МЫ - ЭТО:
  Консалтинговая организация г. Сочи, основные направления это:
  - Оценочная деятельность
  - Строительный аудит
  - Землеустроительная экспертиза
  - Судебная бухгалтерская экспертиза
  - Маркетинговые исследования
  - Управление недвижимостью

ПОЗВОНИТЬ НАМ:
  городской
+7 (862) 238-76-69 
  МОБИЛЬНЫЙ
+7 (918) 300-15-80
  ФАКС
+7 (862) 261-44-08

Прочие отчёты:
 Определение соответствия уровня шума
 Анализ заключения экспертов по судебному делу
 Определение периода возведения кровли
 Реконструкция
 Перевод жилого помещения в нежилое
 Определить общую и жилую площадь
 Нарушение вентиляции
 Проверка качества окон
 Обследование бассейна
 Выполнение обмеров
 Промерзания в квартире
 Протечка в квартире
 Автоматическая система защиты от протечек
 Обследование фундмамента дома
 Водоснабжение зданий и отдельных объектов
 Классификация жилых зданий
 Объемно-планировочные и конструктивные решения жилых зданий
 Объемно-планировочные и конструктивные решения общественных зданий и сооружений
 Здания и сооружения
 Конструктивные решения многослойных стен малоэтажных домов
 Характерные дефекты СМР при возведении монолитных каркасных зданий
 Конструкция кровли
 Устройство кровли
 Рекомендации к кровельным работам
 Скатные крыши
 Система водоснабжения квартиры
 Основы проектирования традиционных индивидуальных жилых домов
 Основы проектирования нетрадиционных индивидуальных жилых домов
 Признаки аварийности жилого дома


Скатные крыши

ФОРМЫ КРЫШ

Крыша — это верхняя ограждающая конструкция здания, служащая для обеспечения несущих, гидроизоляционных, а в совмещенных крышах и теплых чердаках (мансардах) еще и теплоизоляционных функций. Крыша должна выдерживать собственный вес, ветровые и снеговые нагрузки, соответствовать противопожарным нормам и нести декоративную миссию. Делают два вида крыш: чердачные и бесчердачные. В чердачных крышах между перекрытием и кровлей имеется помещение. В бесчердачных — перекрытие верхнего этажа и кровля объединены в одну конструкцию. Оба вида крыш делают утепленными или холодными.

Кровля — верхний элемент крыши, защищающий здание от внешних воздействий: дождя, снега, мороза, солнечной радиации, пыли, вредных веществ.

Чердак — это пространство между внутренними поверхностями крыши, наружными стенами и перекрытием верхнего этажа. Он обеспечивает вентилирование конструктивных элементов крыши. Чердачные крыши для большинства зданий выполняют холодными. Чердачная крыша защищает здание только от атмосферных осадков, а теплоизоляция здания делается на чердачном перекрытии.

Мансарда — жилой чердак. В жилых домах делается отапливаемой. Либо не отапливаемой — для летних домиков.

По форме крыши делятся на плоские и скатные (рис. 1).


рис. 1. Формы крыш

Плоские крыши делают с уклоном менее 2,5%. Плоская крыша испытывает большие снеговые нагрузки, чем скатная. Поскольку в ней отсутствует стропильная система, эта нагрузка передается сразу на перекрытие, что предъявляет к нему повышенные требования по несущей способности. Перекрытие домов с плоскими крышами это, чаще всего, сборные или монолитные железобетонные конструкции, в отличие от крыш скатных, где перекрытие может быть деревянным. Отсутствие в плоской крыше стропильной системы лишает ее парусности от воздействия ветровых нагрузок.

В зависимости от формы крыши меняется весь облик здания, при этом внутренняя планировка не меняется или меняется незначительно.

Плоскость крыши по которой скатывается вода, называется скатом. Скатные крыши имеют уклон более 2,5%, они подразделяются на:

  • односкатную, опирающуюся на две наружные стены разной высоты;
  • двускатную, опирающуюся на две наружные стены равной высоты. Треугольные торцовые стены, образующиеся при этой форме, называются щипцами, если они сделаны из досок, или фронтонами, если они сделаны из камня. Отсюда еще одно название этих крыш — щипцовые;
  • вальмовую или четырехскатную — крышу с треугольными скатами (вальмами) по торцовым сторонам. Если вальма не доходит до карниза, крыша называется полувальмовой;
  • шатровую, четыре ската которой выполнены в виде одинаковых треугольников, сходящихся в одной точке;
  • ломаную (мансардную), двускатную, каждая плоскость которой представляет два прямоугольника, соединенных между собой под тупым углом.

Особенности скатных крыш

Форма скатных крыш, чаще всего, образуется стропильной системой крыши. Стропило (или стропильная нога) — это деревянная или металлическая балка, основной несущий элемент крыши. В зависимости от способа укладки и условий работы, стропила подразделяют на наслонные и висячие (рис. 2).

рис. 2. Схемы стропильных и бесстропильных скатных крыш

Наслонные стропила получили свое название от слова настелить («наслонить», «наслать»). Их концы опираются либо на стены разной высоты — балки раскладывают на стенах с определенным расстоянием (шагом) между собой — либо, например, в двускатных крышах, один конец стропила лежит на внешней, а другой на внутренней стене или на специальной несущей конструкции, сделанной по этой стене. Стропильные ноги низом опертые врубкой в мауэрлат, а верхом друг в друга передают на стены горизонтальную нагрузку (распор) от веса крыши и снега. Для нейтрализации распора, мауэрлат уложенный на стенах, жестко закрепляется. Стропила упирающиеся в мауэрлат горизонтальной врубкой, а верхом друг в друга, наоборот, безраспорная конструкция, в которой крепление мауэрлата к стене производится конструктивно.

Висячие стропила верхними концами упираются друг в друга и под местом стыка не имеют опоры. Для нейтрализации распора в нижней части висячих стропил устанавливают дополнительный элемент — затяжку. Таким образом, висячие стропила образуют треугольник, нижний элемент которого работает на растяжение, а на стены передается только вертикальное напряжение от веса крыши и снега.

Форма скатных крыш не всегда определяется стропильной системой. Скаты крыш можно образовывать фронтонами стен и использованием слег. Слега — несущий элемент крыши — балка, уложенная параллельно верху стен. Такие крыши называются бесстропильными, а несущие фронтоны стен — самцами. Бесстропильные крыши, чаще всего, применятся в деревянном рубленом домостроении. Однако замена материала слег с дерева на металл позволят их использование в домах со стенами из мелкоштучных материалов.

Перечисленные на рисунке виды скатных крыш: с наслонными и висячими стропилами или бесстропильные системы, представлены, так сказать, в «чистом» виде. На практике, все они могут быть выполнены на крыше одного дома с использованием отдельных конструктивных элементов. Например, скаты крыши могут сформированы фронтонами стен, на которые будет опираться один конец слег, а другой их конец может быть уложен на несущую ферму из висячих стропил.

В зданиях, стены которых сделаны из кирпича, бетона, пеноблоков или других влагопередающих материалов, пятка стропильных ног опирается на стены через деревянную балку, называемую мауэрлатом. А он, в свою очередь, отделяется от стены слоем рулонной гидроизоляции из рубероида, гидроизола или других подобных материалов. Для вентилирования подкрышного пространства и профилактики загнивания стропил и мауэрлата, а также для осмотра и возможного ремонта, верх мауэрлата устанавливают на стены на высоте не менее 300 мм и не более 500 мм от перекрытия. В домах с бревенчатыми или брусчатыми стенами стропила могут соединятся врубками или скобами с переводами (балками), врубленными между последним и предпоследним венцом сруба.

В конструкциях крыш с наслонными стропилами под опирание верха стропил часто выполняют различные несущие деревянные конструкции: стойки или фермы. Под них, как и под мауэрлат, тоже делается гидроизоляция и укладывается деревянная балка, которую, в этом случае, называют лежнем. И мауэрлат, и лежень монтируются в горизонт, но они могут быть уложены на разных высотах. Низ лежня делают на высоте не более 400 мм от верха перекрытия.

Нагрузки, действующие на несущую конструкцию скатных крыш

На прочность и долговечность конструкций крыш существенное влияние оказывают снег, ветер, дождь, перепады температуры и другие физико-механические факторы, воздействующие на здание.

Снеговая нагрузка

Точную нагрузку от веса снегового покрова, требуемую для расчета несущей способности стропильных систем в конкретном месте строительства, нужно выяснить в районных строительных организациях или установить по СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», а конкретно, по картам, вложенным в «Изменения к СНиП 2.01.07-85» (pdf 6,4 MB). Необходимо обратить ваше внимание на то, что изменения к СНиПу вступили в силу с 2008 г. и в них переизданы ряд карт, в том числе и карта районирования снегового покрова. «Изменения», это практически новый СНиП, заменяющий СНиП 1985 года. В новой редакции СНиП границы районирования не совпадают со старой картой, а расчет нагрузки от веса снегового покрова гармонизирован со структурой Европейских норм.

На рис. 3 показаны нагрузки от веса снегового покрова для расчета по второй группе предельных состояний (с коэффициентом 0,7). Полная снеговая нагрузка (без коэффициента 0,7) по карте районирования, приведена в таблице 1.

Расчетный вес снегового покрова Q на 1 м2 горизонтальной поверхности земли

(таблица 1)

Снеговые районы Российской Федерации 1 2 3 4 5 6 7 8
Q , кПа (кг/м2) 0,8 (80) 1,2 (120) 1,8 (180) 2,4 (240) 3,2 (320) 4,0 (400) 4,8 (480) 5,6 (560)

рис. 3. Районирование территории Российской Федерации по расчетному значению веса снегового покрова.

Расчет несущих конструкций зданий и сооружений выполняют по методу предельных состояний, при которых конструкции теряют способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получают недопустимые деформации или местные повреждения.

Предельных состояний, по которым производится расчет несущих конструкций крыши, может быть два:

Первое предельное состояние достигается в том случае, когда в строительной конструкции исчерпана несущая способность (прочность, устойчивость, выносливость), а попросту, происходит разрушение конструкции. Расчет несущих конструкций ведется на максимально возможные нагрузки. Это условие записывается формулами: , означающими, что напряжения развивающиеся в конструкции при приложении нагрузки не должны превышать предельно допустимых

Второе предельное состояние характеризуется развитием чрезмерных деформаций от статических или динамических нагрузок: в конструкции происходят недопустимые прогибы, раскрываются узлы сочленений. Однако в целом конструкция не разрушается, но дальнейшая ее эксплуатация без ремонта невозможна. Это условие записывается формулой: f < fнор, означающей, что прогиб появляющийся в конструкции при приложении нагрузки не должен превышать предельно допустимого прогиба. Нормируемый прогиб балки, для всех элементов крыши (стропил, прогонов и брусков обрешетки) составляет L/200 (1/200 длины проверяемого пролета балки L), см.

Расчет стропильной системы скатных крыш ведется по обоим предельным состояниям. Цель расчета: не допустить разрушения конструкций либо их прогиба выше допустимого предела. Для снеговых нагрузок, действующих на крышу, несущий каркас крыши рассчитывается по первой группе состояний — на полный вес снегового покрова Q. Эту величину принято называть расчетной нагрузкой т.к. в данном случае речь идет только о весе снега, то ее можно обозначить, как Qр.сн.. Для расчета по второй группе предельных состояний: вес снега учитывается с коэффициентом 0,7 т.е. расчет ведется на снеговую нагрузку равную 0,7Q — эту величину можно обозначить, как Qн.сн. (расчетная нормативная нагрузка от веса снега).

В зависимости от уклона крыши и направления преобладающих ветров снега на крыше может быть значительно меньше и, как ни странно, больше, чем на плоской поверхности земли. При возникновении в атмосфере таких явлений, как снежный буран или метель, снежинки, подхваченные ветром, переносятся на подветренную сторону. После прохождения препятствия в виде конька крыши скорость движения нижних потоков воздуха снижается по отношению к верхним и снежинки оседают на крышу. В результате с одной стороны крыши снега лежит меньше нормы, а с другой больше (рис. 4).

рис. 4. Образование снеговых «мешков» на крышах с уклонами скатов от 20 до 30°

Снижение и увеличение снеговых нагрузок, зависящих от направления ветра и угла наклона скатов, учитываются коэффициентом µ. Например, на двухскатных крышах с углом скатов выше 20° и меньше 30° с наветренной стороны будет лежать 75%, а с подветренной 125% от того количества снега, который лежит на плоской поверхности земли. Значение других коэффициентов µ приведено в СНиП 2.01.07-85 и на рисунке 5.

рис. 5. Схемы нормативных снеговых нагрузок и коэффициенты µ

Толстый слой снега, скапливающийся на крыше и превышающий средненормативную толщину, называется снеговым «мешком». Они скапливаются в ендовах — местах, где пересекаются две крыши и в местах с близко расположенными слуховыми окнами. Во всех местах, где высока вероятность возникновения снегового «мешка», ставят спаренные стропильные ноги и выполняют сплошную обрешетку. Также здесь делают подкровельную подложку, чаще всего из оцинкованной стали, вне зависимости от материала основного покрытия кровли.

Снеговой «мешок», образующийся с подветренной стороны, постепенно сползает и давит на свес кровли, пытаясь обломить его, поэтому свес кровли не должен превышать размеры, рекомендуемые изготовителем кровельного покрытия. Например, для обычной шиферной кровли его принимают равным 10 см.

Направление преобладающего ветра определяется по розе ветров для данного региона строительства. Таким образом, после проведения расчета с наветренной стороны будут установлены одиночные стропила, с подветренной — спаренные. Если данные по розе ветров отсутствуют, для расчета нужно выбрать максимальную нагрузку, словно все скаты крыши находятся с подветренной стороны и на них лежит снега больше, чем на земле.

С увеличением угла наклонов скатов снега на крыше остается меньше, он сползает под собственным весом. При углах скатов, равных или больше 60°, снега на крыше совсем не остается. Коэффициент µ в этом случае равен нулю. Для промежуточных значений углов скатов µ находится методом прямой интерполяции (усреднением). Так, например, для скатов с углом наклона 40° коэффициент µ будет равен 0,66, для 45° — 0,5, а для 50° — 0,33.

Таким образом, требуемые для подбора сечения стропил и шага их установки, расчетная и расчетная нормативная нагрузки от веса снега учитывающие углы наклонов скатов (Qр.сн и Qн.сн), рассчитываются как произведение полной нагрузки от веса снега (Q) и коэффициента µ:

Qр.сн = Qхµ — для первого предельного состояния (расчет на прочность); Qн.сн = 0,7Qхµ — для второго предельного состояния (расчет на прогиб)

Для расчета по первому предельному состоянию полную снеговую нагрузку (Q) берем из таблицы 1. Для расчета по второму предельному состоянию, табличные данные веса снегового покрова умножаем на коэффициент 0,7 либо не производим этого арифметического действия и сразу выбираем нагрузку по карте рис. 3.

В регионах строительства, где средняя скорость ветра трех зимних месяцев превышает 4 м/с, на пологих крышах с уклоном от 12 до 20% (примерно от 7 до 12°), происходит частичный снос снега с крыши. В этом случае расчетная величина нагрузки от веса снега должна быть уменьшена применением коэффициента c = 0,85. Во всех других случаях, для скатных крыш применяется коэффициент c = 1. Окончательные формулы определения расчетной нагрузки и расчетной нормативной нагрузки от веса снега, учитывающие наклон скатов и ветровой снос снега, будут выглядеть так:

Qр.сн = Qхµхc — для первого предельного состояния (расчет на прочность); Qн.сн = 0,7Qхµхc — для второго предельного состояния (расчет на прогиб)

Снижение снеговой нагрузки c=0,85 не распространяется: на крыши зданий в районах со среднемесячной температурой воздуха в январе выше -5°С, так как периодически образующаяся наледь препятствует сносу снега ветром; на крыши зданий, защищенных от прямого воздействия ветра соседними более высокими зданиями или лесом, удаленными менее чем на 10h, где h — разность высот соседнего и проектируемого зданий; Скорость ветра и среднесуточная температура января определяется по картам «Изменения к СНиП 2.01.07-85» (рис. 6 и 7).

рис. 6. Районирование территории Российской Федерации по средней скорости ветра, м/с, за зимний период

Нагрузки, действующие на несущую конструкцию скатных крыш

Ветровая нагрузка

При боковом давлении ветра воздушный поток сталкивается со стеной и крышей здания (рис. 8). У стены дома происходит завихрение потока, часть его уходит вниз к фундаменту, другая по касательной к стене ударяет в карнизный свес крыши. Ветровой поток, атакующий скат крыши, огибает по касательной конек кровли, захватывает спокойные молекулы воздуха с подветренной стороны и устремляется прочь. Таким образом, на крыше возникают сразу три силы, способные сорвать ее и опрокинуть — две касательные с наветренной стороны и подъемная сила, образующаяся от разности давлений воздуха, с подветренной стороны. Еще одна сила, возникающая от давления ветра, действует перпендикулярно склону (нормаль) и старается вдавить скат крыши внутрь и сломать его. В зависимости от крутизны скатов нормальные и касательные силы изменяют свое значение. Чем больше угол наклона ската кровли, тем большее значение принимают нормальные силы и меньшее касательные, и наоборот, на пологих крышах большее значения принимают касательные, увеличивая подъемную силу с подветренной и уменьшая нормальную с наветренной стороны.

рис. 8. Ветровые нагрузки, возникающие от давления воздушных масс

Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки w в зависимости от высоты z над поверхностью земли следует определять по формуле: Wр = Wхk(z)хc, где W — расчетное значение ветрового давления, определяется по карте приложения в «Изменениях к СНиП 2.01.07-85» (рис. 9); k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z, определяется по таблице 2; c — аэродинамический коэффициент, учитывающий изменение направления давления нормальных сил в зависимости от того с какой стороны находится скат по отношению к ветру, с подветренной или наветренной стороны (рис 10).

рис. 9. Районирование территории Российской Федерации по расчетному значению давления ветра

Коэффициент k(z) для типов местности (таблица 2)

Высота z, м А Б В
не более 5 0,75 0,5 0,4
10 1,0 0,65 0,4
20 1,25 0,85 0,55
Типы местности:
А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;
Б – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
В – городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25 м
     

рис. 10. Значения аэродинамических коэффициентов ветровой нагрузки

Знак «плюс» у аэродинамических коэффициентов определяет направление давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак «минус» — от поверхности (отсос). Промежуточные значения нагрузок следует находить линейной интерполяцией. При затруднении в использовании таблиц 3 и 4 изображенных на рисунке 10, нужно выбирать наибольшие значения коэффициентов для соответствующих углов наклона скатов крыш.

Крутые крыши ветер старается опрокинуть, а пологие — сорвать и унести. Для того чтобы этого не произошло нижний конец стропильных ног крепят проволочной скруткой к ершу, забитому в стену (рис. 11). Ерш — это металлический штырь с насечкой против выдергивания, который изготавливают кузнечным способом. Поскольку достоверно неизвестно с какой стороны будет дуть сильный ветер, стропила прикручивают по всему периметру здания через одно, начиная с крайних, — в районах с умеренными ветрами и каждое — в районах с сильными ветрами. В некоторых случаях этот узел может быть упрощен: ерш не устанавливается, а проволока с выпущенными концами закладывается в кладку стен в период их возведения. Такое решение допустимо, если оба конца проволоки выпускается внутрь чердака и не портят внешний вид фасада здания. Обычно для крепления стропил используется стальная предварительно отожженная (мягкая) проволока диаметром от 4 до 8 мм.

рис. 11. Пример решения карнизного узла наслонных стропил скатной крыши

Общая устойчивость стропильной системы обеспечивается раскосами, подкосами и диагональными связями (рис. 12). Устройство обрешетки также способствует общей устойчивости стропильной системы.

рис. 12. Пример обеспечения пространственной жесткости стропильной системы

Нагрузки, действующие на несущую конструкцию скатных крыш

От веса кровли

На выбор сечения стропил и шага их установки существенное влияние оказывает собственный вес кровли, материал которой, в свою очередь, зависит от уклона скатов крыши.

Скаты одной кровли обычно устраивают с одинаковым уклоном, который выбирают в зависимости от кровельного материала, способа его укладки, архитектурных требований и экономических соображений, а также от района строительства. С крутых кровель, с уклоном 45° и более, быстро удаляется атмосферная вода и снег, что учитывают при строительстве зданий в районах с большим количеством осадков. Но с увеличением уклона повышается стоимость кровли. Например, при возведении кровли с уклоном 45° требуется в полтора раза больше материала, чем для плоской, а при уклоне крыши в 60° — в два раза больше. В тех районах страны, где бывают сильные ветры, наиболее рационально устраивать пологие кровли, так как ветровая нагрузка на скаты таких кровель меньше и наоборот, в заснеженных районах с несильными ветрами, лучше делать крутые скаты, уменьшая снеговую нагрузку за счет скатывания снега.

Уклон скатов крыш в различных нормативных документах выражается по разному: в виде безразмерных величин (отношения высоты к половине пролета), в процентах и градусах (рис. 13). Самое понятное определение уклона в виде безразмерных единиц. Когда крыша строится, то конечно же, никто не измеряет наклон скатов в градусах транспортиром. Если при строительстве отсутствует проектная документация, задающая высоту устройства конька, поступают проще: измеряют пролет здания, находят центр и от него вверх с помощью ровной деревянной рейки выносят высоту равную, например, половине пролета (уклон 1 : 1) или трети половины пролета (уклон 1 : 3), или любую другую. Процентное определение уклона, на взгляд многих строителей, только запутывает работу.

рис. 13. Взаимосвязь между безразмерной величиной уклона скатов крыши, углом в градусах и процентах

На уклон скатов крыши влияет и вид кровельного материала, так как при строительстве необходимо учитывать размер кровельного материала, способ его крепления, технологичность укладки и предусмотреть дальнейшую его ремонтопригодность и доступность обслуживания. Для скатных крыш применяют различные кровельные материалы: стальные оцинкованные листы, плоские и волнистые асбестоцементные и битумные листы, керамическую, цементную и металлическую черепицу, рубероид и другие. Выбор кровельного материала определяет величину угла наклона крыши. Чем плотнее материал кровли и герметичнее его стыки, тем меньше может быть уклон крыши, и наоборот, чем мельче размеры штучного кровельного материала, например, черепицы, тем круче должна быть крыша. Это объясняется не только большим количеством соединений малоразмерных деталей, а значит, возможным протеканием, но и большим весом кровли. Чем тяжелее кровельный материал, тем больший угол наклона нужно придать скатам. Рекомендуемые уклоны скатных крыш приведены в таблице 5.

Рекомендуемые уклоны скатных крыш (таблица 5)

Материал скатной кровли Уклон крыши Масса 1 м2, кг
Волнистые а/ц листы: среднего профиля от 1 : 10 до 1 : 2 11
усиленного профиля от 1 : 5 до 1 : 1 13
Волнистые целлюлозно-битумные листы от 1 : 10 и более 6
Мягкая (гибкая) черепица от 1 : 10 и более 9–15
Из оцинкованной жести: с одинарными фальцами от 1 : 4 и более 3–6,5
с двойными фальцами от. 1 : 5 и более 3–6,5
Керамическая черепица от 1 : 5 до 1 : 0,5 50–60
Цементная черепица от 1 : 5 до 1 : 0,5 45–70
Металлочерепица от 1 : 5 и более 5

Необходимо отметить, что в таблице приведены рекомендованные практикой и нормативными документами уклоны скатов кровель из различных материалов и их усредненный вес на квадратный метр. Однако рынок строительных материалов намного богаче, фирмы-изготовители кровельных материалов постоянно совершенствуют свою продукцию: снижают вес и модернизируют технические характеристики изделий. При выборе конкретного материала на кровлю лучше использовать техническую документацию фирмы-изготовителя.

