Виды висячих стропил доклад

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

Висячие стропила: обзор конструкций + схема установки висячих стропильных систем

Еще на этапе проектирования постройки необходимо определиться с вариантом конструкции стропильной системы крыши. Впрочем, выбор несложен. При наличии внутренней капитальной стены-перегородки, для формирования крыши используют наслонные стропила. Если таких перегородок нет, то устанавливают висячие стропила, которые опираются исключительно на внешние стены.

Висячие стропила находят свое применение в строительстве однопролетных домов, производственных зданий, цехов, торговых павильонов, при устройстве мансард без внутренних стен.

Содержание

Особенности конструкции висячих стропил

Почему стропила называют «висячими»? Потому что они в буквальном смысле зависают в межпролетном пространстве, опираясь только на внешние стены. Внутренней опоры нет никакой. Тем не менее, висячие системы, благодаря своей конструкции, не прогибаются и способны перекрыть пролеты до 14-17 м!

Конечно, висячие стропила – это только часть стропильной системы, сами по себе они не используются. Только в связке с другими элементами (затяжками, бабками, ригелями, подкосами и т.п.), вместе с которыми стропила образуют фермы или арки.

В случае с висячими стропилами, простейшую ферму составляют из двух стропильных балок, соединенных в верхней точке под углом (в виде треугольника). По горизонтали стропила скрепляют затяжкой, которая обычно представляет собой деревянную балку. Но она может быть и металлической, например, сделанной из профильного металла. Тогда такую затяжку называют тяжем.

Затяжка выполняет важную функцию. Стропила, скрепленные в коньке и упертые в стены, стремятся разъехаться в стороны. А затяжка удерживает их, позволяя сохранить треугольную форму арки. Возникающий распор на стены не передается, а горизонтальные усилия нейтрализуются. Таким образом на наружные стены при использовании висячих стропил воздействуют только вертикальные усилия.

Затяжка не обязательно располагается в нижней части фермы, иногда она сдвигается вверх, ближе к коньку. Это зависит от типа конструкции арки, от того, какую работу должна выполнять затяжка. Если затяжка находится у основания стропил, то одновременно она служит и балкой перекрытия нижележащего этажа. При устройстве мансарды удобно располагать затяжку (ригель) выше основания стропильных ног, чтобы появилась возможность устроить этаж с полноценной высотой потолка.

Если пролет между стенами составляет более 6 м, висячие стропила для прочности подпирают раскосами и подвесами (бабками). А затяжку делают не цельной, а состоящей из двух срощенных балок.

Существует несколько вариантов конструкций с использованием висячих стропил. Рассмотрим их все по отдельности.

Конструкция #1. Треугольная шарнирная арка

Простейшая ферма в виде треугольника. Состоит из двух стропильных балок, сходящихся в коньке. Нижние основания упираются в горизонтальный брус. В нижней части «треугольника» закрепляют затяжку. Чтобы система работала правильно, высота конька в конструкции не должна быть меньше 1/6 пролета фермы.

Эту схему можно назвать классической. В ней стропила работают на изгиб, стремяться разъехаться в стороны, а затяжка удерживает их и получает растягивающие нагрузки (работает на растяжение). Несущим элементом затяжка не является, поэтому ее можно заменить на тяж из металлопроката.

Для снижения степени изгиба стропильных балок, врубку конькового узла выполняют с эксцентриситетом. Благодаря этому при воздействии на стропила внешних нагрузок (атмосферные явления, вес кровли, собственный вес и т.п.), наряду с ожидаемым изгибом, появляется изгибающий момент противоположного направления. Это позволяет не только уменьшить изгибающие деформации, но и применить для стропил балки меньшего сечения. Соответственно, это помогает удешевить строительство.

Как правило, эта конструкция висячих стропил применяется при строительстве мансардного чердака. Затяжки в этом случае играют роль балок чердачного перекрытия.

Конструкция #2. Арка шарнирная с бабкой

Более сложная схема, которая нужна в случае перекрытия пролетов более 6 м.

Проблема в такой системе – длинная затяжка, которая будет испытывать огромные нагрузки и, как следствие, прогибаться под своим весом. Чтобы прогиба не было, затяжку подвешивают к коньку. Как? С использованием дополнительного элемента – бабки. Она представляет собой деревянный брусок, играющий роль подвески. Если подвес выполняют из металла, то называют его тяжем. Нередко применяют для этих целей обычный металлический прут, который на практике хорошо работает на растяжение.

Таким образом, с помощью подвеса-бабки, удается поддержать длинную затяжку и нивелировать ее прогиб. Саму затяжку при этом составляют из двух частей-балок, стыкованных друг с другом (в центре конструкции).

