Скатные висячие крыши с висячими стропилами это

Висячие стропила – особенности устройства и монтажа

Крыша – наиболее сложный элемент конструкции жилой, хозяйственной или производственной постройки, которую нельзя построить без точного расчета и детального проекта. Ее устройство состоит из гидроизоляционного покрытия и каркаса, отвечающего за форму, несущую способность и надежность кровли. Различают 2 типа стропильных систем, отличающихся по составу и способу соединения элементов – висячую и наслонную. В этой статье мы расскажем, что такое висячие стропила, а также как это конструктивное решение применяется в строительстве.

Функции стропил

Стропильный каркас – совокупность опорных элементов, отвечающих за придание кровле формы, геометрии, уклона и высокой несущей способности. Особенность висячей стропильной системы заключается в том, что она возводится в сооружениях, не имеющих внутренних несущих опор. Конструкция фермы такого каркаса представляет собой равносторонний треугольник, образованный стропилами и затяжкой, поэтому обладает высокой устойчивостью к внешним воздействиям. Задачами стропильного каркаса считают:

1. Формирование уклона кровли. Крыша должна иметь уклон, чтобы эффективно отводить влагу во время осадков, сбрасывать снежную массу во избежание перегрузки каркаса.
2. Распределение веса кровли. Конструкция крыши весит достаточно много, особенно если учитывать дополнительную нагрузку во время снегопадов. Стропила равномерно распределяют вес покрытия между несущими стенами.
3. Фиксация кровельного материала. Гидроизоляционное покрытие крепят к обрешетке стропильного каркаса, распределяющей нагрузку и придающей покрытию жесткую форму.

Учтите, что висячие стропила считаются более устойчивой конструкцией каркаса, так как их устройство способствует снижению распирающей нагрузки, от которой страдают узлы наслонных систем.

Устройство наслонных систем

Конструкция висячей стропильной системы подразумевает, что в перекрываемом сооружении отсутствуют внутренние капитальные несущие опоры. В таком случае стропила имеет всего точку опоры в месте крепления на мауэрлат, а другим концом ноги они просто упираются друг друга без использования подконькового бруса. Стропильная ферма висячего типа представляет собой равнобедренный треугольник с основанием, равным ширине фасада. Она состоит из следующих элементов:

• Мауэрлата. Этом прочный, ровный брус из здоровой древесины твердых пород сечением 100х100 мм или 150х150 мм укладывают на верхнюю поверхность последнего яруса несущих стен там, где на них будут опираться стропильные ноги. Это устройство распределяет вес стропил, передавая нагрузку на фундамент.
• Стропильные ноги. Это опорные элементы, формирующие плоскость скатов крыши, которые изготавливаются из прямых досок размером 50х150 мм или 100х150 мм. Они устанавливаются попарно с шагом 60-120 см в зависимости от веса и размеров финишного покрытия.
• Затяжка. Затяжкой называют горизонтальный элемент каркаса, который стягивает нижние концы стропильных ног, компенсируя нагрузку на распирание, сказывающуюся на основные узлы кровли.
• Ригель. Ригель представляет собой верхнюю затяжку, которая стягивает попарно стропила на небольшом расстоянии от конька. Так как на этом участке нагрузка на распирание больше, то он изготавливается из бруса более толстого сечения.
• Бабка. Бабкой называют подвесной элемент висячего стропильного каркаса, который поддерживает под коньком центральную часть затяжки, предотвращая распирание несущих наружных стен.
• Подкос. Подкосами зовутся горизонтальные подпорки, поддерживающие стропильные ноги в верхней или средней части, предотвращая прогиб элементов большой длины.

Обратите внимание! Очень часто висячая стропильная система не включает в себя мауэрлат, так как его функции с успехом выполняет низко расположенная затяжка. Опытные мастера считают, что конструкция каркаса без этого элемента нисколько не теряет ни в прочности, ни в надежности.

Разновидности

Устройство висячей стропильной системы во многом зависит от формы и размеров перекрываемого сооружения. Чем больше площадь дома, тем больше конструкция насчитывает дополнительных элементов, увеличивающих несущую способность каркаса. Самая простая ферма представляет собой равнобедренный треугольник, образованный стропильными ногами и затяжкой. Но чем длиннее стропил, тем больше потребуется опор, компенсирующих их прогиб под действием собственного веса. Различают висячие стропильные системы следующих типов:

Простая трехшарнирная арка в форме треугольника. Это образец самой простой стропильной фермы висячего типа, которая состоит из стропильных ног и затяжки. Она представляет собой замкнутый треугольник, основание которого работает только на растяжение, а стороны – на прогиб. Таким образом можно перекрыть пролеты шириной до 6 метров.

