Установка стропил с коньковым брусом. Виды стропильной системы двухскатной крыши: для маленьких и больших домов

Дата: 18.10.2019

Расчет конькового бруса и размеры прогона. Если следовать формулировке, то прогон – это несущая балка, которая двумя концами опирается на стену. В большинстве случаев конёк опирается на два фронтона, но иногда эта формулировка не совсем соответствует действительности. Так, в вальмовых крышах конёк не опирается на стены. Самый простой вариант – это балка, уложенная на фронтоны без использования подпорок. В любом случае необходимо правильно определить сечение конькового прогона.

Нюансы выбора и укладки прогона

Чтобы рассчитать сечение конькового прогона, необходимо суммировать нагрузки с половины крыши, вернее, с её горизонтальной проекции. Размеры прогона зависят от его протяжённости и габаритов здания. В большой постройке прогон получится настольно мощный и тяжёлый, что для установки потребуется использовать подъёмный кран. Однако найти ровный цельный брус длиной больше 6 метров очень сложно, поэтому для изготовления такого конька лучше взять обычное бревно или клееную балку.

При этом концы конькового элемента, которые будут опираться на стену и фактически в ней замуровываются, необходимо обработать антисептиками и обернуть толем либо рубероидом, чтобы защитить от гниения. Если будет использоваться цельнодеревянная балка, то её торец необходимо стесать под углом 60 градусов и оставить открытым, то есть этот конец не должен соприкасаться с материалом стен. Такая мера нужна для того, чтобы увеличить площадь торца, что позволит улучшить влагообмен в древесине.

Если коньковый прогон будет проходить через всю стену, то та его часть, которая соприкасается со стеной, тоже должна обрабатываться антисептиком и обматываться рулонным материалом. Такой свес конька за пределами стены позволяет сформировать разгружающую консоль. Если посередине конька нагрузка от крыши пытается прогнуть балку вниз, то на консолях давящая сила способствует прогибу в обратном направлении, тем самым уменьшая прогиб прогона в средней части.

Важно: даже если сечение длинного цельнодеревянного прогона подобрано правильно, и он подходит по прочности на прогиб, балка может прогнуться под собственным весом. Поэтому вместо такого длинного деревянного конька лучше использовать строительную ферму.

Расчёт сечения

Чтобы подобрать сечение коньковой балки, необходимо провести расчёт по двум показателям:

на прогиб;
и высчитать прочность на разрушение.

Сначала требуется определить внутреннее напряжение, которое возникает в балке при изгибе под действием внешней нагрузки. Это значение не должно быть больше расчётного показателя сопротивления материала на изгиб, которое можно найти по таблице или в СНиП номер ІІ-25-80. Внутреннее напряжение находим по формуле: Σ = М:W , где:
Σ – искомая величина, которая определяется в кг на см²;
М – предельный изгибающий момент (кг Х м);
W – это момент сопротивления на прогиб у подобранного сечения стропил (находится по формуле bh²:6).

Прогиб прогона нужно сравнить с нормируемым значением, которое равно L/200. Он не должен его превышать. Прогиб балки находится по формуле f = 5qL³L:384EJ, где:
J – это момент инерции, который определяется по формуле bh³:12, где h и b – габариты сечения прогона;
Е – величина модуля упругости (для древесины хвойных пород она равна 100 тысяч кг/см²).

Для начала нужно высчитать изгибающий момент. Если на схеме балки их присутствует несколько, то после расчёта выбирается наибольший. Далее чтобы определить габариты сечения балки, мы можем произвольно задать параметр ширины балки и потом определить её требуемую высоту по формуле: h = √¯(6W:b), где:

b – это заданная нами величина ширины балки в см;
W – сопротивление прогона на изгиб, величина определяется по формуле: W = M/130, где М – это самый большой изгибающий момент.

Можно сделать наоборот, задать произвольную ширину прогона и вычислить его высоту по формуле b = 6W:h². После того, как вы вычислите габариты сечения прогона, его необходимо проверить на прогиб по формуле из пункта 2.

Внимание! В расчётное значение прогиба лучше внести небольшой запас прочности.

Когда коньковый брус будет рассчитан на прогиб, то необходимо сравнить эту величину со значением L:200. Если прогиб на наиболее длинном участке не будет превышать это значение, то сечение балки оставляют таким, как получилось. В противном случае необходимо увеличить высоту прогона или использовать дополнительные опоры снизу. В последнем случае полученное сечение нужно перепроверить, снова выполнив расчёт с учётом используемых опор.

Полученные значения ширины и высоты конька нужно округлить в большую сторону. В принципе, выполнить этот расчёт несложно. Самое главное, указывать значения в нужных единицах измерения, то есть не запутаться, переводя метры в сантиметры и обратно.

При строительстве дома практически нет таких элементов или соединительных узлов, которые были бы не особо важны, так как от каждого из них зависит общая надежность конструкции в той или иной ее области. Сращивание стропил в районе конька – это достаточно сложная задача, которая может быть выполнена различными способами. Мастер обычно выбирает из них наиболее надежный, применимый для конкретного строения.

Следует постоянно помнить, что любые ошибки, совершенные при монтажных работах при возведении конструкции крыши, начиная от стропильной системы и заканчивая кровельным материалом, рано или поздно негативно отразятся на качестве всей постройки. Поэтому, составляя проект дома, необходимо обязательно продумать соединение каждого из узлов. И особенно важно выбрать надежное скрепление стропильных ног при формировании конька.

Несколько слов о базовой конструкции стропильной системы

В первую очередь несколько минут внимания необходимо уделить общему строению стропильной системы, чтобы вспомнить, как называются ее основные элементы, так как в дальнейшем описании монтажных работ они будут достаточно часто встречаться.

Мауэрлат - это брус, закрепляемый на несущей стене. Он служит для закрепления на ней нижней стороны стропильной ноги, и для равномерного распределения нагрузки от всей кровельной системы на стены.

Мауэрлат – надежная основа для стропильной системы

Этот элемент стропильной системы должен быть правильно подобран и зафиксирован на стене, так как от этого зависит надежность установки всех других несущих деталей. Как установить – подробно описано в соответствующей публикации нашего портала.

Стропильные ноги или просто стропила – формируют каркас ската, закрепляется на мауэрлате в нижней части, а сверху – на коньковом прогоне или же между собой, формируя конек.
Коньковый прогон закрепляется на стойке, подпираемой подкосами. Он предназначен для жесткого крепления стропил.
Затяжка – это горизонтальный брус, дополнительно связывающий пару стропильных ног, придавая конструкции дополнительную жесткость. Особое значение затяжки имеют в висячих стропильных системах, когда невозможно создать промежуточные опоры на капитальные стены. Затяжки, уложенные между двух брусьев мауэрлата, часто используются в качестве балок чердачного перекрытия. Установленные ближе к коньку – могут послужить основой для подшивки потолка чердачного помещения.
Подкосы и подмога – это усиливающие элементы, предназначенные для придания ферме стропильной системы дополнительной жесткости и прочности. Обычно применяются в случаях, когда требуется большая длина стропильных ног, более 5 ÷ 6 метров.

Стойка используется как подпора для конькового прогона и чаще всего устанавливается в каждую из ферм, если возводится наслонная стропильная система, имеющая дополнительные опоры в виде капитальных внутридомовых перегородок.
Лежень - это брус, укладываемый на несущие перегородки дома, и предназначенный для закрепления на нем стоек или подкосов.

