Стропила распирают стены газобетона

Распор на стены от стропильных систем

Мы уже неоднократно сталкивались со стойким убеждением у многих строителей и даже инженеров-конструкторов о том, что в стропильных системах с наслонными стропилами распора не возникает. Например, на сайте dwg.ru весьма авторитетный и уважаемый участник заявляет следующее:

Рис. 1. Цитата с сайта dwg.ru из темы с обсуждением распора.

Или вот видео от Антона Вебера, где он также говорит о том, что наслонные стропила не дают распор.

Разберёмся, так ли это. Прежде всего зафиксируем, что наслонные стропила – это такие стропила, которые нижним концом опираются на мауэрлат, верхним на коньковый прогон.

Рассмотрим две расчётные схемы стропильной арки двухскатной кровли для классического пятистенка 10х9. В обоих случаях мы имеем расстояние между крайними стенами 9 метров, в центре — срединная стена, высота конька относительно уровня мауэрлата 3 метра. Для простоты расчёта рассматриваем только снеговую нагрузку с номинальным значением 1,5 кПа при шаге стропил 600 мм. Поскольку с распором связаны прочностные расчёты, используем коэф. нагрузки 1,4. В итоге на каждое стропило приходит нагрузка 1,26 кН/м. Стропила выбраны сечением 50х200 мм, стойка под коньковой балкой — брус 150х150.

Рис. 2. Расчётная схема 1 с коньковой балкой, опирающейся на стойку 3.

Рис. 3. Расчётная схема 2 без коньковой балки.

Схема 1- это с наслонными стропилами, схема 2 — с висячими стропилами. В программном комплексе RSA рассчитываем указанные на рис.2-3 стропильные арки. Все опоры задаём как жесткие. Получаем следующие результаты:

Рис. 4. Распорные усилия (Fx), возникающие в схеме 1.

Рис. 5. Распорные усилия (Fx), возникающие в схеме 2.

Как видно из рис.4 и 5, действительно, распорные усилия при использовании наслонных стропил (схема 1) существенно отличаются от схемы 2, но при это они все равно есть и довольно приличные — 1.27 кН. Если учесть, что на 10-ти метровой стене таких стропил при шаге 600 мм будет 16 штук, то все они будут создавать на стену распирающее усилие в 20 кН ( 2 тн).

Но это ещё не все, на рис. 4 мы смоделировали идеализированный вариант стропильной арки с наслонными стропилами, распор в котором возникают из геометрии разложения сил. В действительности же есть ещё несколько факторов, которые обычно не учитываются, но которые также дают существенные распирающие усилия. Рассмотрим 2 наиболее существенных из них:

1. Неравномерная осадка фундамента. Представим, что центральная стена нашего здания, на которую приходится больше всего нагрузки от перекрытий и кровли, со временем осела чуть больше, чем наружные стены. Вместе с ней осаживается и коньковая балка. Даже незначительная неравномерная осадка центральной стены (на 1 мм больше, чем наружные) добавляет распорные усилия (почти на 0,5 кН):

Рис. 6. Увеличение распора при неравномерной осадке фундамента.

2. Распор от прогиба балок. Ещё один фактор, который редко учитывается, это геометрия реальных деревянных балок. Обычно при расчётах стропильных систем все деревянные элементы моделируются стержнями. При этом изменение геометрии этих стержней при изгибе не учитывается:

Рис. 7. Смещение (удлинение), возникающее в следствии прогиба балки.

На рисунке 7 мы видим, что нижняя (растянутая) поверхность удлиняется и даёт небольшое смещение. Величина его небольшая, около 2 мм, но оно также даёт вклад в распорные усилия.

Таким образом, совокупные распорные усилия, возникающие в конструкциях стропильной системы с наслонными стропилами, могут достигать значительных величин, достаточных для повреждения стен из хрупких материалов, таких, как газобетон или поризованная керамика. Поэтому желательно учитывать их при проектировании.

Традиционно влияние распора снижают с помощью устройства монолитного армопояса под мауэрлатом, а также с устройством подвижных опор в точках крепления стропил к мауэрлату. Многие считают, что гвоздевые соединения создают достаточную податливость узла крепления, которой достаточно для снятия распора. И для коротких стропил это действительно так, часто достаточно крепления на гвозди. Но для длинных стропил все же лучшим решением будет использование специализированного крепежа — скользящих опор:

Рис. 8. Скользящая опора.

Рассмотрим влияние таких опор в нашей расчётной схеме 1. Кроме контроля усилий в узлах крепления стропил рассмотрим также изгибающие моменты и прогибы:

Рис. 9. Усилия и моменты в схеме 1 при жестком закреплении стропил.

Рис. 10. Усилия и моменты в схеме 1 при использовании скользящих опор.