Важно! Если длина стропильных ног превышает 4-4,5 метра, то при толщине сечения 50х150 мм или 100х150 мм они начинают испытывать значительную нагрузку на прогиб под действием собственного веса. Чтобы компенсировать это напряжение, в верхней или средней части стропил их поддерживают подкосом, упертым в бабку.

Виды креплений

Крыша, каркас которой изготавливается из дерева, подвергается термическому расширению, а также немного изменяет свои размеры в зависимости от влажности. Чтобы эти малейшие изменения не привели к деформации, используют специальную систему крепления узлов конструкции. Висячие стропила имеют 2 типа креплений:

• Подвижные. Подвижными креплениями называют специальные устройства – ползуны, изготавливаются из металла. С помощью них к мауэрлату крепят стропильные ноги, в результате чего они могут немного смещаться при изменениях размеров элементов при колебаниях влажности. Такие устройства предотвращают деформацию каркаса кровли, позволяя ей «дышать».
• Жесткие. Жесткое крепление элементов стропильного каркаса осуществляется с помощью гвоздей, саморезов или металлических накладок. Этот способ обеспечивает надежную фиксацию, но не компенсирует термическое расширение и изменение размеров дерева при колебаниях влажности.

Опытные мастера утверждают, что запрещается врезать отверстия в мауэрлате для крепления стропильных ног, так как это нарушает целостность бруса, снижает его прочность. При подвижной фиксации ноги прикрепляются ползунами, а при жестком в стропилах вырезают выемки под мауэрлат, а затем приколачивают гвоздями.

Критерии выбора

Висячие стропила считаются более сложными в проектировании и монтаже вариантом стропильного каркаса. Эта тонкая система требует тщательного расчета, учитывающего все нагрузки и силы, которые будут воздействовать на нее изнутри и снаружи. Чтобы крыша получилась надежной, выбор осуществляют в соответствии со следующими факторами:

1. Климатические условия. Чтобы оценить, какая ветровая и снеговая нагрузка будут воздействовать на стропила, нужно определить климатическую зону региона, в котором ведется строительство.
2. Финишное кровельное покрытие. Выбор стропильного каркаса зависит от желаемого кровельного материала, так как вариант имеет оптимальный угол наклона ската и рекомендованное расстояние между элементами в соответствии с весом и размером покрытия.
3. Вид кровли. Крыша может быть односкатной, двухскатной, вальмовой, полувальмовой или шатровой в зависимости от формы и размеров сооружения.

Важно! Висячие стропильные фермы обладают большим весом и размером, поэтому поднять уже собранные конструкции на кровлю можно только с помощью крана. Чаще всего сборка каркаса происходит непосредственно на высоте, что усложняет кровельные работы.

Источник

Конструкции крыш с висячими стропилами

Деревянные висячие стропила, которые ещё называют стропильными фермами плотницкой, т.е. ручной, работы, имеют преимущества, выражающиеся в возможности:

• проектирования помещений больших объёмов, не разделяемых внутренней стеной или колоннами;
• устройства мансардного этажа свободного пространства в пролётах до 6 м: без стоек и связей между ними.

Почему это возможно? Ответ очевиден на схемах работы наслонных и висячих стропил, показанных на рисунке. В наслонных стропилах нагрузка передаётся на стены и стойку, для которой нужна опора. А для опирания висячих стропил требуются опоры только под нижние концы стропил — наружные стены, потому и открывается внутренний объём помещения. Так работает любая ферма, от простейшей деревянной до сложной железобетонной или металлической.

Кстати говоря, если имеются внутренние опоры в подчердачном помещении, которые поддерживают чердачное перекрытие, то свободное пространство мансарды может быть увеличено до 10 м.

Суть работы висячих стропил — стропильных ферм

Суть работы фермы такова. Нагрузки действуют на стропила, которые являются верхним поясом Фермы.

Под действием нагрузки возникают силы, стремящиеся «растащить» стропила; иными словами, появляется распор Н— горизонтальная составляющая реакции R в усилиях, возникающих в основании стропил. Чтобы распору не удалось растянуть стропила, его нужно погасить или, говоря инженерным языком, воспринять.

