Подавляющее большинство каркасов под обустройство крыш и укладку кровельных покрытий используют рядовую древесину, купленную на ближайшем складе или даже просто на лесопилке. Такой подход упрощает жизнь строителям и создает головную боль хозяевам и жильцам, через несколько лет приходится стропильную систему подвергать ревизии, выбраковывать отдельные элементы и выполнять усиление стропил.
Почему необходима ревизия и периодический контроль состояния стропильных конструкций
Дерево, как никакой другой материал, подходит для сборки каркаса крыши, но при этом деревянные стропила оказываются самой уязвимой частью конструкции. В теории древесина может легко простоять без потери основных прочностных качеств более 50 лет, но на практике обеспечить сохранность материала стропильных балок оказывается не так просто. Процессы гниения древесины, деформации и растрескивание из-за усыхания и неправильного распределения нагрузки зачастую могут привести к потере несущей способности конструкций стропильных ног.
Наиболее критичные зоны системы стропил можно перечесть по пальцам:
- Опорная часть мауэрлата и стропильных ног;
- Места соединений и креплений подкосов или распорок, любых силовых элементов каркаса;
- Места опор стропил на коньковый брус;
- Срединные части висячих стропильных балок.
Важно! Нельзя использовать для изготовления стропил или других элементов каркаса пиломатериал, взятый непосредственно с лесопилки или на торговом складе. До использования доска и брус должны высохнуть под нагрузкой в сложенном состоянии пакете.
Чтобы правильно выполнить усиление, необходимо ясно представлять причины, по которым каркас начинает проседать или терять прочность:
- Если собрать систему стропил из недосушенного или «больного» материала, распределение нагрузки на балки будет неравномерным, в результате часть балок будет перегруженной, а часть работать «вхолостую». Поэтому, прежде чем стараться провести усиление прогибающихся или подламывающихся стропил, необходимо снять и перераспределить нагрузку;
- Нижняя половина стропильных ног всегда находится в более тяжелом состоянии, особенно, если усиление при сборке было выполнено неправильно. Любые точки опоры на стойках или подкосах, в местах соединения стропил с мауэрлатом заставляют балку стропило работать в самом тяжелом режиме - при знакопеременной циклической нагрузке. Именно в этой точке рвутся волокна древесины, и требуется правильное усиление;
- Нарушение условий вентиляции и удаления избытка влаги из подкровельного пространства. В этом случае поверхность стропил покрывается трещинами, что приводит к интенсивному поглощению влаги, развитию процессов гниения и деформации.
В этом случае усиление возможно лишь за счет замены пораженных участков, установки подкладных балок и элементов.
Ремонт и усиление соединений
На сегодня в строительстве каркасных крыш используется две основные технологии усиления - конструкционное и ремонтное. Конструкционный тип усиления подразумевает использование способов крепежа накладок, переходных и вспомогательных элементов, позволяющих концентрированную нагрузку превратить в распределенную. Например, соединение стропил в коньке можно выполнить креплением оголовков балок внахлест, но для наслонных стропильных балок рекомендуется выполнить усиление установкой стальных пластин или досок, скрепленных минимум 5-7 гвоздями или болтами.
Конструкционное усиление стропил
Очень редко когда удается построить каркас крыши простой установкой стропил, без использования элементов усиления — подкосов и распорок. Во-первых, такой способ устройства подойдет для очень небольших построек - дачных домиков или бани, а во-вторых, отказ от усиления потребует использования очень массивных и тяжелых балок и брусов, что увеличивает стоимость постройки крыши в разы. Даже для простого односкатного варианта кровли архитектор обязательно использует усиление в виде вертикальных опор и боковых подкосов.
Важно! Самым уязвимым и проблемным местом являются узлы соединения стропильных балок и элементов усиления. Если соединяемый участок выполнен неправильно, деформация и разрушение неизбежны.
Например, рассмотрим вариант усиления вертикальной стойкой длинномерного стропило. Если вместо подвижной опоры, как на схеме, использовать жесткое закрепление накладной пластиной, неизбежно создается изгибающий момент в месте крепления в коньке и увеличивается поперечная нагрузка на стропильной балке. Вместо разгрузки получается перенос и концентрация напряжений в самом уязвимом месте — центральной части балки.