Из рис. 9 и 10 видно, что введение скользящих опор полностью убирает распор, при этом изменения изгибающего момента в стропиле и увеличения прогиба не происходит.

А вот введение подкосов, вопреки распространённому мнению, практически не снижает распор:

Рис. 11. Влияние подкосов на снижение распора.

Рис. 12. Усилия в стропилах при введении подкосов.

На рис. 12 видно, что при введении подкосов в расчётную схему, понижаются изгибающие моменты (1,68 кНм на рис. 12 против 2.28 кНм на рис.9) и прогибы (3 мм на рис. 12 против 17 мм на рис. 9), но горизонтальная составляющая Fx меняется незначительно (1,27 кН на рис.9 и 1,2 кН на рис.12).

Аналогичные выводы и решения (скользящая опора) содержались и в «Краткий курс построения частей зданий, читанный в императорском Московском техническом училище адъюнкт-профессором В.Г. Залесским», 1904 год:

Рис. 13. Выдержки из курса В. Г. Залесского.

Источник

Почему крышу нельзя опирать на газобетонную стену?

Передача нагрузки от кровли на газобетонную стену — достаточно распространенная ошибка в частном строительстве. Рассмотрим, откуда она появляется и как её не допустить?

Распорная или безраспорная?

По принципу опирания на стены кровельные конструкции бывают распорные, где части стропильной системы имеют жесткие крепления к мауэрлату и к коньковой балке (вся нагрузка приходится на стены) и безраспорные, где используются подвижные соединения и затяжки.

На практике застройщики, считая систему безраспорной, опускают важные элементы конструкции, такие как обвязочный армопояс и мауэрлат. Мнение, что безраспорная стропильная система не нуждается в обвязочном поясе, является ошибочным. Даже в том случае, если мы сделали затяжку (доска или проволока, снимающая распорные нагрузки), то все равно остается остаточный распор, который можно было бы игнорировать для стены из кирпича, но не для газобетона.

Другая ситуация, когда безраспорную систему не удается сделать из-за ошибок в проектировании и строительстве. Для конструкции не производится профессиональный расчет, и все делается «на глаз». В результате безраспорная конструкция фактически получается распорной.

Что происходит с газобетоном?

Под собственным весом, снеговым и ветровыми нагрузками крыша проседает и передает боковые распорные нагрузки на стены, т.е. фактически отталкивает стены в разные стороны. При всех своих достоинствах газобетон не обладает высокими показателями сопротивления на смятие, поэтому стены разъезжаются в разные стороны и в них появляются трещины.

Как этого избежать?

Чтобы избежать такой ошибки, особенно если речь идет о самостоятельном строительстве, следует делать выбор в пользу более надежных конструктивных решений (не пренебрегать обвязочным железобетонным поясом и мауэрлатом).

• На последнем ряду кладки следует сделать обвязочный железобетонный пояс. Для этого можно использовать U-образные блоки, в которые закладывается арматурный каркас.
• В армированный пояс надо сразу установить анкера для крепления мауэрлата. Для этого можно использовать шпильки, L-образные или T-образные анкера. Шаг между креплениями делают 700 — 1000 мм.
• На обвязочный пояс укладывают слой гидроизоляции. Для этого используют несколько слоев рубероида или рулонной битумно-полимерной гидроизоляции. Гидроизоляцию делают, чтобы исключить капиллярный подсос влаги древесиной от бетонного основания.
• Брус для мауэрлата обрабатывают антисептиками, чтобы исключить гниение материала. При этом стальные элементы креплений должны быть изготовлены из оцинкованной стали, так как распространение коррозии способствует гниению древесины.
• В мауэрлате делают отверстия и крепят к анкерам, затем элемент прижимают гайками, которые накручивают на анкера. Эта конструкция позволяет равномерно распределить вес стропильных ног по всему поясу.
• Если конструкция кровли распорная, то стропильную ногу на мауэрлате закрепляют стальной скобой, металлической пластиной, гвоздями или с помощью врезок. Верхняя часть стропил должна быть тоже жестко зафиксирована с одной степенью свободы (защемлена или закреплена на коньковой балке).
• Вариант скрепления элементов врезками, когда в стропильной ноге вырезается «зуб» под стык с мауэрлатом, наиболее предпочтителен, потому что он избавляет от использования дополнительных стальных креплений. В этом случае требуется только фиксация стальными скобами.
• Для висячей стропильной системы, где вся нагрузка распределена на две стены, следует делать затяжку, которая снимает распорные нагрузки. Чем ниже опустить затяжку, тем меньше будет распорная нагрузка. Рекомендуется делать затяжку не выше 1/3 высоты стропильной ноги.

• Если в здании имеется железобетонное или деревянное перекрытие, то это большое подспорье в доме из газобетона, так как можно значительно упростить конструкцию крыши, сделав наслонную стропильную систему с опорными стойками. При этом можно собрать конструкцию крыши практически любой формы.