Висячие стропила: а — вид конструкции; б — поперечный разрез; в — план раскладки элементов конструкции; 1 — наслонное стропило; 2 — прогон; 3 — висячее стропило — верхний пояс стропильной фермы; 4 — мауэрлат; 5- коньковый прогон; б— подвеска; 7- подкос; 8 — затяжка — нижний пояс стропильной фермы; .9- подвесное чердачное перекрытие; 10- болт; 11 — подбалка; 12 — подкладка; 13 — гидроизоляция; 14 — накладка; 15 — кобылка

Есть разные способы восприятия распора. В нашем случае мы стянем оба нижних конца стропил затяжкой, которая будет являться нижним поясом фермы. Итак, нижний пояс фермы всегда работает на растяжение, воспринимая распор от стропил.

Виды стропильных ферм. Элементы стропильных ферм

Вид ферм зависит, прежде всего, от:

• нагрузок, действующих на фермы;
• величины пролёта покрытия.

На рисунке приведены некоторые виды стропильных ферм, а узлы соединения элементов — на рисунке.

Виды стропильных ферм (узлы показаны на рисунке): а-е — виды ферм в зависимости от величины пролета; 1 — висячее стропило; 2 — затяжка; 3- чердачное перекрытие; 4 — затяжка, совмещенная с балкой перекрытия; 5 — подвеска (бабка); 6— подвесной потолок; 7— подкос; 8 —дополнительная балка; 9— распорка; 10 — подвесная балка перекрытия.

Простейшая треугольная ферма не имеет иных элементов, кроме стропил и затяжки. Но и пролёт, на котором она работает — наименьший: не более 6 м. Ключевым вопросом системы является опирание фермы на вертикальные конструкции -стены, колонны, и существенную роль здесь играет положение затяжки, которая может располагаться вверху и внизу системы. Итак, в зависимости от положения затяжки опирание стропильной фермы осуществляется по двум вариантам.

1. Затяжка располагается выше уровня опор фермы, т.е. выше уровня пола чердачного перекрытия. На мауэрлат в этом случае опирается нижний конец стропил, по аналогии с наслонными стропилами. Узел решается, как показано на рисунке. Положение затяжки принимается с таким расчётом, чтобы не мешать передвижению по помещению: либо выше человеческого роста, либо наиболее близко к балкам перекрытия, чтобы была возможность её переступить. Следует принимать в расчёт, что чем выше затяжка, тем неблагоприятнее её работа: тем меньший распор она может воспринять, и, следовательно, тем меньший пролёт ферма может перекрыть. Так, фермы с высокой затяжкой часто применяют при устройстве козырьков над входной группой; при этом фермы имеют разную решётку, что не является необходимостью, а только украшением.
2. Затяжка — в уровне опор: она опирается на мауэрлат и играет роль балок чердачного перекрытия. Соединение стропила и затяжки осуществляется с помощью врубки и болта. Если нужно сформировать свес, то это можно сделать либо с помощью кобылк, либо посредством выпуска стропила. Если шаг ферм превышает необходимый шаг балок чердачного перекрытия, то балки перекрытия укладываются непосредственно на наружные стены, как балки обычного междуэтажного перекрытия. Связь их с нижним поясом фермы может отсутствовать.

Узлы соединения элементов стропильных ферм: 1 — висячее стропило; 2 — затяжка; 3 — накладка; 4 — затяжка, совмещенная с балкой перекрытия; 5- подвеска (бабка); 6- подбалка; 7- подкос; 8 —дополнительная балка; 9 — распорка; 10— подвесная балка перекрытия; 11 — гвоздь; 12— болт; 13— гидроизоляция; 14 — подкладка; 15 — кобылка; 16 — стальной хомут; 17-соединение балок «на ус»; 18-скоба.

Соединение верхних концов стропил осуществляется либо как лобовой упор (вполдерева), либо с помощью накладки.

В фермах пролётом более 8 м вводится дополнительный элемент — подвеска. Вид её похож на стойку в наслонных стропилах, но нужна она для другого. Её задача — предотвратить провисание затяжки, т.е. затяжка к ней подвешивается, отсюда и название подвески. Это, во-первых. А во-вторых, в случае изготовления ферм из натурального дерева, подвеска образует узел (узел 6 на рисунке называется соединением «на ус»), где отдельные части затяжки соединяются между собой: поскольку длина деловой древесины составляет только 6,5 м, затяжку выполняют составной. Верхний конец подвески зажимают верхними концами стропил с помощью накладок, а к её нижнему концу подвешивают с помощью хомута из полосовой стали затяжку.

