Усиление стропильной системы крыши. Самостоятельное усиление стропил
Крыша является верхним конструктивным элементом сооружения, который предохраняет деревянный дом от воздействий атмосферы. состоит из стропильных ног и обрешетки. Данная система поддерживает крышу, намного облегчает монтаж кровельных покрытий и является одним наиболее важным конструкционным элементом дома.
Долговечность и сохранность крыши обеспечивается грамотным обустройством системы вентиляции чердачного помещения либо воздушной вентилируемой прослойкой в бесчердачной крыше, правильным содержанием кровельного покрытия, и, самое главное, необходимо производить своевременное усиление либо ремонт стропил. Причины ремонта стропильной конструкции могут зависеть от больших снеговых нагрузок, при которых стропила подламываются, и, как следствие, от длительного затекания – загнивают и разрушаются. Причины ремонта стропил при загнивании поясняются тем, что в качестве материала для стропильной системы при сооружении домов используются доски и брусья из .
В нашей статье рассмотрим варианты, которые позволяют произвести усиление стропильной конструкции, а так же расскажем о способах восстановления поврежденных и сгнивших стропильных ног и участков мауэрлата.
Усиление несущей стропильной конструкции с помощью применения различных вариантов
В и стропильных системах, чтобы увеличить несущую способность стропильных ног, применяют несколько вариантов установок. Усиливают стропила дополнительной деревянной балкой — подмогой , двусторонними накладками и установкой подкосов , либо обустройством дощато-гвоздевой фермы.
Участок пролета стропильной ноги между подстропильной ногой и мауэрлатной балкой, даже при сечении материала, подходящего под прочностные характеристики, может не пройти расчет на прогиб. В данном случае, единственным решением в создавшейся ситуации, является увеличение высоты стропильных ног. Усиление стропила можно произвести и методом включения в балку подмоги. Роль подмоги выполняет дополнительная деревянная балка, сечением, подобранным под расчеты на прогиб, включая высоту сечения стропила. Месторасположение подмоги находится в промежутке между подстропильной ногой и мауэрлатом (рис.). Крепится дополнительная балка к стропильной ноге зубчатыми пластинами из металла либо болтовыми хомутами.
Место опоры неразрезной стропильной ноги на подкос является довольно опасным узлом, где может возникать достаточно большой изгибающий момент. При увеличении изгибающего момента выходом из опасной ситуации может быть лишь увеличение сечения и высоты стропильной ноги. Другой вариант решения заключается в увеличении ширины стропила. Ширину неразрезной стропильной ноги можно увеличить с помощью двусторонних дощатых накладок
(рис.). Накладки шириной подбираем путем расчета суммарного сечения стропильной балки на максимальный изгибающий момент. К балке накладки крепятся с обеих сторон болтовыми хомутами, болтами либо гвоздевым боем.
При усилении стропильной ноги двумя способами единовременно, например, усиление стропила подмогой и двусторонними дощатыми накладками, рекомендуют балку стропильной ноги увеличить по длине и край ее опирания на покос вывести за узел. Применение данного конструктивного решения решит не только усиление место прогиба в пролете, но и усиление опорного узла.
Часто при различных обстоятельствах возникает потребность произвести реконструкцию крыши под более крутой скат. При этом делается установка новых стропильных ног, методом их сращивания перекрестной стенкой из досок гвоздевым боем со старой стропильной системой, если это позволяет целостность и сохранность старых стропил. Новые стропила вводятся в конструкцию ниже либо поверх старых стропил. При этом образуется дощато-гвоздевая ферма
(рис.), которая обеспечивает и новый угол уклона кровли и повышает жесткость стропильной системы.
Рассмотренный выше способ усиления стропильной конструкции ускоряет процесс работ за счет того, что старую крышу можно не демонтировать. При этом не увеличивается подкрышное пространство, и если цель изменения угла уклона крыши было , то дополнительного объема мы не получим.
Способы восстановления поврежденной стропильной конструкции
Часто усиление стропильной конструкции подразумевает своевременный ремонт стропил. Причины ремонта стропильной конструкции возникают при подгнивании конца стропильной ноги. Загнивание древесины может произойти по причине использования сырого материала для балок либо при отсутствии правильно обустроенной вентиляции холодного чердачного помещения. Подгнивание мауэрлата либо концов стропильных ног может происходить и из-за отсутствия чердачных продухов.
