЖНЕЙ И ПОДКЛАДОК ПОД СТОЙКАМИ.
| п/п | Система стропил |
Материалы внутренних стен, служащих опорами для стоек |
Тип лежней и подкладок | |
| Наименование | Размеры | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | Бесподкосная система стропил |
Стена из сплошной кладки |
Коротыши из пластин длиной не менее 1,8 м | d=150…180 мм |
| 2 | Коротыши из бруса длиной не менее 1,8 м | сеч.150х100 мм | ||
| 3 | Бесподкосная система стропил |
Стена из облегчённой кладки |
Сплошной лежень из пластин | d=160…180 мм |
| 4 | Сплошной лежень из бруса | сеч.150х100 мм | ||
| 5 | Подкосная система стропил |
Стена из сплошной и облегчённой кладки |
Сплошной лежень из пластин | d=160…180 мм |
| 6 | Сплошной лежень из бруса | сеч.150х100 мм | ||
Номинальные размеры пиломатериалов хвойных пород приведены в таблице 2 раздела «Древесина и крепёж для крыш».
Ошибки при монтаже прогонов и стоек крыши
Во многих случаях в несущих деревянных элементах крыши применяют древесину естественной или повышенной влажности. Это приводит к появлению в брёвнах, брусьях и досках продольных трещин от неравномерного высыхания древесины, вызывает коробление пиломатериалов и способствует появлению гнили.
ВНИМАНИЕ! Продольные трещины в деревянных элементах часто совпадают с отверстиями для нагелей и местами забивки гвоздей в стыковых соединениях элементов, с площадками скалывания во врубках. Это приводит к значительным деформациям стыков и, иногда, к полному разрушению конструкции. Поэтому использование древесины естественной и повышенной влажности НЕДОПУСТИМО.
К снижению прочности конструкций крыши приводит:
- уменьшение сечения элементов несущих конструкций стропильной системы,
- увеличение шага стропильных ног,
- увеличение пролётов между стойками и подкосами.
Одна из возможных ошибок решения крыши в том, что конструкция крыши, совмещённая с чердачным перекрытием, предусматривает нагружение не только пояса жёсткости мауэрлаты — прогоны, но и через промежуточные стойки передаёт нагрузку непосредственно на перекрытие чердака.
Для распределения нагрузки под стойки помещают подкладки, чтобы стойки «не проткнули» перекрытие чердака. Эти вертикальные дополнительные стойки передают нагрузку, действующую на промежуточный прогон несущей конструкции (например, в стойках диагональных стропильных ног).
Ошибка при этом заключается нередко в том, что не выдерживают минимальной (1,8 м) длины подкладок, вследствие чего эти чересчур короткие «башмаки» нагружают не балки перекрытия, а элементы настила, которые не рассчитаны на такие нагрузки и разрушаются (рис.12).
ВНИМАНИЕ! Утрата несущей способности опорных стоек, прогонов и подкосов жёсткости системы снижает пространственную жёсткость стропильной системы, уменьшает её сопротивляемость ветровым, снеговым нагрузкам и приводит к потере прочности конструкций крыши.
Источник: camremont.ru