Наиболее сложными в расчете и правильном выборе установки силовых элементов являются круглые и многоугольные каркасы, например, крыша — эркер или конусный вынос. На приведенном фото хорошо видно, насколько сложной и дорогой получается установка стропил на мауэрлате.
Внутренний ряд усиления балок опорными стойками имеет свой ряд затяжки и соединение с мауэрлатом. Система несущих балок во многом напоминает вальмовое строение, особенно в части соединения нарожников с угловым каркасом ендова. Из-за большой длины наслонных стропил строители применили удлинение и одновременно усиление части балки, находящейся за точкой опоры на стойке. Стальные пластины гарантируют увеличенную прочность нижней части ската.
Ремонтное усиление стропильных балок
Самым простым примером усиления является увеличение стропил по длине. Проще всего получить стропило большой длины - выполнить соединение двух коротких балок накладным отрезком доски или бруса. При этом в стропилах не используют усиление или соединение с помощью косого среза, широко применяемого для досок мауэрлата. Соединенные таким способом стропила не способны обеспечить необходимую поперечную жесткость балки.
В качестве примера восстановительного или ремонтного усиления стропил можно указать установку подкладочной доски под балку, имеющую расслоение, трещину или остаточную деформацию. В самых проблемных случаях, когда заменить стропильную балку невозможно, выполняется усиление и восстановление несущей способности сборной фермой по схеме, приведенной на рисунке. Чаще всего такой вид усиления используется для наслонных стропил.
Усилению подвергается и опорная поверхность, например, если из-за недостаточно эффективной или неправильно организованной вентиляции подкровельного пространства конденсат, образующийся на пароизоляционной мембране, стекает к опорной поверхности деревянных стропил на мауэрлате. Если опорная часть балки сгнила или имеет поражение вредителями, ее вырезают и устанавливают стальной каркас, часто именуемый протезом.
Если деструктивные процессы коснулись и мауэрлата, возможно изменение одноопорной версии на двухопорную. В этом случае параллельно основной доске мауэрлата укладывается дополнительный брус, на который опирается усиливающий установленный элемент подкоса, забирающий на себя львиную долю нагрузки.
Нередко проседание и деформация каркаса происходит из-за неправильной установки и крепления гвоздями в тех местах, где необходимо использовать резьбовое соединение со стальными пластинами - накладками. Не следует удалять старый крепеж и пытаться восстановить соединение новыми гвоздями, это даст в лучшем случае временный эффект. Более надежным получается усиление с помощью накладных планок или металлических пластин с отогнутыми краями отверстий.
Заключение
Основное правило усиления заключается в том, что старое крепление не удаляется, в дополнение монтируются «помощники» — стальные или деревянные накладки, воспринимающие часть усилий. Если их использование не дает нужного эффекта, в таком случае приходится прибегать к установке полноценных силовых рам и ферм, но опять же без демонтажа стропил.
Усиление стропильной системы обычно требуется, если в процессе эксплуатации крыша не выдерживает нагрузки и деформируется. Как правило, это является результатом ошибок в расчетах или при монтаже.
Увеличение несущей способности стропильных ног
Стропильную систему дома, гаража, бани и других построек следует регулярно проверять на предмет повреждений и деформаций. Вовремя выполненное усиление стропил позволит избежать разрушения крыши и дорогостоящего ремонта. В случае гаража, поврежденным может оказаться и автомобиль, что связано с серьезным финансовым ущербом. Усиление несущих способностей стропил может потребоваться в стропильной системе любого типа. С этой целью чаще всего практикуется установка разгружающих балок («подмог»), монтаж подкосов либо двухсторонних накладок.
Если стропила подобраны по прочностным характеристикам, они не всегда имеют необходимые показатели на прогиб, соответствующие СНиПу «Нагрузки и воздействия». Таким образом, требуется увеличить площадь поперечного сечения стропила. Усиление тонких деревянных стропил кровли гаража или другой постройки выполняется при помощи дополнительных деревянных балок – подмог. Балка крепится к нижнему поясу стропила в пролете между подстропильной ногой и мауэрлатом. В качестве крепежного элемента может использоваться металлическая зубчатая пластина либо болтовые хомуты.
Особое внимание следует уделить усилению узла опирания неразрезной стропильной ноги на подкос.