При достаточном обеспечении вентиляции и достойном утеплении чердака может наступать и при повреждении воздушных продухов и пароизоляции в конструкции мансардного помещения. Главная причина гниения стропильных ног и мауэрлата скрывается в протечке кровли либо в отсутствии слоя гидроизоляции между кладкой стены и древесиной, где часто увлажнение древесины происходит от кладки.
В данном случае, при подгнивании конца стропильной ноги, узел опирания балки на мауэрлат теряет свою надежность и требуется усиление стропила в узле опирания. Решить задачу можно методом прикрепления дополнительного подкоса
к нижнему концу стропильной ноги, и упереть его в эту же мауэрлатную балку (рис.). Крепление дополнительных подкосов производят гвоздевым боем с опиранием на стропиле в прибоины.
Дополнительную устойчивость балке стропильной ноги можно придать, если раздвинуть нижние концы дополнительных подкосов. Если усиливающие подкосы упереть в дополнительный лежень, таким образом, появляется возможность частично уменьшить прогиб стропильной ноги в пролете между мауэрлатом и подстропильной ногой.
Восстановить и усилить поврежденные участки конструкции можно с помощью нескольких способов, которые рассмотрим ниже.
Например, ремонт узла опирания стропильной ноги на мауэрлат, можно произвести с помощью деревянных накладок, которые опираются на мауэрлат торцом. Заметим, что данный способ используют лишь при одиночном повреждении стропильной балки с последующей установкой скрутки из проволоки.
Ремонт стропильной ноги можно произвести с помощью прутковых протезов (рис.). Преимущество данного способа заключается в применении при массовых повреждениях стропильной балки. Ремонт стропил с использованием прутковых протезов начинается с закрепления стропильной балки на временных опорах. Далее поврежденную часть стропила необходимо выпилить, для этого нужно разобрать часть кровельного покрытия. Прутковый протез надевается на стропильную балку и опирается на мауэрлат. Протез должен быть обеспечен опорной площадкой предотвращающей сползание стропильной ноги, которая в него упирается. Подкосная решетка обеспечивает жесткость сжимания верхнего пояса протеза.
Причины ремонта стропильной конструкции часто заключаются в повреждении конца стропильной ноги и подгнивании участка мауэрлата, на который опирается стропильная балка. При такой ситуации можно воспользоваться накладками, опирающихся на балку (рис.). Для начала стропильную ногу закрепим на временных опорах и выпилим поврежденные участки мауэрлата и стропильной ноги. Далее в кладку забьем костыли и уложим на них метровую балку. На перекрытие либо непосредственно на стену можно уложить лежень длиной в один метр, если это допускает сделать конструкция перекрытия либо стен. По обе стороны стропильной ноги укрепляем гвоздевым боем усиливающий подкос и упираем его в уложенную балку. Для поддержки обрешетки сделаем новую удлиненную кобылку.
Обеспечение нормального процесса воздухообмена в чердачном перекрытии является одним из наиболее важных моментов для сохранности древесины деревянной конструкции крыши. При недостаточном обмене воздуха в чердачном помещении происходит развитие грибковых спор и как следствие, загнивание древесины. Для восстановления вентиляции необходимо провести ряд мероприятий (рис.).
Стоит знать, что площадь сечения продухов и слуховых окон должна составлять от 1/300 до 1/500 от площади всего чердачного перекрытия. Ширина продухов не должна превышать 2,5 см. Изучив характер движения потоков воздуха в помещении и определив температуру воздуха на границе утеплителя, может появиться необходимость в дополнительных слуховых окнах и продухах. Заметим, что на верхней границе утеплителя температура воздуха не должна превышать двух градусов вне зависимости от уровня отрицательного показателя температуры наружного воздуха.
Может быть, что появится необходимость увеличить толщину слоя утеплителя. Для этого его стоит измерить, может, будет достаточно и просто разрыхлить слежавшийся утеплитель (это необходимо делать один раз в течение пяти лет). Проблема при недостаточном воздухообмене может скрываться и в поврежденной пароизоляции, находящейся под слоем утеплителя, для этого ее стоит просто восстановить.
Стоит добавить, что людей решивших строить сруб, может смущать кирпичная стена на изображениях. Не беспокойтесь, она тут не играет никакой роли, так как стропильная система одинакова, как в кирпичном, так и в деревянном доме. Ваша задача — ознакомиться с тем, как ее ремонтировать и мы в данной статье попытались дать исчерпывающую информацию. Пользуйтесь ей и все у вас будет в целости. Но кроме этого может ознакомиться и с другими материалами нашего сайта.