Конструкция бабки проста, однако строители часто допускают ошибку в ее устройстве. Самое главное: бабка должна работать только на растяжение, а не на сжатие. Ее нельзя путать со стойкой, упирая в балку затяжки и карнизный узел. В таком случае элемент будет сжиматься, а не растягиваться.

Такая путаница может возникнуть потому, что стойка и бабка очень схожи по своему устройству. Но их предназначение, как и принцип работы, совершенно разные. Бабка, в отличие от стойки, жестко не закреплена с затяжкой. Она подвешена на карнизном узле, к ее нижней части с помощью хомутов крепится затяжка.

Необходимую длину затяжки набирают из составных частей, соединяя их косым или прямым прирубом и закрепляя болтами. С подвеской затяжку стыкуют через хомут.

Рассмотренная схема подходит для аграрных и промышленных зданий с большими пролетами. Однако в оригинальном виде она уже не используется, считается устаревшей. Но отдельные ее элементы весьма успешно применяются в практике строительства, при разработке арок других типов.

Конструкция #3. Арка шарнирная с приподнятой затяжкой

В этой схеме затяжка устанавливается не в нижней части арки, а продвигается кверху, ближе к коньку. Чем выше место установки затяжки, тем больше она растягивается.

Конструкцию с приподнятой затяжкой используют в строительстве мансардных помещений. Высота потолков при этом напрямую зависит от того, как высоко располагается затяжка.

Стропильные балки конструкции опираются на мауэрлат, а не на затяжку. Причем, крепление не жесткое, а подвижное, скользящее по типу ползуна. Оно позволяет компенсировать изменение размеров балок (их подвижки), которые происходят при колебаниях влажности и температуры.

Если на скаты действует равномерная нагрузка, то система будет устойчивой в любом случае. Если же нагрузка будет больше с одной стороны, то стропильная система сдвинется в сторону превалирующей нагрузки. Чтобы этого не случилась и кровля оставалась устойчивой, стропила устанавливают с выносом в обе стороны, за пределы стен.

Затяжка в такой арке не является опорой, на нее действуют растягивающие нагрузки – при устройстве чердака, и растянуто-изгибающие – при устройстве мансарды.

В мансардных помещениях затяжка зачастую является балкой для крепления подвесного потолка или изоляции. Чтобы защитить ее от провисания, устанавливают подвеску. При небольших предполагаемых нагрузках и короткой затяжке, подвес прибивают к ригелю и коньку, скрепляя соединения двумя досками с обеих сторон.

Если затяжка сравнительно длинная, то используют несколько подвесок, а каждую из них закрепляют гвоздями. Большие нагрузки требуют дополнительного использования хомутов.

Конструкция #4. Арка шарнирная с ригелем

Схема, похожая на предыдущую, но имеющая отличие: нижняя скользящая опора в карнизном узле заменяется на аналогичную жесткую. Стропильные балки врубают в мауэрлат или применяют для неподвижной фиксации опорные бруски.

Замена опоры меняет характер возникающих в арке напряжений. Конструкция становится распорной, воздействуя с распирающими усилиями на стены и мауэрлат.

Затяжку устанавливают в верхней части арки. При этом ее назначение меняется. Она уже не работает на растяжение, ее принцип действия основан на сжатии. Затяжку, работающую на сжатие, называют ригелем.

Арка с одним приподнятым ригелем рассчитана на небольшую распорную нагрузку. При больших нагрузках в дополнение к ригелю устанавливается затяжка. Получаются висячие стропила, конструкция и узлы которой схожи с обычной трехшарнирной аркой. Мауэрлат для них уже не требуется.

Конструкция #5. Арка с подвеской и подкосами

Схема, дополняющая систему арки с бабкой. Используется, когда длина стропил настолько большая (до 14 м), что создает существенный прогиб их под собственным весом. Чтобы нивелировать изгибающие напряжения, систему дополняют подкосами, которыми подпирают стропильные балки.

Обычно подкосы упирают во внутренние стены. Но в висячих системах их нет, поэтому подкосы упирают в единственный существующий упор – бабку. Получается жесткая конструкция со следующим принципом действия: стропила под воздействием внешней нагрузки прогибаются, давят на подкосы, подвеска растягивается и притягивает к себе коньковый брус, одновременно притягиваются и верхние части стропил, стропила поджимают подкосы.

Так как в этой схеме используются длинные стропила, соответственно применяется и длинная затяжка. Как правило, она состоит из двух частей-балок (хотя бывает и одноэлементной), соединенных в середине пролета косым или прямым прирубом. Соединение затяжки с бабкой выполняется через хомут.

