Стропильная система с затяжкой балкой перекрытия по своей сути является простейшей стропильной фермой. И хотя конструктивно она несколько сложнее стропильных систем с несущим коньком, она неоценима для некоторых решений, в частности при желании иметь свободное от строительных конструкций подкровельное пространство, или при невозможности использовать несущий конёк.
Важной особенностью данной системы является отсутствие распора на стены: усилие горизонтального распора передаётся на балку перекрытия, являющуюся затяжкой, и ею полностью поглощается. Таким образом систему безопасно использовать в конструкциях домов плохо приспособленных для восприятия распора, в частности в каркасных домах.
Обзор конструкции
Базовая конструкция стропильной системы с затяжкой балкой перекрытия приведена на рисунке. Также имеются и иные варианты конструкции, описание которых приводится далее, после расчётов.
- коньковая доска — формирует узел сопряжения стропил, облегчает монтаж стропильной системы. В качестве коньковой доски допускается использовать доску толщиной 25 мм (можно использовать и 50 мм), ширина доски должна обеспечивать прилегание всей поверхности среза стропильных ног к коньковой доске;
- стропило — служит основой для монтажа пирога кровельного покрытия и воспринимает нагрузки от кровельного покрытия. Сечение стропил принимается по расчёту;
- балка перекрытия — в данной конструкии стропильной системы используется как затяжка для восприятия горизонтального распора. Сечение балок перекрытия принимается по расчёту;
- распорка — предотвращает потерю плоской формы деформирования балками перекрытия и стропилами;
- мауэрлат — элемент на который производится монтаж стропильной системы. Воспринимает вертикальную нагрузку от стропильной системы и передаёт её на стены. В зависимости от конструктива стен не обязательно является самостоятельным элементом;
Расчёт
Для расчёта стропил можно использовать калькулятор расчёта стропильной системы с приподнятой затяжкой. При использовании калькулятора необходимо высоту установки затяжки задать ‘0’, и убедиться, что используется наложение балок. Остальные параметры задаются в соответствии с характеристиками рассчитываемой стропильной системы. Калькулятор позволяет подобрать сечение досок для стропил, шаг стропил и вычисляет потребное количество гвоздей для соединения балок перекрытия со стропилами.
Стропильная система.Установка затяжек(Ригель)
Для расчёта балок перекрытия в простейшем случае — неэксплуатируемый чердак и отсутствие промежуточных несущих стен — можно использовать этот же калькулятор. Однако при наличии промежуточных несущих стен и/или использовании чердачного помещения для каких-либо нужд расчёт балок перекрытия необходимо выполнять отдельно, например, с помощью калькулятора расчёта перекрытия с деревянным каркасом. При этом расчёт производится для наибольшего погона, а шаг балок указывается равным шагу стропил.
Другие варианты конструкции
Увеличенный слой утеплителя
Базовая конструкция стропильной системы с затяжкой балкой перекрытия позволяет использовать порядка 150-200 мм утеплителя, что недостаточно для современных энергоэффективных домов. Если поверх балок перекрытия уложить опорную доску и опирать стропила не на мауэрлат а на эту доску, одновременно продлив балки перекрытия за пределы стен и выполнив соединение стропил и балок перекрытия за пределами стен, то толщину слоя утеплителя можно увеличить до 300-400 мм. Схема подобной стропильной системы представлена на рисунке ниже.
Источник: mycalcs.ru
Каркас крыши: затяжки, схватки и коньковая балка
Каркас крыши: затяжки, схватки, ригели/подстропильные балки и инженерные коньковые балки: некоторые из этих элементов поддержат крышу и предотвратят прогиб стропил и изгиб стен.
Затяжки, схватки и коньковые балки из клеенного бруса для каркаса крыши, образующей второй свет.
Что собой представляют горизонтальные элементы каркаса крыши на фото слева? Я не знаю, видим мы затяжки, схватки или «что-то другое», поскольку эти элементы расположены посередине стропил крыши. В статье я дам определение местоположения и конструктивных функций затяжек, схваток, лаг потолка и структурной балки конька.
Определение элементов каркаса крыши: ригели, затяжки, схватки
Схватки в каркасе крыши
Схватки это горизонтальные доски, соединяющие противоположные пары стропил крыши в верхней трети длины ската двускатной крыши. Под верхней третью я подразумеваю треть длины между коньком и верхней обвязкой стены или мауэрлата. Схватка используется для предотвращения разъединения стропил с коньковой балкой, в момент разрушения, вызванного снежной, ветровой нагрузкой или неравномерной нагрузкой, а также другими событиями или силами, заставляя крышу начать двигаться вниз или обрушиться.