Жить на морском побережье – мечта для многих людей. Однако в таких регионах, как и в горной местности, вблизи озера или реки часто дуют сильные ветры. И этот фактор нельзя не учитывать при строительстве крыши дома.
Аэродинамические параметры
Угол наклона ската – важнейшая величина при расчете нагрузок на крышу. Боковое давление ветра на крутые скаты может привести к опрокидыванию.
Ветер оказывает меньшее давление на более пологие конструкции, с небольшим уклоном. Такая форма крыши подойдет для местности с сильными ветрами.
Но слишком пологую крышу воздушный поток стремится приподнять, сорвать.
При столкновении потока с препятствием – и венчающей здание конструкцией – происходит завихрение: не вдаваясь в подробности, можно сказать, что на крышу воздействуют две касательные силы и одна подъемная. От угла наклона ската зависит значение каждой из этих сил. Пологую крышу можно частично оградить от воздействия – к примеру, с помощью выложенного парапета.
Грамотный проект должен быть составлен с учетом географического положения здания, особенностей климата и рельефа местности. На ветроустойчивость влияет также парусность кровельного материала и качество закрепления элементов стропильной системы и обрешетки.
При возведении каркаса не допускается использование каких-либо подложек или иных деталей, способных деформироваться со временем.
Чтобы кровля не была сорвана или опрокинута порывом ураганного ветра, должна иметь максимальную устойчивость. Достигается она благодаря таким элементам, как раскосы, подкосы, диагональные связи – в зависимости от типа конструкции в стропильной системе могут быть использованы некоторые из них или они все.
Существуют определенные параметры крепления бруса, уложенного по периметру здания. Он фиксируется к стене различными способами, и притом на определенном расстоянии от края. Все крепления – и стропил к мауэрлату, и самого мауэрлата к стене – должны быть выполнены тщательно.
Дополнительное закрепление нижних концов стропильных ног к несущим стенам здания с помощью металлических штырей позволит усилить сопротивляемость ветровой нагрузке.
Все должны быть дополнительно надежно прикручены проволочными скрутками – если в местности преобладают сильные ветры, и через одно – если ожидается умеренное ветровое давление.
Различные участки кровли испытывают различные ветровые нагрузки – жесткость должна противостоять этому давлению.
Также ветер занимается распределением снега по крыше – и распределяет он неравномерно, за счет чего на одни участки наметается больше, и давление снега возрастает. Поэтому во всей кровельной конструкции не должно быть слабых мест.
Еще один важный момент: прочными должны быть не только соединения – нужно, чтобы стропильные ноги были выполнены из качественной древесины.
Шатровая крыша
Такой вид оптимально подходит для квадратного в основании дома.
Однако будущий владелец жилья должен помнить о том, что мансарду в этом случае обустроить не получится.
Два трапециевидных ската и два треугольных – так выглядит , обычно венчающая прямоугольный дом и обладающая большой ветроустойчивостью.
Этот вариант подразумевает использование диагональных опор – накосных стропил, направляющихся от двух концов конька к четырем углам дома. Такой несущий каркас практически не подвержен деформациям.
Отсутствие фронтонов значительно уменьшает сопротивление ветру, который почти беспрепятственно «скользит» по поверхности.
Голландский тип полувальмы
Для характерны трапециевидные фронтоны и обрезанные снизу скаты-вальмы.
У нее нет такого острого выступа, как у верхней конструкции здания: усеченные торцевые скаты повышают возможности полувальмы противостоять нагрузкам.
Для обустройства подобной крыши не потребуется много материалов, а еще несложным будет ее монтаж.
Если расположить наклон в направлении преобладающих ветров, будет надежной: то есть, с подветренной стороны должна быть та часть, которая находится ниже. Здесь действует то же правило: чем больше будет уклон, тем больше будет ветровая нагрузка.
Кровельное покрытие против ураганного ветра
Листовые материалы обладают множеством достоинств, однако вместе с тем – большой парусностью.
Мягкая битумная черепица
Это покрытие оптимально подойдет для верхней конструкции здания с самой сложной конфигурацией.
В модельном ряде присутствуют специально разработанные виды, имеющие особую форму – с усиленным сопротивлением ветровым нагрузкам. Гонты не только приклеиваются, но и прибиваются специальными гвоздями – такое крепление к основе максимально надежно, и выдерживает даже ураганный ветер – до 220 км/ч.