В месте опирания неразрезного стропила крыши дома или гаража на подкос возникает максимальный изгибающий момент. Необходимо избежать прогиба в данном узле, для чего требуется увеличить сечение стропильной ноги накладками, установленными с обеих сторон. Размеры дощатых накладок подбираются исходя из расчетных параметров сечения при максимальном изгибающем моменте. Усиление стропильной ноги дощатыми накладками выполняется с использованием болтовых хомутов либо гвоздей. Если увеличить длину подмоги и вывести ее за край опирания на подкос, то эта балка заодно будет выполнять функцию накладки, усиливая опорный узел, помимо увеличения жесткости пролета .
При реконструкции крыши нередко требуется выполнить более крутой кровельный скат. Чтобы не заменять полностью стропильную систему гаража, бани или жилого дома, монтируют новые стропила, скрепляя их со старыми. Сращивание деревянных элементов выполняется при помощи перекрестной дощато-гвоздевой стенки. Полученная ферма имеет заданный уклон и обеспечивает повышенную жесткость конструкций. Следует учитывать, что такой подход не позволяет увеличить пространство мансарды или чердачного помещения при переделке крыши .
Усиление нижней части стропильных конструкций
К наиболее уязвимым частям стропильных конструкций гаража, дома или других построек, относятся нижние части стропильных ног, опирающиеся на мауэрлат, и сами балки мауэрлата. Если при возведении конструкций использовался сырой пиломатериал, либо происходит увлажнение древесины вследствие протечек кровли или недостаточной гидроизоляции между мауэрлатом и кирпичной кладкой гаража или дома, происходит загнивание деревянных элементов и снижение прочности конструкций. Причиной попадания или конденсации влаги также могут служить повреждения пароизоляции, закупорка или повреждение вентиляционных продухов .
Чтобы усилить каркас крыши, устанавливаются дополнительные подкосы. Такой подкос крепится к нижней части стропила и упирается в мауэрлатную балку или дополнительный лежень. Чтобы повысить устойчивость конструкций фермы, нижние концы подкосов, установленных дополнительно, желательно немного раздвинуть. Уперев подкосы в дополнительный лежень можно снять изгибающий момент с пролета между подстропильной ногой и мауэрлатом.
Укрепление поврежденной стропильной системы
Если требуется замена сгнившей части мауэрлата или участков стропил крыши гаража или другой постройки, применяются дополнительные накладки. Усиление с помощью деревянных накладок выполняется при единичном повреждении одиночных стропил. Накладки крепятся при помощи болтов или гвоздей, при этом накладка должна нижним торцом опираться на балку мауэрлата и дополнительно фиксироваться на нем при помощи скрутки из катаной проволоки.
Усиление конструкций при помощи прутковых протезов применяется при массовых повреждениях деревянных стропил. В этом случае усиление подразумевает демонтаж поврежденных частей конструкций. Поврежденная стропильная нога закрепляется на временных опорах, затем часть кровельного покрытия разбирается, и прогнивший участок стропила выпиливается. Из нового бруса изготавливается «протез» - элемент, размеры которого соответствуют выпиленному куску стропила. Протез устанавливается на место удаленного фрагмента с опорой на мауэрлат.
Если усиление конструкций требует частичной замены мауэрлата, укрепление каркаса крыши выполняется по следующей технологии. Стропильные ноги закрепляются на временных опорах, сгнивший фрагмент мауэрлата демонтируется. На костыли, забитые в кладку, необходимо уложить балку подходящего сечения, длина которой должна составлять около 1 метра. На перекрытие либо стену укладывается кусок лежня той же длины. Затем стропильную ногу требуется укрепить двумя подкосами, упирающимися в новую балку.
Усиление конструкций скатной крыши подразумевает комплекс работ, направленных на исправление повреждений деревянных элементов, подвергшихся биологическому разрушению, либо на устранение деформаций стропил и узлов крепления. Чаще всего можно столкнуться с такой проблемой, как прогиб стропильных ног в процессе эксплуатации кровли, но внимательно следует отнестись и к качеству крепления стропил еще на этапе возведения кровли гаража или других построек .