На рисунке: каркас крыши усиленный только схватками, или только коньковой балкой, не способен сопротивляться прогибу конька и стропила двигают стены наружу, если не используются другие специальные инженерные конструкции для предотвращения этого процесса. Итак, что дают схватки?
Схватки помогают связывать стропила с коньковой балкой во время неравномерных нагрузок на крышу, таких как: сильный ветер или снег наметенный метелью на одном скате больше, чем на другом.
Осторожно: схватки расположенные в верхней трети двускатной крыши, и особенно в крышах с большим пролетом, скорее всего не предохранят стропила от прогиба при равномерной нагрузке и, таким образом не защитят стены от выдавливания наружу, когда на крышу будет воздействовать вертикальная нагрузка вниз, включая собственный вес крыши.
Почему же некоторые крыши строятся только со схватками? Посмотрите на угол наклона крыши. На крутых крышах выталкивающая сила меньше, чем на крышах с маленьким уклоном.
В самом деле? Существует недопонимание у некоторых авторов какие силы действуют на схватки — растяжения или сжатия. Прочитав ниже о сжатии и растяжении в каркасе крыши и, как сказал Марк Крамер, строительный инспектор, «. это не однозначно». До того, как крыша начинает рушиться, верхнее ребро конька находится под силой сжатия. Но когда коньковая балка начинает ломаться, ситуация меняется —сжатие переходит в растяжение.
Определение затяжек в каркасе крыши
Затяжки это горизонтальные растягивающие связи расположенные в нижней трети пролета пары противоположных стропил, или стропил двускатной крыши. Затяжки противостоят выталкиванию верха стен здания, которое могло бы произойти из-за нагрузки от крыши. Затяжки значительно увеличивают сопротивление деревянной структуры ветровым нагрузкам в сравнении с потолочными лагами прибитыми к верхним обвязкам стен. Liu (1993)
Потолочные лаги прибитые к концам стропил (и обычно к верхним обвязкам стен) являются также затяжками, расположенными на стенах и формирующих низ треугольника крыши, как видно на рисунке ниже.
В зависимости от архитектуры здания, законченная плоскость потолочных лаг в нижней части треугольника крыши, создают плоский потолок между противоположными стенами дома, или потолок может частично крепиться к низу стропил и частично к низу затяжек стропил, образуя наклонный потолок.
Шаг схваток или затяжек и правила их крепления
В международном строительном коде обычно указывается, что при использовании затяжек, их шаг должен быть от 300 до 600 мм в зависимости от конструкции крыши и шага стропил. Там, где затяжки не устанавливаются между каждой парой противолежащих стропил, в правилах указывается, что
Затяжки должны быть установлены с шагом не более 1200 мм и крепления должны соответствовать шагу стропил, указанному в таблице 2308.10.4.1.
Следующий абзац это выдержка из международного строительного кода (ICC) раздел Потолочные лаги и Стропильные связи.
2308.10.4.1 Потолочные лаги и стропильные связи.
Потолочные лаги и стропила должны прибиваться друг к другу, и всё вместе прибиваться к верхним обвязкам стен в соответствии с таблицами 2304.9.1 и 2308.10.1. Потолочные лаги должны быть цельными или составными с надежными креплениями над внутренними перегородками или балками, и скреплены с прилегающими стропилами в соответствии с таблицами 2308.10.4.1 и 2304.9.1 , для обеспечения непрерывной связи со стропилами, в случае, если стропила располагаются параллельно лагам потолка. Каждый конец потолочных лаг должен иметь опору на верхнюю обвязку стен не менее 38 мм.
Шаг затяжек должен быть не более 1200 мм. Крепления затяжек со стропилами должны подбираться с учетом соответствующего шага стропил, определяемого по таблице 2308.10.4.1. В случае применения шага 800 мм между затяжками, количество гвоздей длиной 90мм должно быть вдвое больше, чем при шаге 400 мм, минимальное количество гвоздей 4 штуки, там где не бывает снеговой нагрузки.
При шаге 1200 мм между затяжками, количество гвоздей длиной 90 мм должно быть вдвое больше, чем при шаге 600 мм, при минимальном количестве в 6 штук при отсутствии снеговой нагрузки. Потолочные лаги или затяжки и соединения должны быть достаточного размера и количества, чтобы предохранятся от раскалывания при вбивании гвоздей. http://publicecodes.cyberregs.com/icod/ibc/2012/ic.
Таблица 2308.10.4.1, Крепления затяжек в соответствии с углом наклона крыши, шага стропил и нагрузок на крышу, а также от величины пролета крыши.
Местные требования правил имеют преимущества и в них могут быть указаны другие требования.