Оптимальным значением уклона кровли при использовании натуральной черепицы считается 30-60 градусов.
Основные аргументы в пользу или – это ее вес и небольшие размеры. Ветру сложно справиться с тяжестью натурального покрытия, однако если все же черепица будет сорвана, в случае падения этот самый вес станет серьезной угрозой.
Повысить надежность можно, закрепив не только нижний и верхний ряды, но и черепичные плитки полностью на всем скате – с помощью скоб.
Одним из самых ответственных этапов строительства дома является монтаж крыши, ведь для этого необходимо выбрать оптимальный вариант расположения стропил. Чтобы самостоятельно построить крышу, нужно рассмотреть несколько вариантов монтажа кровли, а также узнать об последовательности выполняемых действий.
Проектировка системы стропил
Для каждого дома следует проектировать стропильную систему, которая подходит именно для этого строения. Если этого не сделать, то нагрузка будет распределяться неравномерно, что может привести к перекосу крыши.
Для создания правильного проекта следует учитывать, что:
- При необходимости в укладке утеплителя стропильную систему нужно делать таким образом, чтобы облегчить дальнейшую работу. Утеплители обычно продаются шириной
- 1200 мм, поэтому шаг между стропилами следует подбирать с учетом именно этой характеристики. В противном случае утеплитель придется постоянно обрезать.
- Мощность опор определяется сечением бруса, из которого они изготовлены. Также обращается внимание и на состояние древесины. Лучше выбирать смолистые брусья, так как они эксплуатируются дольше.
Предварительная обработка дерева и подготовительные работы
Перед началом работ брус необходимо обработать специальными составами, чтобы он был защищен от воздействия микроорганизмов и огня. Нанесение антисептика происходит до начала монтажа. Наносить состав нужно при помощи жестких кистей.
Чтобы состав защищал древесину как можно дольше, он наносится в два слоя (перед этим производится сушка материала). Установка стропил на крышу происходит только после полного высыхания нанесенных составов.
Подготовка начинается с проверки всех стен и перекрытий, а также проведение замеров. Если в некоторых местах стена отклоняется от горизонтали, это исправляется при помощи цементной стяжки. Если дом строится из дерева, неровности удаляются благодаря установке подкладок из древесины.
Для облегчения работы устанавливаются строительные леса. Они должны располагаться на уровне крыши.
Мауэрлат
Мауэрлат является основанием, на которое воздействует нагрузка, поэтому именно с него и начинается возведение стропильной системы. Расположение этого элемента осуществляется таким образом, чтобы равномерно распределять нагрузку с каждой опоры. Этот элемент стропильной системы представляет собой бревно или брус, который укладывается на внешние стены. Такой вариант создания стропильной системы является самым эффективным.
Важно ! чтобы попадание влаги на мауэрлат не уменьшило его срок службы, под брус укладывается два слоя рубероида.
В роли мауэрлата используе6тся брус, сечение которого составляет 10Х15 см. Укладывается данный элемент после того, как произошло завершение строительства стен. После укладки до закрепления происходит определение горизонтали при помощи строительного уровня. Наиболее популярным способом крепежа является использование анкерных болтов.
Болты закрепляются на армированном поясе во время окончания постройки стены. После этого в брусе просверливаются отверстия, которые совпадают с расположением болтов.
Виды стропил
Перед постройкой стропильной системы необходимо определиться с типом используемых стропил. Они разделяются на 2 вида:
- наслонныке;
- висячие.
Если строение небольшое, используются только простые стропила, которые крепятся к мауэрлату и соединены между собой обрешеткой. Если же строение большой (например - жилой дом), то осуществляется сооружение более сложной конструкции крыши. Перед установкой стропил двухскатной крыши своими руками происходит выбор наклона, который определяется исходя из предполагаемой нагрузки от снега и ветра.
Висячие стропила - это конструкция, которая опирается только в двух местах. Это означает, что при такой схеме промежуточные опоры не используются. Отличительной особенностью этого вида стропил является создание распирающей нагрузки на стены строения. Этот тип каркаса используется чаще всего при строении жилых домов. Если угол ската крыши меньше 45 градусов, то происходит установка дополнительных элементов. Чаще всего используются затяжки, которые соединяют стропила между собой.
Важно ! Чем затяжка выше, тем она должна быть прочнее.
Для сооружения стропильной системы наслонного типа требуется третья опора, в качестве которой обычно выступает еще одна несущая стена.
