Разнообразие видов конструкций
Деревянные стропильные фермы долгие годы пользуются заслуженной популярностью. Экологически чистый материал отличается лёгкостью, прочностью и относительной дешевизной, а выполнение технологии возведения позволяет получить долговечный и качественный каркас. Кроме того, есть возможность выбрать конструкцию, которая будет сочетать в себе внешнюю эстетику и функциональность.
Сегодня существует два основных вида стропильных деревянных ферм, которые имеют конструктивные отличия:
Фермы на основе наслонных стропил
.
Деревянные относятся к категории распорных конструкций, которые используются при обустройстве перекрытий пролётов и обладают незначительными размерами. Наличие средней несущей стены позволяет установить стропильную ферму такого вида при длине перекрытия пролёта не более восемнадцати метров.
Смонтированная при таких условиях ферма обладает необходимым запасом конструкционной прочности и устойчивости, что позволяет беспроблемно выдержать не только снеговую и ветровую нагрузки, но и вес самой кровли.
Фермы на основе висячих стропил
Представляет собой систему, которая состоит из нескольких стропил и обладает узлами, соединёнными при помощи врубки или гвоздей.
Она имеет несколько вариантов исполнения. Они могут быть симметричными и несимметричными, а также двускатными или односкатными
. Такие фермы базируются на наличии пары стропильных ног, объединённых посредством затяжки, которая позволяет нейтрализовать все образующиеся в процессе эксплуатации распорные силы.
При оформлении кровли с длиной более восемнадцати метров необходима установка ригелей, которые повышают жёсткость, и снижают прогиб стропильных ног. Для сборки применяется метод врубки или крепление посредством металлических скоб.
К расчету прогонов
а — общий вид; б — схема действия нагрузки; в — расчетные схемы
Прокатные прогоны прикрепляют к фермам на болтах нормальной точности с помощью уголковых коротышей, приваренных к поясу ферм (см. рис. выше).
Стропильная ферма включает в себя несколько конструктивных элементов, представленных раскосами, стойками и обрешётками. Жёсткость такой конструкции обуславливает надёжность кровельного скелета и позволяет передавать общую нагрузку от любого вида крыши на стены сооружения. Чаще всего стропильные фермы выполняются из древесины, а основа такой конструкции базируется на использовании деревянных досок, леса-кругляка или бруса.
Особенности монтажа прогонов из металла
Учитывая конструктивные особенности различают три типа деталей:
- Коньковой. Как следует из названия, используется при сооружении конька (верхняя часть кровли);
- Боковой. Монтируется между коньком и основанием. Предназначен для создания дополнительной поддержки стропил;
- Мауэрлат. Устанавливается по периметру верхнего края стены, в основании стропил.
Монтируют изделия в узлах верхнего пояса стропильной фермы, для чего используются небольшие отрезки уголков, планок или изогнутые стальные листы. Благодаря металлическим прокладкам удается снизить перепад, возникающий между расположенными рядом элементами. Прогон имеет вид балки и всегда располагается только в горизонтальной плоскости
Является важной частью системы связей каркаса, фермы. Выбор длины и сечения зависит от многих факторов: особенности конструкции, габариты и форма кровли, температурный режим и другие климатические факторы, характерные для региона строительства
Если предполагаются сложные условия эксплуатации и при этом крыша имеет большие пролеты, каркас крыши дополнительно укрепляется подбалочными конструкциями и подкосами. Они помогают усилить систему в продольном направлении и повысить прочностные характеристики в целом.
Монтаж деревянных наслонных стропил для вальмовых крыш
Схема деревянных наслонных стропил с упором на два прогона, для вальмовой крыши с проходным чердаком, показана на рис.8. Если при наличии двух прогонов у стропильных ног ставят подкосы, то для восприятия создаваемого ими распора между лежнями располагают распорки (рис.8 разрез 2-2 поз.3).
Если стропильные ноги опираются на два прогона, то в коньке прогоны не ставят (рис.8). В этом случае концы стропильных ног опираются друг в друга и покрываются коньковым брусом. Выше прогонов в этом случае возникает распор, который воспринимают с помощью ригелей (рис.8 поз.6).