В вес кровли входит вес обрешетки. Обрешеткой называют несущий элемент кровли, к которому собственно крепится сама кровля. Различают два вида обрешеток: сплошная и разреженная (рис. 14). Чтобы определить требуемый вид обрешетки и шаг установки решетин, нужно заранее определиться с видом кровельного покрытия.

рис. 14. Обрешетки скатных крыш

Разреженная обрешетка делается под жесткие кровельные материалы, то есть под те материалы, которые сами способны нести на себе снеговую и ветровую нагрузку и при этом не прогибаться и, тем более, не разрушаться. Разреженную обрешетку выполняют из деревянных жердей или пиленых брусков. В настоящее время в продаже появились П-образные оцинкованные металлические решетины. Шаг установки решетин и размер их сечения зависят от вида кровельного материала.

Под кровли из крупноразмерных штучных элементов: асбестоцементные листы среднего и унифицированного профиля длиной до 1,3 м и цементноволокнистые листы шаг раскладки обрешетки выбирают таким, чтобы под каждым листом оказалось три решетины. Обычно шаг решетин составляет 60 см под асбестоцементные и цементноволокнистые листы любой унифицированной длины. Сечение решетин обычно принимается 60х60 мм, можно и меньше, например, 40х60 мм, но тогда их нужно устанавливать чаще. Под волнистые целлюлозобитумные листы типа ондулин шаг обрешетки выбирается от имеющегося уклона скатов крыши. Он выбирается размером 45 см для уклонов от 1 : 6 до 1 : 4 и 60 см — для уклонов более 1 : 4. Для крыш с уклоном скатов менее 1 : 6 под ондулин делается сплошная обрешетка.

Под кровли из малоразмерных штучных элементов, например, из черепицы, шаг обрешетки принимается таким, чтобы каждая отдельная черепица легла на две решетины. Он может составлять от 16 до 40 см. Самый распространенный шаг примерно 33 см. При расчете веса кровельного покрытия лучше заранее определиться с выбором типа черепицы и уточнить шаг обрешетки. Обрешетку под черепицу при однослойном покрытии стелют из обрезных брусков сечением 50х50 или 50х60 мм, при двухслойном или тяжелой штампованной черепицей — сечением 60х60 мм.

При устройстве кровель из стального профилированного настила и его разновидности металлочерепицы, шаг решетин выбирается исходя из несущей способности материала. Обычно он составляет 35–40 см и равен поперечному шагу профиля металлочерепицы. Для обрешетки используются доски шириной примерно 100 мм.

Под мягкие кровельные материалы делается сплошная обрешетка. Применяемый для определения типа обрешетки термин — «сплошная» совсем не означает, что доски решетин прибиваются впритирку друг к другу. Обычно таким образом крепятся только две верхних и две нижних решетины, остальные образуют между собой зазор от 2 до 5 см. Решетины могут быть изготовлены из окромленого (ровного обрезанного с двух сторон по длине) или не кромленого теса толщиной 2–2,5 см. При применении не кромленых досок их располагают по скату кровли по типу комель к вершине, обзол с не кромленого теса должен быть обязательно снят.

Обрешетку под стальную кровлю выполняют сплошной или разреженной. Разреженную обрешетку делают из брусков сечением 50х50 мм, досок — 50х120 (140) мм, сплошную — из досок толщиной 30–40 мм. Бруски располагают через 200–250 мм друг от друга. Через каждые 1,4 м прибивают доски такой же толщины, как бруски, шириной до 140 мм (более широкие доски могут коробиться), которые необходимы для стыковки на них лежачих фальцев картин. Верх крыши — конек сбивают из досок шириной 200 мм.

В последнее время при использовании новейших кровельных покрытий стали часто использоваться контробрешетки. Контробрешеткой называют вторую, чаще всего сплошную обрешетку, выполненную под углом к первой. Угол наклона контробрешетки делают примерно равным 45°. Наклон решетин не только увеличивает пространственную жесткость крыши, но и позволяет сделать практически любую кровлю, за исключением, пожалуй, только черепичной, но при желании можно сделать и ее.

Сплошная обрешетка из досок в настоящее время почти не применяется ее заменили на сплошную обшивку скатов влагостойкой фанерой или плитами OSB (табл. 6).

Рекомендуемая толщина сплошных обрешеток (таблица 6)

Шаг стропил, мм Толщина фанеры, мм Толщина OSB 3, мм Толщина досок, мм
600
900
1200
1500
12
18
21
27
12
18
21
27
20
23
30
37

Приблизительный вес материала кровельного покрытия можно принять по таблице 5, а вес обрешетки нужно рассчитать исходя из выбранного материала и конструкции кровли. Для деревянных обрешеток применяются бруски хвойных пород. Объемный вес одного кубометра древесины равен 500–550 кг/м3. Если будет использована фанера или OSB, то их объемный вес равен 600–650 кг/м3.

Нагрузки, действующие на несущую конструкцию скатных крыш

Нагрузка от веса утеплителя и внутренней подшивки

Чердачные помещения крыш можно разделить на два вида: нежилые и жилые. В нежилых (холодных) чердаках утепляют только перекрытие, разделяющее дом и чердачное помещение. В жилых чердаках — мансардах, использующихся круглый год, утепляют скаты крыши, боковые стены и часть перекрытия. Таким образом, к нагрузкам, воздействующим на стропильную систему, добавляются вес утеплителя и внутренней обшивки.

Для внутренней отделки мансард (рис. 15) используются несколько типов обшивок: гипсокартоном, фанерой, деревянной вагонкой или панелями МДФ. В зависимости от типа применяемого материала меняется и вес обшивки, воздействующий на стропильную систему. Напомним, что объемный вес гипсокартона при влажности не более 1% — 850 кг/м3. Для расчета нагрузки от веса обшивки нужно умножить объемный вес материала на толщину предполагаемой обшивки. Например, мансарда будет подшиваться изнутри влагостойкими гипсокартонными листами (ГКЛВ) толщиной 12,5 мм (0,0125 м), тогда вес 1 м2 обшивки будет равен 850 кг/м3 х 0,0125 м = 10,6 кг/м2.

рис. 15. Утепленный чердак — мансарда

Для различных регионов строительства, отличающихся температурой наружного воздуха, толщина утеплителя, закладываемого в конструкцию крыши, будет различаться. В районах с высокой температурой наружного воздуха толщина утеплителя нужна меньше, в районах с низкими температурами — больше. От вида утеплителя, а как следствие, от его объемной массы и толщины, зависит какая дополнительная нагрузка будет воздействовать на стропильную систему.

Толщина утеплителя находится как произведение нормируемого теплового сопротивления ограждающей конструкции на коэффициент теплопроводности утеплителя. Т = R х λ, где Т — расчетная толщина утеплителя, (м); R — нормируемое для данного региона строительства тепловое сопротивление строительной конструкции (стены или покрытия/перекрытия), (м2х°С/Вт); λ – коэффициент теплопроводности утеплителя, (Вт/м х °С), принимается по таблице СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» или по техническим характеристикам фирмы-изготовителя материала.

Для утепления мансардных помещений рекомендуются утеплители с коэффициентом теплопроводности не более 0,04 Вт/мх°С. Нормируемое теплосопротивление фронтонов стен и покрытия принимаем по карте, изображенной на рисунке 16.

рис. 16. Карта-схема нормируемого теплового сопротивления для различных регионов строительства

Полный расчет утепления кровли проводится по СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» и СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», где определяется толщина утеплителя, учитывается затухание температуры в конструкции в зависимости от температурных колебаний наружного воздуха и режима отопления, учитывается влажность воздуха и не допускается появление температуры точки росы на поверхности и внутри конструкций. В нем проводится расчет тепловой устойчивости ограждающих конструкций. Провести полный теплорасчет сложно и лучше обратиться к специалистам.

Ниже приведена упрощенная схема расчета утеплителя, не учитывающая теплосопротивление материала внутренней обшивки, кровли и воздушной прослойки, а при расчете утепления боковых фронтонов — материала стены. Тем не не менее, для скатов крыши полученная в результате упрошенного расчета толщина утеплителя будет примерно такой, какая требуется, даже чуть больше.

Зная требуемую толщину утеплителя и его объемный вес, нетрудно рассчитать, какая дополнительная нагрузка будет действовать на стропильную систему от веса утеплителя. Например, предположим, что утепляем скатную крышу в Подмосковье утеплителем URSA М-20. Нормированное сопротивление покрытий для Москвы равно 4,7 м2х°С/Вт, теплопроводность утеплителя (по техническим характеристикам) URSA М-20 равна 0,038 Вт/мх°С. Таким образом, толщина утеплителя получится Т = 4,7х0,038 = 0,179 м = 18 см. В технических характеристиках утеплителя находим его плотность — 18–21 кг/м3. Выбираем наиболее худший показатель — 21 кг/м3 и находим вес одного квадратного метра 21х0,18 = 3,8 кг/м2.

Необходимо отметить, что не все утеплители, обладающие коэффициентом теплопроводности близким к 0, 04 Вт/мх°С, имеют столь низкий вес, которым, в общем-то можно было бы и пренебречь, некоторые из них достаточно тяжелы и не учитывать дополнительное давление на стропила от веса утеплителя неразумно.

От собственного веса несущих конструкций крыши

На начальном этапе сбора нагрузок определяется ориентировочно: вес деревянной обрешётки 10–12 кг/м²; наслонных деревянных стропил и деревянных прогонов 5–10 кг/м²; висячих деревянных стропил, несущих только холодную кровлю 10–15 кг/м².

Совокупность нагрузок

Зимой на стропильную систему крыши могут действовать одновременно все нагрузки: от веса снега, собственного веса стропильной системы, кровли, утеплителя и давления ветра. В другое время часть этих нагрузок исчезает, например, давление от веса снега, тем не менее, стропила рассчитывают на полную совокупность нагрузок. После арифметического сложения всех нагрузок умножим их на коэффициент 1,1. Другими словами, рассчитаем конструкции на самые неблагоприятные условия работы и при этом «на всякий случай» заложим в расчет дополнительную десятипроцентную прочность (коэффициент 1,1). Если вы полностью уверены в том, что делаете коэффициент 1,1 не применяется.

В старых нормах для расчета по первому предельному состоянию в снеговую нагрузку вводился коэффициент надежности 1,4. В связи со значительным изменением (увеличением) нормативных значений давлений от веса снега, этот коэффициент в новом СНиПе 2.01.07-85 не указывается. Включать его в расчет не нужно (пункт 1.3 СНиП 2009 г. издания, пункт 1.1.3 СНиП 2008 г. издания). Весь материал сайта построен на этом измененном СНиПе. Однако, если же вы будите работать по СП 20.13330.2011, то коэффициент надежности 1,4 должен быть включен в расчет (пункты 4.2 и 10.12), но при этом нужно использовать формулы из СП. Конечный результат расчета будет одинаков в не зависимости от того будите ли вы использовать обновленный СНиП 2.01.07-85 или СП 20.13330.2011.

Как уже говорилось, расчет несущей конструкции крыши (стропил, прогонов и обрешетки) ведется по двум предельным состояниям: на разрушение и прогиб.

Расчет на разрушение производится на полную нагрузку, действующую на крышу. Она называется расчетной нагрузкой и включает в себя полный вес снега принятый по таблице 1 с учетом наклона скатов, ветровую нагрузку, зависящую от высоты здания и угла наклона скатов, собственный вес крыши (стропил, прогонов, обрешетки, утепления и подшивки).

Расчет на прогиб ведется для той же суммы нагрузок, но вес снега принимается с понижающим коэффициентом 0,7. Эта нагрузка называется расчетной нормативной нагрузкой или просто нормативной нагрузкой.

Для правильного расчета стропильной системы должны быть собраны два варианта нагрузок действующих по площади (расчетная и нормативная) и переведены в линейные нагрузки.

Приведение нагрузок действующих по площади к нагрузкам действующим на метр длины конструкций крыши

Все вышеприведенные нагрузки определяются по СНиПам и техническим характеристикам применяемых материалов. Эти нагрузки показывают общее давление от веса снега, слоев кровли и давления ветра и измеряются в килограммах на квадратный метр (кг/м2). Однако в конструкции крыши имеются несколько несущих конструкций: решетины, стропила, прогоны. Каждая из них работает только на ту нагрузку, которая давит непосредственно на нее, а не на крышу в целом. Все перечисленные несущие элементы крыши — это линейные конструкции и должны рассчитываться на давление, действующее на каждый метр длины этого элемента, то есть единица измерения кг/м2 должна быть переведена в единицу измерения кг/м.

На каждую отдельно взятую стропилину давит только та нагрузка, которая расположена над ней. Значит, совокупную равномерно распределенную нагрузку нужно умножить на шаг установки стропил (рис. 17). Изменением ширины шага установки стропил, а следовательно, изменением площади сбора нагрузки над стропилом можно увеличивать или уменьшать нагрузку.

рис. 17. Приведение нагрузки действующей по площади к линейной нагрузке

Обычно шаг установки стропил выбирают конструктивно в зависимости от размеров здания. Например, на стене длиной 6 м можно разместить стропила с шагом в 1 м, в этом случае потребуется 7 стропилин. Однако длина стены в 6 м также хорошо делится и на шаг 1,2 м, тогда получится 6 стропилин или на шаг 1,5 м — потребуется 5 стропилин. Для такой длины стен можно применить шаг установки и в 2, и в 3 м, но будет нужна усиленная обрешетка. Обычно шаг установки стропил не делают более 2 м, а для утепленных крыш его принимают равным размерам плит утеплителя 0,6, 0,8, 1,2 м. Другими словами, шаг установки стропил назначается в каждом конкретном случае свой, в зависимости от длины стен здания так, чтобы на ней разместилось целое число стропильных ног и расстояние между ними было одинаковым. Единственным критерием выбора шага стропил может быть только экономический. Нужно просчитать несколько вариантов установки стропил, найти их сечение и сравнить расход материалов. Наименьшая материалоемкость, при прочих равных, указывает на верность выбранного шага установки стропил.

С шагом установки решетин все обстоит несколько иначе, тут нельзя произвольно взять и изменить между ними расстояние. Чаще всего расстояние между решетинами зависит от применяемого кровельного материала, поэтому он задается строго определенных размеров, а сечение решетин подбирается расчетом. Нагрузка на каждый брусок или доску обрешетки определяется аналогично расчетной нагрузке на стропила, путем произведения нагрузки на шаг установки решетин.

Место установки прогонов назначается конструктивно и/или после расчета шага и сечения стропил. Они рассчитываются на сосредоточенные силы от давления стропил. Кроме обрешетки, стропил и прогонов, в конструкции крыш имеются и другие несущие элементы, такие как подкосы (подстропильные ноги) и стойки

Конструктивные схемы наслонных стропильных систем

Наслонные стропильные системы просты по устройству и выполнению, они долговечны, так как работают в условиях сквозного проветривания, что в значительной степени устраняет возможность их загнивания. Покрытия по наслонным стропилам состоят из следующих основных конструктивных частей: настила или обрешетки, стропильных ног и подстропильной конструкции.

Стропильная система односкатной крыши состоит из отдельных стропил, опирающихся концами на противоположные стены здания, а двухскатной крыши — из пары отдельных наклонных стропильных ног, опирающихся нижним концом на стены, а верхними на подстропильную систему — прогон, поддерживаемый стойками (рис. 18). Обязательное условие для наслонных стропил — опора под коньковым концом стропильной ноги.

рис. 18. Схемы и элементы наслонных несущих деревянных стропил

С увеличением длины пролета возникает опасность прогиба или выворачивания стропил, поэтому подстропильная система усложняется: стропила подпирают дополнительными деревянными элементами, называющимися стойками и подстропильными ногами (подкосами). Эти конструкции устанавливают также при стыковании стропил, сделанных из нескольких досок. Подстропильные ноги, дополнительные стойки и прогоны (несущие балки) не только не дают стропильной ноге прогнуться или вывернуться, но и увеличивают ее несущую способность. Стропила одного и того же сечения, сделанные с разгружающими конструкциями (стойками, прогонами и подстропильными ногами), способны нести большую нагрузку, чем стропила, установленные без этих конструкций.

Узлы опирания наслонных стропил на прогон и мауэрлат

Наслонная система стропил может быть распорной или безраспорной конструкцией. От правильного выбора узлов опирания и сочленения стропильных ног зависит будут стропила распирать стены или не будут, нужно под них предусматривать различные мероприятия для перехвата распора или не нужно.

На расчетных схемах в узлах конструкций рисуют кружочки, означающие шарнирное соединение. Шарниры лапками соединяются с условными опорами, по которым можно визуально представить степень свободы узла. Шарнир с двумя заделанными в опору лапками предполагает, что узел неподвижен, но балка может крутиться в шарнире, то есть узел обладает одной степенью свободы — поворотом. Шарнир с лапками, стоящими на скользящей опоре или ползуне, показывает, что узел обладает двумя степенями свободы — возможностью поворота балки и горизонтального смещения. Три степени свободы узла позволяют горизонтальное, вертикальное смещение и поворот, такой узел рисуется просто кружочком и может быть врезан в стержень, обозначающий балку. Если узел врезан в балку, то ее называют разрезной, то есть балки, находящиеся слева и справа от шарнира, с некоторыми допущениями могут рассматриваться как отдельные элементы. Если кружочек (шарнир) нарисован под балкой, то балка, лежащая на нем, называется неразрезной. Шарнир с тремя степенями свободы, врезанный в балку, во многих случаях, делает ее мгновенно изменяемой системой, то есть довольно неустойчивой конструкцией. Узел с нулевой степенью свободы означает жесткое защемление конца балки и запрещает ей всякие смещения: горизонтальное, вертикальное и поворот (рис. 19).

рис. 19. Примеры схематического изображения узлов

В расчетных схемах могут применяться и другие схематические изображения узлов, но все они в общем-то понятны, а если вдруг возникнут неясности, надо просто мысленно представить в какую сторону может «пойти» узел при приложении к нему нагрузки. Поперечные размеры балок относительно их длины малы, поэтому балки (стропила и пр.) рисуются как стержни, а нагрузка в них распределяется как бы только вдоль продольной оси элемента и расчет всей конструкции ведется для стержневой схемы.

Необходимо отметить, что слова: горизонтальное смещение и поворот совсем не означают, что, например, ползун — узел с двумя степенями свободы произвольно передвигается в горизонтальном направлении. На самом деле, этот узел достаточно хорошо закреплен, но допускает возможность перемещения конца балки от нагрузки, температурных и влажностных изменений без чрезмерного развития в нем внутренних напряжений. Этот узел просто не передает распора, а поворот при изгибе балки возможен только в нормативных пределах. По настоящему ползун поползет (простите за тавтологию) только при нагрузках превышающих предельно допустимые. Слово «шарнир» тоже не нужно понимать буквально. Да, концы балок могут соединяться болтом или настоящим специально спроектированным шарниром, но, чаще всего, это обычное гвоздевое соединение. Например, можно взять доску и приколотить ее одним концом 3-4 гвоздями, предположим, к деревянной стене. Ничто не мешает нам взять ее за другой конец и преспокойно повернуть на некоторый угол. В данном случае, гвоздевое крепление выступает как шарнир. Однако если количество гвоздей увеличить и рассчитать их на нагрузку не допускающую среза (изгиба), то поворот становится невозможном, здесь мы получаем балку с защемленным концом, но при нагрузке превышающей расчетную, узел опять становится шарниром. Поэтому очень важно изначально определить нагрузку под которой будет работать система. Поскольку превышение фактической нагрузки сверх расчетной, приводит к изменению схемы работы узлов и разрушению всей конструкции.

Сопряжения наслонных стропил относящиеся к различным схематичным изображениям узлов представлены на рисунке 20.

рис. 20.1. Узлы опирания стропил на прогон и мауэрлат. Шарнир с одной степенью свободы (только поворот)

рис. 20.2. Узлы опирания стропил на прогон и мауэрлат. Ползун — шарнир с двумя степенями свободы (поворот и сдвиг)

рис. 20.3. Узел опирания стропил на прогон. Жесткое защемление

В зависимости от решаемой задачи при проектировании крыши узловые сочленения стропил могут быть отличными от представленных на рисунках 20. Главное, это запроектировать в узлах с двумя степенями свободы: поворот, возникающий от изгиба стропил и сдвиг в горизонтальном направлении. А в узлах с одной степенью свободы — поворот стропила. Как правило, сдвиг верха или низа стропил обеспечивают горизонтальные врубки, а ограничение сдвига — упор стропил друг в друга и/или в стыкуемый элемент: мауэрлат либо прогон.

Попробуем объяснить принцип закрепления стропилины на примере. Все мы легко можем представить себе обычную приставную лестницу. Лестница, как лестница, ничего особенного: две жерди (тетивы) и поперечные палки–ступени.  Мысленно приставим такую лестницу к стене, а для чистоты эксперимента сведем к минимуму силы трения — обольем пол и стену маслом. Что будет если нагрузить лестницу — залезть на нее? Лестница рухнет. В нижней и верхней опоре у нее по две степени свободы. В нижнем, у нее есть поворот и горизонтальное смещение, в верхнем — поворот и вертикальное смещение. Что нужно сделать, чтобы лестница стала устойчивой и держала нагрузку (вес человека)? А нужно всего-то лишить ее одной (из четырех) степени свободы: горизонтальной в нижней либо вертикальной в верхней опоре. Иными словами нужно закрепить низ или верх лестницы. Получаем устойчивую и стабильную систему.  Мысленный эксперимент с лестницей вы можете додумать сами, ставя ее в различные ситуации, например, если лестница длинная и опирается на стену сверху, тетивами с горизонтальными запилами или без запилов. Как она будет себя вести? Такой мозговой штурм, помогает в понимании работы наслонных стропил с различными способами опирания, при котором совсем не обязательно представлять себе вектора сил и степени свободы узлов, а нужно просто спрогнозировать покатится лестница под нагрузкой или останется неподвижной.

Установка мауэрлата

Мауэрлат изготавливают из досок 50×150 или бруса 100×150 (150×150) мм. Его назначение принять нагрузку от веса крыши, равномерно распределить ее и передать на стены.

Сначала приведем две цитаты. В. Е. Шишкин в своем знаменитом учебнике «Примеры расчета конструкций из дерева и пластмасс», по которому училось не одно поколение строителей, пишет: «Наслонные стропила при правильном их конструировании и устройстве — безраспорная конструкция. Чтобы стропила не вызывали появления распора, Надо опорные плоскости врубок в местах опирания стропильных ног на мауэрлаты и прогоны делать горизонтальными и погашать распор, вызываемый продольными усилиями, которые возникают в стропильных ногах, устройством горизонтальных парных схваток или ригелей». А вот, что говорит Карл Мёлер в главе «Основы строительства с применением деревянных конструкций» в книге «Атлас деревянных конструкций». «Особенно важны условия на опорах, которые в статической системе принимаются за основу. Они должны соответствовать заданным возможностям исполнения. Как правило, встречаются неподвижно шарнирные и скользящие в продольном направлении опоры балок и брусьев, в то время как жесткое защемление деревянных конструкций на опорах из-за сминаемости древесины и гибкости соединений встречается очень редко. Работающая на изгиб балка, опертая двумя концами, встречается, например, в виде стропил, прогонов, нижних поясов ферм. При этом одна опора бывает закрепленной, но свободно вращающейся, другая свободно вращающейся и подвижной в направлении оси балки».