Важность правильности креплений стропил на коньке

Такой элемент, как конек, присутствуют в конструкции большинства разновидностей крыш. Нет его в шатровом, сводчатом и

крепление для стропил

Конек является самой высокой точкой крыши, в которой соединяются элементы, формирующие скаты – стропила. Поэтому основная миссия конькового узла заключается в придании всей стропильной системе прочности и жесткости. От того, насколько правильно будет произведено крепление, настолько длительнее станет эксплуатация конструкции крыши без необходимости выполнения ремонта.

Основные способы монтажа стропил

Установка на несущие стены строения может производиться различными способами, о которых нужно иметь представление перед тем, как выбрать тип соединений несущих элементов скатов на коньке:

Стропила и затяжка соединяются в треугольник на земле, а затем поднимаются на коробку дома в готовом виде, где закрепляются на мауэрлате, уложенном на стенах. Установленные фермы соединяются между собой боковыми откосами или коньковым прогоном.

На земле собираются две крайних треугольных фермы, которые будут выходить на торцевые, фронтонные стороны конструкции. Затем они поднимаются наверх и закрепляются на мауэрлате. Верхние коньковые углы двух противоположных ферм соединяются натянутым шнуром, становящимся своеобразным уровнем, по которому будут выставляться остальные, серединные стропильные пары, собираемые уже на месте. После этого собранные фермы соединяются коньковым прогоном.

Все элементы поднимаются на перекрытие по отдельности и собираются по месту их установки. В этом случае на торцевых стенах, по центру, устанавливаются вертикальные стойки, задающие высоту конька. Затем стойки соединяются между собой коньковым прогоном, на который и ведется закрепление стропильных ног.

Если стропила соединяются на прогоне, то они не требуют контроля с помощью натягиваемого шнура. Поэтому стойки и прогон должны быть выставлены очень тщательно, по уровню и отвесу, под прямым углом друг к другу.

Разновидности соединений стропил на коньке

Как говорилось выше, существует несколько способов сопряжения стропил при формировании конька, и для этой цели используются разные крепежные элементы.

К основным вариантам в частном домостроении относят три вида соединений:

Врубка «в полдерева», когда в краях стропильного бруса выбирается половина его толщины. Эти выбранные участки накладываются друг на друга и скрепляются одним из подходящих для этого случая креплений, например, скручиваются пропущенным насквозь болтом.

Внахлест – концы стропил накладываются друг на друга и фиксируются между собой сквозным крепежным элементом.

Подрезкой торцевых сторон стропил – этот способ соединений выполняется чаще всего. Он осуществляется путем накладки стропил внахлест друг на друга, затем они одновременно подрезаются. Так формируется ровный срез двух стропильных под одинаковым углом в зеркальном отображении, поэтому они идеально стыкуются друг с другом.

Необходимо отметить, что существуют и другие способы соединений, например, «шип-паз» или встык к коньковому прогону, возможно – с закреплением на прогон для дополнительной прочности между стропилами дополнительных брусков или досок.

Часто одна из сторон стропильной ноги, верхняя или нижняя, фиксируются на подвижные крепления, шарнирное (сверху) или скользящее (снизу). Это важно предусмотреть в тех случаях, когда крыша устанавливается на только построенный, новый дом, в особенности – бревенчатый сруб. Такой подход обусловлен тем, что в первые годы эксплуатации строение обычно дает усадку, и если будет применено жесткое крепление, то кровельная конструкция может быть повреждена, деформирована, так как будет изменяться «геометрия» системы, нарушаться распределение нагрузок.

Читайте советы профессионалов, какой лучше выбрать , в нашей новой статье на нашем портале.

Элементы для скрепления стропил на коньке

Существует немало вариантов креплений стропил между собой или на коньковом прогоне — они могут быть жесткими или шарнирными. Чтобы определиться с их выбором, нужно знать, что они собой представляют и на какие соединения стропил подходят.

Для фиксации стропил в коньковой области используют такие крепления, как накладки из металлических или деревянных пластин, брус, металлические уголки различной конфигурации, скобы, подвижные крепления, деревянные клинья, гвоздевые пластины. Эти крепежные детали фиксируются саморезами, шурупами, болтами и гвоздями. Выбор креплений, в основном, зависит от выбранной конструкции соединения.

Фиксация болтом

Фиксация стропил на коньке с помощью одного болта дает им возможность смещаться в одну или другую сторону относительно оси при усадке строения. Если применено такое крепление в верхней части, нижняя сторона стропильной ноги должна иметь жесткую установку на мауэрлате.

На представленной выше схеме под первым номером показано соединение стропил способом «паз-шип» и скрепленных болтом, допускающим их небольшой люфт относительно друг друга при усадке здания.

Необходимо особо отметить, что этот способ подойдет для легких холодных крыш, которые не будут отягощены большой нагрузкой, так как стропила в крепежном узле несколько ослаблены вырезами для соединения «паз-шип» и просверленным в них сквозным отверстием.

Шестым рисунком схемы показано также крепление стропил болтом, но они в этом случае, установлены между собой «внахлест», а на прогоне – методом врубки. Этот способ скрепления дает меньший диапазон смещения, но все-таки оно в определенных пределах возможно. В подобном варианте стропила менее ослаблены, так как не имеют вырезов для соединения и смогут выдержать большую . Тем не менее, все-таки не рекомендовано применять такую технологию соединения для крыш с большой площадью скатов.

Если планируется сделать в коньковой части жесткое скрепление подогнанных в торцевой части стропильных ног с помощью болтов, то используются два крепежных элемента, устанавливаемых в сквозные отверстия, через две металлические пластины, которые монтируются с двух сторон соединения.

При желании сделать соединение стропил, установленных внахлест и зафиксированных одним болтом, жестким, используются дополнительные крепежные элементы – металлические уголки, закрепляемые к коньковому прогону.

Скрепления стропил пластинами

На представленной выше схеме, под номерами два и три, показаны варианты жесткого скрепления с помощью металлических пластин и деревянных накладок. В этом случае очень важное значение принимает правильное расположение дополнительных элементов. Подобный способ скрепления применяется в том случае, когда соединение стропил производится встык методом подрезки и подгонки их краев, а также при установке стропил на коньковый прогон.

Металлические перфорированные пластины закрепляются на стропилах с помощью гвоздей, саморезов или болтов. Для жесткости соединения стропила могут дополнительно прикрепляться к прогону с помощью металлических уголков. Этот вид фиксации достаточно прочен, и вполне может быть применен для монтажа крыш с большой площадью и нагрузкой.
Деревянные накладки более надежны, так как они работают не только, как крепления, но и в качестве затяжки стропил между собой.

Если предполагается сделать усиленный вариант крепления, для кровельного покрытия, имеющего большой вес, стропила скрепляются двумя рядами накладок, между которыми защемляется коньковый прогон. Этот способ фиксации жестко скрепляет стропила в области конька, но на мауэрлате в этом случае, должно быть установлено скользящее соединение, которое позволит избежать деформации системы при усадке строения.

саморезы по дереву

Отдельной строкой можно выделить скрепление стропил на коньке треугольной накладкой, повторяющей .

Этот способ фиксации дает высокую степень жесткости крепления, но если скаты имеют большую площадь, то дополнительно стропильные ноги соединяются затяжками. Их располагают ниже конькового соединения, и они предназначены не только для придания жесткости конструкции, но и для снятия с несущих стен части распирающей нагрузки от стропильной системы.