Схема деревянных наслонных стропил с упором на один прогон для вальмовой крыши показана на рис.9.
Кроме того, за счёт уменьшения крайних пролётов удаётся добиться выравнивания опорных потенциалов или, иначе говоря, нагрузок, передающихся на стойки и подкосы, поддерживающие прогоны, что особенно важно. В противном случае потребовался бы для крайних элементов прогона длинномерный лесоматериал или устройство стыков вблизи крайних опор, что НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ
В противном случае потребовался бы для крайних элементов прогона длинномерный лесоматериал или устройство стыков вблизи крайних опор, что НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ.
Схема деревянных наслонных стропил с упором на два прогона, для вальмовой крыши с фронтоном под коньком для слухового окна, показана на рис.10.
Для уменьшения длины деталей стропильных ног (в том числе и диагональных) применяют подкосы (рис.10 п.6) и ригели (рис.10 п.8), так как в точке опирания на подкос можно выполнить стыковку брусьев стропильной ноги.
Сечения изгибаемых элементов стропильной системы (всех видов стропильных ног, прогонов и шпренгелей) определяются требованиями прочности и жёсткости.
Схема продольных стропильных рам с усилением подкосов в крайних пролётах при повышенных ветровых и снеговых нагрузках показана на рис.11.
Схема продольных рам стропил с фронтоном под коньком для слухового окна показана на рис.12.
Подкосы и ригели ставят у каждой пары стропильных ног (рис.9 п.12). Угол наклона подкосов должен иметь к горизонтальной плоскости не менее 45°.
Схема опирания диагональных стропил с фронтоном под коньком для слухового окна показана на рисунке узел-70.
Прогоны к стойкам крепят стальными стержнями, а подкосы к прогонам и стойкам — с помощью лобовых врубок, закрепляемых скобками или болтами.
Нижние концы подкосов упирают в лежни при наслонной системе стропил или соединяют лобовыми врубками со стойкой в подкосно-балочной системе. Узлы скрепляют скобами или накладками. Стыки прогонов обычно располагают над стойками или в пролете на расстоянии Х (рис.2 и рис.3)
Нередко ошибкой возведения крыши является то, что не выдерживают расчётных размеров поперечных сечений конструкций, в результате чего появляются недопустимые прогибы. Иногда трудно придерживаться расчётов проектировщика, поскольку ассортимент выпускаемой продукции пиломатериалов не позволяет точно подобрать конструкции требуемых сечений. Чаще всего, застройщик сначала выбирает лесоматериалы, а затем советуется с проектировщиком о его применении.
ПРИМЕЧАНИЕ: Сечение элементов наслонных стропил определяется расчётом. При отсутствии таких расчётов следует руководствоваться конструктивными требованиями сечений элементов стропильной системы. Они должны быть не менее размеров указанных в таблицах 2 и 3.
ТАБЛИЦА 2: МИНИМАЛЬНО ДОПУСТИМОЕ СЕЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СТРОПИЛ
| п/п | Наименование элементов | Древесина | Минимальные размеры сечения, мм | ||
| из бруса высотой | из досок (поперечное сечение) |
из круглого леса (диаметр в отрубе) |
|||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1 | Стропильные ноги | хвойных пород | ≥120 | ≥50х100 | ≥120 |
| 2 | Стойки и подкосы | хвойных пород | ≥120 | ≥50х100 | ≥160 |
| 3 | Прогоны | хвойных пород | ≥160 | ≥100х150 | ≥160 |
| 4 | Ригели и крестовые связи | хвойных пород | ≥100 | ≥50х100 | х |
| 5 | Мауэрлаты | хвойных и твёрдых лиственных пород |
≥160 | ≥100х150 | ≥160 |
Под стойками устанавливают лежни или подкладки, размеры которых можно принимать по табл.3.