Выделим ключевые фразы из этих двух цитат: Наслонные стропила при правильном их конструировании и устройстве — безраспорная конструкция. При этом одна опора бывает закрепленной, но свободно вращающейся, другая свободно вращающейся и подвижной.

А теперь еще одна цитата Филипова Н. А. из практического пособия для проектировщиков «Примеры расчета и проектирования деревянных конструкций»  «Наслонные стропила являются распорной конструкцией; опорные реакции в наслонных стропилах направлены под углом, где горизонтальная составляющая (распор) передается на мауэрлат».

Иными словами, если наслонные стропила запроектировать, а затем установить соответствующим образом, то они не будут передавать распора на мауэрлат и стены. И наоборот, их можно запроектировать и установить, так, что на стены будет передаваться распор. Оба варианта имеют свои преимущества и недостатки. В первом варианте (без распора) мауэрлат не требует жесткого закрепления на стене, но вся стропильная система при неравномерной нагрузке становится статически неустойчивой и требуются меры по ее закреплению. Во втором варианте (с передачей распора на стены) получаем стабильную устойчивую систему (до определенных нагрузок, конечно), но требующую дополнительных работ по закреплению мауэрлата.

И еще одно пояснение с цитатой из курса лекций профессора Залесского В. Г: «Стропильные ноги в наслонной системе рассчитывают, как наклонные балки, нагруженные равномерно, причем, принимая за пролет горизонтальное расстояние между опорами, наибольший изгибающий момент выражается той же самой формулой, как и для балки, лежащей горизонтально». Перефразируя слова профессора можно сказать так: наслонное стропило, установленное под углом к горизонту, рассчитывается как обычная горизонтальная балка длиной равной горизонтальной проекции стропилине. Доказательство опускаем, кому интересно скачайте весь документ. В общем, на начальном этапе сбора вертикальных нагрузок и определения схемы узлов опирания стропил не нужно зацикливаться на угол наклона скатов крыши и делать из этого разного рода умозаключения. Следует принимать нагрузки действующими на горизонтальную поверхность, а сами стропилины считать горизонтальными балками (рис. 21).

рис. 21. Схема загрузки наслонной стропилины

Таким образом, из всего выше сказанного получается, что мауэрлатная обвязка стены может быть установлена двумя способами: принимающим и отдающим на стены распор и не принимающим распор ввиду его отсутствия.

Условия работы мауэрлата, не принимающего и не передающего распора:

  • если низ стропильных ног делается «ползунами» — по схемам с двумя степенями свободы (рис. 20.2), то верх стропильных ног обязательно выполняется по узловым схемам с одной степенью свободы (рис. 20.1) или жестким защемлением (рис. 20.3);
  • если низ стропил делается по узловым схемам с одной степенью свободы (рис. 20.1), то верх обязательно выполняется с двумя степенями свободы (рис. 20.2).

Иными словами, если низ стропил опираем на мауэрлат сверху без дополнительных упоров, то верхнюю часть стропил упираем друг в друга и надежно закрепляем либо вообще делаем жесткое защемление. Если же низ стропил упираем в мауэрлат запилом или пришивной опорной планкой, то вверху стропила друг в друга не упираем, а кладем горизонтальной врубкой на прогон, рядом друг с другом и конструктивно крепим к коньковому прогону. В обоих вариантах в точках опоры стропильной ноги на прогон и мауэрлат будут только вертикальные реакции опор, а распора не будет. Доказательство найдете в лекциях профессора Залесского В. Г. Обратим особое внимание на то, что если во втором варианте низ стропил упереть в мауэрлат врубкой, а верх стропил положить на прогон рядом друг с другом, но без горизонтальной врубки, как это часто бывает, то стропило покажет в нижней части распор!

При установке мауэрлатов не передающих распор на стены их крепление к стене производится конструктивно. Скобами или гвоздями к деревянным пробкам, предварительно уложенным в стены либо проволочными скрутками (рис. 22). Обязательное условие: мауэрлат укладывается ближе к внутренней стороне стены и защищается снаружи хотя бы невысоким выступом стены. Здесь при принятой безраспорной расчетной схеме хоть и нет распора, все равно желательно подстраховаться от горизонтальной подвижки низа стропил и мауэрлата (за счет сил трения) при возникновении на крыше неравномерных нагрузок. Выступ не позволит сбросить мауэрлат со стены.

рис. 22. Схема укладки мауэрлата не передающего распор на стену

Если стропила верхними концами уперты друг в друга, а нижними упираются в мауэрлат посредством врубки зубом или нашивного опорного бруска, то мауэрлат принимает и передает на стены горизонтальный распор. Иными словами если и вверху, и внизу стропильной ноги изготовить узловые соединения с одной степенью свободы (рис. 20.1) или сделать защемленные концы (вообще без степеней свободы, рис. 20.3), то мауэрлат нуждается в закреплении к стене.

Возможны два варианта устройства мауэрлатной обвязки, принимающей распор от стропил (рис. 23):

  • брусья мауэрлата связываются в единую жесткую раму по всему периметру здания. Сращивание брусьев производят косым прирубом с креплением болтами, гвоздевым боем или винтами (саморезами или глухарями), а углы рамы — скобами или пластинами. Таким образом, на стене получается жесткая рама, принимающая распор и работающая на растяжение и изгиб. Крепление такой рамы к стене производится либо скобами к антисептированным деревянным пробкам, предварительно заложенным в стену, либо анкерами. Применяться этот способ может только для небольших в плане зданий;
  • в стене по всему периметру производится заливка железобетонного пояса с выпуском анкеров для крепления мауэрлата. Такой способ рекомендуется для легких стен из газосиликатных, пенобетонных и им подобных блоков. Мауэрлатные брусья, прикрепленные анкерами, распределяют вертикальную нагрузку и передают распор на нижний монолитный железобетонный пояс. Здесь на растяжение и изгиб мауэрлат работает частично, а основное напряжение принимает армированный пояс.

рис. 23. Два способа закрепления мауэрлата принимающего и предающего распор на стены

Установка конькового прогона на фронтоны стен

Обязательное условие установки наслонных стропил — обеспечение их верхней части опорой. В односкатных крышах этот вопрос решается просто: стены строятся разной высоты, на них укладываются мауэрлатные балки, на которые в свою очередь настилаются стропила. В двухскатной крыше можно поступить, также: выстроить внутреннюю стену на требуемую высоту и уложить на нее мауэрлат. Затем на низкие внешние и высокую внутреннюю стены разложить стропила. Однако это решение ограничивает варианты планировок чердачного помещения, которое все чаще используют как мансарду. Да и для обычных чердачных крыш, этот вариант не выгоден, т.к. требует значительных финансовых затрат на возведение высокой внутренней капитальной стены. Поэтому на чердаке внутреннюю стену заменяют горизонтальной балкой установленной на подпорках или опертой на противостоящие друг другу фронтоны стен. Горизонтальную балку, уложенную на крыше, называют прогоном.

Само название: прогон, говорит о том, что эта балка «прокинута» от стены до стены, хотя на самом деле, например, в вальмовых крышах он может быть короче. Самое простое конструкторское решение по установке конькового прогона, это уложить мощную балку на фронтоны стен без каких-либо дополнительных подпорок (рис 24.1).

рис. 24.1. Пример установки конькового прогона, без дополнительных опор, на стены мансарды

При этом для расчета сечений прогонов нагрузка, действующая на них должна собираться с половины горизонтальной проекции площади крыши.

В зданиях с большими размерами прогоны получаются длинными и тяжелыми, скорее всего, их придется монтировать подъемным краном. Для изготовления прогона найти ровный брус из цельного дерева длиной более 6 м довольно проблематично, поэтому для этих целей лучше использовать клееную балку или бревно. В любом случае, концы прогонов, замуровываемые в стены фронтонов, нужно обработать антисептиками и завернуть в рулонный гидроизоляционный материал. Торцы цельнодеревянных балок скашивают под углом примерно 60° и оставляют открытыми, в нише они не должны упираться в материал стены (рис. 25). Скашивание конца балки увеличивает площадь торца и благоприятствует лучшему влагообмену всей балки. Если прогон проходит сквозь стену, то в месте опирания на стену, его тоже обматывают гидроизоляционным материалом. Балки пропускают сквозь стены из архитектурных соображений затем, чтобы обеспечить свес кровли над фронтонами, хотя его можно достичь и выносом за стену обрешетки. Прогоны, пропущенные через стену образуют разгружающие консоли. Нагрузка давящая на консоли старается выгнуть прогон вверх, а нагрузка действующая на пролете — вниз. Таким образом, общий прогиб прогона в середине пролета становится меньше (рис. 24.2).

Рис. 24. 2. Прогон с консолями

Если использовать в качестве прогона бревно, то его не обязательно отесывать на два канта, достаточно подтесать в месте опирания стропил и в месте опирания прогона на стены. Длинные прогоны нецелесообразно делать цельнодеревянными, проходящие по расчету на прочность и прогиб они, тем не менее, могут прогнуться под собственным весом. Их лучше заменять строительными фермами.

Сечение прогона подбирается по расчету по первому и второму предельному состоянию — на разрушение и на прогиб. Балка, работающая на изгиб должна отвечать следующим условиям.

1. Внутреннее напряжение, возникающее в ней при изгибе от приложения внешней нагрузки, не должно превышать расчетного сопротивления древесины на изгиб:

σ = М/W ≤ Rизг,                  (1)

где σ — внутреннее напряжение, кг/см²; М — максимальный изгибающий момент, кг×м (кг×100см); W — момент сопротивления сечения стропильной ноги изгибу W = bh²/6, см³; Rизг — расчетное сопротивление древесины изгибу, кг/см² (принимается по таблице СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции» (rar 2,8 MB) или по таблице на страничке сайта);

2. Величина прогиба балки не должна превышать нормируемого прогиба:

f = 5qL4/384EJ ≤ fнор,         (2)

где Е — модуль упругости древесины, для ели и сосны он составляет 100 000 кг/см²; J — момент инерции (мера инертности тела при изгибе), для прямоугольного сечения равный bh³/12 (b и h — ширина и высота сечения балки), см4; fнор — нормируемый прогиб балки, для всех элементов крыши (стропил, прогонов и брусков обрешетки) он составляет L/200 (1/200 длины проверяемого пролета балки L), см.
Сначала просчитываются изгибающие моменты М (кг×см). Если на расчетной схеме изображено несколько моментов, то просчитываются все и выбирается наибольший. Далее путем несложных математических преобразований формулы (1), которые мы опускаем, получаем, что размеры сечения балки можно найти, задавшись одним из его параметров. Например, произвольно задавая толщину бруса, из которого будет изготовлена балка, находим ее высоту по формуле (3):

h = √¯(6W/b) ,         (3)

где b (см) — ширина сечения балки; W (см³) — момент сопротивления балки изгибу, вычисляется по формуле: W = M/Rизг (где М (кг×см) — максимальный изгибающий момент, а Rизг — сопротивление древесины изгибу, для ели и сосны Rизг = 130 кг/см²).
Можно и наоборот, произвольно задать высоту бруса и найти его ширину:
b = 6W/h²

После этого балку с вычисленными параметрами ширины и высоты по формуле (2) проверяют на прогиб. Здесь необходимо заострить ваше внимание: по несущей способности стропило рассчитывается по наибольшему напряжению, то есть по максимальному моменту изгиба, а на прогиб проверяется сечение, которое находится на наиболее длинном пролете, то есть на участке, где самое большое расстояние между опорами. Прогиб для всех: одно-, двух- и трехпролетных балок проще всего проверить по формуле (2) то есть, как для однопролетных балок. Для двух- и трехпролетных неразрезных балок такая проверка на прогиб покажет немного неверный результат (чуть больший, чем будет на самом деле), но это только увеличит запас прочности балки. Для более точного расчета нужно использовать формулы прогиба для соответствующей расчетной схемы. Например, такая формула указана на рисунке 25. Но еще раз повторим, что лучше внести в расчет некоторый запас прочности и считать прогиб по простой формуле (2) на расстоянии L равном самому большому пролету между опорами, чем найти формулу соответствующую расчетной схеме загружения. И еще на что нужно обратить внимание, по старому СНиПу 2.01.07-85 оба расчета (на несущую способность и на прогиб) велись на одну и ту же нагрузку. В новом же СНиПе 2.01.07-85 говорится, что снеговую нагрузку для расчета на прогиб нужно принимать с коэффициентом 0,7.

рис. 25. Пример расположения прогонов на Т- образной крыше

рис. 26. Нагрузки действующие на прогоны Т- образной крыши

Если после проверки балки на прогиб он на самом длинном участке будет не более L/200, то сечение оставляют таким, каким оно получилось. При прогибе больше нормативного, увеличиваем высоту балки или подводим под нее дополнительные опоры, но сечение нужно вновь пересчитать по соответствующей расчетной схеме (с учетом введенных опор).

Если кто-то сумел дочитать до этого места, то скажем, что самое сложное в этом расчете не запутаться в единицах измерения ( в переводе метров в сантиметры), а все остальное… Умножить и разделить несколько цифр на калькуляторе много знаний не требуется.

В конечном итоге появятся всего две цифры: требуемая для данной нагрузки ширина и высота прогонов, которые округляют в большую сторону до целого числа.

Если вместо бруса (цельного, клееного или собранного на МЗП) будет использоваться бревно, то следует учесть, что при работе на изгиб, вследствие сохранности волокон, несущая способность бревна выше, чем у бруса и составляет 160 кг/см². Момент инерции и сопротивления круглого сечения определяется по формулам: J = 0,0491d4; W = 0,0982d³, где d — диаметр бревна в вершине, см. Моменты сопротивления и инерции бревна, отесанного на один кант, равны J = 0,044d4, W = 0,092d³, на два канта — J = 0,039d4; W = 0,088d³, при ширине отеса d/2.

Высота прогонов и стропил, в зависимости от нагрузок и архитектурного решения крыши, может быть самой разнообразной. К тому же, силы, давящие на стены, особенно это касается прогонов, достигают больших величин, поэтому крышу, как, впрочем, и все остальное, нужно проектировать заранее, еще до строительства дома. Например, в схему дома, можно ввести внутреннюю несущую стену и разгрузить прогоны либо сделать на фронтонах стен капители, поставить под прогоны укосы и тем самым уменьшить их прогиб. Иначе будет довольно трудно стыковать разновеликие по высоте прогоны между собой и согласовывать высотные отметки с фронтонами стен.

При использовании длинных и тяжелых прогонов можно применить так называемый «строительный подъем». Это изготовление балки в виде коромысла. Высоту «коромысла» делают равной нормативному прогибу прогона. Нагруженная балка прогнется и станет ровной. Метод пришел к нам от предков. Они в рубленых домах при укладке матиц и переводов (балок) подтесывали бревна снизу, по всей длине, делая подтес глубже в средней части, и при необходимости, подтесывая края балок сверху. Коромыслообразные балки со временем прогибались под собственным весом и становились прямыми. Это технологический прием используется довольно часто, так, например, изготавливаются предварительно напряженные железобетонные конструкции. В повседневной жизни вы этого просто не замечаете, поскольку конструкции выгибаются, и без того небольшой строительный подъем становится совсем не заметным для глаз. Для уменьшения прогиба балки так же можно вводить под нее дополнительные подкосы. При невозможности установить подкосы или сделать «строительный подъем» можно увеличивать жесткость балки изменением ее сечения: на тавровое, двутавровое или решетчатое — ферму с параллельными поясами либо изменить сечение подкладыванием под опоры консольных балок, то есть делать ее низ в виде несовершенной арки.

Опирание прогонов на стену обеспечивается поперечным боковым упором и должно быть рассчитано на смятие древесины. В большинстве случаев достаточно обеспечить нужную глубину опирания и подложить под брусок деревянную подкладку на двух слоях рубероида (гидроизола и т. п.). Однако проверочный расчет древесины на смятие провести все-таки нужно. Если опирание не обеспечивает требуемую площадь, при которой смятие не произойдет, площадь деревянной подкладки нужно увеличить, а ее высота должна распределить нагрузку под углом 45°. Напряжение смятия рассчитывается по формуле:

N/Fcм ≤ Rc.90°,

где N—сила давления на опору, кг; Fсм—площадь смятия, см²; Rсм90 — расчетное сопротивление смятию древесины поперек волокон (для сосны и ели Rсм90 = 30 кг/см²).

Нужно обратить особое внимание на стену под опиранием конькового прогона. Если ниже расположено окно, то от верха перемычки до низа прогона должно быть не менее 6 рядов армированной кладки, в противном случае над окном нужно укладывать усиленные железобетонные перемычки по внутренней стороне фронтона. Если планировка дома позволяет, коньковые прогоны не следует делать длинными и тяжелыми, их лучше разделить на два однопролетных прогона либо оставить один и добавить под него опору. Например, планировка дома, изображенного на рисунке 25, подразумевает устройство перегородки в помещении под вторым прогоном. Значит, в перегородке можно установить шпренгельную ферму и разгрузить коньковый прогон, а ферму затем скрыть обшивкой, предположим, гипсокартоном.

Рис. 26.1. Бесстропильная крыша

Другой путь разгрузки коньковых прогонов лежит в том, что можно просто увеличить количество укладываемых прогонов, например, установить по скатам крыши по одному или по два разгружающих прогона. При значительном увеличении числа балок встает вопрос, а зачем нам здесь вообще стропила, обрешетку можно сделать прямо по прогонам. Это действительно так. Такие крыши называются бесстропильными (рис. 26.1). Однако в мансардных утепленных крышах остро встает вопрос просушки утеплителя, поэтому подобие стропил все же делать придется. Для обеспечения воздушного продуха нужно будет вдоль скатов (в том же направлении, как укладываются стропила) на прогоны набить деревянные бруски, например, 50х50 или 40х50 мм, обеспечивая тем самым продух высотой 50 или 40 мм.

Установка конькового прогона на деревянные стойки

В чердачных крышах необходимость в использовании длинных и тяжелых прогонов отпадает, здесь можно применять более короткие и легкие брусья и доски.

Прогон опирают на стойки. Стойки изготавливают из деревянного бруса, который нижним концом опирают на лежень или деревянную подкладку, а их, в свою очередь, укладывают на кирпичные столбики. В зданиях со сборным железобетонным перекрытием кирпичные столбики являются частью и продолжением внутренней несущей стены, но их можно делать и прямо на железобетонных плитах перекрытия. Лежень можно укладывать и без столбиков, прямо на внутреннюю стену или на перекрытие с горизонтальным выравниванием деревянными подкладками. Выравнивание верха лежня в горизонт упрощает установку стоек и прогонов. Стойки, отпиленные на одну высоту и установленные на горизонтальный лежень, автоматически дают одинаковую высоту конька крыши. Во всех случаях под лежень: между ним и стеной, между ним и кирпичными столбиками или перекрытием укладывается рулонная гидроизоляция.

Стойки не обязательно размещать прямо под стропилами. Обычно шаг размещения стропил составляет от 60–80 см до 1,2–1,5 м, устанавливать так часто стойки, удерживающие прогон, не имеет смысла, поэтому их обычно делают по длине досок или бруса идущего на изготовление прогона. Простейшая подстропильная конструкция выглядит, как прямоугольная рама, состоящая из верхнего пояса — прогона, нижнего пояса — лежня, вертикального заполнения — стоек и нескольких ветровых связей, которые делают из доски толщиной 40–50 мм. Например, подстропильную конструкцию длиной 9 м можно сделать из двух брусьев длиной по 4,5 м и трех стоек, стыкуя брусья по длине на средней стойке. Либо двух брусьев и одной стойки, если есть возможность опирания концов прогона на стены фронтонов. Такой прогон называется разрезным, его части рассчитываются на изгиб и прогиб как обычные однопролетные балки (рис. 27). Балки прогона стыкуются на опорах косым прирубом с гвоздевым, винтовым или болтовым соединением либо продольным лобовым упором. И то, и другое сопряжение, дает шарнирный вариант соединения балок.

рис. 27. Варианты подстропильных конструкций с разрезными прогонами

Стойки рассчитываются как сжатые элементы по формуле:

σ = Н/F ≤ Rсж ,        (4)

где σ — внутреннее напряжение, кг/см²; Н — сила сжатия направленная по оси стойки, кг; F — площадь сечения сжатого элемента, для прямоугольной стойки F = b×a, см²; Rсж — расчетное сопротивление древесины сжатию, кг/см² (принимается по таблице СНиП II-25-80 (rar 2,8 MB) «Деревянные конструкции» или по таблице на страничке сайта);

Увеличение количества стоек уменьшает размер сечения прогона. Стойки, даже если их сечение будет приниматься конструктивно, нужно проверить расчетом на сжатие, и убедиться, что их количество будет достаточным для удержания прогона. При получении в результате расчета слишком малых размеров сечения стоек их сечение принимаются конструктивно, но не менее чем 10х10 см. Такие сечения стоек позволяют принимать их без расчета на гибкость, так как гибкость невысоких стоек практически равна нулю. Если принять меньшее, чем 10х10 см, сечение стоек проходящее по расчету на прочность сжатия, то их нужно проверять еще расчетом на гибкость, описание которого есть в СНиП II-25-80. Иначе тонкая стойка проходящая по сжатию, под нагрузкой просто выгнется и какой нам будет толк от ее достаточной несущей способности? Брусовые стойки расчетного или конструктивного сечения можно заменять на стойки из сбитых между собой досок вплотную либо с установкой между досками деревянных коротышей с просветом не более 7h. Тогда гибкость и прочность составных стоек будет примерно равна аналогичным параметрам стоек из цельного бруса того же сечения.

Разрезные прогоны просты в изготовлении и монтаже, но неэкономичны. Более экономичная конструкция получается, если прогоны сделать консольными, а между ними вставить однопролетные балки (рис. 28). Такой прогон называется консольно-балочным (балка Гербера) и по сути остается все той же разрезной балкой, в которой консольные и однопролетные балки рассчитываются отдельно. Однопролетные прогоны располагают между двумя консольными таким образом, чтобы в месте стыковки изгибающий момент стремился к нулю (там где кривая эпюры моментов пересекает горизонтальную ось прогона). Эти узлы сращивания балок по длине называются пластичными шарнирами. Сращивание прогонов производят косым прирубом и стягиванием болтом диаметром 12–14 мм. Максимальная длина перекрываемых пролетов — 5 м.

рис. 28. Консольно-балочная подстропильная конструкция

Возможны два варианта устройства консольно-балочного прогона. При расстоянии от опоры до стыка 0,15L получается прогон с равными изгибающими моментами во всех пролетах и на всех опорах, то есть прогон получается во всех сечениях равнопрочным. Если ставка делается на жесткость прогона, то его делают равнопрогибным. Пластичные шарниры (стыки балок), в этом случае, располагают на расстоянии от опоры 0,21L. В концевых пролетах однопролетные балки одной стороной опираются на консоль соседнего прогона, а другой на стену фронтона или стойку.