Одним из принципиально важных узлов является место крепления стропил к коньку крыши. При наличии расхождений, необходимо оперативно исправить это дефект . Технология работ может потребовать применения домкрата, чтобы обеспечить плотное прилегание стропильной ноги в коньковой части. Место, где стыкуются стропила, необходимо качественно укрепить. Усиление выполняется при помощи металлической перфорированной полосы, либо деревянной накладки из доски толщиной не менее 2 см. Накладка монтируется непосредственно под коньком.
Далее следует устранить прогиб стропил. С этой целью задействуется гидроцилиндр. При помощи саморезов рекомендуется с внутренней стороны стропила выполнить крепление деревянных треугольных упоров. После чего стропило выпрямляется при помощи гидроцилиндра и устанавливается жесткая распирающая перемычка, которая предотвращает деформацию фермы крыши под внешними нагрузками.
Чтобы выполнить усиление деревянных стропильных ног методом наращивания бруса, необходимо подготовить брус необходимой ширины – она должна соответствовать размерам стропила, либо немного превосходить их. Прежде чем выполнять надежную фиксацию усиливающего бруса, данный элемент лучше всего закрепить на стропиле при помощи саморезов. Далее следует выполнить несколько сквозных отверстий через стропильную ногу и укрепляющий брус для крепления элементов шпильками.
Отверстия должны располагаться в шахматном порядке, с шагом около 30-50 см. Такой принцип крепежа дает возможность увеличить сопротивление конструкции при нагрузках на изгиб. Диаметр отверстий должен точно соответствовать диаметру крепежных элементов. В подготовленные отверстия вставляются резьбовые шпильки, на их концы надеваются широкие шайбы и навинчиваются самоконтрящиеся гайки – это позволяет создать надежный крепеж, который не разболтается в процессе эксплуатации стропильной системы. Затягивание гаек выполняется до появления звука потрескивания древесины.
Стропильная система - это каркас крыши, который является основанием для настила кровельных покрытий.
Стропильная система призвана выдержать нагрузку крыши с учетом стихийных нагрузок: ветров, снега, дождя.
Вариант крыши утверждается еще на стадии проекта.
Назначение кровли включает в себя несколько функций: тепло в доме, защита помещения от природных явлений, поэтому стропильной системе необходимо уделить особое внимание.
Как произвести расчет стропильной системы вы можете прочитать .
Принято классифицировать стропильные системы, чтобы задача по выбору варианта будущей кровли решалась легче:
- Односкатные . Самые простые. Больше подходят для подсобных помещений, бань, небольших частных домов, беседок . Предусматривает наклонное положение конструкции под небольшим углом (не более 25°);
- Двускатные . Используются для небольших домов и дачных построек . Имеют вид треугольника, при котором стропильные доски соединены балкой и находятся под определенным углом;
- Двухскатные ломаные . Имеют два ската с переломом, благодаря которому есть возможность увеличить площадь мансарды ;
- Трехскатные (полувальмовые). Имеют два ската формы трапеции , которые соединены одним торцевым треугольным скатом (вальмой);
- Четырехскатные (вальмовые). Используются для жилых построек , требуют значительных трудозатрат. Имеют два торцевых треугольных ската и два трапециевидных;
- Шатровые. Используются для построек квадратной формы. Состоят их четырех треугольных скатов, верхний угол которых соединен в центре кровли;
- Многощипцовые. Состоят из трапециевидных или других скатов разных форм, соединенных между собой.
Самые подходящие конструкции для - и ломаные двухскатные. Есть другие , но они менее распространены и не настолько практичны, как вышеперечисленные.
Стропильные конструкции еще классифицируются на:
- Висячие. При таком виде каркаса кровли по причине отсутствия несущих стен в помещении;
- Наслонные. Вариант стропильной установки, предусматривающий опору на несущую внутреннюю стену или опору в здании .
Расчет материала для каркаса кровли при проектировании здания ведется исходя из задуманной конфигурации и нагрузки. Стропила для своими руками сделать не трудно, важно подойти к делу с умом.
Стропильные системы наслонного и висячего типа
Расчет нагрузки на стропила
Для правильного расчета нагрузки на стропила необходимо учитывать множество факторов, которые способны повлиять на тяжесть конструкции.
Важные показатели, которые следует учесть:
- Нагрузка постоянная: включает в себя массу кровельного пирога, покрывного материала;
- Нагрузка временная: постоянное и максимальное количество снега, дождей, интенсивность ветреных порывов, а в районах с высокой сейсмичной активностью - действие штормовых ветров, смерчей, ураганов.