ТАБЛИЦА 3: РАЗМЕРЫ ЛЕЖНЕЙ И ПОДКЛАДОК ПОД СТОЙКАМИ.
| п/п | Система стропил |
Материалы внутренних стен, служащих опорами для стоек |
Тип лежней и подкладок | |
| Наименование | Размеры | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | Бесподкосная система стропил |
Стена из сплошной кладки |
Коротыши из пластин длиной не менее 1,8 м | d=150…180 мм |
| 2 | Коротыши из бруса длиной не менее 1,8 м | сеч.150х100 мм | ||
| 3 | Бесподкосная система стропил |
Стена из облегчённой кладки |
Сплошной лежень из пластин | d=160…180 мм |
| 4 | Сплошной лежень из бруса | сеч.150х100 мм | ||
| 5 | Подкосная система стропил |
Стена из сплошной и облегчённой кладки |
Сплошной лежень из пластин | d=160…180 мм |
| 6 | Сплошной лежень из бруса | сеч.150х100 мм |
Номинальные размеры пиломатериалов хвойных пород приведены в таблице 2 раздела «Древесина и крепёж для крыш».
Понятие о наслонных стропилах.
Конструкция стропил зависит от формы
крыши, наличия и расположения внутренних опор,
величины пролёта и расположения чердачного
перекрытия.
В огромном большинстве гражданских
зданий имеются внутренние опоры, расположенные
через 4 — 7м (рис. 138, слева), на которые
и опирается чердачное перекрытие. В этих случаях,
как правило, применяются наиболее простые, так
называемые насланные стропила (рис. 138,
слева), элементы которых работают, как балки.
Наслонные стропила выполняются исключительно из
дерева. Основным элементом их являются
стропильные ноги, укладываемые вдоль ската и
поддерживающие обрешётку.
Нижние концы стропильных ног
опираются на наружные стены через укладываемый
по стене продольный брус, называемый мауэрлатом (рис. 141, фиг. 1). Верхние концы
стропильных ног поддерживаются системой стоек и
подкосов (рис. 138, слева и рис.
141, фиг. 1), передающих нагрузку на внутренние
стены и столбы. Подкосы и стойки, кроме того,
должны обеспечивать жёсткость всей крыши.
Расстояние между стропильными ногами обычно
назначается от 1,5 до 2,0 м, соответственно
применяемым типам обрешётки. Чтобы избежать
большого числа подкосов и стоек, часто
стропильные ноги опирают на продольные балки —
прогоны, которые через 3,0 — 4,5 м поддерживаются
подкосами и стойками (рис. 141, фиг. 2).
Такое решение неизбежно, если здание не имеет
внутренних стен, столбы же расставлены редко.
Прогоны могут быть расположены или только под
коньком крыши (фиг. 1), или сбоку под
стропильными ногами (боковые прогоны). При
пролётах более 5,0 — 8,0 м боковые прогоны
поддерживаются стропильными фермами К
(шпренгелями) (фиг. 3).
Выбор материала для прогонов
Прогоны являются неотъемлемой частью кровли и необходимы для обеспечения герметичности и защиты от проникновения влаги. При выборе материала для прогонов необходимо учитывать ряд факторов, таких как климатические условия, долговечность и стоимость.
Существует несколько распространенных материалов, которые широко применяются для изготовления прогонов:
- Металл
Металлические прогоны являются одними из самых популярных вариантов. Они отличаются высокой прочностью, стойкостью к коррозии и долговечностью. Кроме того, металлические прогоны обладают хорошей устойчивостью к погодным условиям и огнестойкостью. Однако, такие прогоны могут быть более дорогими по сравнению с другими материалами.
Битумно-полимерные изделия
Битумно-полимерные прогоны идеально подходят для кровли, особенно в зонах с высокой влажностью. Они обладают хорошей устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, механическим воздействиям и перепадам температуры. Битумно-полимерные прогоны имеют долгий срок службы и доступны по более низкой цене, по сравнению с металлом.
Пластик
Прогоны из пластика становятся все более популярными в современном строительстве. Они легкие, недорогие, просты в установке и обладают хорошей устойчивостью к воздействию влаги. Однако, пластиковые прогоны могут быть менее прочными по сравнению с металлическими или битумно-полимерными.