Эти элементы также могут выполнять роль каркаса для обшивки потолка, если на чердаке планируется обустроить жилое или хозяйственное помещение.

Накладки и затяжки могут быть закреплены на стропилах с помощью гвоздей или саморезов.

Закрепление стропил врубкой

Этот способ закрепления показан на представленной выше схеме четвертым и пятым номерами. При таком подходе на стропилах делаются вырезы по размеру ширины конькового прогона. Вырезы делаются на 5÷7 мм больше ширины прогона, так как необходимо предусмотреть расстояние для температурных и влажностных расширений. Врубка может быть применена в комплексе с другими креплениями, например, «внахлест», «паз-шип», накладками и металлическими уголками.

Шарнирное крепление стропил

Этот способ соединения стропил нечасто применяется в строительстве, хотя он достаточно удобен в монтаже и позволяет балансировать стропильной системе при усадке несущих стен. В этом способе не придется подгонять угол стропильных ног, так как его можно сформировать с помощью шарнирного крепления. Оно фиксируется между стропилами на необходимом расстоянии, которое будет зависеть от угла уклона скатов крыши. В качестве шарнира выступает болт, которым скрепляются стропила после установки их на прогон под нужным углом.

Скрепление стропил гвоздевыми пластинами

Кроме упомянутых выше элементов для скрепления стропил на коньковом соединении, применяют гвоздевые пластины.

Однако, их возможно применить только в том случае, когда фермы собираются в лежачем положении на земле, и уже в готовом виде устанавливаются на мауэрлат, так как этот вид пластин закрепляется на стропильных ногах с помощью специального пресса. Этот процесс практически невозможно провести на весу, в вертикальном положении.

Применяя этот способ скрепления деревянных деталей, можно значительно ускорить процесс монтажа, но для этого придется приобрести или взять в аренду специальный пресс.

шуруповерт

Этим способом скрепляются не только стропильные ноги, но и другие элементы конструкции. Гвоздевые пластины помогают значительно сэкономить средства на саморезах, болтах или гвоздях, так как этих крепежных элементов придется приобрести немало, учитывая количество соединительных узлов в стропильной системе.

Кроме этих креплений, как вспомогательные используются металлические уголки и скобы нужного размера, вбиваемые сразу в оба стропила на коньковой их части. Однако со скобами необходимо работать крайне аккуратно, так как ими вполне можно расколоть стропильный брус.

Сращивание стропил на разных типах крыш

Теперь, ознакомившись с основными способами соединения и скрепления стропильных ног на коньке, далее следует рассмотреть, какие их виды применяются для монтажа различных стропильных систем.

Двускатная система крыши

Сращивание стропильных ног в системе двускатной крыши может производиться:

— Встык, то есть они упираются друг в друга, и в этом случае их концы подгоняются с помощью подрезки;

— С закреплением на коньковом прогоне с двух его сторон.

Если стропила соединяются встык, то их обычно фиксируют между собой накладками, которые прикручивают саморезами или болтами.

Если же стропила закрепляются на коньковом прогоне, то их фиксируют на нем металлическими уголками, угловыми скобами или накладками, прикручиваемыми с использованием саморезов.

На этой схеме представлена конструкция с двумя прогонами:

1 – Стропильные ноги.

2 – Стойки.

3 – Затяжки (ригели).

4 – Прогоны.

5 – Мауэрлат.

6 – Лежни.

Стропильные ноги двускатной стропильной системы могут опираться на два прогона, закрепленных на стойках, которые устанавливаются и фиксируются на лежнях. Для распорного эффекта конструкции также применены затяжки (ригели). Все эти элементы прочно удерживают стропильные ноги, снимая с конька основную нагрузку, поэтому стропила могут быть скреплены внахлест или соединением «шип-паз».
Если стропильная система собирается без применения прогона, только соединением встык торцов стропильных ног, то дополнительно они обязательно снабжаются одной или двумя парами накладок, которые закрепляются на стропилах гвоздями, саморезами или болтами.
Для скрепления стропильной ноги с ригелем, при установке его встык, используются боковые деревянные или металлические накладки, а также могут быть применены гвоздевые пластины, если ферма собирается заранее.

Если же стропильные ноги изготавливаются из бревна, то их скрепляют с ригелем без применения накладок. Для соединения на концах ригеля делаются выемки на ½ их толщины, затем их прижимают к стропилам и фиксируют с помощью гвоздей или саморезов. Дополнительно усиливают такие стропильные ноги подкосами. Особенно это важно учесть в том случае, если расстояние между несущими стенами составляет более 7000 мм.
Угловые скобы применяют для более надежной фиксации стропильных ног на коньковом прогоне в строениях, расположенных в регионах с сильными ветрами. Скобы помогут предотвратить возможные смещения и деформации элементов стропильной системы.

Стропила из бревен делают только при надежно укрепленных, имеющих большую толщину несущих стенах, так как вся стропильная система из них получится достаточно массивной. Если планируется применить для конструкции именно этот материал, то рекомендовано заранее произвести точные расчеты несущей способности стен и самой системы, и лучше всего будет доверить их специалистам.

Еще один момент, который должен быть учтен при составлении проекта крыши и при ее монтаже – чем круче скаты крыши, тем прочнее должны быть укрепляющие горизонтальные элементы конструкции. И, наоборот, если скаты крыши расположены под небольшим углом, то особое внимание нужно уделить прочности вертикальных подпорных элементов стропильной системы.

Вальмовая и полувальмовая крыша

Существует две похожие конструкции — это и полувальмовая стропильная система. Отличаются они конфигурацией торцевых скатов: если в первой обустраиваются два полных вальмовых ската, от конька до уровня карниза, то во второй скат заканчивается выше уровня карниза или же сверху венчается небольшим треугольным вертикальным фронтоном.

Закрепление стропил в коньковом прогоне в обеих конструкциях имеет свои особенности, несколько отличающиеся от обычной двускатной крыши. Усложняют монтаж этих стропильных систем дополнительные элементы, формирующие вальмы – накосные ноги или диагональные стропила. Кроме того, помимо обычных стропильных ног, которые в этой конструкции называются центральными и промежуточными, параллельно им устанавливаются укороченные (нарожники).

Если выбирается вальмовая крыша, то размер конька будет меньше длины здания. По «классической» схеме, при равных углах крутизны боковых и вальмовых скатов длина конька уменьшится на величину ширины постройки.. Карнизная же сторона боковых скатов будет равна длине стены без учета свесов. Таким образом, боковые скаты будут иметь трапециевидную форму, а торцевые вальмы — треугольную.

В таких крышах установка конькового прогона (консоли) отличается от стандартной конструкции, так как нагрузка на нее будет намного выше, чем в обычной стропильной системе с двумя скатами.

Стойки-опоры, на которые будет закрепляться прогон, должны быть установлены на лежень, уложенный и закрепленный на капитальную внутридомовую перегородку или на мощные балки перекрытия. Крайняя к вальме стропильная нога в данной конструкции фиксируется на прогоне, с отступом от края 150÷200 мм. Это расстояние будет зависеть от ширины диагональных стропил, которые должны быть закреплены на этот участок прогона встык с крайними стропилами трапециевидной части крыши. Подобный соединительный узел - достаточно сложен в самостоятельной подгонке, и углы элементов, сходящиеся на нем, должны быть тщательно просчитаны и подогнаны подрезкой.