Для того чтобы не нарушать гармонию работы балки, нужно концевые пролеты сделать короче рядовых примерно на 20%, поэтому концевой пролет назначают равным L1 = 0,8L–0,85L. Это утверждение справедливо для реальной длины пролета, то есть размера на «просвет», с учетом глубины опирания прогона на стену или стойку, составляющую не менее 10 см.

Есть и другой способ уменьшения сечения прогонов: устройство неразрезного прогона сплачиванием досок (рис. 29). В неразрезных прогонах из спаренных досок пластичные шарниры располагаются вразбежку, на расстоянии 0,21L от опоры. Прогон получается с равными прогибами, но разными изгибающими моментами. В пластичном шарнире каждый стык двух досок перекрывается цельной доской. Максимальные полеты для неразрезного пролета из досок могут достигать 6,5 м, то есть полной длины доски по государственному стандарту.

рис. 29. Подстропильная конструкция с дощатыми неразрезными прогонами

По длине доски прогона сшиваются гвоздями, располагаемыми в шахматном порядке через 50 см, а в стыке ставятся гвозди по расчету. Расчет гвоздевого соединения пластичного шарнира неразрезного прогона из досок делается по формуле:

n = Mоп/2ХТгв,

где n — требуемое количество гвоздей, шт; Моп — изгибающий момент на опоре, кгхм; Х — расстояние от центра опоры до центра гвоздевого поля; Тгв — несущая способность одного гвоздя в односрезном соединении.

Расчет прогонов любого типа допускается вести как на сосредоточенные силы от давления стропил, так и на равномерно распределенную нагрузку. Обычно применяется расчет на равномерно распределенную нагрузку, как более быстрый и простой. Если на стойках будут устанавливаться прогоны с консольными выносами за стену (по аналогии с рис. 24.2), то длину консолей нужно делать равной 0,21 или 0,15 пролета (0,15L, 0,21L). В противном случае прогон должен быть пересчитан с учетом разгружающего действия консоли. Этот расчет достаточно сложен и должен производиться специалистами.

Сечение лежня принимается конструктивно, чаще всего, такое же как сечение прогона. Например, это может быть брус 10х15 см, если лежень опирается только на кирпичные столбики. Если лежень укладывается на перекрытие либо на стену (все случаи, когда под него можно положить много выравнивающих деревянных подкладок), высота лежня может быть уменьшена до 10 и даже 5 см. Если стропильная система крыши будет делаться без подстропильных ног (подкосов), от лежня можно совсем отказаться, а низы стоек конструктивно связать прибиванием схваток.

Стропила без подкосов

Схема 1

Стропила, опертые на две опоры без каких-либо дополнительных упоров. Применяется для односкатных крыш пролетом 4,5 м или двухскатных пролетом до 9 м (рис. 30). Стропильная система может быть использована с передачей распора на мауэрлат (стены) и без передачи распора.

рис. 30. Наслонные стропила без подкосов

Безраспорные наслонные стропила

Работающее на изгиб стропило, не передающее распора на стены, должно иметь одну опору закрепленной, но свободно вращающейся, другую свободно вращающейся и подвижной.

Таким условиям отвечают три варианта закреплений стропил:

1. Низ стропильной ноги подшивается опорным бруском или на нем делается врубка (запил) зубом и упирается в мауэрлат, а вверху стропила выполняется увеличенная горизонтальная врубка (запил) со скосом (рис. 31). Глубина врубки (запила) в верхней части стропила не должна превышать а = 0,25h. Длина подрезки (площадка опирания) делается не более высоты сечения стропила (h). Подрезку рекомендуется скашивать, чтобы она не препятствовала изгибу стропила, иначе врубка боковой щекой упрется в прогон и получим распорную стропильную систему. Длина скошенной подрезки делается не менее двух глубин а. Если подрезку верха стропильной ноги сделать невозможно, его подшивают обрезком стропила с двухсторонним креплением монтажными пластинами или деревянными прибоинами. Верхние концы стропильных ног свободно укладываются на прогон. В двускатных крышах их крепят к прогону по типу скользящей опоры, а между собой не скрепляют. Двускатную крышу, в данном случае, рассматриваем как две односкатных, примкнутых друг к другу высокой стороной. Обратите внимание на чрезвычайно важное условие: верхняя опорная врубка или подшивка верха стропилины прибоинами делаются горизонтально. Стоит только изменить схему опирания на прогон, как стропило тут же показывает распор. Эта расчетная схема установки стропил из-за жесткости условий изготовления верхнего узла (любая неточность в исполнении узла тут же превращает безраспорную схему в распорную) практически не применяется для двухскатных крыш, поэтому ее чаще используют в односкатных крышах. Кроме того, в двухскатных крышах за отсутствие распора на мауэрлате при прогибе стропил под действием нагрузки, приходится расплачиваться раскрыванием конькового узла кровли.

Эта схема на первый взгляд вообще парадоксальна. Мы же отчетливо видим в нижней части стропильной ноги упор в мауэрлат и система вроде бы должна оказывать на него горизонтальное усилие. Тем не менее, она не показывает распора. Если кому-то хочется узнать почему, то доказательство читайте в курсе лекций профессора Залесского В. Г. на страницах 414–415.

рис. 31. Опирание низа стропила врубкой в мауэрлат, а верха стропила на прогон горизонтальной врубкой, со скошенной щекой, не дает распора на стены

2. Самый распространенный способ установки стропил относящийся к двухскатным крышам. Низ стропильной ноги делают на ползуне, а верх закрепляют (рис. 32): связывают гвоздевым боем или болтом, либо упирают в прогон или друг в друга и связывают деревянными прибоинами или металлическими зубчатыми пластинами (МЗП).

рис. 32. Опирание низа стропил без врубки в мауэрлат с закреплением верха стропил, не дает распора на стены

На что необходимо обратить особое внимание так это на крепление стропильной ноги к мауэрлату Оно сводится только к закреплению стропил в проектное положение обеспечивающее шаг их установки. Для этого достаточно вбить с двух сторон по одному гвоздю наискосок в боковую поверхность стропила или один длинный гвоздь сверху либо поставить гибкую стальную пластину. Если будут применены модные крепежные уголки, то для закрепления низа стропилины достаточно будет одного гвоздя либо нужно прижать стропилину уголками с двух сторон вообще без гвоздей. Не вкручивайте в уголки столько шурупов и не забивайте в них столько гвоздей, сколько имеется отверстий в уголке. Иначе вы превратите ползун в несовершенный шарнир и получите на мауэрлат распор. От ветрового опрокидывания крышу держат гибкие проволочные скрутки не нужно эту функцию перекладывать на уголки либо стропильная система должна расчитываться как распорная.

3. Не дает распора и жесткое защемление конькового узла, когда низ стропильной ноги делают на ползуне, а верх жестко закрепляют (рис. 33). Однако в коньковом узле появляется изгибающий момент, стремящийся его разрушить. Максимальный изгибающий момент в такой конструкции возникает на коньковой опоре, а сами стропильные ноги получают меньший прогиб. Формула указанная на рисунке для определения максимального изгибающего момента указана верно, а формулы для определения изгибающих моментов и прогибов внутри пролетов стропил указаны, как для обычных балок на двух опорах. Это обусловлено тем, что рассчитать такой узел, а потом точно изготовить его на стройплощадке достаточно трудно, поэтому лучше принимать формулы для вычисления изгибающего момента и прогиба как для обыкновенных однопролетных балок. Однако следует знать, что используя такой коньковый узел, получаем большую несущую способность стропил. Иными словами, применив на стройплощадке узловое соединение с жестким защемлением верха стропил, пусть даже без расчета конькового узла, мы получаем некоторый запас прочности на стропилах.

рис. 33. Опирание низа стропил без врубки в мауэрлат с защемлением конькового узла, не дает распора на стены

Во всех трех вариантах соблюдается правило: один конец стропильной ноги делается на скользящей опоре, позволяющей поворот, другой на шарнире, допускающим только поворот. Крепление стропил на ползунах и неподвижных шарнирах делаются самых разных конструкций. Сейчас их часто выполняют на крепежных пластинах. Можно крепить и по старинке: скобами, гвоздевым боем или использованием коротышей брусков и досок. Нужно только правильно подобрать вид крепежа, чтобы он допускал или препятствовал скольжению стропила в опоре.

При расчете стропильной системы принимается «идеализированная» расчетная схема. Считается, что на крышу давит равномерно распределенная нагрузка, т.е. одинаковая и ровная сила, действующая равномерно по всем плоскостям скатов. На самом деле равномерно распределенной нагрузки на скатах крыши практически никогда не бывает. Ветер, наметающий снеговые мешки на один из скатов и сдувающий снег с другого, солнце растапливающее снег на южных скатах, сползающий весной снег — делают нагрузку на скатах неравномерной. При действии неравномерной нагрузки все три выше представленных варианта стропильных систем статически устойчивы, но только при условии жесткого закрепления конькового прогона. Который концами вводят во фронтоны стен либо подпирают накосными стропилами вальмовых крыш. То есть стропильная система будет устойчивой только в том случае, если коньковый прогон на который опирается верх стропил, надежно закреплен от горизонтального смещения.

При изготовлении щипцовых крыш и опирании прогона только на стойки (без опирания их концов на стены фронтонов) ситуация меняется в худшую сторону (рис. 34). Во втором и третьем варианте при значительном снижении нагрузки на одном из скатов, против расчетной на другом скате, крыша будет пытаться «уехать» в сторону более высокой нагрузки. Первый вариант, в котором низ стропильной ноги сделан с врубкой зубом либо с подшивкой опорного бруска, а верх горизонтальной врубкой уложен на прогон, хорошо держит неравномерную нагрузку, но только при условии абсолютной вертикальности стоек, удерживающих коньковый прогон.

рис. 34. Потеря устойчивости стропильной системой

Для придания стропильной системе устойчивости в нее вводят горизонтальную схватку (рис. 35). Она повышает устойчивость системы, но незначительно. Поэтому во всех местах, где схватка пересекается со стойками, поддерживающими коньковый прогон, ее прикрепляют к стойкам гвоздевым боем. Существует устойчивое заблуждение, что схватка всегда работает на растяжение, это не так. Схватка многофункциональный элемент: в безраспорных конструкциях стропил она вообще не работает при отсутствии на крыше снега либо работает на сжатие при появлении на скатах незначительной равномерной нагрузки. На растяжение она работает только в предаварийной ситуации при просадке либо прогибе конькового прогона от действия максимальных нагрузок. По-сути, схватка это аварийный элемент стропильной системы, вступающий в работу, когда крышу завалит максимально возможным количеством снега и коньковый прогон прогнется на всю расчетную величину либо когда произойдут непредвиденные и неравномерные просадки фундаментов и, как следствие, неравномерная осадка стен и конькового прогона. Чем ниже установлены схватки, тем лучше. Обычно их устанавливают на высоте не менее 1,8–2 м от поверхности перекрытия, чтобы они не мешали человеку при прохождении по чердаку.

Если во втором и третьем варианте нижний узел опирания стропильной ноги (ползун) заменить на ползун немного другой конструкции (рис. 35, в) — с выносом конца стропилины за стену, то это еще более укрепит всю систему, делая ее статически устойчивой конструкцией при любом сочетании нагрузок.

рис. 35. Схватка между стропилами увеличивает устойчивость стропильной системы

Еще одним мероприятием повышения устойчивости всей системы является жесткое (что не всегда возможно) закрепление низа стоек поддерживающих прогон. Их врубают в лежень и прикрепляют к перекрытиям любым возможным способом, превращая нижний узел опирания стойки из шарнирного (в плоскости стропил) в узел с жестким защемлением (рис. 36).

рис. 36. Пример закрепления узла опирания стойки

Сечение схваток ввиду развития в них малых напряжений не рассчитывают, их принимают конструктивно. Для того, чтобы уменьшить типоразмер деталей использующихся при строительстве стропильной системы, сечение схватки используют тех же размеров, что и стропила, но могут быть применены и более тонкие доски. Схватки устанавливаются с одной или двух сторон стропил и прикрепляются к ним гвоздевым боем и/или болтами (рис. 37). При расчете сечения стропил, схватки не учитывают, т.е. стропильную систему рассчитывают так, словно схваток в ней вообще нет. За единственным исключением, если схватки прикручиваются к стропилам болтами, то несущую способность древесины из-за ослабления отверстиями под болты, уменьшают использованием коэффициента 0,8. Иными словами, если в стропилине будут сверлиться отверстия под установку болтов схваток, то ее расчетное сопротивление применяют равным 0,8R. При креплении схватки к стропилам только гвоздевым боем ослабления расчетного сопротивления древесины стропильной ноги не происходит. Однако нужно сделать расчет на количество забиваемых гвоздей. Производится расчет на срез (изгиб) гвоздей. За расчетную силу среза принимают распор, который может возникнуть при аварийном состоянии стропильной системы. В общем, в расчет гвоздевого соединения схватки со стропилом вводят распор (H), которого нет, при нормальной работе стропил.

рис. 37. Узел крепления схватки

Еще раз напомним, статическая неустойчивость безраспорной стропильной системы проявляется только в крышах, где нет возможности закрепить коньковый прогон от горизонтального смещения. В домах с вальмовыми крышами и в домах с фронтонами из кирпича и камня, безраспорные стропильные системы вполне устойчивы и в мероприятиях по обеспечению устойчивости нет никакой необходимости. Однако «противоаварийные» конструкции — схватки, устанавливать все же надо.

При установке шпилек или болтов для крепления схваток обратите особое внимание на диаметр отверстия под них. Он должен быть равным диаметру шпилек (болтов) или даже меньше его на 1 мм. В аварийной ситуации схватка не будет работать до тех пор, пока не выберет зазор между шпилькой и стенкой отверстия в это время низ стропильных ног «разъедется» на несколько миллиметров или сантиметров (зависит от высоты установки схватки), что может подвинуть или выкрутить мауэрлат и разрушить карниз стен, а в распорных стропильных системах, где мауэрлат жестко закреплен — «раздвинуть» легкие стены.

Распорные наслонные стропила

Работающее на изгиб стропило, передающее распор на стены, должно иметь две закрепленные опоры.

Берем те же варианты стропильных схем и заменяем в них нижние опоры с двумя степенями свободы (ползуны) на опоры с одной степенью свободы (шарниры). Просто, где их нет, прибиваем к низу стропильной ноги опорные бруски. Обычно используется брусок длиной около метра и сечением 50х50(60) мм с расчетом гвоздевого соединения. Либо делаем опору на мауэрлат в виде зуба. В первом варианте расчетной схемы, в коньке там где стропила горизонтально оперты на прогон, сшиваем верхние концы стропильных ног гвоздевым боем или скрепляем болтом и получаем, таким образом, шарнирную опору.

рис. 38. Стропила упертые обоими концами в мауэрлат и прогон показывают распор

Расчетные схемы стропильных систем меняются незначительно (рис. 38), все внутренние напряжения сжатия и изгиба остаются прежними, но в нижних опорах стропил появляется распор равный H = (qL/2)×ctg µ, (кг). В верхних узлах распор в одной стропильной ноге уничтожается противоположно направленным распором от конца другой стропильной ноги, поэтому здесь он не приносит особых хлопот. Однако концы стропильных ног, упертые непосредственно друг в друга или через прогон, могут быть проверены на смятие древесины, хотя в большинстве случаев этого не требуется.

По сути, распорные наслонные стропила это переходная схема между безраспорными наслонными и висячими стропилами. В них уже просматривается схема висячих стропил, но рудимент в виде конькового прогона еще остается. Когда стропила низом уперты в стены, а верхом друг в друга, то прогон здесь как пятое колесо в телеге. С одной стороны вроде и не помешает, а с другой — можно и без него обойтись. Стропильная система проявляет двойственность своей работы, которая зависит от плотности прилегания верха стропил к прогону и друг к другу. Вектор силы давящий на коньковый узел распределяется и на стропильные ноги, и на прогон. При просадке, в результате усадки стен или прогибе от собственного веса, прогон уходит из работы и вектора сил полностью распределяются по стропилам, а сами стропила при этом превращаются в висячие.

В распорных стропильных системах назначение у схватки несколько иное — она в аварийных ситуациях работает на сжатие. Вступая в работу, она снижает распор на стены низа стропильных ног, но полностью его не снимает. Она сможет его снять полностью, если будет расположена в самом низу закрепленная между концами стропильных ног, но это уже другая конструктивная схема и схватка в ней уже называется затяжкой.

Что же изменяется с включением в схему схватки? Не будем нагружать вас раскладкой векторов сил, просто представьте предаварийную ситуацию, когда на крышу действуют максимальные нагрузки. Там где под коньковым прогоном нет стоек происходит прогиб прогона и наслонные стропила, стянутые схваткой, моментально превращаются в схему висячих стропил со сжатым ригелем, а низ стропильных ног получает распор по соответствующей расчетной схеме. Там где под коньковым прогоном есть стойки либо прогон жесткий, схватка то же работает на сжатие и низ стропильных ног тоже передает распор, но более слабый так, как верх стропил держит коньковый прогон. Однако расчет производится по наихудшему сценарию.

Применение распорных наслонных стропильных систем требует учета влияния распора на стены. Снизить распор можно установкой жестких коньковых прогонов. Для этих стропильных схем будет лучше, если расчетный прогиб конькового прогона получится намного меньше нормированного СНиПом. Старайтесь увеличивать жесткость прогона установкой стоек, подкосов или консольных балок (изменение высоты сечения) либо делайте на нем строительный подъем. Особенно это актуально для домов из легких бетонов, брусовых и рубленных из бревна. Массивные кирпичные, бетонные и панельные дома легче переносят распор на стены.

Следует заметить, что под распором понимается горизонтальное усилие, возникающее от скатывающегося по стропильной ноге сжимающего напряжения S. Иными словами, распор — это горизонтальный вектор сил появляющийся от действия вертикальной нагрузки. Не нужно путать его с распором от прогиба стропил. В расчетной схеме стропила считаются стержневыми элементами, не имеющими высоты, поэтому распор от прогиба не учитывается. На это и направлено нормирование прогиба в строительных конструкциях. СНиП, вводя нормированные величины прогиба, приближает идеализированные расчетные схемы к реальным. Другим словами если прогиб строительной конструкции не превышает нормируемого, то и задумываться о распоре от прогиба не следует, его как бы нет. Хотя на самом деле он есть и в распорной схеме он проявляет себя в больше степени, чем в безраспорной. На распор от прогиба нужно обращать внимание при строительстве стен дома из газобетонов. Это блоки абсолютно не держат изгиб и могут быть разрушены распором даже от прогиба стропил. Не делайте на этих стенах систем распорных стропил. В других случаях распор от прогиба не наносит особого вреда, например, в кирпичных стенах его воспринимает упругость мауэрлата и стального крепежа.

Стропильная система, сделанная по распорному варианту, статически устойчивая система при любых сочетаниях нагрузок и требует жесткого закрепления мауэрлата на стене. Для удержания распора стены должны быть достаточно массивными либо снабжены неразрывным монолитным железобетонным поясом по всему периметру (как обруч на деревянной бочке). В аварийных ситуациях, в отличие от безраспорных систем, в распорной системе работающая на сжатие схватка не спасает положения, она лишь частично уменьшает распор, передающийся на стены (рис. 38.1). Для того чтобы аварийных ситуаций не произошло мы и собираем нагрузки действующие на крышу по максимуму.

Рис. 38.1. Работающая на сжатие схватка частично снимает распор со стен

Расчет стропильной системы с введенной в нее сжатой схваткой делается по двум сочетаниям нагрузок. Сечение стропильной ноги подбирается по максимальному изгибающему моменту и прогибу без учета работы сжатой схватки. Представьте, что на крыше действуют неравномерная нагрузка: на одной стороне ската снег лежит, а на другой он стаял или сполз. Изгибающаяся стропильная нога просто толкнет сжатую схватку и будет работать как обычная однопролетная балка. Подбор сечения сжатой схватки и определение распора на стены, наоборот, будем производить для равномерно распределенной нагрузки по обоим скатам. В этом случае схватка будет сжата с обеих сторон и получит максимальное напряжение сжатия, низ стропильной ноги будет отдавать пониженный распор на стену, а сама стропильная нога превратится в неразрезную балку на трех опорах.

Стропила с подкосами

Схема 2

Для подбора сечения однопролетной деревянной балки (стропильной ноги на двух опорах) определяющим часто является прогиб при не полностью используемых напряжениях изгиба. Поэтому однопролетная балка с постоянным сечением обычно бывает не самой экономичной. Неразрезные двухпролетные балки позволяют использовать более экономичные поперечные сечения, чем однопролетные балки той же длины.

И эти системы наслонных стропил можно делать по распорному и безраспорному варианту. Вся разница заключается только в устройстве концевых опор, не будем больше на этом останавливаться.

рис. 39. Наслонные стропила с подкосами

Третья опора стропильной ноги — подкос, другое название подстропильная нога (рис. 39), устанавливается под углом к горизонту не менее 45° и превращает стропило из однопролетной балки в двухпролетную неразрезную. Что позволяет уменьшить сечение стропильной ноги при той же нагрузке, а пролет, перекрываемый двускатной крышей, увеличить до 14 м.

В двухпролетной неразрезной балке максимальный изгибающий момент находится над средней опорой, его и принимают для расчета сечения стропильной ноги (рис 40). Простой пример, попробуйте перегнуть палку через колено, она сломается на колене. Здесь будет максимальный изгибающий момент, по которому и нужно определять сечение всего деревянного элемента. Прогиб неразрезной двухпролетной балки будет меньше, чем обычной балки на двух опорах той же длины. Мешает средняя опора, это очевидно. Однако если вспомнить, что наша реальная расчетная схема это все-таки не горизонтальная балка, а наклонная и подперта она наклонным подкосом, то очевидным становится и то, что прогнувшееся стропило сместит и узел соединения с подкосом. Поэтому прогиб стропильной ноги для упрощения считают по обычной формуле прогиба (2) однопролетной балки для наибольшего пролета. В данном случае, для крыш с уклонами скатов до 45°, прогиб считается для нижнего пролета — от узла соединения с мауэрлатом до узла соединения с подкосом.

Рис. 40. Конструктивные и расчетные схемы наслонных стропил с подкосами. Узел крепления подкоса

Узел крепления подкоса к стропильной ноге очень простой и не требует никакого расчета. Подкос просто заводят под стропильную ногу и фиксируют от смещения прибоинами: нижней и двумя боковыми. Расчет гвоздевого соединения не производится, оно здесь носит чисто конструктивный характер. Важно, чтобы торец подкоса был точно подпилен под угол наклона стропильной ноги так, чтобы у стропилины не было люфта на выбор зазора при приложении к ней нагрузки. Иными словами, точно подогнанный под низ стропила подкос не даст ему прогнуться в месте опирания. При полном расчете стропильной системы стропило в месте опирания подкоса проверяют на местное смятие древесины, но как правило, в таком расчете нет необходимости. Сечение подкоса определяют расчетом на сжатие и если получают слишком маленькое сечение, задают конструктивно, равным сечению стропильной ноги.

В верхней части рисунка 40 изображена распорная стропильная схема без схватки. Сжимающие усилия в ней принимают подкосы. Система, рассчитанная на распор воспринимаемый материалом стен, в схватке не нуждается. Здесь уже есть элементы, работающие на сжатие — подкосы. Схватка не снимает распор, значит в ней нет острой необходимости.