При выборе материала для прогонов необходимо учитывать требования кровельной системы и особенности конкретного объекта
Также следует обратить внимание на производителя и качество материалов, чтобы быть уверенным в их надежности и долговечности
Узел кровельного покрытия с применением профилированного стального настила
1 — профилированный настил; 2 — пароизоляция; 3 — утеплитель;
4 — гидроизоляционный ковер; 5 — комбинированные заклепки;
6 — самонарсзающися болты
Беспрогонную теплую кровлю выполняют, как правило, из крупнопанельных железобетонных плит, непосредственно укладываемых на верхние пояса стропильных ферм.
Размер таких плит 3×6 или 3×12 м (редко 1,5×6 или 1,5×12 м). Он зависит от расстояния между фермами (шага ферм). Плиты имеют закладные детали, которые привариваются к поясам ферм. По железобетонным плитам укладывают пароизоляцию, утеплитель, выравнивающую асфальтовую стяжку и гидроизоляционный ковер из нескольких слоев рубероида на битумной мастике. Основной недостаток покрытия из крупнопанельных железобетонных плит — большая нагрузка от собственного веса (до 2,5 кПа), увеличивающая общий расход металла на несущие конструкции здания.
При укладке железобетонных плит на поясные уголки стропильных ферм эти уголки при их малой толщине усиливают накладками t = 12 мм. Это необходимо делать, если толщина поясных уголков менее 10 мм при шаге ферм 6 м и менее 14 мм при шаге ферм 12 м. Для стока воды кровле придают уклон, который зависит от материала кровли. Для рулонных материалов этот уклон равен 1/8-1/12 при условии защиты рулонной кровли слоем из битумной мастики с втопленным гравием уклон может быть равен 1,5% (практически плоская кровля). Холодные кровли из металлических листов обычно имеют уклоц 1/5, а из асбестоцементных листов 1/3,5.
Прогоны кровли бывают сплошные (прокатные и холодногнутые) или решетчатые. Прокатные прогоны из швеллеров или двутавров тяжелее решетчатых, но значительно проше и дешевле в производстве, чем и объясняется их преимущественное применение. Наиболее распространенные прогоны при шаге ферм 6 м выполняют из швеллеров, которые просто крепятся к поясам ферм (рис. ниже). Они же лучше, чем двутавры, работают при косом изгибе.
Недостаток швеллерного прогона — более узкая полка, чем у двутавра того же номера или той же несущей способности. Прогоны, расположенные на наклонном верхнем поясе, от действия вертикальных нагрузок подвержены косому изгибу. Расчет их производят на нагрузку от веса кровли и снега. Эту нагрузку q раскладывают на составляющие по главным осям сечения прогона: q x = qcosa — перпендикулярно скату; q y =qsina вдоль ската (рис. ниже). Из-за малой жесткости прогона относительно оси y-y, даже небольшой изгибающий момент вдоль ската М у вызывает в нем большие напряжения и создает необходимость в значительном увеличении сечения прогона. Для уменьшения неблагоприятного влияния скатных составляющих (нагрузки q y) между прогонами в плоскости ската ставят тяжи (рис. ниже).
При крутых скатах кровли или при тяжелых нагрузках, а также при шаге ферм 12 м обычно ставят два тяжа, а при пологих скатах и шаге ферм 6 м — один. Постановка тяжей превращает прогон в плоскости ската из однопролетной балки в двух- или трехпролетную неразрезную, что значительно уменьшает изгибающий момент М у от скатных составляющих q y . В вертикальной плоскости прогон работает как однопролетная балка.
Таким образом, расчетные изгибающие моменты в прогоне могут быть определены из следующих формул (рис. ниже):
при одном тяже:
M x = q x l 2 /8; M y = q y l 2 /32;
при двух тяжах (в теоретически опасном сечении прогона, совпадающем с местом примыкания тяжей):
M x = q x l 2 /9; M y = q y l 2 /90;
где l пролет пpогона (равен шагу ферм).
Тяжи принимают из круглой стали конструктивно диаметром 18 — 22 мм.
Прогиб прогонов проверяют только в плоскости его наибольшей жесткости (относительно оси х-х), он не должен превышать 1/200 пролета.
Подготовка к монтажу
Прежде чем приступить к монтажу прогонов для кровли, необходимо провести ряд подготовительных работ. Это позволит обеспечить надежность и долговечность конструкции, а также уменьшить риск ошибок при установке.