Подготовка к установке
Перед началом работ стоит подготовить необходимые инструменты и расходные материалы. Чтобы избежать опасных ситуаций, лучше около дома соорудить строительные леса. Не стоит забывать и про индивидуальную страховку.
Для работы понадобятся:
- брус, сечение которого составляет 15Х15 см;
- гидроизоляционный материал;
- разводной ключ, который понадобится при закручивании анкерных болтов;
- строительный уровень;
- молоток;
- дрель;
- гвозди.
Для стропил выбирается брус, сечение которгго составляет 50Х200 мм
Этапы монтажа
Установка стропил двухскатной крыши происходит следующим образом:
- подъем бруса на крышу;
- выпиливание части нижних концов стропильных ног таким образом, чтобы при соприкосновении с мауэрлатом образовалось надежное соединение;
- соединение парных стропильных ног;
- установка крайних стропил и соединение их при помощи конькового прогона.
Чтобы стропильные ноги соединялись между собой более надежно, производится выпиливание половины их толщины в месте, где они соединяются. Вырезание частей стропил происходит на земле, так как на крыше делать это неудобно.
Перед монтажом стропил происходит разметка мауэрлата, чтобы соблюдать выбранный шаг между опорами. Обычно расстояние между ними равно одному метру. Такие же отметки наносятся и на коньковый прогон.
Способы установки стропильных ног на стены
Если стропила устанавливаются на кирпичные стены, они закрепляются при помощи приспособления, называемого «ерш». Оно представляет собой элемент из металла, который вбивается в стену изнутри строения и петлей охватывает стропила.
На всех конструкциях, которые не дают усадку, закрепление происходит при помощи выпиливания в стропилах углубления для присоединения к мауэрлату. Прикрепление происходит при помощи гвоздей или уголков.
Важно ! между стропильной системой и трубой должно быть расстояние не менее 130 мм.
Усиление стропильных ног дополнительными элементами
Если стропильная система уже создана, но владелец дома узнал, что она не приспособлена к тем нагрузкам, которые будут на нее воздействовать, ему необходимо укрепить стропила. Происходит это при помощи вставки дополнительных деревянных балок, которые имеют название подмоги. Прикрепление к стропилам происходит при помощи металлических хомутов или зубчатых пластин.
Также укрепление может происходить в случае, когда на середину стропил приходится слишком большая нагрузка, которая грозит сломать брус. Чтобы этого избежать, создаются дополнительные накладки на участок соединения с опорой. Новая часть стропильной системы может возводиться как выше, так и ниже старых элементов кровли.
Если установка происходит выше, то кроме укрепления кровли происходит и изменение уклона. Такой метод позволяет избежать потери времени на полную замену стропил и предполагает закрепление новых стропильных ног на тех, что уже установлены. Процесс изменения крыши начинается с удаления обрешетки. После этого происходит установка новых элементов, которые по способу соединения не отличаются от старой стропильной системы.
В некоторых случаях необходимо укреплять низ стропильной ноги. Это нужно в ситуациях, когда мауэрлат начинает гнить и становиться менее надежным. Для укрепления стропильных ног происходит прикрепление подкосов, упирающихся в мауэрлат или в дополнительный лежень. Для более надежного закрепления на стропилах выпиливаются выемки. Дополнительные элементы крепятся при помощи гвоздей.
Способы усиления поврежденных конструкций
К методам восстановления поврежденных частей крыши относятся:
- монтаж деревянных накладок;
- создание прутковых протезов;
- использование накладок, опирающихся на балку.
Первый способ применяется при одиночном повреждении стропильных ног. Для усиления элемента стропильной системы происходит прикрепление деревянных накладок и закрепление их при помощи болтов или гвоздей. Дополнительные элементы должны надежно упираться в мауэрлат и закрепляться в таком положении при помощи скрутки.
Прутковые протезы чаще применяются при массовом повреждении стропил. Для укрепления сначала происходит установка временных опор, чтобы стропила находились в неподвижном положении. После этого происходит выпиливание поврежденных частей конструкции. Затем надевается протез, который упирается в мауэрлат.
Накладки, которые опираются на балку, используются в случае, когда сгнила часть мауэрлата. В таком случае этот участок выпиливается. Для опоры стропильной ноги создается дополнительный усиливающий подкос, который упирается в заранее закрепленную балку. Балка располагается ниже мауэрлата, если это позволяет конструкция стены. Для того, чтобы сделать обрешетку в месте, где уже нет опоры, происходит присоединение дополнительной доски, на которую и крепится обрешетка.