Подводя итоги, можно сказать, что для построек из газобетона и в распорных, и в безраспорных кровлях рекомендуется делать железобетонный обвязочный пояс и мауэралат. При возможности предпочтение лучше отдавать наслонным стропильным системам с врезками, а при использовании висячих систем нужно снимать распор затяжками.

Источник

Опирание стропил на стены из газобетонных блоков

Возможно, одной из оптимальных конструкцией стропильной системы двускатной кровли для относительно небольшого дома из газобетона (шириной до 8 метров включительно) является система безраспорных наслонных стропил. При такой схеме стропила лежат на коньковом прогоне и мауэрлате, передавая им нагрузку от собственного веса, снега и ветра.

Коньковый брус в свою очередь опираются на капитальные конструкции стен (фронтоны) и (дополнительно) на стойки. Наслонные стропила не нуждаются в попречных затяжках и подкосах, которые могут значительно сократить полезный объем мансардного этажа под крышей. При ширине дома с двускатной кровлей от 8 до 10 метров применяется либо стропильная конструкция с дополнительными прогонами, подкосами или в виде трехшарнирных ферм. Однако устройство наслонных стропил требует определенного опыта и правильного проектирования, чтобы избежать появления распирающих нагрузок. Большинство самстройщиков, шабашников и гастарбайтеров в России обычно предпочитает устройство классических распорных стропильных схем, где верх и низ стропил соединятеся шарниром с одной степенью свободы (или жестким защемлением), то основная нагрузка передается на внешний контру стен дома из газобетона, и соответсвенно возникают приложенные к стенам распирающие нагрузки. В таком случае необходимо устройство жестко закрепленного мауэрлата, непосредственно связанного в единый контур по периметру здания, либо жестко привязанного к единому контуру опорного монолитного железобетонного обвязочного контура. Поэтому мы рекомендуем при самостоятельном проектировании и строительстве дома из газобетона во всех случаях выполнять по верхней грани газобетонных стен (не только наружных, но всех внутренних стен) монолитный железобетонный обвязочный пояс, в котром по наружному контуру закладываются Т- или Г- образные анкера с резьбой М12 с шагом через 1 метр для жесткой связи с деревянным брусом мауэрлатом (100 х 150 мм, и ли 150 х 150 мм) на который будут опираться стропила.

Такая конструкция позволит избежать проблем с распором стен, даже если вы или ваши строители соберут стропильную систему неправильно, и она будет создавать распорные нагрузки на стены. Ниже мы рассмотрим, как правильно устраивать стропильную систему, которая не создает распирающих нагрузок на стены дома из газобетона.

Схема устройства монолитного железобетонного обвязочного пояса для крепления мауэрлата

Крепление мауэралата при помощи анкера с шайбой и гайкой. Максимальный шаг между анкерами в сейсмоопасных районах составляет 1,2 метра (требования к конструкции согласно Building Code Requirements for Masonry Structures ACI 530-05/ASCE 5-05/TMS 402-05, раздел 1.14.5.3.3).

Мауэрлат перед установкой обрабатывается антисептиками (ХМ-11, ХМББ) и укладывается на гидроизоляцию из битумно-полимерного рулонного гидроизоляционного материала (не рубероида). По шагу анкеров в мауэрлате сверлятся отверстия и мауэрлат устанавливается на место. На резьбовые стержни анкеров одевается шайба и гайка, которая затягивается до упора. Если используется обычное для России «дерево естественной влажности» (то есть сырое — котрое ни в одной цивилизованной стране уважающий себя потребитель не купил бы), то нужно предусмотреть доступ к креплению мауэралта, чтобы раз в год подтягивать эту гайку в течение 5 лет (наиболее интенсивная усадка наблюдаеттся в первый год), пока будет идти высыхание и усадка мокрого дерева. В случае распорной конструкции стропил или в том случае, если вы не знаете будет ли конструкция стропил распорной или безраспорной, с наружной строны от мауэрлата имеет смысл устроить контрфорс из пиленого газобетонного блока (через гидроизоляционную прокладку). На схеме ниже показан способ крепления стропил для традиционной распорной схемы, с одной степенью свободы для конца стропильной ноги.

Что это означает? Стропильная нога в данной фиксирована двумя стальными пластинами (стальной уголок и полосовой соединеительный элемент) и проволчной стяжкой, которые исключают вращение в шарнире мауэрлат-стропило. Скольжение в этом шарнире также невозможно из-за жесткого крепления стропила уголком и плосой металла вкупе с опорным бруском, подшитым снизу стропила. Если верх стропила при таком узле крепления жеско защемлен, или стропила упираются друг в друга, то при данной конструкции распирающая нагрузка будет передваться на стены дома.

Конструктивные способы крепления мауэралата на стене дома из газобетона

Источник