Мауэрлат в вальмовой и полувальмовой конструкции крыши укладывается обязательно по всему периметру коробки строения, представляя собой единую, жестко соединенную раму, так как это необходим для закрепления элементов вальмы и равномерного распределения всех нагрузок на стены.

Диагональные (накосные) стропила, формирующие края вальмы, должны иметь по всей своей длине с двух сторон вырезы в виде ступени, или смонтированные черепные бруски. Это необходимы для упрощения крепления укороченных стропильных ног вальмы – Так как диагональные стропила имеют более значительную длину, чем центральные, и на них выпадает максимальная нагрузка, их нередко делают из двух досок, скрепляя их между собой. Черепные бруски на диагональных стропилах закрепляют с помощью гвоздей или саморезов.

Работы по монтажу элементов вальмы осуществляются в следующем порядке:

Готовые диагональные стропила устанавливаются и закрепляются методом врубки на край конькового прогона и к центральным стропилам двускатной части конструкции. Нижняя сторона стропил закрепляется точно на углу строения на мауэрлат. Крепление может осуществляться с помощью металлических уголков и угловых скоб.

Следующим шагом может стать установка двух подкосов, которые фиксируются на стойке основной стропильной системы одним краем, и на внутренних сторонах диагональных стропил, на уровне примерно ⅓ длины от верхнего крепления – другим. Закрепление осуществляется с помощью металлических уголков или накладок и саморезов (гвоздей).

Далее, если в этом есть необходимость, следует усилить диагональные накосные стропила снизу стойками-подпорками, закрепленными на шпренгеле. Шпренгель – это брус, устанавливаемый по диагонали на углах рамы мауэрлата, на который опирается стойка, подпирающая накосные стропила. Эти элементы могут скрепляться металлическими уголками или скобами.

Верхний край стоек срезается под углом, равным уклону диагональных стропил, и закрепляется на них саморезами. При необходимости стойка может быть дополнительно укреплена подкосами, фиксируемыми на ней и на шпренгеле.

Затем, в зависимости от уклона диагональных стропил, на них размечаются и закрепляются способом врубки на черепные бруски нарожники. В нижней части конструкции нарожники закрепляются на мауэрлате.

Расчет и монтаж вальмовой крыши – непростая задача!

Если принято решение возвести именно такую крышу, то придется хорошо поработать и над расчетами, и над подготовкой необходимых конструктивных элементов. Подробнее о рассказывается в специальной публикации нашего портала.

Установка любой стропильной системы – это чрезвычайно ответственное мероприятие, так как от качества ее монтажа зависит долговечность всего строения в целом. Поэтому, если решено выполнять эту работу самостоятельно, то рекомендовано пригласить в помощники опытного мастера, который не допустит совершения грубых ошибок, которые часто допускают новички.

В завершение публикации – небольшой видеосюжет, в котором показан процесс подгонки и установки стропильных ног.

Видео: установка стропил на двускатную конструкцию крыши

В основе каждой крыши лежит большое количество балок, стропил, стоек и прогонов, которые все вместе называются стропильной системой. За многовековую историю видов и способов ее организации накопилось немало, и каждая имеет свои особенности в построении узлов и врубок. Подробнее о том, какой может быть стропильная система двухскатной крыши и как при этом должны крепиться стропила и другие элементы системы поговорим подробнее.

Конструкция стропильной системы двускатной крыши

В разрезе двухскатная крыша представляет из себя треугольник. Состоит она из двух прямоугольных наклонных плоскостей. Две эти плоскости соединяются в высшей точке в единую систему коньковым брусом (прогоном).

Теперь о составляющих системы и их назначении:

Мауэрлат — брус, который связывает крышу и стены здания, служит опорой для стропильных ног и других элементов системы.
Стропильные ноги — они образуют наклонные плоскости крыши и являются опорой для обрешетки под кровельный материал.
Коньковый прогон (бус или конек) — объединяет две плоскости крыши.
Затяжка — поперечная деталь, которая соединяет противоположные стропильные ноги. Служит для увеличения жесткости конструкции и компенсации распирающих нагрузок.
Лежни — бруски, расположенные вдоль мауэрлата. Перераспределяют нагрузку от кровли.
Боковые прогоны — поддерживают стропильные ноги.
Стойки — передают нагрузку от прогонов к лежням.

В системе могут еще присутствовать кобылки. Это доски, которые удлиняют стропильные ноги для образования свеса. Дело в том, что для защиты стен и фундамента дома от осадков желательно чтобы кровля заканчивалась как можно дальше от стен. Для этого можно взять длинные стропильные ноги. Но стандартной длины пиломатериалов в 6 метров для этого часто не хватает. Заказывать нестандарт — очень дорого. Поэтому стропила просто доращивают, а доски, которыми это делают называются «кобылки».

Конструкций стропильных систем довольно много. В первую очередь их разделяют на две группы — с наслонными и висячими стропилами.

С висячими стропилами

Это системы, у которых стропильные ноги опираются только на наружные стены без промежуточных опор (несущих стен). Для двускатных крыш максимальный пролет составляет 9 метров. При установки вертикальной опоры и системы подкосов увеличить его можно до 14 метров.

Висячий тип стропильной системы двускатной крыши хорош тем, что в большинстве случаев нет необходимости ставить мауэрлат, а это делает установку стропильных ног проще: не нужно делать врубки, достаточно скосить доски. Для связи стен и стропил используется подкладка — широкая доска, которую крепят на шпильки, гвозди, болты, ригеля. При таком строении большая часть распирающих нагрузок компенсирована, воздействие на стены направлено вертикально вниз.

Виды стропильных систем с висячими стропилами для разных пролетов между несущими стенами

Стропильная система двухскатной крыши для небольших домов

Существует дешевый вариант стропильной системы, когда она представляет собой треугольник (фото ниже). Такое строение возможно, если расстояние между наружными стенами не более 6 метров. Для такой стропильной системы можно расчет по углу наклона не делать: конек должен быть поднят над затяжкой на высоту не менее 1/6 длины пролета.

Но при таком построении стропила испытывают значительные изгибающие нагрузки. Для их компенсации или берут стропила большего сечения или врубку коньковой части делают так, чтобы их частично нейтрализовать. Для придания большей жесткости в верхней части с обоих сторон прибивают деревянные или металлические накладки, которые надежно скрепляют вершину треугольника (тоже смотрите не картинке).

На фото также показано, как дорастить стропильные ноги для создания свеса кровли. Делается врубка, которая должна выходить за пределы линии, проведенной от внутренней стены вверх. Это необходимо, чтобы сместить место надреза и уменьшить вероятность надлома стропила.

Коньковый узел и крепление стропильных ног к подкладной доске при простом варианте системы

Для мансардных крыш

Вариант с установкой ригеля — используется при . В этом случае он является основой для подшивки потолка расположенного ниже помещения. Для надежной работы системы такого типа, врубка ригеля должна быть безшарнирной (жесткой). Лучший вариант — полусковороднем (смотрите на рисунке ниже). В противном случае крыша станет неустойчивой к нагрузкам.

Обратите внимание на то, что в этой схеме присутствует мауэрлат, а стропильные ноги для повышения устойчивости конструкции должны выходить за пределы стен. Для их закрепления и стыковки с мауэрлатом делается врубка в виде треугольника. В этом случае при неравномерной нагрузке на скаты, крыша будет более стабильна.