В принципе я могу предложить один метод, предусматривающий усиление без изменения сечения стропил, а вот понравится он вам или нет - это уже не мне решать.
Итак рассмотрим следующую ситуацию: висячие стропила, представляющие собой треугольную арку с затяжкой или простейшую треугольную ферму (это кому как больше нравится), были выполнены из бруса сечением 15х5 см с шагом 1 м. При этом расстояние между мауэрлатами - пролет арки l = 6 м. Угол уклона кровли - 30°. Впрочем, не будем дальше пересказывать ситуацию, достаточно подробно рассмотренную в различных статьях, например , а просто скажем, что по расчету требуется сечение стропил 15х10 или 20х5 см, т.е. имеющийся момент сопротивления W z = 187.5 см 3 чуть ли не в 2 раза меньше требуемого.
На первый взгляд самым логичным выходом из ситуации будет усиление существующих стропил точно таким же брусом 15х5 см или устройство дополнительных пар стропил, чтобы уменьшить шаг стропил. Но и в первом и во втором случае расходы на усиление будут близки к начальным расходам на устройство стропильной системы.
А между тем есть и другой способ уменьшить значение требуемого момента сопротивления, никогда правда мне не встречавшийся в литературе, посвященной расчету стропильных систем, тем не менее вполне законный с точки зрения теоретической механики.
Всего-то и нужно: изменить расчетную схему.
Как мы знаем, в поперечном сечении посредине однопролетной балки с шарнирными опорами при действии равномерно распределенной нагрузки возникает изгибающий момент, равный М = ql 2 /8. А у такой же балки, но с жестким защемлением на опорах максимальный момент возникает на опорах и составляет M = ql 2 /12, т.е. в 1.5 раза меньше.
Таким образом, если для стропильной системы, показанной на рисунке 462.1.а) (принимаемая расчетная схема показана на рисунке 462.1.б)), мы поставим схватки между стропилами в коньке и между стропилами и затяжкой примерно так, как это показано на рисунке 462.1.в), то полученную систему мы можем рассматривать, как арку из одного стержня с жестким защемлением на опорах (хотя это будет и не совсем правильно).
Рисунок 462.1 . Трехшарнирная арка и одностержневая арка с жестким защемлением на опорах
Такая арка является статически неопределимой, но мы можем упростить задачу, если будем рассматривать стропила как жестко защемленные наклонные балки или как двухпролетные балки на 2 шарнирных и одной жестко защемленной опорах. Только не будем при этом забывать, что на стержни арки действуют нормальные силы, определенные нами ранее.
Сначала рассмотрим наиболее простой вариант:
стропила - наклонная однопролетная балка с жестким защемлением
Как видно из расчетной схемы, приведенной на рисунке 462.1.г), дополнительные стержни не только создают условия, при которых стропила можно рассматривать как защемленную балку, но еще и уменьшают расчетную длину пролета. Так наклонная проекция стропил - трехшарнирной арки с затяжкой, составляла 3 м. Если же мы разместим вертикальные захватки так, что в горизонтальной проекции это составит по 0.5 м с каждой стороны, то только уменьшение расчетного пролета на а = 0.5 м или на (1/6) приведет к уменьшению момента в 1.44 раза, так как
(l - l/6) 2 /l 2 = (25l 2 /36)/l 2 = 25/36 ≈ 0.7 .
Примечание : горизонтальную схватку между стропилами нельзя рассматривать как дополнительную вертикальную опору.
Таким образом общее уменьшение максимального момента составит 1.5·1.44 = 2.16 раз, чего в данном случае вполне достаточно. В численном выражении максимальные изгибающие моменты на опорах защемленной наклонной балки составят:
M c max = ql 2 /12 = 326.1·2.5 2 /12 = 169.844 кгс·м или 16984.4 кгс·см
Такой же момент будет создавать сила, приложенная вертикально на расстоянии 0.5 м от основной опоры и составляющая:
Р = 169.844/05 = 339.7 кг
А значит для крепления вертикальной схватки достаточно:
Такое же количество гвоздей можно принять и для крепления горизонтальной схватки, если узел крепления находится на расстоянии о.5 м от стрелы арки в горизонтальной проекции.