В нижней части рисунка 40 безраспорная схема стропил с затяжкой. Здесь все наоборот, затяжка необходимый элемент и она участвует в работе всей системы. Схватку нужно устанавливать ниже крепления подкосов. Иначе безраспорный узел опирания на мауэрлат — ползун при изменении нагрузок может действительно начать ползать по мауэрлату. Обычно рассчитывается только гвоздевое соединение схватки со стропильной ногой, из-за малых внутренних напряжений сечение схватки-затяжки подбирается конструктивно.

Стропила на подстропильных балках

Схема 3

В зданиях, имеющих две продольные внутренние несущие стены либо внутренние несущие стены расположены поперек здания, используют две подстропильные конструкции, состоящие из сквозных прогонов (балок уложенных вдоль крыши), опертых через брусья стоек на лежень и далее на внутренние стены (рис. 41). Но может быть применено решение и без устройства прогонов (рис. 42), в этом случае стойки подводятся под каждую стропильную ногу.

рис. 41. Стропильная система для зданий с двумя внутренними несущими стенами

Коньковый узел получается стыкованием верха стропильных ног друг в друга и связкой двумя деревянными или стальными накладками. В отличие от предыдущих схем под коньковым узлом нет прогона, а это автоматически подразумевает наличие в стропильной системе распора. В безраспорной стропильной системе для его нейтрализации устанавливают затяжку ниже сквозных прогонов. Она будет работать на растяжение и перехватывать распор. Устойчивость всей стропильной системы обеспечивается схватками, установленными по низу стоек подстропильной системы или расшивками, установленными крест-накрест, которые будут удерживать подстропильные конструкции от «складывания».

В распорной стропильной системе, как всегда, все по-другому. Схватка (ее правильнее назвать ригелем) будет работать на сжатие и ее лучше устанавливать по верху сквозных прогонов. Она же будет удерживать и подстропильные конструкции (сквозные прогоны и стойки) от опрокидывания.

рис. 42. Вариант установки стойки и затяжки на стропильную систему без прогонов (размеры в мм)

Проверка стропильной ноги на прогиб производится по особой формуле учитывающей влияние изгибающего момента на промежуточной опоре. Здесь в отличие от схемы 2, прогнувшееся стропило не может потянуть вниз промежуточный узел опирания.

Введение под стропильные ноги стоек или сквозных прогонов позволяет строить мансардные крыши. Однако опирание подстропильных конструкций нужно делать на стены либо на жесткое перекрытие проверенное расчетом на дополнительную нагрузку. В безраспорных конструкциях, для освобождения внутреннего пространства, расшивки можно установить с внешней стороны стоек и прикрепить их к низу стропильных ног. Что, кстати, делает всю крышу довольно устойчивой конструкцией.

Сращивание стропил по длине

При значительном увеличении длины стропил часто приходится соединять между собой короткие доски (брусья), так как поставляемые пиломатериалы не имеют длины, требуемой для изготовления длинных стропильных ног. Жесткие на изгиб стыки сделать крайне сложно, как правило, в месте соединения стропил получаются пластичные шарниры. Выходят из этой ситуации довольно просто, для получения неразрезной балки пластичный шарнир располагают там, где эпюра изгибающих моментов пересекает продольную ось стропилины. То есть шарнир (стык) делают там, где изгибающий момент стремится к нулю. Полная аналогия с консольно-балочной подстропильной конструкцией.

Если стропила изготавливаются из брусьев, то вместе стыка делают косой прируб и скрепляют концы болтом (рис. 43). Если стропила делаются из спаренных досок, то делают стык аналогичный дощатому неразрезному прогону. Если стропила из одинарных досок, то либо тоже делают косой прируб, но скрепляют гвоздевым боем и/или хомутами, либо стропила стыкуют лобовым упором с двух- или односторонними накладками. Стропила торцуются, соединяются друг с другом и закрепляются с двух или одной стороны деревянными или стальными накладками. Расчет стыка ведется на количество забиваемых гвоздей. Их количество должно быть таким, чтобы удерживать поперечную силу, направленную на срез гвоздей. Длина накладки определяется из количества гвоздей, чтобы не «измочалить» накладки. Обычно гвозди забиваются в два ряда на равных расстояниях от продольной оси стропил.

В случае устройства пластичного шарнира, его делают на расстоянии 0,15l от опоры, где l длина пролета над которым располагается стык. Обратите внимание, если при стыковании прогонов можно было использовать равнопрочную и равнопрогибную схему, то при стыковании стропил применяют равнопрочную схему. Это обусловлено тем, что пролеты стропил от мауэрлата до промежуточной опоры и от промежуточной опоры до коньковой, абсолютно разные. Нам важнее обеспечить равную прочность стропилины по всей длине, а не равный прогиб. В коньковом прогоне все, наоборот, там в ряде случаев, важнее обеспечить равный прогиб, чтобы конек кровли оставался на одной высоте.

рис. 43. Стыкование стропил косым прирубом

Стропила можно состыковать лобовым упором и на опорах (на прогоне или на подкосах), но при этом неразрезной балки не получится. Получатся несколько простых однопролетных балки и расчет их сечений нужно делать, как для обычных балок на двух опорах. Стык стропил прикрывается двухсторонними дощатыми накладками без расчета гвоздевого боя. В этом случае у накладок только одна задача — обеспечить соосность стропил и их монтажное закрепление. Если нужно получить неразрезную балку, но при этом используется стыкование в произвольном месте лобовым упором с накладками, то равнопрочный основному сечению стык расчитывается по методике изложенной в книге Гроздова В. Т. «Деревянные наслонные стропильные системы» .

рис. 44. Пример устройства составных стропил

Также для удлинения стропил можно использовать стропила сколоченные из двух досок с просветом (рис. 44). Уникальность такой конструкции состоит в том, что вверху стропильной системы можно установить одинарные стропила, а внизу спаренные, раздвинутые на толщину верхнего стропила. Такой подбор стропил позволяет экономить материал, подбирая оптимальные размеры сечений и легко решать конструкции узлов соединения стропил между собой и с ригелем-схваткой. Вкладыши между стропилинами вставляют из обрезков стропильных ног, но так, чтобы расстояние между ними (в свету) было не более 7 высот сплачиваемых досок. Тогда гибкость спаренной стропилины между вкладышами будет равна нулю, то есть стропильная нога будет работать, как цельная. Длина самих вкладышей может быть произвольной, но не менее 2 высот досок.

Подбор сечения наслонных стропил

На предыдущих страницах сайта вы видели рисунки расчетных стропильных систем с множеством формул. Формулы приведены не столько для того, чтобы рассчитывать по ним сечения конструктивных элементов крыши, сколько для иллюстрации работы этих элементов. Формулы совсем не обязательно вдумчиво изучать и тем более запоминать, гораздо важнее понять, как работает та или иная схема, а ее расчет можно произвести и на компьютере, хотя бы с помощью несложной программы stropila. У компьютера нет той изворотливости ума, которая присутствует у человека, поэтому для расчета строительных элементов в компьютерной программе нужно ставить четкие и конкретные условия задачи. А для этого надо самому понимать, что будет происходить в стропильной системе, при приложении к ней нагрузки и как будет изменяться работы системы при изменении исходных данных. Компьютерная программа не всегда может учесть те конструкторские замыслы, которые рождаются в человеческой голове и тогда нужно переходить на расчет вручную. И даже если решается обычная простенькая задача, всегда лучше знать, что там происходит в электронных мозгах, чем оставаться в неведении.

Несущая способность древесины хвойных пород (сосны и ели) определяется нормативными документами. Если применяется древесина других пород, то вводится поправочный коэффициент. Несущая способность сечений, ослабленных врубками или отверстиями под болты, должна рассчитываться с коэффициентом 0,8 от нормативной несущей способности древесины.

Основными факторами, определяющими сорт и соответственно прочность древесины, являются величина и расположение пороков, главным образом сучков и наклона волокон в элементе. Например, в наиболее прочной древесине 1-го сорта допускаются сучки общим диаметром на длине 20 см, не более 1/4 ширины доски и наклон волокон не более 7%. В древесине средней прочности 2-го сорта допускается относительно большая общая ширина сучков — до 1/3 ширины доски и наклон волокон не более 10% к оси. В наименее прочной древесине 3-го сорта допускаются сучки еще большей ширины на длине 20 см: до 1/2 ширины и наклон волокон не более 12%.

Кроме того, в конструкционной древесине годовые слои должны быть не шире 5 мм, и поздняя, наиболее прочная древесина должна составлять не менее 1/5 их ширины. В досках, работающих на ребро при изгибе, не допускается рыхлая сердцевина. В зонах соединений не допускаются трещины.

Для сжато-изогнутых, изогнутых и сжатых деревянных конструкций допускается применять древесину 2 сорта (если сортность не завышена продавцом). Дерево неплохо работает на изгиб и сжатие, а сучковатость второсортной древесины не влияет на ее несущую способность. Для растянутых конструкций нужно применять древесину 1 сорта. На растяжение дерево работает хуже, а сучки снижают его несущую способность, но для унифицирования материалов допускается применение 2 сорта.

Подбор сечений стропил нужно согласовывать с размером стандартных пиломатериалов. Длину пиломатериалов для изготовления неразрезных несущих конструкций рекомендуется применять не более 6,5 м.

На крышах с уклоном скатов до 30° стропила считаются изгибаемыми элементами

Стропило, работающее на изгиб должна отвечать следующим условиям.

1. Внутреннее напряжение, возникающее в нем при изгибе от приложения внешней нагрузки, не должно превышать расчетного сопротивления древесины на изгиб:

σ = М/W ≤ Rизг,                  (1)

где σ — внутреннее напряжение, кг/см²; М — максимальный изгибающий момент, кг×м (кг×100см); W — момент сопротивления сечения стропильной ноги изгибу W = bh²/6, см³; Rизг — расчетное сопротивление древесины изгибу, кг/см² (принимается по таблице СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции» (rar 2,8 MB) или по таблице на страничке сайта);

2. Величина прогиба стропила не должна превышать нормируемого прогиба:

f ≤ fнор,                 (2)

где Е — модуль упругости древесины, для ели и сосны он составляет 100 000 кг/см²; J — момент инерции (мера инертности тела при изгибе), для прямоугольного сечения равный bh³/12 (b и h — ширина и высота сечения балки), см4; fнор — нормируемый прогиб балки, для всех элементов крыши (стропил, прогонов и брусков обрешетки) он составляет L/200 (1/200 длины проверяемого пролета балки L), см, для стропила опертого двумя концами f= 5qL4/384EJ.

По несущей способности стропило рассчитывается по наибольшему напряжению, то есть по максимальному моменту изгиба. Для определения расчетной нагрузки вес снега принимается по максимальному значению. У стропил опертых двумя концами, максимальный момент изгиба находится в центре пролета. У стропил на трех опорах сделанных по типу неразрезной балки максимальный момент изгиба находится на промежуточной опоре и направлен вверх (отрицательная величина). У стропил на трех опорах сделанных как две простых балки, максимальные моменты находятся в центрах пролетов, сами стропила могут быть рассчитаны с переменным сечением, либо с одинаковым сечением на наибольший максимальный момент.

Произвольно задавая толщину b доски или бруса, из которых будет изготовлено стропило, находим его высоту по формуле:

h = √(6W/b) ,

где b (см) — ширина сечения балки; W (см³) — момент сопротивления балки изгибу, вычисляется по формуле: W = M/Rизг (где М (кг×см) — максимальный изгибающий момент, а Rизг — сопротивление древесины изгибу, для ели и сосны Rизг = 130 кг/см²).

Можно и наоборот, произвольно задать высоту доски или бруса h и найти ширину стропила:

b = 6W/h²

После этого балку с вычисленными параметрами ширины и высоты по формуле (2) проверяют на прогиб. Здесь необходимо заострить ваше внимание: по несущей способности стропило рассчитывается по наибольшему напряжению, то есть по максимальному моменту изгиба, а на прогиб проверяется сечение, которое находится на наиболее длинном пролете, то есть на участке, где самое большое расстояние между опорами. Прогиб для всех: одно-, и двуххпролетных балок проще всего проверить по формуле (2) то есть, как для однопролетных балок. Для двухпролетных неразрезных балок такая проверка на прогиб покажет немного неверный результат (чуть больший, чем будет на самом деле), но это только увеличит запас прочности балки. Для более точного расчета нужно использовать формулы прогиба для соответствующей расчетной схемы. Они указаны на рисунках схем загружения. Снеговую нагрузку для расчета на прогиб нужно принимать с коэффициентом 0,7.

Если прогиб на самом длинном участке будет не более l/200, то сечение оставляют таким, каким оно получилось. При прогибе больше нормативного, увеличивают высоту стропила и производят новый расчет. Так повторяют до тех пор, пока величина прогиба не получится меньше нормативного.

На крышах с уклоном скатов более 30° стропила считаются изгибаемо-сжатыми элементами

На их работу оказывает влияние не только изгибающий момент от равномерно распределенной нагрузки, но и сжимающее усилие S, действующее вдоль оси стропила.

Здесь расчет немного посложнее. Внутренние напряжения σ (кг/см2), возникающие в стропильной ноге, не должны превышать предельно допустимых значений:

σ = S/F + M/W ≤ Rсж,      (3)

где S (кг) — сжимающая сила, действующий вдоль продольной оси стропила, кг; Rсж — сопротивление древесины сжатию, для хвойных пород дерева Rсж = 130 кг/см²; F — площадь сечения стропила b×h, см²; W — момент сопротивления сечения стропильной ноги изгибу W = bh²/6, см³; М — максимальный момент изгиба, возникающий в стропильной ноге, кг×см.

Формула не очень сложная, но математическому упрощению поддается плохо. Поэтому, легче всего, рассчитать требуемые сечения стропил методом подбора. Задаемся каким-либо сечением стропила и подставляем значения высоты h и ширины b в формулу (3). Если напряжение σ получилось значительно меньше нормативного Rсж, уменьшаем сечение стропила (b, h), если больше — увеличиваем и пересчитываем формулы вновь с измененными размерами сечения стропильной ноги. И так до тех пор, пока не подберем такое сечение, напряжение σ в котором будет близко к нормативному Rсж.

При использовании спаренных стропильных ног, раздвинутых на толщину применяемого пиломатериала (рис. 44), момент инерции J и момент сопротивления W просто удваиваем относительно одинарной стропилины. Хотя это немного неправильно, но создает дополнительный запас прочности.

После того как сечение подобранно по несущей способности, стропило проверяют на прогиб по формуле (2). Если стропило с рассчитанным сечением не проходит по условиям прогиба, увеличиваем его сечение (высоту) и делаем это до тех пор, пока расчетный прогиб не станет меньше нормативного — l/200.

Ригель - схватка, работающая на растяжение

Обычно этот расчет выполняют после подбора сечений стропильных ног и для сокращения типоразмеров применяемых деталей, сечение схватки принимают таким же, как и сечение стропильных ног, а затем проверяют его по несущей способности на растяжение:

σ = Н/F ≤ Rрас,            (4)

где Н — растягивающая сила (распор), кг; F — площадь сечения схватки F = b×h, см²; Rрас — расчетное сопротивление древесины растяжению, для первосортной ели и сосны Rрас = 100 кг/см².

Расчет чрезвычайно прост. Задаются размерами схватки b и h, равными размерам стропильных ног, подставляют их в формулу и полученное напряжение σ сравнивают с допустимым сопротивлением древесины растяжению Rрас. Если требование неравенства выполняется, делают одностороннюю схватку, если внутреннее расчетное напряжение σ больше Rрас, то сечение схватки увеличивают либо ригели устанавливают с двух сторон.

Но можно и по-другому, при необходимости определения точного размера сечения схватки задаются каким-нибудь одним размером — толщиной b или высотой h доски ригеля и находят другой размер по формулам:

b = Н/hRрас или h = Н/bRрас      (5)

После расчета сечения ригеля производят расчет гвоздевого или болтового соединения. При расчете гвоздевого соединения после определения требуемого количества гвоздей смотрим, поместятся ли они на конце ригеля. Если не помещаются, то рассматриваем возможность установки двусторонней схватки с уменьшенным сечением либо изменяем способ крепления схватки с гвоздей на болты. Тогда сечение стропильной ноги должно быть пересчитано на ослабленное сечение, с учетом изменения расчетного сопротивления Rизг, к которому нужно применить коэффициент 0,8.

В большинстве случаев, растягивающие напряжения в ригелях ничтожно малы, поэтому размеры их сечений принимаются конструктивно. Чего не скажешь про крепление их к стропилам, которое нужно обязательно рассчитывать. Если узлы рассчитываются на крепление гвоздями, то может получиться очень большое количество гвоздей, вбиваемые в маленький «пятачок». Многие строители наверняка видели чертежи узлов деревянных конструкций с просто огромным количеством гвоздей, назначенных туда по расчету. Вот, только кто из них забил их ровно столько, сколько показывает расчет? Для устройства нормального узла, отвечающего требованиям прочности, гвоздевые соединения в этих случаях, лучше заменять на болтовые или делать крепление стальными монтажными пластинами. И прочностные характеристики не будут нарушены, и конец ригеля не будет превращен гвоздевым боем в мочалку.

Схватка, подкосы и стойки, работающие на сжатие

Их расчет очень похож на расчет ригеля на растяжение с единственной разницей, что напряжение возникающее в сжатом элементе, сравнивают с сопротивлением древесины сжатию:

σ = Н/F ≤ Rсж       (6)
В остальном, сечение подбирается точно так же, как и в растянутом элементе, по тем же формулам. Расчет гвоздевого или болтового соединения также аналогичен приведенному выше.

После расчета стропильных систем и определения геометрических характеристик стропильных ног и ригелей-схваток необходимо рассчитать их вес и добавить его в расчетную нагрузку. Это делается так: зная геометрические параметры элементов стропильной системы, подсчитываем полный объем (м³) пиломатериалов, требуемых для устройства стропильной системы. Полученную цифру умножаем на объемный вес древесины. Объемный вес одного кубометра древесины примерно равен 500–550 кг/м³. Получаем вес, измеряемый в кг/м² и прибавляем его к расчетной нагрузке, которая тоже измеряется в кг/м². А дальше вновь пересчитываем всю расчетную схему стропильной системы с учетом добавленной нагрузки от собственного веса стропил.

Диагональные стропильные ноги вальмовых крыш

На вальмовых крышах и крышах с ендовами необходимо устанавливать стропила направленные к углам стен (внешним или внутренним). Эти стропильные ноги называются диагональными или накосными. Диагональные стропила длиннее обычных, кроме того, на них опираются укороченные стропила скатов (стропильные полуноги), которые называются нарожниками. Поэтому накосные стропила, как правило, несут нагрузку примерно в полтора раза большую, чем обычные стропила. Длина диагональных стропил превышает стандартную длину досок, поэтому стропила делают спаренным. Спаривание накосной стропильной ноги решает сразу три задачи: во-первых, удвоенное сечение способно нести увеличенную нагрузку; во-вторых, сплачивание досок позволяет получить длинную неразрезную балку; в-третьих, спаривание стропил унифицирует типоразмер применяемых деталей. Сдваивание стропил позволяет применять для устройства накосных стропил те же доски, что и для обычных стропил. Иными словами, применение досок одной высоты для изготовления всех видов стропил упрощает конструктивные решения узлов крыши.

Для получения многопролетности под накосную ногу устанавливают одну или две опоры. По сути, накосные стропила, это раздвоившийся и наклонившийся коньковый прогон. Сращивание досок по длине делают так, чтобы стыки получались на расстоянии 0,15L опор, таким образом, длину досок для изготовления накосной стропильной ноги нужно подбирать в зависимости от длины пролетов, следовательно, от количества опор. Например, для вальмовой крыши нужно сделать накосную ногу длиной 10 м, для этого можно использовать доски длиной по 5,5 м и установить одну опору посредине. Получим двухпролетную неразрезную балку. Однако расположение опоры под средней частью стропила не отвечает схеме приложенной к нему нагрузки, поэтому ее устанавливают на расстоянии 1/4 пролета от верха стропила. Тогда для десятиметрового стропила логичнее использовать доски 7 и 3 м.

Опора под накосную стропильную ногу — это обычный подкос либо стойка из двух спаренных досок или бруса. Стойку опирают через деревянную подкладку и гидроизоляционный слой прямо на перекрытие, если оно из железобетонных плит и проверено на сосредоточенную силу. Подкос устанавливают под углом к горизонту 45–53°, а низ его упирают в лежень. Угол установки подкоса не играет решающей роли, главное условие, чтобы подкос поддерживал стропило в месте максимального сосредоточения нагрузки (рис. 44).

Рис. 44. Место установки дополнительных опор под диагональные стропила

Расчет сечения диагональных стропил можно произвести по формулам приведенным в книге В. Т. Гроздова «Деревянные наслонные стропила» (rar 860 kB), но как правило, они не нуждается в расчете. Сделанные из двух сечений рядовых стропильных ног они выдерживает ту нагрузку, на которую были рассчитаны рядовые стропила. Стропила, перекрывающие пролет до 7,5 м, подпираются только подкосом в верхней части пролета. Если накосное стропило перекрывает пролет до 9 м, в нижней части (l/4) устанавливают еще одну опору: стойку (если позволяет перекрытие), либо шпренгельную ферму. Под стропило длиной более 9 м желательно ввести третью опору по центру, здесь можно установить только стойку, значит, перекрытие должно быть железобетонным и проверенным на сосредоточенную силу либо в его конструкцию включают балку, на которую можно будет опереть стойку.

Шпренгель, это балка из бруса, прокинутая на угол по пересекающимся наружным стенам. Чтобы балка особо не прогибалась (не «играла»), в шпренгельную конструкцию устанавливают два подкоса. Такая опора получила название шпренгельная ферма. В большинстве случаев при строительстве небольших загородных домов, эту ферму не нужно рассчитывать, ее элементы принимаются конструктивно из бруса или спаренных досок общим сечением 100х100 — для стоек, 50х100 — для подкосов и 100х150(h) мм — для балки.

рис. 45. Опирание накосных (диагональных) стропильных ног на прогон в центре вальмовой крыши

Опирание диагональной стропильной ноги в коньке зависит от расположения и количества промежуточных опор и конструкции основных наслонных стропил:

  • при наличии одного прогона посредине крыши диагональную стропильную ногу опирают на консоли прогона (рис. 45). Консоли выпускают сантиметров на 10–15 за подстропильную раму, лишнее потом проще отпилить, чем нарастить недостающее;
  • при наличии двух прогонов и стропил из досок, на прогоны устанавливается шпренгельная конструкция состоящая из горизонтальной балки и стойки, на которую крепится верх накосных стропил (рис. 46);
  • при наличии двух прогонов и стропил из брусьев, в коньке к стропилам пришивают прибоину (коротыш доски толщиной не менее 5 см) и опирают на нее накосные стропила.

рис. 46. Опирание накосных (диагональных) стропильных ног вальмовой крыши на шпренгель, при двух подстропильных рамах

Низ накосных стропил для посадки на шпренгель, консоль прогона или на прибоину, подрубается в горизонт и крепится гвоздями. При необходимости накосные стропила дополнительно прикрепляют к опорам металлическими хомутами или тугими проволочными скрутками.