Поддержка затяжек при перпендикулярном расположении стропил по отношению к потолочным лагам
Когда устанавливаются потолочные лаги перпендикулярно стропилам, тогда требуется установка соответствующих затяжек, или невысокая стена, служащая опорой и располагаемая на балке лежащей на противоположных наружных стенах. Верх балки должен быть как минимум на 25 мм выше обшивки потолка и проходить под стропилами, предотвращая передачу нагрузки от крыши на потолочное покрытие.
Там, где потолочные лаги не параллельны стропилам, используются соответствующие затяжки, которые устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить непрерывное связывание стропил на всем здании с шагом не более 1200 мм. Крепления должны подбираться по таблицам 2308.10.4.1 и 2304.9.1, или должны быть подобраны соответствующие нагрузкам другие крепления. Там где не используются потолочные лаги или затяжки, коньковая балка должна опираться на колонну в соответствии с Разделом 2308.4.
Источник: eplan.house
Всё о висячих стропилах: от особенностей конструкции до технологии монтажа
В этой статье мы расскажем о том, что такое висячие стропила. Вы сможете узнать, чем примечательна такая стропильная система и какие конструкции можно создать по данной технологии. Подробно будет рассмотрена трёхшарнирная ферма и её возможные модификации. Также в статье есть информация о распространённых видах и способах стыковки конструктивных элементов висячей стропильной системы. Ещё Вы можете найти информацию об основных принципах расчёта висячих стропил, а также о процедуре монтажа такой конструкции.
Немного об особенностях висячей стропильной системы
Висячие стропила – это один из видов стропильной системы. Тип конструкции выбирается ещё на этапе проектирования. Вариантов два. Можно использовать наслонные стропила, но только если внутри есть перегородки, которые могут послужить опорой. В противном же случае подойдёт висячая стропильная система, потому что такая конструкция опирается только лишь на внешние стены.
Чаще всего висячие стропила используются для строительства однопролётных жилых домов, складских и промышленных помещений, торговых павильонов, а также при строительстве мансард.
Несмотря на то, что висячие стропила не имеют никакой внутренней опоры, благодаря особенностям своей конструкции они не прогибаются. По такой технологии можно перекрывать пролёты длиной аж до 17 м.
Но сами стропила в висячей системе – это лишь часть конструкции. Кроме них используются ещё и бабки, подкосы, ригеля, затяжки. Висячая стропильная система может состоять из ферм или арок.
Если речь идёт о конструкции в виде ферм, то здесь две стропильные балки соединяются в верхней точке и получается треугольный каркас. По горизонтали такой элемент укрепляется затяжкой, которой может послужить брус или доска. Но бывают и металлические затяжки, изготовленные из профилированной стали. Их называют тяжами.
Затяжка – это важная часть конструкции висячих стропил. Дело в том, что стропильные ноги, просто упёртые в стены, стремятся разъехаться. А балка между ними помогает сохранять заданную форму. При этом на стены не передаётся горизонтальный распор. При использовании висячей стропильной системы давление на постройку оказывается только в вертикальном направлении.
Затяжка может быть расположена не только в нижней части фермы. Часто её сдвигают ближе к коньку. От расположения затяжки завися её функции. Если она находится у основания стропил, то её можно использовать в качестве каркаса перекрытия. При строительстве же дома с мансардой необходимо две затяжки: балка у конька послужит основанием для потолка подкровельного помещения.
В случае, если расстояние между опорами стропильной системы более 6 м, то стропильные ноги укрепляют раскосами или бабками, а затяжку делают не цельной, а срощенной из двух балок.
Варианты конструкций с использованием висячих стропил
Существует несколько вариантов конструкций в виде ферм с использованием висячих стропил. Рассмотрим их все по отдельности.
Треугольная шарнирная ферма
Это простейшая ферма в форме треугольника. Состоит она из двух стропильных ног, которые соединяются в коньке. Их нижние основания упираются в горизонтальный брус – мауэрлат. Затяжку устанавливают у основания стропильных ног. При использовании такой технологии высота конька должна составлять не менее 1/6 от длины пролёта.
Такая схема используется очень часто. Её основным достоинством является простота. Здесь стропила работают на изгиб, а затяжка на растяжение, благодаря чему получается удачное распределение нагрузок.
Для снижения степени изгиба стропильных балок, врубку конькового узла выполняют с эксцентриситетом. Благодаря этому во время воздействия на кровлю нагрузок извне вместе с обычным изгибом появляется сгибающий момент противоположного направления. Это позволяет значительно уменьшить изгибающую деформацию. Ещё такое решение даёт возможность использовать балки меньшего сечения, благодаря чему можно сэкономить на строительных материалах.