При такой схеме почти вся нагрузка ложится на стропила, потому их необходимо брать большего сечения. Иногда приподнятую затяжку укрепляют подвеской. Это необходимо для предотвращения ее прогиба, если она служит опорой для материалов обшивки потолка. Если затяжка небольшой длины, ее можно подстраховать по центру с двух сторон досками, прибитыми на гвозди. При значительной нагрузке и длине таких страховок может быть несколько. В этом случае тоже достаточно досок и гвоздей.

Для больших домов

При значительном расстоянии между двумя наружными стенами устанавливается бабка и подкосы. Такая конструкция обладает высокой жесткостью, так как нагрузки компенсированы.

При таком длинной пролете (до 14 метров) сделать затяжку цельной сложно и дорого, потому ее делают из двух балок. Соединяется она прямым или косым прирубом (рисунок ниже).

Для надежной стыковки место соединения усиливается стальной пластиной, посаженной на болты. Ее размеры должны быть больше размеров врубки — крайние болты вкручиваются в цельную древесину на расстоянии не менее 5 см от края врубки.

Для того чтобы схема работала нормально, необходимо правильно сделать подкосы. Они передают и распределяют часть нагрузки от стропильных ног на затяжку и обеспечивают жесткость конструкции. Для усиления соединений используются металлические накладки

При сборке двухскатной крыши с висячими стропилами сечение пиломатериалов всегда больше, чем в системах с наслонными стропилами: точек передачи нагрузки меньше, следовательно на каждый элемент приходится большая нагрузка.

С наслонными стропилами

В двускатных крышах с наслонными стропилами, концами они опираются на стены, а средней частью опираются на несущие стены или колонны. Некоторые схемы распирают стены, некоторые нет. В любом случае наличие мауэрлата обязательно.

Безраспорные схемы и узлы врубок

Дома, сложенные из бревен или бруса плохо реагируют на распорные нагрузки. Для них они критичны: стена может развалиться. Для деревянных домов стропильная система двухскатной крыши должна быть безраспорной. О видах таких систем поговорим подробнее.

Простейшая безраспорная схема стропильной системы приведена на фото ниже. В ней стропильная нога упирается в мауэрлат. В таком варианте она работает на изгиб, не распирая стену.

Обратите внимание на варианты крепления стропильных ног к мауэрлату. В первом, площадку опирания обычно скашивают, ее длина при этом — не более сечения балки. Глубина врубки — не более 0,25 ее высоты.

Верх стропильных ног укладывается на коньковый брус, не скрепляя его с противоположным стропилом. Получаются по строению две односкатные крыши, которые в верхней части примыкают (но не соединяются) одна с другой.

Намного проще в сборке вариант со скрепленными в коньковой части стропильными ногами. Они практически никогда не дают распора на стены.

Для работы этой схемы стропильные ноги внизу крепятся при помощи подвижного соединения. Для закрепления стропильной ноги к мауэрлату сверху забивается один гвоздь или снизу ставится гибкая стальная пластина. Варианты крепления стропильных ног к коньковому прогону смотрите на фото.

Если кровельный материал планируется использовать тяжелый, необходимо увеличить несущую способность. Достигается это увеличением сечения элементов стропильной системы и усилением конькового узла. Он приведен на фото ниже.

Усиление конькового узла под тяжелый кровельный материал или при значительных снеговых нагрузках

Все приведенные выше схемы двускатных крыш стабильны при наличии равномерных нагрузок. Но на практике такого практически не бывает. Предотвратить сползание крыши в сторону большей нагрузки можно двумя способами: установкой на высоте около 2 метров схватки или подкосами.

Варианты стропильных систем со схватками

Установка схваток повышает надежность конструкции. Чтобы она нормально работала, в местах ее пересечения со стоками крепить нужно к ним гвоздями. Сечение бруса для схватки используют такое же, как и для стропил.

К стропильным ногам крепятся ботами или гвоздями. Могут устанавливаться с одной или двух сторон. Узел крепления схватки к стропилам и коньковому прогону смотрите на рисунке ниже.

Чтобы система была жесткой и не «поползла» даже при аварийных нагрузках достаточно в таком варианте обеспечить жесткое крепление конькового бруса. При отсутствии возможности его смещения в горизонтали, крыша выдержит даже значительные нагрузки.

Системы наслонных стропил с подкосами

В этих вариантах для большей жесткости добавлены подстропильные ноги, которые еще называют подкосами. Они устанавливаются под углом 45° по отношению к горизонту. Их установка позволяет увеличить длину пролета (до 14 метров) или уменьшить сечение балок (стропил).

Подкос просто подставляется под требуемым углом к балкам и прибивается гвоздями с боков и снизу. Важное требование: подкос должен быть срезан точно и плотно прилегать к стойкам и стропильной ноге, исключая возможность ее прогиба.

Системы с подстропильными ногами. Сверху распорная система, снизу — безраспорная. Узлы правильной рубки для каждой расположены рядом. Внизу — возможные схемы крепления подкоса

Но не во всех домах средняя несущая стена расположена посередине. В этом случае есть возможность установить подкосы с углом ннаклона относительно горизонта 45-53°.

Системы с подкосами необходимы если возможна значительная неравномерная усадка фундамента или стен. Стены садиться по-разному могут на деревянных домах, а фундаменты — на слоистых или пучнистых грунтах. Во всех этих случаях рассматривайте устройство стропильных систем такого типа.

Система для домов с двумя внутренними несущими стенами

Если в доме есть две несущие стены, устанавливают две подстропильные балки, которые расположены над каждой из стен. На промежуточные несущие стены укладываются лежни, нагрузка от подстропильных балок передается на лежни через стойки.

В данных системах коньковый прогон не ставят: он дает распорные силы. Стропила в верхней части соединяются одна с другой (подрезаются и стыкуются без зазоров), места соединения усиливаются стальными или деревянными накладками, которые прибиваются гвоздями.

В верхней безраспорной системе распирающую силу нейтрализует затяжка. Обратите внимание, что затяжка ставится под прогоном. Тогда она работает эффективно (верхняя схема на рисунке). Устойчивость может обеспечиваться стойками, или расшивками — балками, установленными наискосок. В распорной системе (на картинке она внизу) поперечине — это ригель. Он устанавливается над прогоном.

Есть вариант системы со стойками, но без подстропильных балок. Тогда к каждой стропильной ноге прибивается стойка, которая вторым концом опирается на промежуточную несущую стену.

Крепление стойки и затяжки в стропильной системе без подстропильного прогона

Для крепления стоек используются гвозди дляной 150 мм и болты 12 мм. Размеры и расстояния на рисунке указаны в миллиметрах.

Обязательное условие установки наслонных стропил - обеспечение их верхней части опорой. В односкатных крышах этот вопрос решается просто: стены строятся разной высоты, на них укладываются мауэрлатные балки, на которые в свою очередь настилаются стропила.

В двухскатной крыше можно поступить, также: выстроить внутреннюю стену на требуемую высоту и уложить на нее мауэрлат. Затем на низкие внешние и высокую внутреннюю стены разложить стропила. Однако это решение ограничивает варианты планировок чердачного помещения, которое все чаще используют как мансарду. Да и для обычных чердачных крыш, этот вариант не выгоден, т.к. требует значительных финансовых затрат на возведение высокой внутренней капитальной стены. Поэтому на чердаке внутреннюю стену заменяют горизонтальной балкой установленной на подпорках или опертой на противостоящие друг другу фронтоны стен. Горизонтальную балку, уложенную на крыше, называют прогоном.