По сути, все существующие висячие арки являются вариациями обычной трехшарнирной арки. Все остальные дополнения – бабки, ригели, подкосы – только увеличивают жесткость стропил. И несущей способности не меняют.

Основные узлы: виды соединений элементов

Любая из рассмотренных выше конструкций будет правильно работать лишь при грамотном соединении всех основных узлов. Только тогда они будут выполнять свою функцию, не деформируясь под воздействием внешних факторов.

Сверху стропильные балки совмещают под углом и соединяют встык, внахлест или путем врубки. Этот узел называют коньковым. Крепление встык предполагает стыковку срезанных под углом концов балок и скрепление их накладками из металла или дерева. При соединении внахлест верхние части стропилин схлестывают между собой и закрепляют болтом с гайкой или шпилькой.

Соединение врубкой вполдерева похожа на соединение внахлест. Но в этом случае верхушки стропил накладывают друг на друга после выпиливания выемок в половину толщины бруса. Потом выпиленные части соединяют, в них просверливают сквозное отверстие и стягивают их балтом.

В конструкциях арок также встречается (например, в обычной трехшарнирной арке) соединение нижней части стропил с затяжкой – карнизный узел. Соединение выполняется лобовой врубкой одинарным или двойным зубом с креплением болтами. Также для крепления могут быть использованы короткие доски или металлические пластины, наложенные на стык стропилины с затяжкой и скрепленные гвоздями.

Приподнятая затяжка врубается в стропила внахлест полусководнем с последующим болтовым скреплением.

В схеме с приподнятой затяжкой или ригелем стропила соединяются с мауэрлатом. При этом применяется скользящее (по типу ползуна) или жесткое крепление опор. Скользящее крепление выполняется с применением металлических скользящих опор, допускающих небольшие подвижки стропил. При жестком креплении применяют врубку зубом, также может быть использован опорный брусок.

Общие принципы расчета висячих стропил

Как вы уже успели убедиться, висячая стропильная система относится к сложным конструкциям и требует правильного расчета, основанного на множестве факторов. Ошибочные итоговые параметры приведут к тому, что крыша не сможет противостоять потенциальным нагрузкам, что чревато деформациями и обрушениями.

Поэтому желательно доверить расчет висячих стропил профессионалам или использовать уже готовый проект дома. В крайнем случае расчеты можно выполнить с помощью одного из онлайн-калькуляторов, которых достаточно много в сети интернет.

Для расчета используются следующие данные:

• размеры перекрываемого помещения;
• наличие мансарды;
• предполагаемая максимальная нагрузка;
• угол наклона скатов;
• тип стропильной системы;
• материал изготовления стен;
• материал кровельного покрытия.

В результате расчета определяют:

• сечение стропил;
• величину шага стропил;
• форму ферм.

Монтаж висячих стропил

После выбора стропильной конструкции и ее расчета можно приступать к монтажным работам.

Устройство висячих стропил на строительной площадке выполняется по следующей схеме:

• Для точности монтажа и удобства, отмечают центр крыши и высоту конька. Для этого по фронтонам в центре временно закрепляют две доски, на них делают отметку по высоте конька.
• Изготавливают шаблон для стропильных ног. Берут доску, прислоняют ее к мауэрлату нижним концом, а к отметке высоты конька – верхним концом. Отмечают места расположения верхнего и нижнего запилов.
• Используя шаблон, изготавливают необходимое количество стропильных балок. В зависимости от будущего расположения в ферме помечают их на правые и левые стропилины. Выкладывают их по парам (так как каждая ферма состоит из двух стропилин – правой и левой).
• Начинают сборку первой фермы (арки). Две стропильные балки соединяют вверху внахлест, встык или путем врубки.
• Устанавливают затяжку и, если это предусмотрено схемой конструкции, бабку и подкосы.
• Поднимают ферму на крышу и монтируют ее с торца постройки (на фронтоне). Крепление выполняется к мауэрлату с использованием уголков и гвоздей или саморезов.
• Со стороны второго фронтона устанавливают такую же арку.
• Между фронтонной парой арок натягивают бечевку, чтобы остальные арки были установлены четко по линии и обозначенному уровню.
• Оставшиеся арки выставляют между фронтонами с шагом, предусмотренным проектом. Уровень арок по высоте контролируют натянутой бечевкой. Для исправления небольших погрешностей в размерах, высоту регулируют путем подкладки под стропилины деревянных дощечек.

На этом установка стропил окончена. Теперь можно приступать к очередным кровельным работам: укладывать утеплитель и гидроизоляцию, набивать обрешетку, монтировать кровельный материал.

Источник