Накосные стропила, расположенные в ендовах, подпереть шпренгельной фермой нельзя, так как угол стен, образующий ендову, внутренний, поэтому их подпирают стойками либо, если не позволяет перекрытие, подкосами. В этом случае, в отличие от диагонального стропила вальмы, максимальная нагрузка приходится на нижнюю часть стропильной ноги! Сюда и нужно упирать подкос (рис. 44). Однако угол наклона подкоса опертого низом в лежень получается слишком острым, поэтому подкос либо опирают низом в угол стен, либо ставят два подкоса (один от лежня, другой от угла стен) упирая их верхом друг в друга, либо пренебрегают точкой максимальной нагрузки и ставят один подкос от лежня с углом к горизонту 45–53°. Последний вариант, казалось бы, неправильный — подкос подпирает стропило совсем не там, где нам нужно. Но не будем забывать, что введение под балку третьей опоры, делает ее неразрезной и двухпролетной, что увеличивает ее несущую способность. Так, что установки подкоса по последнему варианту, чаще всего, бывает вполне достаточным для обеспечения несущей способности всей наслонной стропилины удвоенного сечения.

На практике нарожники стыкуют к наслонному стропилу простым запилом — подпиливают верх нарожника в одну плоскость к диагональной стропилине, стыкуют и пришивают 2–3 гвоздями. И я так делал, более того, никогда не видел, чтобы делали по-другому. Это совсем не значит, что мы делали правильно. Типовые узлы устройства стропильных крыш показывают, что нарожники нужно врубать в накосное стропило выбирая в нем гнезда. Это достаточно сложные узлы, которые можно упростить и даже увеличить жесткость и несущую способность накосной стропильной ноги. Жесткость стропила усиливается, если стыкование к нему нарожников делать не врубками, а устройством черепных брусков. Бруски сечением 50х50 мм нашиваются к низу стропильной ноги с обеих сторон. Шаг опирания нарожников нужно выбрать таким, чтобы они не приходили с двух сторон в одну точку стропила, а стыковались вразбежку (рис. 47). Иногда для этого приходится немного менять шаг установки нарожников относительно рядовых стропил. Установка опорных (черепных) брусков на накосную стропильную ногу делает ее сечение тавровым, что усиливает ее несущую способность и жесткость.

рис. 47. Узлы накосных (диагональных) стропил вальмоваых крыш

В зависимости от принятой расчетной схемы: распорной или безраспорной, низ диагональных стропильных ног упирается непосредственно в мауэрлат или в балку, уложенную на угол стен, либо опирается на них. В этом смысле накосные стропила ничем не отличаются от обычных стропил. Они, как и обычные стропильные ноги, сделанные с тремя или двумя степенями свободы, могут передавать распор на стены или не передавать его.

Принято считать, что угол наклона диагональной стропильной ноги меняется относительно угла наклона рядовых стропил. Это действительно так, если рассматривать диагональную стропильную ногу как отдельный элемент. Однако если спроецировать ее поочередно на стропила скатов, которые она объединяет, то мы увидим, что углы образуемые проекциями равны углам скатов. Попробуйте нарисовать накосное стропило на чертеже фасада здания и вы убедитесь в этом сами. То, что углы проекций на скаты, равны углам скатов, очень важно понимать при строительстве крыши — отпадают ненужные вопросы.

При необходимости верхняя пласть накосной стропилины, уложенной на ребре крыши, стесывается под углом, а расположенные в ендове — желобком, для укладки на них обрешётки.

Установкой между рядовыми стропилами прибоины из доски толщиной не менее 5 см можно сделать так называемую датскую крышу (рис. 48). При необходимости места креплений прибоины к рядовым стропилам подпирают подкосами (подстропильными ногами), низ которых упирают в лежень или стойку либо вместо рядовых стропил устанавливают усиленную (спаренную) пару стропильных ног. В местах пересечения прибоины со стойкой или двумя стойками ее крепят к ним гвоздевым боем и подпирают коротышами (обрезками досок). Полученную на крыше вертикальную плоскость обшивают погонажным или листовым материалом и, чаще всего, используют для устройства на чердаке естественного освещения и вентиляции: монтируют под коньком окна.

рис. 48. Опирание накосных (диагональных) стропил для устройства Датской крыши

«Врезание» крыш друг в друга. Г- и Т-образные крыши. Ендовы

Архитекторы называют крышу пятым фасадом — это один из самых выразительных элементов дома. Однако здесь необходимо выдержать баланс между дизайнерским решением и функциональностью крыши. С инженерной точки зрения чем проще крыша, тем меньше хлопот она доставит в строительстве и последующей эксплуатации. При проектировании крыши по бюджетному варианту следует, по возможности, избегать большого количества ендов, высотных перепадов конька, башенок и арочных форм.

На рис. 1 представлены основные типы простых конструкций крыш, но это всего лишь эскиз. Для правильного построения крыши должен быть разработан план крыши и основные разрезы, учитывающие линейные размеры здания и высотные отметки.

Как построить план крыши? Рассмотрим это на примерах (рис. 49). Современные загородные дома редко имеют план прямоугольника, чаще всего они строятся в виде букв Г, Т или в форме креста. Бывают и другие планировочные решения, нам сейчас важнее разобраться с основными принципами построения плана крыши. Планировку дома можно мысленно разбить на прямоугольники. Самый большой прямоугольник условно назовем основным помещением, а прямоугольники поменьше — пристройками.

рис. 49. Построение плана крыши

Нарисовав план стен, отступают от линий стен на 50 см (нормативный свес крыши) и в масштабе рисуют внешний периметр крыши. Затем на основной крыше рисуем прогон ab, перпендикулярно ему рисуем прогоны на пристройках cd. Теперь если соединить углы смыкания основной крыши и пристроек, то получим линию ендовы — внутреннего угла пересечения крыш. Здесь будет сделаны накосные стропильные ноги.

При одинаковой высоте коньков крыши накосные стропила устанавливаются на всю длину ендовы и будут опираться на мауэрлат и прогон основной крыши, углы скатов основной крыши и пристроек будут разными. Скаты получатся одного уклона только если ширина пристроек будет равна ширине основного помещения.

Укорачивание прогонов cd со стороны точки с изменяет линии ендовы. Расположение ее в плане под углом 45° приводит к тому, что скаты основной крыши и пристроек получатся с одинаковым наклоном, но конек пристройки станет ниже конька основной крыши. Изменением угла наклона ендовы (в плане) можно изменить высоту конька пристройки до требуемой величины. Накосное стропило, установленное в ендове, в этом случае, будет опираться на мауэрлат и прогон пристройки.

Укорачивание прогона со стороны точки а или b либо с обеих сторон приводит к образованию на крыше вальм. То же самое можно сделать с прогоном cd, укорачивая его со стороны точки d получим вальму на пристройке. Кстати, можно и удлинять прогоны, тогда на крыше получим треугольные, увеличенные на коньке, свесы крыши. Если полностью «согнать» прогон, например, прогон ab, в одну точку, получим шатровую крышу, в которой накосные стропила будут сходиться и опираться на единственную стойку.

В чердачных крышах, на любой высоте конька, прогоны пристроек стыкуются со стойками подстропильной конструкции основной крыши и опираются на прибоины (рис. 50). Гвоздевое соединение прибоин со стойками рассчитывается на срез гвоздей либо прибоина делается на всю высоту стойки.

рис. 50. Вариант стыкования двух крыш. Ендовы

Нарожники так же, как и в случае вальмовых крыш опирают на диагональное стропило, на которое предварительно нашиваются опорные бруски. Правило установки нарожников прежнее: они должны устанавливаться вразбежку, а не сходиться в одной точке накосного стропила.

Нарожники так же, как и в случае вальмовых крыш опирают на диагональное стропило, на которое предварительно нашиваются опорные бруски. Правило установки нарожников прежнее: они должны устанавливаться вразбежку, а не сходиться в одной точке накосного стропила. Нарожники в ендовах, как все остальные стропила могут быть выполнены по безраспорному и распорному варианту. Распорные стропила соединенные между собой в коньковом узле, низом упираются в накосную стропилину ендовы и отдают на нее распор. Сама же накосная стропильная нога получает дополнительное сжимающее напряжение, которое при упирании ее низом в мауэрлат, а верхом в коньковый узел, дает на мауэрлат распор. Этот распор старается «распрямить» угол стыкования мауэрлатных балок. Распор можно снять схваткой расположенной по низу накосного стропила и стойки либо, в случае Г-образной крыши, по низу накосных стропилин ендовы и вальмы расположенной с другой стороны. Если схватка будет расположена выше, она будет сжатым ригелем и распора не снимет. При изменении нижнего узла накосной стропильной ноги ендовы с упора на опирание, распор на стены не пойдет, а схваткой можно перехватить распор, возникающий в аварийных ситуациях при просадке конька.

Иными словами диагональные стропила крыш (вальмовые или ендовые) ничем особенным от обычных стропил не отличаются. Если встать к ним фронтально, то мы увидим все те же рядовые стропила, только длиннее и немного по-другому загруженные. Следовательно, их нужно проектировать и устанавливать по тем же правилам, что и рядовые стропила, только рассматривать их проекцию и схватки устанавливать соответствующим образом.

Проход вентиляционных и дымовых труб сквозь скат крыши

После того как будет вычерчен план крыши, нужно выбрать шаг установки стропил, обращая особое внимание на вентиляционные и дымовые трубы. Шаг стропил нужно постараться выбрать таким образом, чтобы трубы прошли в просвет между стропилами. Либо к стропилам пришиваются опорные бруски 50х50 (50х60) мм, на которые опирают поперечины и уже к ним, опять же посредством опорных брусков или стальных фасонных накладок, стыкуются рядовые стропилины (рис. 51). Если режется более одной стропилины, крайние стропильные ноги нужно усилить: сделать их спаренными. Если труба проходит через конек, то коньковый прогон делают с двух сторон трубы, стропила в верхней части опирают на поперечины, аналогично проходу труб через скат крыши.

рис. 51. Размещение стропил вокруг труб

Последовательность работ на крыше с наслонными стропилами

Скаты двускатных крыш должны иметь форму правильного прямоугольника, скаты вальмовых крыш — форму равнобедренных треугольников или трапеций. Это требование вызвано тем, что практически все штучные элементы кровельных покрытий имеют прямоугольную форму. При настилании их на не прямоугольный скат, например, имеющий ромбо- или трапециевидные очертания при разных высотных отметках конька либо неправильных размерах периметра стен, неизбежно получится незакрытый клин. Закрыть его можно только подгонкой штучных кровельных материалов, что создает дополнительные трудности, увеличивает расход материалов, снижает скорость строительства и, наконец, просто портит внешний вид здания, но самое главное — многократно повышает возможность протечки кровли.

Равнобедренные скаты вальмовых крыш дают возможность резать кровельные материалы по одному-двум шаблонам, а половинки некоторых кровельных материалов использовать на противоположных сторонах ската. Например, лист ондулина, разрезанный наискосок, можно использовать с двух сторон ската. Если по проекту или в результате небрежности скаты кровли имеют различные углы наклона, резку штучных элементов ведут индивидуально. В итоге — значительно снижается скорость работ, ни о какой экономии стройматериалов не возникает и речи.

Для получения правильных форм скатов нужно произвести промер длины, ширины, диагоналей и высот отстроенного остова здания. Здесь может открыться масса неожиданных сюрпризов. Перепады по высоте на противоположных стенах могут достигать нескольких сантиметров, а периметр стен иметь углы, отличные от прямых. Проверку начинают с промера диагоналей по верхнему обрезу стен на каждом из прямоугольных участков здания. Если длина диагоналей не совпадает, то это означает, что стены либо имеют различные высотные отметки, либо в здании нет прямых углов и оно имеет ромбо- или трапециевидные очертания. В зданиях с фронтонами из материала стен нужно с помощью длинной палки проверить высоту противоположных фронтонов.

После проведения промеров устраняют выявленные дефекты стен. Выравнивают стены в горизонт и по возможности делают углы прямоугольными. На зданиях с фронтонами из-за неправильной разбивки фундамента, а затем и строительства стен, перепады высотных отметок по верху фронтонов порой могут достигать 20 см. Исправить такой дефект можно только перекладкой фронтона, либо нужно смириться с мыслью, что конек не будет горизонтальным, а следовательно и уклоны фронтонов будут разными. В принципе, такой высотный перепад не очень заметен на крыше, но каждую стропилину и каждый элемент кровельного материала нужно будет подгонять индивидуально.

Высотные перепады по периметру стен, несущих крышу, устраняются цементно-песчанной стяжкой. Стены по всему периметру проверяются водяным уровнем и поверх них выполняется выравнивающая стяжка. Используется раствор марки не ниже М 150. Большие перепады устраняются кладкой с подколом либо стены не выравниваются, а под мауэрлатные балки, что значительно хуже, вставляются деревянные подкладки, так часто, насколько возможно. Стены под лежень или установку стоек подстропильной конструкции, выравниваются в горизонт, но их не обязательно согласовывать с высотными отметками наружных стен. Внутренние стены под укладку лежня могут быть выше или ниже наружных, но обязательно горизонтальными. При укладке лежня на кирпичные столбики в горизонт выравнивается верх столбиков.

Все деревянные конструкции перед монтажом должны быть обработаны антисептиками и выдержаны время, определенное изготовителем химического состава.

После схватывания выравнивающей стяжки по внешним стенам раскатывают гидроизол, рубероид или другой рулонный гидроизоляционный материал и складывают его пополам по продольной оси. Полученная ширина гидроизоляции должна обеспечить его загибание на боковую поверхность мауэрлата, поскольку в кирпичных домах там еще укладывается кирпич для устройства карниза. В общем, гидроизоляция должна защитить деревянный мауэрлат от всех возможных соприкосновений с материалом стены. Если мауэрлат будет крепиться к стене анкерами, то гидроизоляцию накалывают на штыри. Если он будет крепиться скобами, то гидроизоляцию просто укладывают насухо. Иногда гидроизоляцию приклеивают к выравнивающей стяжке битумным праймером, не запрещено, но и особой надобности в том нет.

Существует масса способов разметки стропил и подстропильных балок, в том числе такие экзотические, как использование стропильных угольников Свенсона и Стенлея. Мы же опишем, как это чаще всего происходит в строительной практике, когда крышу делают обычные плотники, имеющие весьма смутное представление о геометрии как о науке. Однако они редко ошибаются и крыши у них получаются отменные.

Укладкой мауэрлата стараются исправить непрямоугольность периметра стен. Балки раскладываются на стену и проверяются диагонали здания, измеряя уже по углам мауэрлатной рамы (рис. 52). Сдвигая балки по стене добиваются равенства диагоналей, карандашом отмечается его окончательное положение. Балки мауэрлата распиливаются для устройства замков, собираются на стене и окончательно на ней закрепляются.

рис. 52. Разметка места установки мауэрлата и лежня

При установке мауэрлатной рамы есть один тонкий момент. Высоту мауэрлата нужно подобрать заранее, то есть должен быть вычерчен хотя бы эскизный проект. Иначе кобылки, прибиваемые к стропильной ноге, могут не пройти поверх обреза стены и стены придется подрубать. Поэтому, задаваясь высотой конька, стен и стропил, лучше заранее вычертить в масштабе разрез крыши и подобрать высоту мауэрлата и место его установки. Часто приходится наблюдать картину, когда при строительстве крыш без проекта мастера сдвигают мауэрлат к самому обрезу стены по наружной поверхности, а иначе у них не получается выпустить кобылку. В общем-то, ничего страшного в том, что мауэрлат устанавливается по наружной кромке стены нет, но только если это безраспорная стропильная система и это кромка стены, а ведь часто это кирпичный карниз, в котором кирпич уже выпущен за стену. Грамотнее было бы увеличить высоту мауэрлатной балки и оставить ее по центру стены или ближе к внутренней поверхности стены. Если увеличить высоту мауэрлата не удается, то нужно просто выше поднять парапет с внутренней или разобрать часть стены с внешней стороны парапета. И все. Тогда и мауэрлат останется там, где должен быть и кобылка не упрется в стену.

Далее размечаем положение лежня. Отмеряя от мауэрлата, располагаем его строго посредине, тогда у нас получится крыша с равными скатами. Для устройства вальмовых крыш сдвигаем лежень на то же расстояние, от его торца до мауэрлата, вглубь дома, тогда угол наклона вальмы будет равен углу наклона основных скатов. Впрочем, если задумано изменение угла наклона вальмы относительно скатов, то сдвигаем лежень на то расстояние, которое нужно. Укладываем лежень на два слоя гидроизоляции и скрепляем его скобами или проволочными скрутками с внутренней стеной. Скрутки либо заранее должны были быть заложены в стену при ее строительстве, либо они крепятся к самозаклинивающимся анкерам (ершам), установленным в стену. Если лежень укладывается на вновь выложенные кирпичные столбики, то крепим его к стене, а не к столбикам. В зданиях с железобетонными перекрытиями скрутки можно привязать к монтажным петлям плит перекрытия. В зданиях с газосиликатными, пенобетонными и другими легкими стенами нужно предварительно сделать монолитный пояс и выпустить анкера. Лежень крепится анкерами. В общем, каким-либо из способов прикрепляем лежень к стене в проектное положение, верх лежня должен быть выверен в горизонт. Если крыша будет делаться без лежня, то аналогичным способом размечаются места установки стоек, а низ стоек впоследствии закрепляется между собой схватками.

После укладки и закрепления лежня приступают к устройству лесов. Самая неприятная часть работы, тратится время и пиломатериал на непроизводительную работу. Тем не менее, леса должны быть сделаны надежно, по ним не только придется ходить но и работать на них с грузом поднимаемых стропил и прогонов. Леса обязательно должны быть подперты подкосами и раскреплены перекрестными схватками, иначе они потеряют устойчивость и упадут.

Далее, выпиливаются стойки на подстропильную конструкцию. Поскольку лежень был установлен в горизонт, то все стойки делаются одной проектной длины. В зданиях с фронтонами, сделанными с браком (разновысокими), между верхом фронтонов натягивается шнур и каждая стойка выпиливается той длины, которая необходима с учетом высоты прогона и стропил. При установке стоек на лежень их проверяют на вертикальность в двух плоскостях (по двум граням): поперечной и продольной. Вертикальность проверяют отвесом или уровнем, приставляя его к боковой поверхности стоек. После чего стойки закрепляют в проектном положении. Проще всего раскрепить их досками к лесам.

Что делать раньше: устанавливать леса или стойки? Кому как удобнее. Можно сначала установить стойки и временно раскрепить их подкосами, а уже к ним пристраивать леса, можно, наоборот, сначала надежно поставить леса и к ним раскрепить стойки. Иногда пытаются работать с лестниц-стремянок. Стойки выставляют и раскрепляют, а для укладки прогона и стропил на стойки опирают лестницу. Это опасно. Во-первых, под тяжестью человека и груза, который он держит, например, при укладке прогона, ступеньки лестницы могут подломиться. Во-вторых, плохо раскрепленная стойка может потерять устойчивость и упадет вместе с лестницей к ней прислоненной. И наконец, в-третьих. Попробуй-ка нормально работать, когда у тебя под ногами 60-сантиметровая жердочка ступеньки лестницы, а тебе нужно ворочать тяжелый прогон или стропило, чтобы его правильно установить.

На стойки укладывается прогон. Если все сделано правильно, верх лежня горизонтальный, стойки одной высоты и установлены вертикально в двух плоскостях, то прогон просто ляжет на свое место. В зданиях с разновысокими фронтонами, верх прогона должен быть параллелен натянутому шнуру. Для вальмовых крыш не забываем выпустить прогон за стойки, образуя консоли для опирания накосных стропил.

Еще раз проверяем подстропильную конструкцию на вертикальность и прогон на горизонтальность, поправляем, если что нужно и раскрепляем все узлы до проектного положения: прибиваем деревянные накладки, ставим скобы или металлические пластины, но оставляем всю подстропильную раму временно раскрепленной к лесам или к подкосам.

Далее, устанавливаем пробную доску стропильной ноги. Есть несколько способов распиловки и подгонки стропила. Мы остановимся на наиболее простых и чаще всего используемых, для которых не требуется никаких приспособлений, кроме головы и рук.

1. Стропила размечаются на ползун и на узел с опорным бруском.

Внизу расположен ползун либо шарнирно неподвижная опора с опорным бруском, верх стропила просто укладывается на прогон и сшивается с другой стропильной ногой нахлестом либо упирается в другую стропильную ногу.

Доска укладывается верхним концом на верхнее ребро прогона, нижней на внутреннее верхнее ребро мауэрлата (рис. 53.1). На мауэрлат кладется один или два обрезка стропила и очерчивается линия параллельная мауэрлату. При резке на ползун стропило не меняет уклона оно просто опускается ниже и упирается в мауэрлат, при необходимости его можно дополнить опорным бруском. Если стропило разметить и разрезать на зуб, то после обрезки врубка становится неверной.

рис. 53.1. Разметка и разрезка стропил, вариант 1. Низ с Опорой на мауэрлат, верх — с Упором друг в друга либо рядом

После обрезки и установки первой стропильной ноги также устанавливается и обрезается противоположное стропило. Верх стропильных ног оставляют как есть до полной установки всех стропил. Затем их либо обрезают по грани другого стропила и сбалчивают или сшивают гвоздевым боем либо размечают на них вертикаль и отпиливают лишнее, стыкуя стропила друг в друга. Распиливать одновременно два верха стропил не рекомендуется, так как толщина зубьев пилы оставит большой зазор и стропила плотно не состыкуются. Лучше раздвинуть стропила и отпилить им верхушки по отдельности, у одного слева от черты, у другого справа. При хорошем качестве работ стропила состыкуются без зазора.

2. Внизу и вверху шарнирно неподвижные опоры.

Внизу стропильной ноги делается врубка для зацепления с мауэрлатом зубом, вверху врубка треугольником. Если верхнюю врубку сделать точно по профилю прогона, то узел будет работать как шарнирно неподвижная опора, если вертикальную щеку врубки сделать со скосом, то узел превратится в шарнирно подвижный.

Стропильная доска укладывается ребром на прогон и мауэрлат (рис 53.2). Нижняя часть доски углом упирается в мауэрлат в любой точке его поверхности. Сбоку на мауэрлат укладывается шаблон, например, это может быть обрезок стропила с хорошо отторцованными (торцы отпиливаются под прямым углом) краями. Шаблон сдвигается к внутреннему углу мауэрлата и совмещается с его вертикальной поверхностью. Низ стропильной ноги начинают двигать по мауэрлату, добиваясь того, чтобы на стропилине получилась врубка с зубом. Это довольно просто, уложив доску-шаблон и двигая стропило, визуально видно какой получится врубка. Добившись нужного размера врубки, очерчивают линии, по которым будет произведена распиловка стропила. Шаблон переносят на верхнюю врубку, а чаще, вверху на лесах стоит другой человек и у него есть свой шаблон (вырезали из одной доски, поэтому они одинаковые), по команде первого он устанавливает шаблон на прогон, ровняя его торец с вертикальной плоскостью прогона, и очерчивает вторую врубку. Стропило не снимая с прогона и мауэрлата, переворачивают и выпиливают врубки. Затем устанавливают его в проектное положение.