Само название: прогон, говорит о том, что эта балка «прокинута» от стены до стены, хотя на самом деле, например, в вальмовых крышах он может быть короче. Самое простое конструкторское решение по установке конькового прогона, это уложить мощную балку на фронтоны стен без каких-либо дополнительных подпорок (рис 24.1).

рис. 24.1. Пример установки конькового прогона, без дополнительных опор, на стены мансарды.

При этом для расчета сечений прогонов нагрузка, действующая на них должна собираться с половины горизонтальной проекции площади крыши.

В зданиях с большими размерами прогоны получаются длинными и тяжелыми, скорее всего, их придется монтировать подъемным краном. Для изготовления прогона найти ровный брус из цельного дерева длиной более 6 м довольно проблематично, поэтому для этих целей лучше использовать клееную балку или бревно. В любом случае, концы прогонов, замуровываемые в стены фронтонов, нужно обработать антисептиками и завернуть в рулонный гидроизоляционный материал. Торцы цельнодеревянных балок скашивают под углом примерно 60° и оставляют открытыми, в нише они не должны упираться в материал стены (рис. 25). Скашивание конца балки увеличивает площадь торца и благоприятствует лучшему влагообмену всей балки. Если прогон проходит сквозь стену, то в месте опирания на стену, его тоже обматывают гидроизоляционным материалом. Балки пропускают сквозь стены из архитектурных соображений затем, чтобы обеспечить свес кровли над фронтонами, хотя его можно достичь и выносом за стену обрешетки. Прогоны, пропущенные через стену образуют разгружающие консоли. Нагрузка давящая на консоли старается выгнуть прогон вверх, а нагрузка действующая на пролете - вниз. Таким образом, общий прогиб прогона в середине пролета становится меньше (рис. 24.2).

Рис. 24. 2. Прогон с консолями.

Если использовать в качестве прогона бревно, то его не обязательно отесывать на два канта, достаточно подтесать в месте опирания стропил и в месте опирания прогона на стены. Длинные прогоны нецелесообразно делать цельнодеревянными, проходящие по расчету на прочность и прогиб они, тем не менее, могут прогнуться под собственным весом. Их лучше заменять строительными фермами.

Сечение прогона подбирается по расчету по первому и второму предельному состоянию - на разрушение и на прогиб. Балка, работающая на изгиб должна отвечать следующим условиям.

1. Внутреннее напряжение, возникающее в ней при изгибе от приложения внешней нагрузки, не должно превышать расчетного сопротивления древесины на изгиб:

σ = М/W ≤ Rизг, (1)

где σ - внутреннее напряжение, кг/см²; М - максимальный изгибающий момент, кг×м (кг×100см); W - момент сопротивления сечения стропильной ноги изгибу W = bh²/6, см³; Rизг - расчетное сопротивление древесины изгибу, кг/см² (принимается по таблице СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции» или по таблице);

2. Величина прогиба балки не должна превышать нормируемого прогиба:

f = 5qL³L/384EJ ≤ fнор, (2)

где Е - модуль упругости древесины, для ели и сосны он составляет 100 000 кг/см²; J - момент инерции (мера инертности тела при изгибе), для прямоугольного сечения равный bh³/12 (b и h - ширина и высота сечения балки), см4; fнор - нормируемый прогиб балки, для всех элементов крыши (стропил, прогонов и брусков обрешетки) он составляет L/200 (1/200 длины проверяемого пролета балки L), см.

Сначала просчитываются изгибающие моменты М (кг×см). Если на расчетной схеме изображено несколько моментов, то просчитываются все и выбирается наибольший. Далее путем несложных математических преобразований формулы (1), которые мы опускаем, получаем, что размеры сечения балки можно найти, задавшись одним из его параметров. Например, произвольно задавая толщину бруса, из которого будет изготовлена балка, находим ее высоту по формуле (3):

h = √¯(6W/b) , (3)

где b (см) - ширина сечения балки; W (см³) - момент сопротивления балки изгибу, вычисляется по формуле: W = M/Rизг (где М (кг×см) - максимальный изгибающий момент, а Rизг - сопротивление древесины изгибу, для ели и сосны Rизг = 130 кг/см²).

Можно и наоборот, произвольно задать высоту бруса и найти его ширину:

После этого балку с вычисленными параметрами ширины и высоты по формуле (2) проверяют на прогиб. Здесь необходимо заострить ваше внимание: по несущей способности стропило рассчитывается по наибольшему напряжению, то есть по максимальному моменту изгиба, а на прогиб проверяется сечение, которое находится на наиболее длинном пролете, то есть на участке, где самое большое расстояние между опорами. Прогиб для всех: одно-, двух- и трехпролетных балок проще всего проверить по формуле (2) то есть, как для однопролетных балок. Для двух- и трехпролетных неразрезных балок такая проверка на прогиб покажет немного неверный результат (чуть больший, чем будет на самом деле), но это только увеличит запас прочности балки. Для более точного расчета нужно использовать формулы прогиба для соответствующей расчетной схемы. Например, такая формула указана на рисунке 25. Но еще раз повторим, что лучше внести в расчет некоторый запас прочности и считать прогиб по простой формуле (2) на расстоянии L равном самому большому пролету между опорами, чем найти формулу соответствующую расчетной схеме загружения. И еще на что нужно обратить внимание, по старому СНиПу 2.01.07-85 оба расчета (на несущую способность и на прогиб) велись на одну и ту же нагрузку. В новом же СНиПе 2.01.07-85 говорится, что снеговую нагрузку для расчета на прогиб нужно принимать с коэффициентом 0,7.

рис. 25.1. Пример расположения прогонов на Т- образной крыше

рис. 25.2. Пример расположения прогонов на Т- образной крыше

рис. 26. Нагрузки действующие на прогоны Т- образной крыши.

Если после проверки балки на прогиб он на самом длинном участке будет не более L/200, то сечение оставляют таким, каким оно получилось. При прогибе больше нормативного, увеличиваем высоту балки или подводим под нее дополнительные опоры, но сечение нужно вновь пересчитать по соответствующей расчетной схеме (с учетом введенных опор).

Если кто-то сумел дочитать до этого места, то скажем, что самое сложное в этом расчете не запутаться в единицах измерения (в переводе метров в сантиметры), а все остальное… Умножить и разделить несколько цифр на калькуляторе много знаний не требуется.

В конечном итоге появятся всего две цифры: требуемая для данной нагрузки , которые округляют в большую сторону до целого числа.

Если вместо бруса (цельного, клееного или собранного на МЗП) будет использоваться бревно, то следует учесть, что при работе на изгиб, вследствие сохранности волокон, несущая способность бревна выше, чем у бруса и составляет 160 кг/см². Момент инерции и сопротивления круглого сечения определяется по формулам: J = 0,0491d³d; W = 0,0982d³, где d - диаметр бревна в вершине, см. Моменты сопротивления и инерции бревна, отесанного на один кант, равны J = 0,044d³d, W = 0,092d³, на два канта - J = 0,039d³d; W = 0,088d³, при ширине отеса d/2.

Высота прогонов и стропил, в зависимости от нагрузок и архитектурного решения крыши, может быть самой разнообразной. К тому же, силы, давящие на стены, особенно это касается прогонов, достигают больших величин, поэтому крышу, как, впрочем, и все остальное, нужно проектировать заранее, еще до строительства дома. Например, в схему дома, можно ввести внутреннюю несущую стену и разгрузить прогоны либо сделать на фронтонах стен капители, поставить под прогоны укосы и тем самым уменьшить их прогиб. Иначе будет довольно трудно стыковать разновеликие по высоте прогоны между собой и согласовывать высотные отметки с фронтонами стен.