Шарнирная ферма с бабкой
Это более сложная схема, подходящая для пролетов от 6 м по длине. Дело в том, что длинная затяжка будет испытывать слишком большие нагрузки и со временем начнёт прогибаться под собственным весом. Чтобы этого не было, её подвешивают к коньку. Конструкция дополняется ещё одним элементом – бабкой. Бабка представляет собой деревянный брусок или стальной прут, идущий от конька до середины затяжки.
Таким образом, с помощью бабки можно поддержать слишком длинную затяжку и нивелировать её прогиб. Сама же затяжка должна состоять из двух балок, срощенных между собой.
Несмотря на простоту конструкции, при строительстве шарнирной фермы с бабкой часто допускают ошибки. Бабка должна работать только на растяжение, но никак не на сжатие. Проблема в том, что часто этот элемент путают со стойкой и упирают в затяжку, из-за чего сама бабка сжимается, а не растягивается.
Путаница может возникнуть потому, что стойка и бабка очень схожи по своему устройству. Но их предназначение, как и принцип работы, совершенно разные. Бабка, в отличие от стойки, жестко не закреплена с затяжкой. Она подвешена на карнизном узле, а к ее нижней части с помощью хомутов крепится затяжка.
По длине балку затяжки набирают из составных частей. Элементы соединяются между собой косым или прямым прирубом и фиксируются болтами. Бабка же с затяжкой стыкуется посредством хомута.
Такая схема больше подходит для промышленных или складских помещений с большими пролётами.
Шарнирная ферма с приподнятой затяжкой
В такой конструкции затяжка располагается не в основании, а сдвигается ближе к коньку. Чем выше место установки, тем больше растягивается балка. Ферму с приподнятой затяжкой применяют при строительстве мансардных домов. При этом от высоты места крепления балки над перекрытием зависит высота потолка.
Стропильные ноги укрепляются на мауэрлат. При этом используется подвижный тип крепления. Иначе кровля будет деформироваться при перепадах температуры и влажности. К тому же, если на скаты будет действовать нагрузка только с одной стороны, то стропила смогут съехать в сторону на определённое расстояние, скомпенсировав неравномерность этой нагрузки. Крыша же всё равно останется в целости и сохранности, ведь стропила устанавливаются с выносом в обе стороны.
При обустройстве мансарды приподнятая затяжка обычно используется в качестве основы для потолка, поэтому её нужно защитить от провисания. Для этого стоит соорудить подвеску, идущую от конька к середине балки. Если же затяжка длинная, то требуется использование нескольких подвесок, а при больших предполагаемых нагрузках все стыки дополняются хомутами.
Шарнирная ферма с ригелем
Схема очень похожа на предыдущую. Отличие в том, что нижняя подвижная опора заменяется на жёсткий неподвижный стык. Стропильные ноги врубаются в мауэрлаты и фиксируются болтами.
Такое решение изменяет тип конструкции. Теперь стропильная система действует с распирающими усилиями на стены и мауэрлаты. Затяжка заменяется на ригель, представляющий собой затяжку, работающую на сжатие, который выносится ближе к коньку.
Но крыша с большой расчётной нагрузкой требует установки не только ригеля, но и дополнительной затяжки. В итоге получается конструкция, напоминающая усиленную трёхшарнирную арку.
Ферма с подвеской и подкосами
Эта схема представляет собой усовершенствованную конструкцию фермы с бабкой. Используется в тех случаях, когда длина пролёта настолько большая, что происходит прогиб затяжки и стропильных ног под собственным весом. Поэтому используются подкосы, которые подпирают стропильные балки. Чаще всего подкосы упирают во внутренние стены, но из-за того, что такой вариант не применим для висячей стропильной системы, опорой для подкосов служит бабка.
Для больших пролётов применяются не только длинные стропила, но и длинная затяжка. Она должна набираться из отдельных элементов, соединяемых между собой прямым или косым прирубом. Бабка и затяжка соединяются через хомут.
Можно заметить, что все существующие конструкции ферм с висячими стропилами являются лишь усовершенствованиями треугольной шарнирной фермы. Остальные элементы, такие как бабки, ригели и затяжки, только повышают жёсткость системы и позволяют использовать её для больших пролётов.
Видео описание
Вот небольшой и общий видео обзор висячей треугольной стропильной системы:
Основные виды соединений элементов
Для создания надёжной и функциональной стропильной системы любого типа необходимо правильно стыковать между собой все элементы. Только в этом случае они будут выполнять надлежащую функцию и предотвратят деформацию.