Кроме того следует иметь ввиду массу и прочность стропильных ног, а также обратить внимание на крепление стропил двухскатной крыши и вариант монтажа.
Схема стропильных систем
Расстояние между стропилами двухскатной крыши и толщина стропила
Шаг стропил двускатной крыши - это пустое место между стропилами. От правильного расчета шага зависит функциональность крыши. Как правило, шаг составляет около метра.
Для более точного расчета расстояния между стропильными досками существует определенная схема расчета:
- Определяют длину ската.
- Длину ската делят на расстояние между стропилами.
- Чтобы определить количество стропильных досок, к полученному значению добавляют единицу и округляют в сторону большего значения. Так определяют, сколько досок надо на скат.
- Длину ската делят на количество досок, получают расстояние между стропилами.
Такой расчет не всегда окончательный.
Дополнительно следует учесть нагрузку кровельного покрытия (его массу), толщину стропила, а так же размеры стропил для двухскатной крыши.
Толщина стропильной доски во многом зависит от покрывного материала:
- . Доски применяют сечением 5х20 см при шаге от 60 до 90 см с настилом обрешетки сечением 4х5 см;
- . Доски стропильные - 5х15 см, шаг - от 60 см до 95 см;
- . Сечение доски - 6х18 см или 5х15 см, расстояние между брусками — от 80 см до 130 см;
- . Сечение стропила - 5х15 см, 5х10 см при шаге от 60 см до 90 см;
- . Сечение бруса такое же, как на профнастил при шаге 60-80 см.
Следует учитывать все показатели и точно рассчитать толщину стропила, чтобы не было чрезмерной нагрузки на фундамент.
Неправильный расчет длины стропил двускатной крыши, а так же неправильный расчет показателей шага могут привести к провисанию кровли.
Установка стропил двухскатной крыши своими руками требует учесть еще вес стропильной доски и всех дополнительных креплений конструкции.
Из чего состоит стропильная система
Стропильная конструкция - сложная система и установка стропильной системы двухскатной крыши не лёгкая задача. Стропильная система состоит не только из стропильных досок, но и из других дополнительных элементов:
- Мауэрлата. Элемента, который распределяет всю нагрузку равномерно на опоры;
- Прогона. Доски, скрепляющей ноги стропила: вверху - конек, сбоку - боковой прогон;
- Затяжки. Соединительной балки, которая препятствует расхождению стропильных ног;
- Подкосов, стоек. Брусков, которые фиксируют устойчивость стропил, упираясь в лежень;
- . Решетка из брусков, которая накладывается перпендикулярно стропилам. Переносит нагрузку покрывного материала на стропильный каркас;
- . Соединительной балки, служащей объединением скатов кровли;
- Кобылки. При недостаточности длины стропильных ног монтируют для образования свеса;
- Свеса крыши. Выходит за пределы нижней линии ската для предотвращения попадания на стены осадков.
Стропильная система подразумевает расположенные в одной плоскости стропила, растяжки, раскосы и стойки. Они расположены таким образом, что основная нагрузка кровельной конструкции падает вертикально на внешние несущие стены. Поэтому изготовление стропил двускатной крыши очень важный процесс.
Из чего состоит стропильная система двускатной крыши
Монтаж стропильной системы с наслонными стропилами
Стропильную систему наслонного типа применяют в том случае, когда длина пролета не превышает 6,5 метра.
При наличии несущих конструкций внутри строения имеется возможность установить дополнительные стойки.
Главной опорой стропильных ног является мауэрлат.
Монтаж мауэрлата
Перед монтажом мауэрлата необходимо установить армпояс. Он состоит из опалубки, в который закладывается арматура и заливается бетоном. В основании при еще не застывшем бетоне устанавливаются шпильки, к которым потом крепится мауэрлат.
Мауэрлат - брус, который укладывается на опору (несущую стену) и является основанием стропильного каркаса. Предварительно укладывается слой гидроизоляционного материала. Если длины бруса не хватает на длину стены, то его наращивают.