рис. 53.2. Разметка и разрезка стропил, вариант 2. Низ с Упором в мауэрлат, верх — горизонтальной врубкой с Упором в прогон

Почему в качестве шаблона используется отторцованный обрезок доски, ведь можно же применить уровень и рулетку? Можно, но обрезок доски дает визуальное представление о будущем профиле врубки, а уровень в этом случае лучше вообще не использовать. Деревянные балки, вследствие высыхания, далеки от правильной прямоугольной геометрии, чаще всего, при кажущейся ровности, они на самом деле горбатые и скрученные. Поэтому лучше на их плоскости класть другую доску и по ней очерчивать врубки. Плотники используют для этой цели ножовку, например, очерчивая врубку для посадки на прогон, они прикладывают ножовку ребром без зубьев к вертикальной грани прогона и наносят карандашом черту на стропиле. Как бы не закрутилась балка прогона, черта повторит ее профиль, а вот уровень, показывающий вертикаль, дал бы ошибку. Так что лучше воспользоваться вековой мудростью: обрезать доску, отторцовать ее и использовать в качестве шаблона. Толщина доски выбирается в зависимости от глубины врубок и для каждого проекта своя, чаще всего, шаблон делается из той же доски, что и стропила.

3. Внизу шарнирно подвижная опора (ползун), вверху — шарнирно неподвижная.

Внизу стропильной ноги делается опора на ползун, который при необходимости, установкой опорных брусков, может быть превращен в шарнирно неподвижную опору. Вверху делается врубка на треугольник, который, в свою очередь, подрубкой боковой щеки может перевести узел из шарнирно неподвижного в шарнирно подвижный (рис. 53.3).

рис. 53.3. Разметка и разрезка стропил, вариант 3. Низ с Опорой на мауэрлат, верх — горизонтальной врубкой с Упором в прогон

Делается все то же самое, что и во втором варианте, описанном выше, с единственной разницей, когда нижний конец стропильной ноги двигают по стропилу, то добиваются, чтобы стропило было обрезано в одной плоскости, то есть без зубчатого зацепления.

4. Внизу и вверху стропильной ноги шарнирно неподвижные опоры.

Внизу стропильной ноги делается врубка на зуб, вверху конец стропильной ноги упирается в прогон или накосное (диагональное) стропило.

Стропильная доска ребром укладывается на прогон и мауэрлат. Нижний угол доски совмещают с внешним ребром мауэрлата. Вверху шаблон или ножовка прикладывается к вертикальной поверхности прогона и на стропилине очерчивается линия распила. Для устройства примыкания к накосным стропильным ногам очерчиваются две линии с обеих сторон обрабатываемой доски. Измеряется длина линии распила (х): рулеткой или на шаблоне делаются карандашные метки. Шаблон переносится на нижний узел опирания, его приставляют к внутренней вертикальной плоскости мауэрлата и от его ребра откладывают размер (х) на стропильную доску. Затем любым способом, чаще всего, прикладыванием доски, проводят линию параллельную верхней плоскости мауэрлата (рис. 53.4).

рис. 53.4. Разметка и разрезка стропил, вариант 5. Низ с Упором в мауэрлат, верх — с Упором в прогон

Сдвиганием низа стропильной ноги по мауэрлату добиваются увеличения или уменьшения глубины врубки зуба. На крышах с крутыми скатами зуб может вообще не получиться, не страшно, поможет установка опорного бруска. Изменением размера (х) при перенесении его на нижний узел можно изменять характер опирания в верхнем узле, то есть ровнять стропило по верхней или нижней грани прогона. Если уменьшить (х), стропило вверху поднимется, увеличить — опустится.

Доску переворачивают, распиливают ее по меткам и устанавливают в проектное положение. В стропилинах, опирающихся на черепные бруски накосной стропильной ноги делают разметку врубки, доску еще раз переворачивают, делают врубку и ставят на место. Врубка для посадки на черепной брусок делается аналогично, нужно только приподнять низ стропила на высоту черепного бруска: подложить под него обрезок черепного бруска или просто поддержать конец доски на весу, пока помощник размечает врубку.

5. Разметка стропильной ноги, выпущенной за стену, то есть стропило устанавливается без кобылок.

Вверху шарнирно неподвижная опора, внизу — ползун (рис. 53.5).

рис. 53.5. Разметка и разрезка стропил, вариант 5. Низ с Опорой на мауэрлат и выносом стропила за стену, верх — горизонтальной врубкой с Упором в прогон

Стропильная доска укладывается ребром на прогон и мауэрлат. Низ доски выносится за пределы стены и удерживается на весу. На мауэрлат и прогон устанавливаются шаблоны с выравниванием торцов по наружной вертикальной поверхности балок. Очерчивается линия распила, доска переворачивается и вырезаются врубки. Стропило устанавливается в проектное положение.

6. Разметка только нижнего узла опирания, внизу и вверху шарнирно подвижные опоры — ползуны. Устойчивость конструкции обеспечивается коньковым узлом при связывании верха стропильных ног.

Делается все то же самое, что и в предыдущем случае, но на прогон укладывается шаблон, который сохраняет угол наклона ската. После того как будет выпилена нижняя врубка, а шаблон снят с прогона, стропило задвигается в проектное положение (рис. 53.6).

рис.53.6. Разметка и разрезка стропил, вариант 6. Низ с Опорой на мауэрлат и выносом стропила за стену, верх — с Опорой на прогон

Все перечисленные варианты подрезки стропил работают по одному принципу: стропильная доска устанавливается в требуемое положение, из которого она после устройства врубок, задвигается на посадочные места сверху или сбоку, без изменения угла наклона.

Если мауэрлатную раму удалось расположить в горизонт и выровнять диагонали, а прогон установить горизонтально, то достаточно изготовить одну стропильную ногу, а все другие делать по ней, используя первую как шаблон. Если стены дома настолько кривые, что диагонали на мауэрлатной раме не удалось выровнять либо на домах с фронтонами разновысокие фронтоны, то устанавливают по паре стропильных ног с обеих торцов здания. Между ними натягивается шнуры и все остальные стропила изготавливаются индивидуально, поскольку каждая из них будет отличаться от предыдущей. При установке постоянно проверяется плоскостность скатов. Это делается либо натягиванием шнуров между крайними стропилами, либо на стропила сверху кладется длинная ровная доска, которую двигают по ребрам стропильных ног и проверяют их на просвет.

Стропила устанавливаются на определенном расстоянии друг от друга, это расстояние называется шагом. При проектировании крыши шаг установки стропил задается по продольным осям стропильных ног, это не очень удобно при монтаже. Поэтому для измерения шага изготавливают 2–3 рейки длиной равной шагу стропил за минусом толщины стропилины, то есть длина рейки будет равна расстоянию между кромками стропил — расстоянию в просвете. Установив одну стропильную ногу, место нахождения другой определяют приставляя к первому рейку.

После того как все стропила будут установлены, еще раз проверяют расстояние между ними и узлы опирания закрепляют в проектное положение: крепят скобами, специальными металлическими пластинами, деревянными бобышками, гвоздевым боем, болтами.

Затем приступают к установке кобылок. Кобылка — это выпуск стропила за стену, обеспечивающий свес крыши. Обычно их изготавливают из доски половинной высоты и толщины от сечения стропильной ноги. Крепятся кобылки к стропилине гвоздевым боем. Длина крепежной части составляет около 60–80 см, а свободного свеса над стеной — 40–50 см. Если кобылки соприкасаются с материалом стены, а чаще всего, они соприкасаются, то в этих местах их нужно обернуть рулонным гидроизоляционным материалом.

Свес карниза выбирается, как бы странно это не звучало, от длины рук. Карнизный свес впоследствии часто подшивается погонажными материалами, следовательно нужно как-то дотянуться, например, с доской вагонки до конца свеса, удержать доску в проектном положении и прибить ее. Если свес короткий, то стена здания может намокать от косого дождя, длинный — не хватит рук для устройства подшивки и нужно устанавливать леса, а на высотах до 10 м для самодеятельного строителя это весьма проблематично. В кирпичных домах стены выкладывают с выпуском кирпича и устройством карниза из материала стены, тем самым увеличивая свес. В домах из легкобетонных материалов свес делается либо 40–50 см, либо придумываем леса. Если карниз ничем не будет подшиваться, то свес можно сделать длиннее, но не более 60 см. Более длинные свесы должны подпираться выпущенными (или закрепленными другим способом) из стены консолями, которые могут выполнять еще и декоративную функцию.

Устройство крыш с наслонными стропилами

Подведем итог всему сказанному на предыдущих страницах сайта. Существуют всего две основных схемы устройства наслонных стропил: стропила с двумя точками опоры и стропила с тремя точками опоры. В первом случае стропило опирается на прогон и мауэрлат, во втором — вводится дополнительная опора между первыми двумя, в виде подкоса или прогона на стойках. Обе стропильных схемы могут передавать распор на мауэрлат, а могут и не передавать. В стропильной системе передающей распор, стропила УПИРАЮТ. В безраспорной стропильной системе стропила ОПИРАЮТ. От выбора распорной или безраспорной схемы зависит способ закрепления мауэрлата: конструктивное или жесткое. Расчетные схемы для выбора сечения стропильных ног не зависят от того есть в системе распор или нет, они одинаковы.

Расчетные нагрузки выбираются для соответствующего региона строительства и конкретного конструктивного решения крыши. Для расчета по первому предельному состоянию (на прочность) снеговая нагрузка в сумме всех нагрузок должна составлять максимальную величину. Для расчета по второму предельному состоянию (на прогиб) снеговая нагрузка в сумме всех нагрузок принимается с коэффициентом 0,7. Если в пролете стропильных ног будут делаться отверстия под болты для крепления схваток или подстропильных ног, то расчетное сопротивление древесины снижается коэффициентом 0,8. Стропила, установленные под углом к горизонту до 30°, считаются изгибаемыми элементами, с углом выше 30° — сжато-изгибаемыми.

Прогиб стропил и прогонов проверяется на наибольшем пролете между опорами и не должен превышать величины l/200.

Подкосы устанавливаются под переменным углом не менее 45° к горизонту. Подкосы упирают в стропила на расстоянии примерно 1/3 верхней части пролета. Для получения неразрезных балок стыкование (наращивание) стропил по длине делают на расстоянии 0,15l от промежуточной опоры, что делает стропило равнопрочным по всей длине. Стыкование (наращивание) по длине прогонов, чаще делают равнопрогибным и стыки располагают на расстоянии 0,21l от промежуточной опоры.

Устойчивость стропильной системы, помимо всевозможных конструктивных решений, обеспечивается горизонтальными схватками, которые в нормальном состоянии, например в безраспорной системе, работают знакопеременно. При аварийном состоянии, предположим, при просадке конькового прогона, они работают на растяжение и перехватывают появившийся распор стремящийся раздвинуть низ стропильных ног и раскрыть коньковый узел. В распорных системах схватки работают на сжатие и уменьшают распор на стены, но не снимают его. Они смогут снять его, только если будут установлены понизу стропильных ног.

Рассчитывать или не рассчитывать стропильную систему? Конечно, лучше рассчитать и получить оптимальные размеры и наименьшую стоимость материалов. Однако правильно расчет могут сделать далеко не все. У вас другая специальность, вам это не нужно. Не отчаивайтесь, вы не первопроходец, эти расчеты тысячи раз делали до вас. Вокруг полно зданий и сооружений, построенных строительными организациями по проектам. Можно подсмотреть конструкции крыш, размеры сечений и шаг стропил на этих крышах. Нагрузка первоначально собирается на 1 м2, потом переводится на 1 пог.м, поэтому не важно, что длина осматриваемой вами крыши не совпадают с вашей. Она рассчитывалась на те же природные нагрузки. Важно чтобы примерно совпал перекрываемый пролет, угол наклона скатов и материал кровли. Можно посоветоваться с прорабами, работающими в вашем регионе, а лучше заказать проект крыши в конструкторском бюро. А вот подглядывать крыши у самодеятельных застройщиков, работавших без проекта, не надо. Среди них иногда встречаются всезнающие «пофигисты» или «перестраховщики». У первых построено вообще не понятно что, а у вторых многократные запасы прочности и как следствие, большое превышение стоимости крыши.

ВИСЯЧИЕ СТРОПИЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Простейшая ферма из висячих стропил представляют из себя треугольник: две стропильных ноги, упертые верхом друг в друга, и затяжки. Это распорная конструкция. Однако на стены здания распор не передается, он полностью нейтрализуется затяжкой. Если наслонные стропильные системы можно делать как распорными, так и безраспорными, с соответствующим креплением мауэрлатной балки, то висячие стропильные системы не передают на стены никаких горизонтальных усилий, только вертикальные. Хотя, сама по себе, треугольная схема, безусловно, является распорной системой. Другими словами, распор, возникающий в системе, в ней и остается, внешне никак себя не проявляя, что упрощает устройство узлов опирания на стены. Под висячие стропила (рис. 54) не обязательно укладывать мауэрлат. На гидроизоляционный слой достаточно подложить деревянную доску, которая нужна здесь для выравнивания ферм в горизонт и для того, чтобы не произошло смятие древесины (для увеличения площади опоры узла опирания фермы).

рис. 54. Схемы и элементы висячих несущих деревянных стропил

Конструктивные схемы висячих стропильных систем

Трехшарнирная треугольная арка

Схема 1

Висячие стропила делаются в форме замкнутого треугольника, такую схему часто называют трехшарнирной треугольной аркой (рис. 55). Стропила в ней работают на изгиб, затяжка — на растяжение. Рекомендуемая минимальная высота подъема конька не менее 1/6 пролета арки. По аналогии с наслонными стропильными схемами, каждая стропильная нога рассчитывается как простая изогнуто-сжатая однопролетная балка. Затяжка, не несущая полезной нагрузки, рассчитывается только на растяжение: она может быть заменена на стальной тяж.

рис. 55. Трехшарнирная треугольная арка, расчетная схема висячих стропил

Для уменьшения расчетного изгибающего момента концы стропильных ног можно не просто упирать друг в друга, а делать это с эксцентриситетом относительно их продольных осей (рис. 56). Тогда в стропилах появляется дополнительный изгибающий момент, направленный в противоположную сторону от изгибающего момента, вызванного действием внешней нагрузки (снега, ветра, кровли и собственного веса конструкций). Расчетный момент уменьшается и соответственно уменьшается сечение стропильных ног.

рис. 56. Расчетная схема висячих стропил с эксцентриситетом в коньковом узле

Карнизный узел (место врубки стропила в затяжку) должен быть рассчитан на скол и смятие древесины. Оси стыкуемых элементов должны пересекаться точно над серединой подкладки (рис. 57), причем ось растянутого элемента (затяжки) располагается по центру ослабленного сечения (с учетом глубины врубки) — это требование СНиПа. Иначе в затяжке возникает дополнительный изгибающий момент. При невозможности соблюсти геометрические размеры врубок нужно изменить сечение брусьев или перейти к другой конструкции, например, лобовым упором с двойным зубом.

рис. 57. Варианты решения карнизного узла ортогональными лобовыми врубками, дощатым и пластинчатым креплениями

Как показали многочисленные испытания лобовых врубок карнизного узла, стропильную ногу в месте врубки нужно отторцовать (отпилить под прямым углом) и в таком виде примыкать к врубке затяжки. Эта врубка называется ортогональной, в ней опорная площадка врубки располагается перпендикулярно продольной оси стропила. Есть и другой тип лобовой врубки — биссектрисная врубка, это когда конец стропила отпиливают по биссектрисе внешнего угла примыкания стропил и затяжки. Такая врубка увеличивает площадь опирания стропила к затяжке и, казалось бы, должна лучше работать, так как увеличивает площадку смятия древесины. Однако это не так, биссектрисная врубка под нагрузкой вследствие рассыхания карнизного узла, меняет характер своей работы и становится хуже ортогональной. Поэтому биссектрисное решение лобовой врубки не рекомендуется к применению. Оно может быть оправдано лишь при больших углах примыкания одного элемента к другому.

В лобовых врубках с двумя зубьями обе площадки смятия должны быть расположены перпендикулярно к оси примыкающего элемента (стропила). Площадка второго более глубокого, зуба должна начинаться в точке пересечения оси стропила с верхней кромкой ослабляемого элемента (затяжки), а площадка скалывания этого зуба должна быть расположена не менее чем на 2 см глубже площадки скалывания первого зуба. Применение других типов врубок с двумя зубьями, особенно врубок с равной глубиной врезки обоих зубьев, не допускается.

Стяжные болты, устанавливаемые в карнизном узле, — страховка, необходимая для того, чтобы при скалывании древесины конца затяжки, стропила не раскрылись, как ножницы. Также болты нужны для монтажной сборки, чтобы арка не рассыпалась при установке ее на стены. Диаметр стяжных болтов принимается не менее 1/25 его длины и не тоньше 12–16 мм. В брусьях толщиной менее 10 см вместо болтов ставят хомуты. Хомуты и скобы можно устанавливать взамен болтов и в других случаях. Ослаблять затяжки врубками для шайб стяжных болтов не допускается. Для указанной цели необходимо ставить подбалки с уступом, с помощью которых центрируется опорный узел при установке треугольных арок на стену. Толщина подбалки в тонком конце принимается не менее 5–6 см, а в толстом — не менее 7–10 см, Скрепление подбалки с аркой производится конструктивно гвоздями длиной 125–175 мм.

Если карнизный узел будет сделан с креплением досок-коротышей гвоздевым боем, то для определения количества гвоздей нужно провести расчет на срез гвоздей

Конструктивные схемы висячих стропильных систем

Трехшарнирная треугольная арка с подвеской или бабкой

Схема 2

Это морально устаревшая схема применявшаяся ранее в зданиях производственного и сельскохозяйственного назначения. В современном строительстве она почти не используется, но, тем не менее, о ней необходимо знать, т. к. ее элементы могут быть использованы при строительстве мансардных крыш и подсобных помещений.

В наслонных стропильных системах самым длинным элементом была стропильная нога, в висячих системах — это затяжка. Уже при пролете в 6 м сделать деревянную затяжку из цельного бруса становится проблематичным. Да и шестиметровая затяжка из бруса может сильно прогибаться под собственным весом. Поэтому затяжку подвешивают к коньку арки (рис. 58). Подвеску делают деревянной и называют бабкой или железной — тяжем. Затяжку в этом случае можно сделать из более коротких элементов и состыковать на хомуте подвески косым или прямым прирубом со скручиванием болтами.

рис. 58. Треугольная трехшарнирная арка с подвеской. Узел крепления бабки (подвески) и затяжки к бабке

Подвеска в треугольной арке такой конструкции работает только на растяжение от прогиба затяжки под собственным весом. Это чисто конструктивный элемент, поскольку развиваемые в ней напряжения растяжения мизерные. Поэтому подвеску можно делать из того материала, который более подходит по практическому применению. Например, в чердачных неэксплуатируемых крышах подвеску проще сделать из стального прута.

Самая распространенная ошибка при устройстве подвесок из досок или бруса, это установка их по схеме стоек, с упором на затяжку и в карнизный узел. Стойки работают на сжатие, а подвеска должна работать на растяжение. Внешне установка подвески и стойки могут быть очень похожими, например, если их крепление производится деревянными прибоинами на гвоздях. Отличие должно заключаться в том, что низ бабки (подвески) не должен упираться в затяжку. Бабка должна висеть на карнизном узле, а уже к ней деревянными накладками и гвоздевым боем или болтами прикрепляется затяжка. Со временем затяжка может слегка провиснуть, поэтому в нижней части подвески применяются хомуты, которые подтягивают или ослабляют забиванием клиньев. Хомуты можно сделать на резьбовом соединении и регулировать натяжение стягиванием цанговой скрутки. Нерегулируемый в нижней части узел делается врубанием затяжек в бабку и скреплением их болтами через стальные пластины. Тогда регулировка натяжения бабки производится в коньковом узле цанговой скруткой либо совсем не производится.

Треугольная трехшарнирная арка с приподнятой затяжкой

Схема 3

В мансардных крышах часто применяют висячие стропильные системы с приподнятой затяжкой (рис. 59). Эта система повторяет первую расчетную схему, только затяжка в ней устанавливается не по низу стропильных ног, а сдвигается вверх и чем выше будет расположена затяжка, тем большее растягивающее напряжение она воспринимает. В целом, такая трехшарнирная арка это безраспорная конструкция. Опирание стропил на мауэрлат производят по схеме шарнирно подвижных опор, то есть опора низа стропил делается по типу ползуна. При равномерно распределенной нагрузке на скатах крыши система вполне устойчива, но при уменьшении нагрузки на одном из скатов, может потерять устойчивость и поползти в сторону большей нагрузки. Поэтому, для придания арке устойчивости, ползуны лучше делать с выносом конца стропила за стену. Использование ползунов другого типа требует применения сложных мероприятий для придания системе устойчивости.

рис. 59. Треугольная трехшарнирная арка с приподнятой затяжкой. Узел крепления приподнятой затяжки к стропильной ноге

Стропила считаются однопролетными балками (приподнятая затяжка не принимается за опору) и рассчитываются как сжатоизогнутые элементы. Для того чтобы не менять сечение стропил, расчет на прочность ведут по максимальному сжимающему усилию и максимальному изгибающему моменту. Расчет на жесткость (прогиб) делается для пролетов между концами стропила и затяжкой. Приподнятая затяжка в мансардном помещении рассчитывается как растянуто-изгибаемый, в чердачной крыше — растянутый элемент. Крепление затяжки к стропильной ноге производится врубкой полусковороднем с конструктивным креплением болтом либо в полдерева или внахлест с болтовым креплением. В первом случае болт устанавливают конструктивно диаметром 12–14 мм, во втором, болты нужно рассчитывать на срез от растягивающего усилия. При креплении затяжки в стропильную ногу полусковороднем, последняя должна быть проверена расчетом на ослабленное сечение. Для этого находится изгибающий момент, действующий на стропильной ноге в месте врубки затяжки и по нему, проверяется уменьшенный врубкой размер сечения стропилины, выдержит оно этот момент или не выдержит.

Крепление затяжки к стропильной ноге производится врубкой полусковороднем с конструктивным креплением болтом либо в полдерева или внахлест с болтовым креплением. В первом случае болт устанавливают конструктивно диаметром 12–14 мм, во втором, болты нужно рассчитывать на срез от растягивающего усилия. Кстати, формулы, приведенные на рисунке в качестве иллюстрации, людям, умеющим их читать показывают, что увеличение высоты арки (которая находится в знаменателе) при неизменном пролете снижает распор, передаваемый на затяжку. А длина пролета, наоборот, находится в числителе, да еще и в квадратичной зависимости, т. е. его увеличение при неизменной высоте резко повышает распор.

В мансардных крышах затяжка, чаше всего, служит еще и балкой для крепления потолка мансардного перекрытия. Такую затяжку можно защитить от провисания установкой подвески. Для коротких затяжек и небольших нагрузок, подвеску выполняют из пары досок, прибитых к коньку арки и ригелю с двух сторон.

При увеличении протяженности приподнятой затяжки для предотвращения ее прогиба можно установить две или три подвески. Никаких хомутов при этом ставить не нужно (не те нагрузки), достаточно будет гвоздевых соединений, но вот они должны быть рассчитаны на срез от растягивающей силы и распределены по всем подвескам. Если же затяжка будет стыковаться по длине, то, для ее крепления, нужен хомут. Также он нужен и при значительном увеличении нагрузки на затяжку.