Теперь осталось проверить, выдержит ли затяжка дополнительную нагрузку - две сосредоточенные силы Р, приложенные на расстоянии 0.5 м от каждой опоры. Согласно расчетной схемы 1.3 из таблицы 1 . максимальный момент в поперечных сечениях затяжки составит:
M з = Ра = 339.7·0.5 = 169.844 кгс·м = М c max
Тогда требуемый момент сопротивления для затяжки:
W z тр = M/R = 16984.4/140 = 121.32 см 3
Между тем у нас затяжка имеет сечение 10х5 см и соответственно момент сопротивления W = bh 2 /6 = 5·10 2 /6 = 83.33 см 3 , т.е. в 1.45 раза меньше требуемого и это еще без учета растягивающих напряжений, действующих в поперечных сечениях затяжки.
Если уменьшать расстояние от опоры до вертикальной схватки, то это будет только увеличивать значение изгибающего момента в стяжке, да и количество гвоздей придется увеличивать. А если увеличивать расстояние от опоры до вертикальной схватки, то такую конструкцию уже вряд ли можно рассматривать как жестко закрепленную балку.
И тут вроде бы другого выхода нет, как усиливать затяжку, но если сделать схватки не вертикальные, а под некоторым углом к вертикали, например 35-40°, то такая схватка превратится с одной стороны в вертикальную опору, а с другой в горизонтальную, увеличивающую растяжение в затяжке, оставаясь при этом элементом, обеспечивающим жесткое защемление стропил.
Проверяем. Расчетная длина вертикальной схватки равна:
l в cx = tg30°a = 0.5773·0.5 = 0.2887 м
При угле наклона 35° расстояние а" от наклонной схватки до места, где была бы вертикальная схватка составит:
a" = tg35°l в сх = 0.7·0.2887 = 0.2 м
Тогда изгибающий момент, действующий на затяжку, составит:
М з = Р(a - a") = 339.7(0.5 - 0.2) = 101.18 кгс·м
Увеличение нормальной силы, действующей на затяжку составит:
N" = Psina/cosa = 339.7·0.573/0.819 = 237.86 кг
Тогда максимальные нормальные напряжения, возникающие в поперечных сечениях затяжки, с учетом разности расчетных сопротивлений растяжению и изгибу древесины составят:
(N + N")/F + M з R p /W z R и = (692.927+ 237.86)/50 + 10180·101.9/(83.33·142.7)= 18.61 + 87.26 = 105.9 кг/см 2 > R р = 101.9 кг/см 2
Необходимые условия по прочности нами не соблюдены. Впрочем превышение напряжений составляет менее 4%. С учетом принятых коэффициентов надежности по нагрузке такое превышение можно считать допустимым, а можно еще немного увеличить угол наклона. Это уже на ваш выбор.
Кроме того в действительности значение изгибающего момента будет немного больше, особенно если на участок стропила между наклонной схваткой и мауэрлатом будут опираться доски обрешетки.
При наклонных захватках количество гвоздей также следует увеличить:
n = P/(Tcos35°) = 3.88/0.819 = 4.7 точнее 5 гвоздей .
Если рассматривать стропила, как двухпролетную балку с двумя шарнирными и одной жестко защемленной опорой, то момент на опоре - вертикальной (или наклонной) схватке будет немного меньше, а на жесткой опоре - стреле арки - немного больше. Впрочем и такая расчетная схема не является точно отображающей реальную работу конструкции.
Тем не менее подобный расчет можно произвести, например с использованием метода трех моментов . Ну а для всех остальных совет: добавьте по 1-2 гвоздя в узлах крепления стропил и стяжки со схватками.
12 декабря, 2017Специализация: отделка фасадов, внутренняя отделка, строительство дач, гаражей. Опыт любителя-огородника и садовода. Также имеется опыт ремонта автомобилей и мотоциклов. Хобби: игра ни гитаре и много чего еще, на что не хватает времени:)
Если стропильная система была сконструирована неправильно, она может не справляться со снеговой и ветровой нагрузкой, что проявляется в виде ее деформации и даже поломки несущих элементов. Решить данную проблему можно путем усиления конструкции, но как правильно справиться с поставленной задачей? Об этом я и хочу далее вам рассказать.
Варианты усиления
Итак, усилить крышу можно двумя способами:
Как правило, оба метода применяются одновременно, поэтому далее отдельно рассмотрим каждый из них.