1. Ознакомьтесь с проектом крыши
Перед началом работ важно ознакомиться с проектом крыши и убедиться, что все размеры и расчеты правильны. При необходимости консультируйтесь с профессионалами или инженерами, чтобы избежать проблем в будущем
2. Проверьте состояние кровли
Перед установкой прогонов необходимо проверить состояние кровли
Обратите внимание на наличие повреждений, протечек, облупившейся краски или штукатурки. При необходимости произведите ремонт или замену поврежденных участков
3. Подготовьте необходимые инструменты и материалы
Перед началом монтажа убедитесь, что у вас есть все необходимые инструменты и материалы. Для установки прогонов вам понадобятся:
- Дрель или отвертка для закрепления прогонов к крыше;
- Измерительная лента для определения расстояний и размеров;
- Планка или уровень для контроля горизонтальности прогонов;
- Шурупы или гвозди для закрепления прогонов;
- Крышацкая мембрана или другой гидроизоляционный материал;
- Металлические прогоны и их аксессуары;
- Средство для обработки поверхности кровли, если необходимо;
- Запасные листы металла для замены при повреждении;
- Рабочая одежда и средства защиты.
4. Подготовьте рабочую площадку
Перед началом монтажа необходимо подготовить рабочую площадку. Убедитесь, что на крыше нет препятствий, которые могут помешать работе, таких как ветки деревьев или другие материалы. Также убедитесь, что крыша чиста от листвы, пыли и мусора, чтобы избежать их попадания под прогоны.
5. Защитите область работы
Прежде чем приступить к монтажу, не забудьте защитить область работы. Поставьте ограждение или ленту, чтобы предупредить о нахождении рабочей зоны. Также убедитесь, что вы используете необходимые средства защиты, такие как защитные очки, респиратор или перчатки.
Классификация стропильных ферм
При выборе конструкции и материала для стропил учитывается материал стен. Опоры для стропильных ферм могут быть представлены железобетонными или металлическими типами колонн, а также стенами из кирпича и подстропильными фермами.
Конструктивные особенности обуславливают классификацию таких конструкций на основе следующих признаков:
- очертание поясов;
- конструктивное оформление;
- статическая схема;
- тип решётки.
Самый значимый критерий, на основании которого производится разделение ферм на различные типы, представлен очертанием поясов, что обуславливается не только различными кровельными конструкциями и параметрами перекрываемых пролётов, но и величиной нагрузки.
Область промышленного строительства характеризуется обустройством кровель плоского вида и применением стропильных ферм с параллельным вариантом поясов
. Оптимальным вариантом под кровельный материал из асбестоцемента или стали является трапециевидные разновидности несущих конструкций. В области жилого домостроения наиболее востребовано использование стропильных ферм с треугольной формой.
Любая разновидность требует применения оптимального варианта системы решёток. Обустройство ферм с наличием параллельных поясов или обладающих трапециевидной формой нуждается в выполнении решётки треугольной формы с укреплением дополнительными стойками. Кроме того, довольно популярны разрезной тип балочной схемы или решётки, оснащённые шпренгелями.
Ошибки при монтаже прогонов и стоек крыши
Во многих случаях в несущих деревянных элементах крыши применяют древесину естественной или повышенной влажности. Это приводит к появлению в брёвнах, брусьях и досках продольных трещин от неравномерного высыхания древесины, вызывает коробление пиломатериалов и способствует появлению гнили.
ВНИМАНИЕ! Продольные трещины в деревянных элементах часто совпадают с отверстиями для нагелей и местами забивки гвоздей в стыковых соединениях элементов, с площадками скалывания во врубках. Это приводит к значительным деформациям стыков и, иногда, к полному разрушению конструкции
Поэтому использование древесины естественной и повышенной влажности НЕДОПУСТИМО.
К снижению прочности конструкций крыши приводит:
- уменьшение сечения элементов несущих конструкций стропильной системы,
- увеличение шага стропильных ног,
- увеличение пролётов между стойками и подкосами.
Одна из возможных ошибок решения крыши в том, что конструкция крыши, совмещённая с чердачным перекрытием, предусматривает нагружение не только пояса жёсткости мауэрлаты — прогоны, но и через промежуточные стойки передаёт нагрузку непосредственно на перекрытие чердака.
