Висячие стропила скатных чердачных крыш

Крыши

Общие сведения

Требования, предъявляемые к крышам :

— водонепроницаемость;
— достаточная прочность, устойчивость и долговечность;
— огнестойкость;
— индустриальность;
— экономичность

Крыши состоят из несущих конструкций, воспринимающих, кроме собственного веса нагрузку от снега, ветра и водонепроницаемой оболочки — кровли.

Для отвода с крыш дождевых и талых вод им придаются уклоны.

В зависимости от величины уклона крыши подразделяются на :

— скатные (с уклоном более 10°);

Форма скатных крыш принимается в зависимости от геометрической формы здания в плане и архитектурных соображений.

Крыши могут быть односкатными, двухскатными, четырехскатными (вальмовыми, полувальмовыми) и многоскатными, а также пирамидальными, коническими, купольными и сводчатыми.

Скаты — наклонные плоскости крыши.

Вальмы — треугольные скаты

Ребра — пересечение скатов, образующие выступающие углы

Ендовы или разжелобки — пересечение скатов, образующие входящие углы

Конек — верхнее горизонтальное ребро

Обрез кровли — нижняя кромка ската

Все скаты крыши над зданием, как правило, делаются одинакового уклона, величина которого определяется в зависимости от материала кровли и климатических условий района строительства.

При построении плана крыши с одинаковыми уклонами скатов, проекции ребер и ендов всегда проходят по биссектрисам углов и, следовательно, в зданиях прямоугольного очертания — под углом 45° к его сторонам.

Несущие конструкции скатных крыш

Они выполняются из дерева, стали и железобетона — в виде стропил, стропильных ферм и крупных панелей.

Выбор конструкции зависит от расположения в здании опор, величины пролета, уклона крыши, требований огнестойкости, капитальности и т.д.

Балочная стропильная конструкция двускатной крыши может быть решена в виде наслонных или висячих стропил, основным элементом которых являются балки, укладываемые под углом сообразно уклону крыши на наружные стены и внутренние опоры (наслонные стропила); и при отсутствии последних — только на наружные стены (висячие стропила).

Наслонные стропила

Наслонные стропила применяют в тех случаях, когда в здании имеется два или несколько рядов вертикальных опор (стен или столбов), расстояния между которыми не превышают 5-8 м. Такие пролеты перекрываются наклонными балками (стропильными ногами) из досок, брусьев или бревен, которые располагаются вдол скатов на расстоянии друг от друга в осях (шаг стропил) 0,8 . 1,2м и более .

укладываются лежни, на которые устанавливаются стойки (с шагом 4-6м) поддерживающие верхний продольный брус — прогон. Строительные ноги укладываются на прогоны, а нижние концы этих ног на подстропильные брусья — мауэрлаты .

Для жесткости и устойчивости между стойками и прогонами, а также для разгрузки строительных ног вводят подкосы.

У наружных стен во избежание срыва кровли ветром строительные ноги через одну крепят проволочной скруткой (диаметром 4 — 6 мм) к костылю или ершу, заделанным в стену (или к балочным элементам чердачного перекрытия) .

Диагональные (или накосные) стропильные балки опираются в коньке либо на коньковый прогон, либо на прибоины стропильных ног. Стропильные ноги и накосные стропильные балки не должны соприкасаться с каменной кладкой карнизов стен во избежание загнивания.

Все размеры деревянных элементов наслонных стропил определяются расчетом. Мауэрлаты и лежни антисептируются и укладываются на каменные стены с подкладкой толя.

В настоящее время в массовом строительстве получили распространение конструкции сборных деревянных стропил заводского изготовления из сборных укрупненных элементов в виде готовых к монтажу щитов.

Стропильный щит состоит из стропильных ног, брусковой обрешетки и диагональных раскосов (для жесткости) и укладывается на наклонные
подстропильные рамы .

Не получили широкого распространения сборные наслонные железобетонные стропила, несмотря на то, что они долговечны, экономичны, несгораемы.

Висячие стропила

Висячие стропила применяют в тех случаях, когда в здании внутренние опоры стены или столбы отсутствуют. В этих случаях пролет между наружными стенами перекрывают стропильными фермами. Применение в чердачных крышах этих ферм имеет целью решить одновременно два вопроса: при отсутствии внутренних опор образовать одно-, двускатную крышу и при тех же условиях подвесить несущие конструкции чердачного перекрытия.

Материал висячих стропил скатных крыш — в основном дерево в видедосок, брусьев, бревен. Растянутые элементы иногда выполняются из стальных стержней (фермы называют металлодеревянными). Редко применяются и металлические фермы.

При установке стропильных ферм конструкцию чердачного перекрытия подвешивают на стальных хомутах к затяжке висячих стропил, или к нижнему поясу фермы.

Такие перекрытия называют подвесными. Подвешенные прогоны в свою очередь несут перпендикулярно расположенные к ним деревянные балки, между которыми уложено междубалочное заполнение такое же, как обычно в чердачных перекрытиях.

Однако следует, учесть, чтодля уменьшения нагрузки на висячие стропила или стропильную ферму следует для подвесного перекрытия выбирать конструкцию, имеющую по возможности небольшой собственный вес.

Строительные фермы

Строительные фермы представляют собой плоскую, геометрически не изменяемую решетчатую систему, состоящую из отдельных, связанных между собой элементов (стержней). Геометрическая форма может быть различной, однако в гражданских зданиях применяются преимущественно треугольные фермы.

Стропильные фермы бывают :

Деревянные фермы простейших конструкций называют – висячими стропилами. Конструктивные схемы висячих стропил .

Стальные и железобетонные фермы имеют ограниченное применение в гражданском строительстве.

Крыши, составляющие «пятый фасад» зданий, должны иметь и архитектурно-декоративные качества: поверхности крыш просматриваются из окон более высоких зданий, они формируют силуэт застройки и играют активную роль в архитектурной панораме города.

В тех случаях, когда поверхность крыш используют для размещения прогулочных, игровых или спортивных площадок, открытых кафе и пр. (эксплуатируемая кровля), ее покрытие должно также не только отвечать архитектурно-декоративным требованиям. Но и обладать механической прочностью.

Чтобы удовлетворять всем перечисленным требованиям, крыша должна содержать несущие элементы, тепло- и пароизоляцию, гидроизоляцию и основание под нее.

Несущие элементы индустриальных крыш гражданских зданий выполняют преимущественно из железобетона, теплоизоляцию из плитных или засыпных материалов (керамзитовый гравий, пенополистирол, минеральная или стеклянная вата, фибролит, ячеистый бетон и др.)

Все элементы крыши могут быть совмещены в одной многослойной конструкции (крыша) или разъединены пространством чердака (чердачные крыши).

В зависимости от размещения теплоизоляционного слоя различают чердачные крыши с теплым или холодным чердаком. Последняя является наиболее распространенной конструкцией, и в традиционном (по деревянным стропилам), и в индустриальном домостроении.

Совмещенные крыши применяют преимущественно в общественных зданиях.

В жилых домах такие конструкции крыш допускается использовать при высоте дома до четырех этажей.

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