- Проверяют равенство диагоналей. Несоответствие в несколько сантиметров может привести к переоборудованию каркаса;
- Закрепляют углы мауэрлата;
- Прикрепляют мауэрлат при помощи шпилек или проволоки. Затяжку шпилек производят в два приема, предварительно просверлив для них отверстия.
От того, насколько прочно будет установлен мауэрлат зависит устойчивость кровельной конструкции.
Поэтому необходимо серьезно отнестись к креплению мауэрлата к несущей опоре.
Монтаж мауэрлата
Лежень
После высыхания мауэрлата (через 5 дней), отмечают на брусе мауэрлата установки лежня : его ось должна быть с одинаковым отступом с каждой стороны от бруса мауэрлата. Лежень крепится на двухслойный гидроизоляционный слой анкерными болтами. К стене с внутренней стороны крепить лежень следует скрутками из проволоки или скобами. Далее делают разметку для установки стропил.
Монтаж стропильной системы двухскатной крыши
Опорными точками наслонных стропил являются стены и стойки внутри каркаса. Стропилы монтируют шарнирными узлами крепления. При использовании ползунков для крепления, обеспечивается небольшое опущение каркаса крыши в первые годы службы кровли.
Такой метод установки необходим для предотвращения перекосов , так как в первые годы здание немного оседает.
Крепить стропильные балки следует либо путем установки их в подготовленные пазы и укрепляют крепежными элементами, либо путем крепления досчатых накладок.
Монтаж стропил
Коньковый узел
Стропила соединяют встык, обрезав край бруска таким образом, чтобы угол при соединении противоположных балок соответствовал углу ската. Забивают стропила под коньком гвоздями. Возможен вариант, при котором балки соединены болтами, гвоздем или шпилькой, то есть внахлест.
При необходимости (если предусмотрено проектом) делается пропил в стропильных балках для крепления коньковой балки (прогона).
Коньковый узел
Стойки
Стойки крепятся при небольшой длине пролета - по центру, по бокам и центру - при более широком основании крыши. Крепление производится вертикально от конька к внутренней стене.
Прогон
Прогон - соединительная балка для закрепления стропильных ног. Крепится болтами или скобами к стойке.
Установка кобылки
Заключительным этапом монтажа наслонной системы является установка кобылок при короткой длине стропильных ног для свеса. Для установки козырька необходимо устанавливать дополнительно небольшие стропильные доски.
Монтаж стропильной системы с наслонными стропилами
Стропильная система двухскатной крыши своими руками: монтаж с висячими стропилами
Стропильная система , оснащенная висячими стропилами, представляет собой треугольную конструкцию , где стороны - стропила, а основание - затяжка, соединенная с нижними пятками стропилин.
Монтаж стропильного каркаса висячего типа может обойтись без установки мауэрлата : доска, которую закрепили на двухслойную гидроизоляцию может его заменить.
Если конструкция имеет большой пролет, то к ней крепят подкосы, бабки, ригели.
Стойки в висячей системе не предусмотрены.
Затяжки
Затяжка является самой длинной балкой каркаса кровли. Чтобы предотвратить ее провис, необходимо крепить бабки - доски, которые крепят к вершине конструкции с одной стороны, а к затяжке - с другой. Крепят болтами или накладками из дерева. С помощью резьбовых хомутов можно регулировать провисающую затяжку.
Устройство стропильной системы
Монтаж подкосных балок
Бабку могут дополнять подкосные балки, образуя ромб, где два подкоса - нижние стороны, а стропильные доски - верхние, верхний угол - конек. Таким образом подкосы упираются в бабку, распределяя нагрузку.
Подкосные балки
Стропила
Стропила висячей конструкции монтируются подобно наслонной. При установке мансард затяжку устанавливают ближе к коньку, обеспечивая большее пространство под потолок. Затяжка в таком случае крепится путем врубки с болтовым закреплением.
ВНИМАНИЕ!
При монтаже висячей системы обязательным условием монтажа является точность расчетов и прочность стропил и затяжки.
Наличие погрешностей приводит к смещению осей элементов системы , что обеспечивает перекос конструкции.
Как установить стропила для двускатной крыши вам подскажет это фото:
Установка стропил
Висячие стропила
Как усилить стропила двухскатной крыши
Усиливать стропила двухскатной крыши необходимо, когда расчет нагрузки произведен неверно или обнаружены дефекты каркаса.