В верхней точке стропильные балки совмещаются и стыкуются путём врубки, встык или внахлёст. Этот узел конструкции называется коньковым. Крепление встык предполагает обрезку стропил под углом и скрепление их с помощью металлических или деревянных накладок. При соединение внахлёст же стропильные ноги накладываются друг на друга и соединяются болтами или шпильками, а ненужные углы обрезаются.
Соединение врубкой вполдерева похоже на соединение внахлест. Но в этом случае верхушки стропил накладывают друг на друга после выпиливания выемок в половину толщины бруса. Потом выпиленные части соединяют, в них просверливают сквозное отверстие и стягивают их болтом.
Видео описание
Видеоролик об ещё одном интересном и надёжном способе стыковки стропильных балок «в замок»:
При создании висячей стропильной системы приходится часто стыковать между собой основания балок и затяжку. Обычно для такого соединения применяется лобовая врубка с одинарным или двойным зубом. Также может использоваться крепление встык. Приподнятая затяжка накладывается на стропила встык с последующей фиксацией с помощью болтов.
Как было уже сказано, стропила соединяются с мауэрлатом подвижным или жёстким способом. Первый вариант выполняется с использованием скользящих металлических пластин и плоских крюков, что допускает незначительные смещения балок. Для жёсткого крепления используется врубка зубом или крепление с опорным бруском.
Немного о том, как рассчитываются висячие стропила
Висячие стропила, их конструкция и узлы требуют точного расчёта, потому что представляют собой сложную систему. На этапе проектирования нужно учесть множество факторов и все эксплуатационные особенности здания. Ошибочные данные могут привести к деформациям кровли и даже к её обрушению.
Расчёт висячей стропильной системы лучше доверить профессионалам. Но можно использовать уже готовый проект постройки. Для того же, чтобы примерно прикинуть расходы на создание такой крыши и сравнить технологии, можно воспользоваться онлайн калькулятором стропильной системы. В интернете таких сервисов достаточно много.
Для расчёта необходимы такие параметры:
- Габариты перекрываемого помещения;
- Наличие мансарды;
- Максимальная нагрузка на кровлю в вашем регионе;
- Угол уклона скатов крыши;
- Материал, из которого состоят стены;
- Предполагаемый тип кровельного покрытия.
Результатом расчёта будут такие параметры, как сечение стропил, величина шага, а также тип и форма ферм.
Видео описание
Этот видеоролик рассказывает об основных принципах расчёта стропильной системы дома:
Монтаж висячих стропил
После того, как тип стропильной системы выбран и имеется проект со всеми расчётами и с указанием всех значений, можно переходить к монтажным работам.
Есть определённая последовательность действий при монтаже висячей стропильной системы:
- Сначала отмечают центр крыши, после чего, ориентируясь на него, набивают по фронтонам две доски, на которых ставятся отметки по высоте конька.
- Изготавливается шаблон стропильной ноги, по которому потом изготавливаются все балки. Для это берут доску и одним её концом прислоняют к мауэрлату, а другим к отметке высоты конька. Снизу и сверху отмечают места будущих запилов.
- По шаблону изготавливается нужное число стропильных ног. Они должны делиться на правые и левые стропилины в зависимости от их расположения в ферме.
- Собирается первая ферма. Для этого соединяются две стропилины. Далее устанавливают затяжку, ригель или бабку, если это предусмотрено проектом.
- Крайняя ферма поднимается на крышу и устанавливается на мауэрлаты. Крепится ферма целиком только неподвижным способом с помощью болтов, гвоздей или саморезов. Со стороны второго фронтона устанавливается ещё одна ферма.
Далее между первой и последней фермой натягивается верёвка, на которую потом ориентируются при установке следующих элементов.
Оставшиеся арки выставляют между фронтонами с шагом, предусмотренным проектом. Уровень арок по высоте контролируют натянутой верёвкой. Для исправления небольших погрешностей в размерах, высоту регулируют путем подкладки под стропилины деревянных дощечек.
На этом монтаж стропильной системы заканчивается. Далее следует укладка изоляционных материалов и установка кровельного покрытия.
Видео описание
Вот интересный видеоролик о монтаже висячей стропильной системы:
Заключение
Висячие стропила – одна из разновидностей стропильной системы, отличающаяся тем, что она не требует никакой внутренней опоры. Благодаря особой конструкции, с помощью такой технологии можно перекрывать постройки с большими пролётами. Чаще всего висячая стропильная система состоит из ферм, реже – из арок. Технология проверена временем и хорошо зарекомендовала себя в качестве стропильной системы, как жилых домов, так и промышленных помещений.
Источник: m-strana.ru