Затяжка, нагруженная подвесным потолком, передает вес потолка на стропильные ноги, увеличивая их сжатие. Полное сжимающее напряжение низа стропильной ноги получают сложением сжимающего напряжения от внешней нагрузки и нагрузки от затяжки. При этом от действия веса затяжки и нагрузки на нее, на стропилах появляется изгибающий момент, который тоже нужно учитывать. Нагружение длиной затяжки весом перекрытия мансарды делает всю стропильную систему сложнонагруженной Расчет таких систем лучше самому не делать, это прерогатива конструкторов. Система обязательно проверяется на гибкость верхнего пояса с учетом случайных и запроектированных эксцентриситетов по осям элементов, которые могут напрячь всю элементы конструкции и вытянуть их в струны либо наоборот, согнуть их в дугу и разрушить всю крышу.

Треугольная трехшарнирная арка с ригелем

Схема 4

Замена нижнего опорного узла с ползуна на шарнирно неподвижную опору с врубкой в мауэрлат зубом или использованием опорного бруска делает всю арку устойчивой конструкцией (рис. 60). Однако арка становится распорной, передающей горизонтальные силы раздвигания стропильных ног на мауэрлат и стены. Мауэрлатные балки требуют жесткого закрепления к стенам.

рис. 60. Треугольная трехшарнирная арка с ригелем

Конструкция арки с врубкой низа стропил зубом или с использованием опорного бруска может быть применена только при маленьких нагрузках, не дающих большой величины распора. Чаще используется треугольная трехшарнирная арка в которой в нижней части установлена затяжка, а вверху — ригель. Эта конструкция не проявляет внешнего распора и не требует жесткого крепления мауэрлата, достаточно установки опорных подкладочных досок. В обеих расчетных схемах приподнятая затяжка меняет характер своей работы с растяжения на сжатие и называется ригелем. Ригель должен быть вставлен между стропилами либо прикреплен к ним так, чтобы на его концах не образовывались шарниры. Это обязательное условие иначе стропильная система может потерять устойчивость. Сами стропила при равномерно загруженных скатах начинают работать как двухпролетные неразрезные балки на трех опорах.

Однако максимальный момент на стропилах в такой расчетной схеме берется как для расчета простых однопролетных балок. То есть фактически стропило является неразрезной двухпролетной балкой с третьей опорой на ригеле, а для расчета оно принимается как две балки с общей опорой на ригеле. Эта обусловлено тем, что опора стропила на ригеле, это зыбкая податливая опора. Максимальный момент на ней стремится к нулю, так как при равномерно распределенной нагрузке на обоих скатах ригель является опорой, а при снижении нагрузки на одном из скатов он двигается в сторону ската с меньшей нагрузкой, т.е. становится податливой опорой. А когда нагрузка на скатах бывает равномерно распределенной? Практически, никогда. Но стропило можно все-таки проверить на прочность изгиба, в месте опоры на ригель, при равномерно распределенной нагрузке. Хотя можно заранее сказать, что изгибающий момент на средней опоре двухпролетной балки будет меньше, чем изгибающий момент однопролетной балки на самом длинном пролете.

Расчет сечений элементов арки по несущей способности производится: стропил — на сжимающее и изгибающее напряжения (по схеме сжатоизогнутого элемента); ригеля в чердачных помещениях — на сжатие, в мансардных с подвесным потолком, совмещенным с ригелем — на сжатие и изгиб; затяжки — как растянутоизогнутого или растянутого элемента, в зависимости от наличия или отсутствия на ней изгибающей нагрузки. Расчет стропил на прогиб производится по схеме однопролетной балки на максимальном пролете.

При нагружении ригеля перекрытием мансарды он передает сжимающие напряжения на стропильные ноги добавляя им изгиб, а сам при этом работает как сжатоизогнутый элемент. При нагружении затяжки перекрытием этажа, она работает как растянутоизгибаемый элемент. То есть, как и в схеме 3, вся стропильная система становится сложнонагруженной. Ее расчет требует грамотного подхода и лучше его доверить инженерам. Либо воспользоваться готовым проектом привязанным (адаптированным, т.е. пересчитанным) к вашему региону строительства.

Конструктивные схемы висячих стропильных систем

Треугольная трехшарнирная арка с бабкой и подкосами

Схема 5

Для уменьшения прогиба с увеличением длины стропил их подпирают подкосами (рис. 61). В отличие от наслонных стропил низ подкосов упереть не во что, так как в здании нет внутренней несущей стены, поэтому их упирают в подвеску (бабку). Таким образом, прогибающиеся стропила давят на подкосы, те, врубленные в подвеску, растягивают ее, подвеска тянет вниз коньковый узел и верх стропил, стропила сжимают подкосы. От такого кругового движения внутренних напряжений получается довольно жесткая конструкция арки. Причем, по сути, трехшарнирная арка с бабкой и подкосами является обычной треугольной аркой, изображенной на первой схеме. Добавление в нее подвески и подстропильных ног не меняет величины сжимающих сил в стропильных ногах. Эти силы спускаются по стропилу от конька и в месте опоры на подкос раздваиваются на стропило и подкос. Те вектора сил, что пошли на подкос, спускаются по нему переходят в подвеску, растягивают ее и возвращаются обратно в стропильную ногу. Это замкнутый цикл, весь ромб, образованный верхом стропил, подкосами и бабкой, находится в напряженном состоянии, но в целом система стабильна и из нее не происходит «отсос» силовых векторов ниже по стропильной ноге, то есть система ведет себя так, как будто в ней нет этих элементов.

рис. 61. Треугольная трехшарнирная арка с бабкой и подкосами. Узлы крепления подкоса к стропилам и подвеске (бабке)

Так как длина стропильных ног в этой конструктивной схеме не маленькая, то и затяжка получается длинной, ее делают из двух элементов и стыкуют на середине косым или прямым прирубом, опирая на хомут, прикрепленный к бабке. От этого бабка подвергается еще большему растягивающему усилию и еще сильнее тянет вниз коньковый узел, а тот, в свою очередь, сжимает стропила и подкосы. Даже если затяжка будет сделана из одного цельнодеревянного элемента, она все равно должна быть присоединена к бабке хомутом или врубкой. Во-первых, это предотвратит провисание затяжки. Во-вторых, предотвратит выход низа бабки и подкосов из плоскости арки от случайных косоприложенных сил.

Расчет стропил на прочность и жесткость производят как для двух однопролетных балок, так как подкосы — податливые опоры.

Все рассмотренные схемы висячих стропильных систем, по сути, это одна треугольная арка, в которую вводятся дополнительные элементы: подкосы, бабки и ригели. Эти элементы увеличивают жесткость стропильных ног, уменьшая их прогиб, но в увеличении несущей способности они участвуют слабо. Если рассматривать конструкции висячих стропильных систем под действием равномерно распределенных нагрузок, то, казалось бы, меняются расчетные схемы, появляются неразрезные двухпролетные балки, способные нести большую нагрузку без прогиба. Но стоит только вспомнить, что снег на скатах лежит далеко не так, как нам хотелось бы, и расчетные схемы приходится менять: рассматривать стропила как простые однопролетные балки, опертые на подкосы или укрепленные ригелем, закрепленные на податливых опорах.

Висячие стропильные системы получаются всегда из более мощных брусьев, чем системы наслонных стропил. Предположим, что нужно перекрыть дом, в котором нет внутренней стены. Берем балку и кладем ее на противоположные стены. Расстояние между стенами большое, чтобы балка не прогибалась и несла на себе большую нагрузку, она должна быть мощной. Режем балку посредине и тянем вверх, чтобы стропила не разъехались связываем их по низу затяжкой. Получаем систему висячих стропил. А если бы была возможность подпереть конек стойкой? Тогда вместо балок уже можно использовать более тонкий пиломатериал, поскольку перекрываемый пролет уменьшается вдвое и исчезает необходимость в затяжке. По этой причине, в большинстве случаев, для изготовления висячих стропил используются брусья, а для наслонных — доски. И в том, и в другом варианте для уменьшения прогиба стропил используются подкосы. Но в наслонных системах стропил подкосы можно упереть в прочное основание и они являются дополнительными опорами, превращающими стропила в неразрезные двухпролетные балки, а в системах висячих стропил их упереть не во что и они «завязываются» на стропила, то есть жесткой дополнительной опоры увеличивающей несущую способность как не было, так и нет. Но в целом система становится безусловно жестче и прогибы между опорами уменьшаются. За счет уменьшения пролета между опорами стропила становятся способными нести большую нагрузку, но она будет меньше, чем это смогли бы сделать неразрезные стропила на трех жестких опорах.

Конструктивная схема комбинированной стропильной системы

Систему висячих стропильных систем можно сделать как подстропильную конструкцию под наслонные стропильные ноги. В этом случае на треугольные трехшарнирные арки, расставленные с большим шагом (2–4 м), укладываются прогоны, а уже на них устанавливаются наслонные стропила (рис. 62). Прогоны, лучше всего, монтировать на узлы трехшарнирных арок, удаляя, тем самым, с верхнего пояса равномерно распределенные нагрузки и оставляя только сосредоточенные силы. Таким образом, из висячих стропильных ног исчезают изгибающие напряжения и остаются только сжимающие и растягивающие усилия, что существенно снижает сечения элементов арки.

рис. 62. Комбинированная стропильная система: Р и Р1 — сосредоточенные силы от веса прогонов и крыши на них вместе со снеговой, ветровой и пр. нагрузками (равны реакции опор прогонов)

Простой пример. Балка на двух шарнирных опорах, предположим, доска, переброшенная через ручей. Когда вы наступаете на край доски (на шарнирную опору), она и не думается прогибаться, а когда вы продвигаетесь по ней к середине (смещение сосредоточенной силы от веса человека с шарнирной опоры на центр пролета), доска прогибается. Другими словами, сила, приложенная в шарнирном соединении конструкции, не вызывает в ней изгибающих напряжений и полностью компенсируется реакцией опоры, а сила, приложенная в каком-либо месте пролета, вызывает изгибающие напряжения.

Если же прогоны опереть не в узлах арок, а между ними, то стропила, как и в прежних вариантах, рассчитываются на прогиб, только в этот раз не от равномерно распределенной нагрузки, а от сосредоточенных сил. Теряется смысл использования треугольной арки в качестве подстропильной конструкции под наслонные стропила, ее лучше заменить фермой. Ферма получается при добавлении в конструкцию бабок и подкосов, под каждую опору прогона — по бабке и подкосу. Тогда все сосредоточенные силы будут приложены в шарнирах и не дадут изгибающего момента. Однако конструкция узлов в ферме и ее расчет делаются по-другому. Описание ферм это уже другая тема и не входит в изложение о стропильных крышах. Хотя, безусловно, что фермы, в которых все стержни работают на сжатие и растяжение и отсутствуют изгибающие моменты, это более прогрессивная конструкция, позволяющая использовать тонкие бруски.

В комбинированных стропильных системах наслонные стропила (либо сразу обрешетка) принимают изгибающие напряжения от внешней нагрузки (снега, ветра, кровли и т. д.) и передают их на прогоны. Они, в этом случае, рассматриваются как опоры под наслонные стропила. Прогоны рассчитываются как разрезные однопролетные или многопролетные неразрезные балки, в зависимости от схемы их укладки. При укладке прогонов на систему висячих стропил нужно устраивать горизонтальные площадки для их опирания, тогда в них не появится крутящего момента — балки будут работать в вертикальной плоскости по привычной схеме. Если же прогоны установить с опиранием по пласти верха висячих стропил, то их нужно рассчитывать на изгиб по осям х1 и у1, потому что прогон может сломаться по любой из из этих осей. В этом расчете нет ничего сложного, просто равномерно распределенную нагрузку или сосредоточенные силы, если расчет будет производиться по ним, нужно спроецировать на оси х1 и у1 и произвести расчет на несущую способность и прогиб отдельно для каждой плоскости. Прогоны рассчитываются на внешнюю равномерно распределенную нагрузку или на сосредоточенные силы от реакции опор наслонных стропил. А комбинированная стропильная система рассчитывается на сосредоточенные силы — реакцию опор от прогонов.

Мансарда с наслонными и висячими стропилами, с выносом низа стропил за стену

Схема 2

Для увеличения карнизного свеса низ стропил нижних треугольников выносят за пределы стены. В этом случае стропильную ногу опирают не в мауэрлат, а в балку. Стропило делаются с обязательным введением под него подстропильной ноги (подкоса). Мауэрлат в такой конструктивной схеме устанавливать не нужно, достаточно укладки выравнивающих деревянных подкладок. Стойки врубают в балку перекрытия на глубину не более 1/3 высоты балки перекрытия (рис. 65).

рис. 65. Мансарда с наслонными и висячими стропилами, с выносом низа стропил за стену

Расчет нижних треугольников ведется на сжатие с изгибом, а чаще, только на сжатие, поскольку крыши таких конструктивных схем делаются, как правило, для очень крутых нижних скатов, на которых снег не задерживается и главными становятся ветровые нагрузки и вес верхнего треугольника. А ветер, даже ураганной силы, вряд ли сломает стропила, скорее сорвет кровлю или сбросит всю крышу. Здесь на первое место выходят противоветровые мероприятия: установка проволочных скруток и/или крепление крыши к монолитному поясу стены резьбовыми анкерами.

Если в конструкцию нижних треугольников (наслонных стропил) ввести еще одну стойку и установить ее так, чтобы она была точно под местом пересечения подкоса и стропильной ноги и упиралась нижним концом в балку перекрытия прямо над стеной, то можно разгрузить балку, уводя с нее сосредоточенные силы от веса крыши. В этом случае сосредоточенная сила будет уходить по стойке прямо на стену, а подкос и низ стропила будут частично разгружены.

Как и в предыдущем варианте, крыша устойчива под воздействием равномерно распределенной нагрузки и может потерять устойчивость при снижении нагрузки на одном из скатов. Для придания ей устойчивости на низ затяжки трехшарнирной арки нужно установить опорные бруски, а стойки связать с наслонными стропилами 2–3 схватками.

Мансарда с наслонными стропилами по каркасу из брусьев

Схема 3

Нижние треугольники делаются по схемам 1 или 2, а верхний заменяется на систему наслонных стропил. В этом случае схватка, связывающая нижние треугольники, становится опорной балкой под стойку верхнего треугольника. Очевидно, что эта балка во избежание прогиба должна быть мощной, а стропила, наоборот, могут быть сделаны из досок. Получается схема, обратная висячим стропилам (рис. 64, 65). В верхнем треугольнике, сделанном по схеме висячих стропил, схватка, защищенная от прогиба одной или несколькими бабками, может быть сделана из досок, а стропила — из брусьев. А в схеме наслонных стропил (рис. 66) стропильные ноги, перекрывающие только половину пролета, могут быть из досок, а схватка (балка, связывающая верх нижних треугольников) — из бруса. Эти же брусья будут несущимии элементами потолка мансарды.

рис. 66. Мансарда с наслонными стропилами по каркасу из брусьев

Расчет всех сечений элементов крыши ведется по схемам наслонных стропил. Расчет балки-схватки делается на изгиб от равномерно распределенной нагрузки веса потолка мансарды и сосредоточенную силу от стойки верхнего треугольника.

Верх стропил опирается на прогон, уложенный на стойки, или прямо на стойки. Укладка прогона предпочтительней, так как дает пространственную жесткость всей крыше. Наслонные стропила нижних скатов опирают на поперечные балки. Если возникает необходимость устанавливать стропила чаще, то между поперечными несущими балками вставляется вспомогательная балка. Как правило, в этом нет необходимости, снег на скатах такой крутизны не лежит, а жесткость ската можно обеспечить обрешеткой.

По сути, эта конструктивная схема — каркас, накрытый стропилами. Мансардный этаж собирается из брусьев или досок и на него укладываются наслонные стропила. Этот метод удобен в крышах сложных пространственных форм: собирается каркас мансардных комнат, а на них укладываются обычные и/или диагональные стропила.

Под наслонные стропила удобнее собирать каркас в виде П-образных рам, а затем укладывать прогоны, так легче делать опорные узлы стропильных ног, а в схемах 1 и 2, наоборот, сначала на стойки нужно уложить прогоны, а затем ставить треугольные арки висячих стропил.

Дощато-гвоздевая мансарда

Схема 4

В зданиях с небольшими нагрузками, например, в дачных домиках, мансарду можно изготовить из дощато-гвоздевых рам (рис. 67). Применяется наслонная стропильная система, расчет ведется обычным методом для однопролетных балок. Узлы соединения стропил с балками перекрытия этажа и мансарды рассчитываются на срез гвоздей от сжимающих сил, возникающих в стропильных гвоздях. Если расчет показывает большое количество гвоздей, устанавливают дополнительные усиливающие прибоины либо гвозди заменяются на болты. Напомним, что применение болтов или глухарей за счет появления отверстий уменьшает расчетную несущую способность древесины, ее нужно уменьшать введением коэффициента 0,8.

 

рис. 67. Дощато-гвоздевая мансарда

Пространственная жесткость рам обеспечивается так же, как и для треугольных трехшарнирных арок (висячих стропильных систем) установкой парных ветровых связей — схваток и устройством обрешетки.

Усиление и ремонт существующих стропильных конструкций

Для увеличения несущей способности стропильных ног (рис. 68) как в наслонных, так и висячих стропильных системах применяют установку разгружающих балок (подмог), двухсторонних накладок и подкосов.

 

рис. 68. Усиление стропильных ног подмогой

Как показывали расчеты по старому СНиПу «Нагрузки и воздействия», стропила в пролете между мауэрлатной балкой и подстропильной ногой с размерами сечения, подобранными по прочностным характеристикам, часто не проходили расчет на прогиб и приходилось увеличивать их высоту. Изготовить стропильную ногу переменного сечения можно включением в нее дополнительной деревянной балки — подмоги. Подмогу крепят в пролете между мауэрлатом и подстропильной ногой, ее высотой добирают высоту сечения стропила, чтобы оно проходило по расчету на прогиб. Крепят подмогу болтовыми хомутами или металлическими зубчатыми пластинами.

Другой опасный узел в неразрезной стропильной ноге — опирание на подкос. Когда-нибудь ломали палку через колено? Так вот, в этой расчетной схеме подкос и есть то самое колено, здесь возникает самый большой изгибающий момент, из-за которого приходится увеличивать сечение всей стропильной ноги. Прогиба в этом узле нет, поэтому можно увеличить не высоту стропила, а его ширину, путем закрепления двусторонних дощатых накладок (рис. 69). Ширина накладок подбирается при расчете сечения стропила на максимальный изгибающий момент. Накладки крепятся гвоздевым боем, болтами или, как и в предыдущем случае, болтовыми хомутами. Если стропило уже усиливается подмогой, то ее нужно сделать длиннее и вывести край за узел опирания на покос. В этом случае решается сразу две задачи: усиление опорного узла и прогиба в пролете.

рис. 69. Усиление опорного узла путем увеличения ширины стропила

При реконструкции кровли под более крутой скат устанавливают новые стропила, сращивая их со старыми (если они не сгнили) дощато-гвоздевой перекрестной стенкой. Новые стропила могут быть введены, как поверх старых стропил, так и ниже их. Образующаяся при этом ферма обеспечивает не только новый уклон, но и повышенную жесткость стропильной конструкции (рис. 70). Этот метод позволяет не разбирать старую крышу и ускоряет работы, но и подкрышное пространство не увеличивает. Если целью изменения уклона скатов было устройство мансарды, то объем чердака останется прежним.

 

рис. 70. Усиление стропил устройством дощато-гвоздевой фермы

Иногда случается так, что конец стропильной ноги подгнивает, опирание на мауэрлат получается ненадежным, в этом случае к нижнему концу стропильной ноги можно прикрепить дополнительные подкосы, которые упирают в ту же мауэрлатную балку или в дополнительный лежень (рис. 71). Рекомендуется раздвигать нижние концы дополнительных подкосов — они обеспечивают лучшую устойчивость стропила. А подкосы, опертые на дополнительный лежень, частично могут уменьшить прогиб стропила в пролете между подстропильной ногой и мауэрлатом. Дополнительные подкосы крепят гвоздевым боем с опиранием в прибоины на стропиле.

рис. 71. Усиление низа стропильной ноги установкой дополнительных подкосов

При использовании в строительстве крыши сырой древесины (влажностью более 25%) и недостаточной вентиляции холодного чердака, при высоко расположенных слуховых окнах, малой их площади, либо при отсутствии чердачных продухов, возможно загнивание нижнего конца стропильных ног или мауэрлата.

Также загнивание может наступить при отсутствии или повреждении пароизоляции и воздушных продухов в конструкции утепленной мансардной крыши или закупоривание их концов. Либо при увлажнении древесины стропильных ног и мауэрлата в крышах любого типа при протечке кровли, либо при отсутствие гидроизоляционного слоя между древесиной и кладкой стены и увлажнение древесины от кладки.

Существует несколько способов восстановления и усиления поврежденных конструкций.

  • Применение деревянных накладок. Их используют при одиночном повреждении стропильных ног. Усиление проводят путем установки усиливающих деревянных накладок с закреплением болтами или гвоздевым боем. Опирание накладок на мауэрлат должно быть всем торцом с последующей установкой проволочной скрутки (рис. 72).

рис. 72. Ремонт узла опирания стропил на мауэрлат накладками и протезами

2. Использование прутковых протезов. Их применяют при массовом повреждении стропильных ног. До начала работ поврежденную стропильную ногу укрепляют на временных опорах, разбирают покрытие и выпиливают сгнившую часть стропильной ноги. Протез надевают на стропильную ногу и укладывают на мауэрлат. Спиленный торец стропильной ноги упирают в опорную площадку протеза, которая предотвращает ее сползание. Жесткость верхнего сжатого пояса протеза обеспечивает подкосная решетка.

3. Использование накладок, опирающихся на балку. Этот вариант применяют при необходимости замены сгнившего участка мауэрлата и конца стропильной ноги (рис. 73). До начала работ стропильную ногу укрепляют временными опорами, вырезают сгнившие участки ноги и мауэрлата, забивают в кладку костыли и укладывают на них балку длиной 1 м. Если конструкция стен и перекрытия позволяет, а чаще всего это именно так, то на стену или перекрытие укладывают метровый кусок лежня. В эту балку упирают два подкоса, закрепленные на гвоздях по обе стороны стропильной ноги. Обрешетку поддерживают новой удлиненной кобылкой.

рис. 73. Ремонт узла опирания стропил при повреждении мауэрлата

При недостаточном воздухообмене чердачного помещения, а вследствие этого развитии грибковых спор и загнивания древесины деревянных конструкций крыши проводят ряд мероприятий для восстановления вентиляции (рис. 74). В чердачном помещении следует изучить характер движения воздуха, определить температуру воздуха на верхней границе утеплителя (она не должна превышать 2°С при любой отрицательной температуре наружного воздуха) и устроить дополнительные продухи и слуховые окна. Площадь сечения слуховых окон и продухов должна составлять 1/300–1/500 площади чердачного перекрытия. Ширина продухов должна быть в пределах 2–2,5 см. Нужно измерить и при необходимости увеличить до расчетной толщину утеплителя. Слежавшийся утеплитель необходимо разрыхлять примерно один раз в пять лет. У наружных стен при ширине до 1 м толщина его может быть увеличена до 50% выше расчетной. Следует проверить и, если необходимо, то восстановить пароизоляцию под слоем утеплителя.

рис. 74. Устройство нормального процесса воздухообмена в чердачной крыше


ИНТЕРЕСНЫЕ ССЫЛКИ
Copyright © 2012-2015