Усиление можно произвести с помощью:
- Балок , которые устанавливаются с целью переноса на них нагрузки;
- Монтажа подкосов с наклонным креплением с упором в лежень;
- Наложения двухсторонних реек;
- Увеличения сечения бруса стропила в месте опор на подкос путем наложения обшивки из досок гвоздями или болтами;
- Стенок из досок, которые крепят к стропилам в местах ожидаемого скопления снега для увеличения несущей способности стропил.
Можно прибегнуть к усилению бруса мауэрлата и основания стропильного бруса. За счет повышенной влажности и снижения вентиляции эти части каркаса более подвержены гниению, поэтому при обустройстве кровли необходимо особое внимание уделить
В принципе я могу предложить один метод, предусматривающий усиление без изменения сечения стропил, а вот понравится он вам или нет - это уже не мне решать.
Итак рассмотрим следующую ситуацию: висячие стропила, представляющие собой треугольную арку с затяжкой или простейшую треугольную ферму (это кому как больше нравится), были выполнены из бруса сечением 15х5 см с шагом 1 м. При этом расстояние между мауэрлатами - пролет арки l = 6 м. Угол уклона кровли - 30°. Впрочем, не будем дальше пересказывать ситуацию, достаточно подробно рассмотренную в различных статьях, например , а просто скажем, что по расчету требуется сечение стропил 15х10 или 20х5 см, т.е. имеющийся момент сопротивления W z = 187.5 см 3 чуть ли не в 2 раза меньше требуемого.
На первый взгляд самым логичным выходом из ситуации будет усиление существующих стропил точно таким же брусом 15х5 см или устройство дополнительных пар стропил, чтобы уменьшить шаг стропил. Но и в первом и во втором случае расходы на усиление будут близки к начальным расходам на устройство стропильной системы.
А между тем есть и другой способ уменьшить значение требуемого момента сопротивления, никогда правда мне не встречавшийся в литературе, посвященной расчету стропильных систем, тем не менее вполне законный с точки зрения теоретической механики.
Всего-то и нужно: изменить расчетную схему.
Как мы знаем, в поперечном сечении посредине однопролетной балки с шарнирными опорами при действии равномерно распределенной нагрузки возникает изгибающий момент, равный М = ql 2 /8. А у такой же балки, но с жестким защемлением на опорах максимальный момент возникает на опорах и составляет M = ql 2 /12, т.е. в 1.5 раза меньше.
Таким образом, если для стропильной системы, показанной на рисунке 462.1.а) (принимаемая расчетная схема показана на рисунке 462.1.б)), мы поставим схватки между стропилами в коньке и между стропилами и затяжкой примерно так, как это показано на рисунке 462.1.в), то полученную систему мы можем рассматривать, как арку из одного стержня с жестким защемлением на опорах (хотя это будет и не совсем правильно).
Рисунок 462.1 . Трехшарнирная арка и одностержневая арка с жестким защемлением на опорах
Такая арка является статически неопределимой, но мы можем упростить задачу, если будем рассматривать стропила как жестко защемленные наклонные балки или как двухпролетные балки на 2 шарнирных и одной жестко защемленной опорах. Только не будем при этом забывать, что на стержни арки действуют нормальные силы, определенные нами ранее.
Сначала рассмотрим наиболее простой вариант:
стропила - наклонная однопролетная балка с жестким защемлением
Как видно из расчетной схемы, приведенной на рисунке 462.1.г), дополнительные стержни не только создают условия, при которых стропила можно рассматривать как защемленную балку, но еще и уменьшают расчетную длину пролета. Так наклонная проекция стропил - трехшарнирной арки с затяжкой, составляла 3 м. Если же мы разместим вертикальные захватки так, что в горизонтальной проекции это составит по 0.5 м с каждой стороны, то только уменьшение расчетного пролета на а = 0.5 м или на (1/6) приведет к уменьшению момента в 1.44 раза, так как
(l - l/6) 2 /l 2 = (25l 2 /36)/l 2 = 25/36 ≈ 0.7 .
Примечание : горизонтальную схватку между стропилами нельзя рассматривать как дополнительную вертикальную опору.