Возможный вариант соединения подвески и верхних концов стропил показан на узле 5 — с помощью накладки.

При ещё большем увеличении пролёта — до 12 м — в конструкцию висячих стропил вводятся подкосы , назначение которых обеспечить жёсткость конструкции в плоскости ферм и облегчить работу стропил: подкосы уменьшают расчётную длину стропил и уменьшают их прогиб под действием нагрузок.

При пролёте до 15 м применяют две подвески и спаренные стропила, которые можно сплотить болтами или деревянными шпонками. Конструкция, показанная на рисунке, позволяет устроить помещение, свободное от подкосов и подвесок. Жёсткость конструкции придаёт распорка.

При пролётах, равных или больших 8 м, чердачное перекрытие, как правило, содержит только подвесной потолок нижележащего этажа и при необходимости -утеплитель. Балки или плиты перекрытия без дополнительных опор на таких пролётах не уложить.

Вообще говоря, фермы, показанные на рисунке, д, е, являются скорее ответом на теоретический вопрос, возможно ли треугольной деревянной фермой перекрыть большие пролёты, нежели примером повсеместного практического применения в современном жилищном строительстве. Почему так? Ответов припасено в достатке.

Во-первых, здания пролётом больше 12 м относятся к большепролётным конструкциям и практически не возводятся в жилье, поскольку жилой дом по своему функциональному назначению разделяется на помещения, размеры самых просторных из которых имеют значительно меньшие пролёты.

Во-вторых, проектирование и изготовление подобных ферм требуют определённых знаний и опыта, а специалистов, обладающих такими знаниями, найти не всегда представляется возможным. Проще работать с железобетоном и металлом, в том числе со стальными лёгкими конструкциями.

В-третьих, подвешенные к подвескам деревянные составные затяжки в фермах больших пролётов не имеют достаточной несущей способности, чтобы нести нагрузку от чердачного перекрытия эксплуатируемого чердачного объёма. К ним можно закрепить только конструкцию подвесного потолка нижележащего этажа. Однако жизнь уносит в историю неэксплуатируемые чердаки, тем более таких роскошных объёмов. Сейчас, когда идёт борьба за каждый эксплуатируемый метр жилья, пусть даже как подсобного помещения, применяют другие конструкции, но это уже тема другого курса.

Шаг и жёсткость стропильных ферм

Шаг стропильных ферм принимается из тех же соображений, что и наслонных стропил и составляет в общем случае 0,6. 1,2 м. На стропила фермы — верхние пояса, как и в случае наслонных стропил, крепится обрешётка, на которую потом монтируется кровельный материал. Сечения висячих стропил рассчитываются из тех же соображений, что и сечения наслонных стропил.

Жёсткость системы — одно из основных требований конструкции — в поперечном направлении обеспечивается самой фермой: это геометрически неизменяемая форма — треугольник. А для противодействия ветровым нагрузкам в продольном, вдоль скатов, направлении устанавливают раскосы (диагональные связи) в плоскости стропил в середине каждого ската.

Жёсткость диска покрытия обеспечивается также обрешёткой.

Устройство пола чердачного перекрытия и утеплённой крыши при стропильных фермах

После установки ферм заполняется пространство между затяжками, если они расположены в уровне опор. Состав слоёв аналогичен таковому при устройстве межбалочного пространства в чердачном перекрытии при наслонной стропильной конструкции.

Чёрный пол чердачного помещения укладывается на затяжки. Снизу затяжки закрываются материалом отделки потолка.

Если затяжки расположены выше уровня опор, то пол чердачного помещения монтируется по балкам, как это делается в обычном чердачном перекрытии.

При устройстве тёплых крыш утеплитель так же, как и в наслонных стропилах, закладывается между стропилами.

Стропильные фермы хороши, если в доме есть чердак (мансарда). При отсутствии чердака нижние пояса ферм открыты, они не «прячутся» в чердачном перекрытии. Это можно отнести к недостаткам висячих стропил, но, с другой стороны, фермы можно обыграть, придав им красивый вид.

Источник