Для распределения нагрузки под стойки помещают подкладки, чтобы стойки «не проткнули» перекрытие чердака. Эти вертикальные дополнительные стойки передают нагрузку, действующую на промежуточный прогон несущей конструкции (например, в стойках диагональных стропильных ног).
Ошибка при этом заключается нередко в том, что не выдерживают минимальной (1,8 м) длины подкладок, вследствие чего эти чересчур короткие «башмаки» нагружают не балки перекрытия, а элементы настила, которые не рассчитаны на такие нагрузки и разрушаются (рис.12).
Планирование расположения прогонов
Одним из основных этапов монтажа кровли является планирование и правильное расположение прогонов. Прогонами называются элементы кровли, которые укладываются поперек стропил или элементов каркаса и предназначены для крепления кровельных материалов.
Правильное расположение прогонов является важным фактором, который обеспечивает надежность и долговечность кровельного покрытия. Ошибки в планировании могут привести к проседанию кровельной конструкции, скоплению воды, образованию льда, проникновению влаги и другим проблемам.
Важные моменты при планировании расположения прогонов:
- Расстояние между прогона:
- Расстояние между прогонами должно быть рассчитано с учетом нагрузки на кровлю, потребностей конкретных кровельных материалов и климатических условий в регионе.
- В среднем, расстояние между прогонами составляет 60-120 см. Если прогоны располагаются на расстоянии более 120 см, это может привести к прогибанию кровельного материала и возникновению просадок.
- При расчете расстояния между прогонами необходимо учесть уклон крыши, чтобы обеспечить правильное сливание осадков.
Расстояние до края кровли:
- Расстояние от прогона до края кровли также является важным параметром, который нужно учесть при планировании.
- В среднем, это расстояние составляет от 15 до 30 см.
Расположение прогонов относительно скатов крыши:
- При планировании расположения прогонов необходимо учесть скаты крыши.
- Прогоны на скатах крыши должны быть установлены параллельно скатам.
- Если прогоны устанавливаются перпендикулярно скатам крыши, это может привести к нарушению дренажной системы и скоплению воды.
Расстояние между прогонами и подкатными досками:
- Подкатными досками называются доски, которые закрепляются на нижней части стропил для создания пространства между изоляцией и кровельным материалом.
- Расстояние между прогонами и подкатными досками должно быть рассчитано таким образом, чтобы обеспечить необходимую вентиляцию и защиту от конденсата.
- В среднем, это расстояние составляет от 2 до 5 см.
Правильное планирование расположения прогонов позволит обеспечить надежную и долговечную кровлю, которая будет защищать здание от неблагоприятных климатических условий и проникновения влаги.
Устройство и узлы деревянных ферм
Основной задачей для качественного закрепления любых узлов в стропильной ферме является надёжная фиксация стыков двух и более брусьев. В стандартных условиях используются следующие варианты крепления узлов в стропильных фермах:
узлы соединений ног с мауэрлатом;
узлы соединений ног с элементами деревянной фермы при необходимости увеличить жёсткость и прочность конструкций;
узлы соединений стропил с целью их удлинения.
Кроме того, в зависимости от способа соединения есть возможность получить жёсткое или скользящее крепление. Следует помнить, что жёсткое крепление требует внимательного подхода. Погодные условия могут спровоцировать расширение или сжимание древесины, что опасно образованием деформационных изменений несущих стен.
Жёсткие узлы соединений
врубка на стропильной ноге
. Глубина врубки не должна превышать треть по высоте доски, а стропила должны упираться в мауэрлат и фиксироваться парой гвоздей под углом и одним крепежом, вбитым вертикально.
выполнение нашивки подпорных брусов на стропильные ноги
. Подшивка метрового бруска к стропильной ноге с упором в мауэрлат и боковым закреплением посредством металлических уголков.
Скользящие узлы соединений
Скользящее соединение узлов применяется для конструкций наслонных стропил. Висячий тип стропил обладает упором на коньковый прогон, а несущие стены не испытывают распорных нагрузок. Именно по этой причине такая стропильная система не нуждается в скользящем закреплении узлов.