Таким образом общее уменьшение максимального момента составит 1.5·1.44 = 2.16 раз, чего в данном случае вполне достаточно. В численном выражении максимальные изгибающие моменты на опорах защемленной наклонной балки составят:
M c max = ql 2 /12 = 326.1·2.5 2 /12 = 169.844 кгс·м или 16984.4 кгс·см
Такой же момент будет создавать сила, приложенная вертикально на расстоянии 0.5 м от основной опоры и составляющая:
Р = 169.844/05 = 339.7 кг
А значит для крепления вертикальной схватки достаточно:
Такое же количество гвоздей можно принять и для крепления горизонтальной схватки, если узел крепления находится на расстоянии о.5 м от стрелы арки в горизонтальной проекции.
Теперь осталось проверить, выдержит ли затяжка дополнительную нагрузку - две сосредоточенные силы Р, приложенные на расстоянии 0.5 м от каждой опоры. Согласно расчетной схемы 1.3 из таблицы 1 . максимальный момент в поперечных сечениях затяжки составит:
M з = Ра = 339.7·0.5 = 169.844 кгс·м = М c max
Тогда требуемый момент сопротивления для затяжки:
W z тр = M/R = 16984.4/140 = 121.32 см 3
Между тем у нас затяжка имеет сечение 10х5 см и соответственно момент сопротивления W = bh 2 /6 = 5·10 2 /6 = 83.33 см 3 , т.е. в 1.45 раза меньше требуемого и это еще без учета растягивающих напряжений, действующих в поперечных сечениях затяжки.
Если уменьшать расстояние от опоры до вертикальной схватки, то это будет только увеличивать значение изгибающего момента в стяжке, да и количество гвоздей придется увеличивать. А если увеличивать расстояние от опоры до вертикальной схватки, то такую конструкцию уже вряд ли можно рассматривать как жестко закрепленную балку.
И тут вроде бы другого выхода нет, как усиливать затяжку, но если сделать схватки не вертикальные, а под некоторым углом к вертикали, например 35-40°, то такая схватка превратится с одной стороны в вертикальную опору, а с другой в горизонтальную, увеличивающую растяжение в затяжке, оставаясь при этом элементом, обеспечивающим жесткое защемление стропил.
Проверяем. Расчетная длина вертикальной схватки равна:
l в cx = tg30°a = 0.5773·0.5 = 0.2887 м
При угле наклона 35° расстояние а" от наклонной схватки до места, где была бы вертикальная схватка составит:
a" = tg35°l в сх = 0.7·0.2887 = 0.2 м
Тогда изгибающий момент, действующий на затяжку, составит:
М з = Р(a - a") = 339.7(0.5 - 0.2) = 101.18 кгс·м
Увеличение нормальной силы, действующей на затяжку составит:
N" = Psina/cosa = 339.7·0.573/0.819 = 237.86 кг
Тогда максимальные нормальные напряжения, возникающие в поперечных сечениях затяжки, с учетом разности расчетных сопротивлений растяжению и изгибу древесины составят:
(N + N")/F + M з R p /W z R и = (692.927+ 237.86)/50 + 10180·101.9/(83.33·142.7)= 18.61 + 87.26 = 105.9 кг/см 2 > R р = 101.9 кг/см 2
Необходимые условия по прочности нами не соблюдены. Впрочем превышение напряжений составляет менее 4%. С учетом принятых коэффициентов надежности по нагрузке такое превышение можно считать допустимым, а можно еще немного увеличить угол наклона. Это уже на ваш выбор.
Кроме того в действительности значение изгибающего момента будет немного больше, особенно если на участок стропила между наклонной схваткой и мауэрлатом будут опираться доски обрешетки.
При наклонных захватках количество гвоздей также следует увеличить:
n = P/(Tcos35°) = 3.88/0.819 = 4.7 точнее 5 гвоздей .
Если рассматривать стропила, как двухпролетную балку с двумя шарнирными и одной жестко защемленной опорой, то момент на опоре - вертикальной (или наклонной) схватке будет немного меньше, а на жесткой опоре - стреле арки - немного больше. Впрочем и такая расчетная схема не является точно отображающей реальную работу конструкции.
Тем не менее подобный расчет можно произвести, например с использованием метода трех моментов . Ну а для всех остальных совет: добавьте по 1-2 гвоздя в узлах крепления стропил и стяжки со схватками.
Загрузка...