Способ 1: усиление стропил
Потребность в усилении конструкции может возникнуть по разным причинам. Чаще всего начинающие строители допускают следующие ошибки:
- Неправильно подбирают сечение стропил;
- Делают слишком большой шаг ферм, в результате чего прогибаются как сами ноги, так и обрешетка;
- Неправильно собирают конструкцию, поэтому она обладает недостаточной прочностью и жесткостью;
- В целях экономии используют пиломатериалы низкого качества.
Если деформировался скат, вне зависимости от причины данной проблемы, прежде всего необходимо выполнить усиление стропильных ног. Сделать это, в зависимости от ситуации, можно тремя способами:
| Иллюстрации | Действия |
 |
Увеличение поперечного сечения.
Если прогиб ноги превышает допустимую норму, осуществляется ее укрепление путем увеличения поперечного сечения. Делается это следующим образом:
|
 |
Установка накладок.
Если стропильная система прогибается на участке опирания на подкос, поперечное сечение в этом узле увеличивается при помощи боковых накладок. Делается это следующим образом:
|
 |
Удлинение стропил.
Бывают ситуации, когда в результате несоблюдения технологии монтажа или по причине некачественного пиломатериала, нижняя часть ноги подгнивает. В этом случае усиление, а точнее, ремонт осуществляется следующим образом:
|
Следует отметить, что прутковый способ ремонта применяется крайне редко, так как в подобных ситуациях чаще меняют стропило целиком. А вот использование подмог и накладок - это достаточно простые и распространенные методы усиления стропильных ног, поэтому пользуются большой популярностью.
Причем накладки могут применяться не только для усиления опорной части стропильной ноги, но и в случае появления на стропилах трещин. Кроме того, накладки отлично справляются с усилением горизонтальных балок.
Способ 2: усиление конструкции
Существует довольно много различных способов увеличения несущей способности крыши, а точнее – деталей, которые способны увеличить прочность стропильной системы. Далее рассмотрим все наиболее распространенные элементы:
- Ригели (затяжки) . Представляют собой горизонтальные балки, расположенные между стропильных ног. С их помощью нижние части ног, как бы, притягиваются друг к другу, в результате чего снижается распорная нагрузка на стены, т.е. скаты не разъезжаются.
Надо сказать, что затяжки могут устанавливаться у самого основания ферм, и выполнять функцию деревянных балок, на которые устанавливаются опоры и подстропильные ноги для разгрузки скатов;
- Опоры. Представляют собой вертикальные стойки. Они могут подпирать как отдельные стропила, так и весь скат. В последнем случае опоры подпирают не стропила, а прогон (горизонтальную балку), а та в свою очередь служит опорой для всех стропил ската.
Чаще всего опоры устанавливаются на несущие стены. Но, если стропильная система висячая, как я уже сказал выше, они могут упираться в затяжку или балки перекрытия, как показано на схеме ниже;
- Подкосы (подстропильные ноги). Представляют собой наклонные опоры, выполняющие те же функции, что и стойки. Они могут устанавливаться между балок перекрытия и стропилами, либо между несущими стенами и ногами;
- Бабка (коньковая стойка). Представляет собой опору, которая подпирает коньковый прогон. Бабка может устанавливаться не только на несущие стены, но и ригель, расположенный под самым коньком.
Если опоры передают нагрузку от крыши несущим стенам, под них обязательно подкладывается лежень. Он представляет собой балку, выполняющую ту же функцию, что и мауэрлат - равномерно распределяет нагрузку на стену.
Все эти элементы устанавливаются изнутри, т.е. со стороны чердака, благодаря чему можно усилить конструкцию, не демонтируя кровельное покрытие. Это конечно, большой плюс, однако имеется и минус - в случае деформации стропильных конструкций, вышеописанными элементами, в большинстве случаев, не получается выровнять кровлю.
Они лишь усиливают систему, т.е. как я уже говорил, повышают несущую способность и предотвращают еще большую деформацию.
Для выравнивания конька или скатов, придется все же демонтировать кровельное покрытие, так как принцип ремонта заключается в накладке новой обрешетки и, при необходимости, нового конькового прогона. Но, учтите, что прибегать к данному методу можно только после усиления опорных узлов и всех несущих элементов.
Вывод
Мы рассмотрели с вами все наиболее эффективные способы усиления стропильной системы, и теперь вы можете браться за ее ремонт самостоятельно. Если же возникнут сложности -обращайтесь ко мне в комментариях, и я с радостью помогу вам советом.
12 декабря 2017г.Если вы хотите выразить благодарность, добавить уточнение или возражение, что-то спросить у автора - добавьте комментарий или скажите спасибо!