При использовании длинных и тяжелых прогонов можно применить так называемый «строительный подъем». Это изготовление балки в виде коромысла. Высоту «коромысла» делают равной нормативному прогибу прогона. Нагруженная балка прогнется и станет ровной. Метод пришел к нам от предков. Они в рубленых домах при укладке матиц и переводов (балок) подтесывали бревна снизу, по всей длине, делая подтес глубже в средней части, и при необходимости, подтесывая края балок сверху. Коромыслообразные балки со временем прогибались под собственным весом и становились прямыми. Это технологический прием используется довольно часто, так, например, изготавливаются предварительно напряженные железобетонные конструкции. В повседневной жизни вы этого просто не замечаете, поскольку конструкции выгибаются, и без того небольшой строительный подъем становится совсем не заметным для глаз. Для уменьшения прогиба балки так же можно вводить под нее дополнительные подкосы. При невозможности установить подкосы или сделать «строительный подъем» можно увеличивать жесткость балки изменением ее сечения: на тавровое, двутавровое или решетчатое - ферму с параллельными поясами либо изменить сечение подкладыванием под опоры консольных балок, то есть делать ее низ в виде несовершенной арки.

Опирание прогонов на стену обеспечивается поперечным боковым упором и должно быть рассчитано на смятие древесины. В большинстве случаев достаточно обеспечить нужную глубину опирания и подложить под брусок деревянную подкладку на двух слоях рубероида (гидроизола и т. п.). Однако древесины на смятие провести все-таки нужно. Если опирание не обеспечивает требуемую площадь, при которой смятие не произойдет, площадь деревянной подкладки нужно увеличить, а ее высота должна распределить нагрузку под углом 45°. Напряжение смятия рассчитывается по формуле:

N/Fcм ≤ Rc.90°,

где N-сила давления на опору, кг; Fсм-площадь смятия, см²; Rсм90 - расчетное сопротивление смятию древесины поперек волокон (для сосны и ели Rсм90 = 30 кг/см²).

Нужно обратить особое внимание на стену под опиранием конькового прогона. Если ниже расположено окно, то от верха перемычки до низа прогона должно быть не менее 6 рядов армированной кладки, в противном случае над окном нужно укладывать усиленные железобетонные перемычки по внутренней стороне фронтона. Если планировка дома позволяет, коньковые прогоны не следует делать длинными и тяжелыми, их лучше разделить на два однопролетных прогона либо оставить один и добавить под него опору. Например, планировка дома, изображенного на рисунке 25, подразумевает устройство перегородки в помещении под вторым прогоном. Значит, в перегородке можно установить шпренгельную ферму и разгрузить коньковый прогон, а ферму затем скрыть обшивкой, предположим, гипсокартоном.

Рис. 26.1. Бесстропильная крыша

Другой путь разгрузки коньковых прогонов лежит в том, что можно просто увеличить количество укладываемых прогонов, например, установить по скатам крыши по одному или по два разгружающих прогона. При значительном увеличении числа балок встает вопрос, а зачем нам здесь вообще стропила, обрешетку можно сделать прямо по прогонам. Это действительно так. Такие крыши называются бесстропильными (рис. 26.1). Однако в мансардных утепленных крышах остро встает вопрос просушки утеплителя, поэтому подобие стропил все же делать придется. Для обеспечения воздушного продуха нужно будет вдоль скатов (в том же направлении, как укладываются стропила) на прогоны набить деревянные бруски, например, 50×50 или 40×50 мм, обеспечивая тем самым продух высотой 50 или 40 мм.

Примечание. Ранее, здесь и далее по тексту в формулах встречаются вот такие нелепицы: d³d, это немного режет глаза, но с математической точки зрения это правильная запись. Она показывает что переменная находится в 4-ой степени. Поскольку записать, 4-ой степени на языке вебсайта «ломает» красоту формулы, приходится прибегать к такой записи. То же относится и к подкоренным выражением: все, что в скобках, входит под знак корня.

Пример расчета сечения прогонов.

Дано: загородный дом 10,5×7,5 м. Расчетная нагрузка на крышу по первому предельному состоянию Qр=317 кг/м², по второму предельному состоянию Qн=242 кг/м². План крыши с размерами указанными на .

1. Находим нагрузки по предельным состояниям, действующим на первый прогон:

qр = Qр×a = 317×3 = 951 кг/м
qн = Qн×a = 242×3 = 726 кг/м = 7,26 кг/см

2. Рассчитываем максимальный изгибающий момент, действующий на этом прогоне (формула на ):

М2 = qр(L³1 + L³2)/8L = 951(4,5³ + 3³)/8×7,5 = 1872 кг×м

3. Произвольно задаемся шириной прогона, b=15 см и по формуле (3) находим его высоту:

h = √¯(6W/b) = √¯(6×1440/15) = 24 см,
где W=M/Rизг = 187200/130 = 1440 см³

По сортаменту пиломатериалов ближайшая подходящая балка имеет размеры 150×250 мм. Выбираем ее для последуещего расчета.

4.На самом длинном пролете проверяем прогон на прогиб по формуле (2).

Сначала определяем нормативный прогиб: fнор = L/200 = 450/200 = 2,25 см,
затем расчетный: f = 5qнL²L²/384EJ = 5×7,26×450²×450²/384×100000×19531 = 2 см,
где J = bh³/12 = 15×25³/12 = 19531 смˆ4

Условие выполнено 2 см < 2,25 см, прогиб прогона получился меньше нормативно допустимого. Сечение первого прогона определили, будет применен брус размерами 150×250 мм. Если бы расчетный прогиб получился больше нормативного, то нужно увеличить сечение (лучше высоту) прогона.

5. Находим нагрузки, действующуе на второй прогон.

От расчетной равномерно распределенной для первого предельного состояния она будет равна: qр = Qр×b = 317×3 = 951 кг/м;
для второго предельного состояния qн = Qн×a = 242×3 = 726 кг/м = 7,26 кг/см

В точке соединения прогонов от действия первого прогона на второй прогон будет приложена сосредоточенная сила Р (формула на ):

по первому предельному состоянию Рр=RB = qр b/2 — M2/b = 951×3/2 + 1872/3 = 2051 кг
по второму предельному состоянию Рн=RB = qн b/2 — Mн/b = 726×3/2 + 1429/3 = 1566 кг,
где Мн = qн(L³1 + L³2)/8L = 726(4,5³ + 3³)/8×7,5 = 1429 кг×м

6. Сначала нужно определить по какой формуле будем просчитывать максимальный изгибающий момент на втором прогоне, для этого находим соотношения сил Р/qрL и длин приложения силы c/b (см. ):

Рр/qрL = 2051/951×7,5 =0,29; c/b = 4,5/3 = 1,5

c/b получилось больше, чем p/qрL, значит максимальный момент рассчитываем по формуле:

Ммах = ab(qрL + 2Pр)/2L = 4,5×3(951×7,5 + 2×2051)/2×7,5 =10112 кг×м

7. Произвольно задаемся шириной прогона, b=20 см и по формуле (3) находим высоту прогона:

h = √¯6W/b = √¯(6×7778/20) = 48 см,
где W=Mмах/Rизг = 1011200/130 = 7778 см³

Брусьев такой высоты в сортаменте пиломатериалов нет, значит принимаем решение взять два бруса размерами 200×250 мм, уложить их друг на друга, скрутить шпильками и сшить стальными пластинами МЗП либо изготовим балку с деревянными связями. Таким образом получим балку шириной 200 и высотой 500 мм.

8. Проверяем составную балку на прогиб по формуле . Сначала определяем нормативный прогиб:

fнор = L/200 = 750/200 = 3,75 см

Затем расчетный, в нашем случае он рассчитывается как сумма прогибов от приложения к балке равномерной нагрузки и сосредоточенной силы:

f = 5qнL²L²/384EJ + PнbL²(1 — b²/L²)√¯(3(1- b³/L³)/27EJ) = 5×7,26×750²×750²/384×100000×208333 + 1566×300×750²(1 — 300²/750²)√¯(3(1 — 300³/750³)/27×100000×208333) = 1,4 + 0,7 = 2,1 см,
где J = bh³/12 = 20×503/12 = 208333 смˆ4

Расчетный прогиб получился меньше нормативного 2,1 см < 3,75 см, значит составная балка удовлетворяет нашим требованиям. Таким образом, первый прогон принимаем из цельного бруса 150×250, второй - составным, общей высотой 500, а шириной 200 мм.

Расчет явно показывает, что введением под место пересечения прогонов дополнительной подпорки можно было бы исключить сосредоточенную силу и уменьшить сечение второго прогона, а при данных в примере размерах строения, сделать его равным первому прогону.

Пример проверки узлов опирания прогонов на смятие.

Проверяем площадь опирания прогонов на стены для того, чтобы не произошло необратимого смятия древесины или разрушения материала стены. Предположим, что стены фронтонов выполнены из газосиликата D500. Предел прочности газосиликата D500 на сжатие составляет 25 кг/см², предел прочности древесины сосны на сжатие в опорных частях конструкций под углом 90° к волокнам составляет 30 кг/см². Для недопущения разрушения материала стены и необратимого смятия древесины должны соблюдаться условия:

N/F ≤ Rсж - для материала стены;
N/Fcм ≤ Rc.90° - для древесины

В данном примере получилось, что древесина имеет большую прочность, чем материал стен. Расчет будем производить на недопущение разрушения материала стены, т.е. напряжение сжатия не должно превысить 25 кг/см².

Находим величину давления первого прогона на стены (формулы на , нагрузка qр на странице примера расчета прогона):

RА = qр а/2 — M2/а = 951×4,5/2 +1872/4,5 = 2556 кг
RС = qр L/2 + M2L/аb = 951×7,5/2 — 1872×7,5/4,5×3 = 2526 кг

Вычисляем площадь опирания концов первого прогона:

F=N/Rсж = 2556/25 =103 см
где N=2556 кг (наибольшая из сил давящих на стену), а Rсж = 25 кг/см².

Выходит, что для опирания прогона шириной 15 см нужен «зацеп» на стену равный всего 103/15 = 7 см и при этом не произойдет необратимого смятия древесины и разрушения газосиликатных блоков стены. Поэтому длину опирания прогона на стену примем конструктивно, например, равную 15 см.

Находим величину давления на стены второго прогона:

RD = qр L/2 + bPр/L =951×7,5/2 +4,5×2051/7,5 =4797 кг
RE = qр L/2 + aPр/L =951×7,5/2 +3×2051/7,5 =4387 кг

Вычисляем площадь опирания концов второго прогона:

F=N/Rсж = 4797/25 =192 см,
где N=4797 кг (наибольшая из сил давящих на стену).

Для опирания второго прогона шириной 20 см нужен «зацеп» на стену не менее 192/20 = 10 см. И здесь длину опирания прогона на стену примем конструктивно, равным 15 см.

Особенным «коньком» в умении строителей можно считать установку конькового бруса - верхней перекладины, предназначенной для крепления стропил в некоторых моделях крыши. Зачастую и сам брус требует установки дополнительных подпорок, особенно, когда коньковая часть чердачного помещения имеет расчётную длину более 4,5 метра.

Тем не менее, при любой конструкции конькового бруса важным для него остаётся решение задач:

равномерно распределить общий вес крыши на фронтоны;
равномерно распределить площадь и силу давления по боковому периметру;
придать жесткость конструкции стропильной системы.

Для конькового бруса важна ещё и задача поддерживать геометрию крыши, особенно при длине более 4, 5 метров, чтобы иметь возможность монтировать стропила без использования шаблона. Стропила ложатся верхней частью на коньковую балку, а нижней частью - на мауэрлат.

Древесина для конькового прогона

Строительство деревянных домов из профилированного бруса предусматривает использование стропильной системы в соответствии с конструктивными особенностями здания. С учётом того, что коньковый брус несёт на себе большую эксплуатационную нагрузку, он производится из надёжных пиломатериалов. Вес конькового бруса не должен увеличивать общий вес крыши, а по прочности он должен быть таким, чтобы долгие годы эксплуатации безукоризненно выполнять возложенные на него функции. Поэтому для конькового бруса, так же как и для всей стропильной системы, выбирается сосновый пиломатериал, чтобы брус вышел сечением не менее 20х20 см.

В вершине стропильной конструкции любой крыши укладывается коньковый прогон

Для строительства жилого дома 8х8 из бруса , у которого крыша будет покрываться шифером или гибкой черепицей, все составные части стропильной системы, включая коньковый прогон, изготавливаются из хорошо просушенной сосновой древесины. В строительстве бани, где горячий пар может повредить деревянной конструкции, для стропил используются пиломатериалы из лиственницы. К тому же, бане требуется тяжелая крыша, оптимально задерживающая тепло. Лёгкая сосна здесь не подходит, нужна более прочная и тяжёлая лиственница.

Лиственница для производства конькового прогона используется и в том случае, когда жилому дому планируется тяжелая черепичная крыша, под которую требуется сооружать очень прочный и такой же тяжелый стропильный каркас. Здесь расчёты учитывают, чтобы нагрузку от общего веса крыши выдерживали стены дома.

Выбор материалов, используемых в конструкции стропильной системы, зависит от конструкции строения. Поэтому квалифицированное решение могут принять только профессионалы.

Коньковый прогон в стропильной системе

Когда стропилам требуется центральная опора, используется установка конькового прогона. Он упирается двумя сторонами на параллельные несущие стены.

Высота монтажа конькового бруса определяется по:

проектной ширине дома;
среднегодовому количеству зимних осадков;
наличию сильных ветров.

Особенность монтажа конькового бруса заключается в том, чтобы исключить его сверление и забивание гвоздей. Это необходимо для:

предотвращения образования трещин;
сохранения целостности бруса;
обеспечения надёжности стропильной системы.

Конструкция двухскатной крыши требует обязательной установки конькового прогона. В дальнейшем он служит коньком крыши. При строительстве дома из бруса 6 на 6 коньковый прогон готовится из цельного бруса или бревна, который конструктивно опирается на два фронтона, без использования дополнительных опор. Если проектная длина дома превышает 6 метров, используется составной коньковый прогон и строительные фермы. Не зависимо от проектной длины дома, длина конькового бруса определяется таким образом, чтобы он точно лежал на выступах наружных фронтонов.

теплый угол ласточкин хвост

Строительство деревянных домов предполагает использование несколько видов соединения брусьев. Современное строительство выходит на высокий уровень экологичности и надёжности жилья, когда даже соединения между брусьями в конструкции дома являются практичными, прочными. Их задача - сделать дом тёплым.