Как укрепить каркас крыши. Самостоятельное возведение крыши частного дома. Укрепление нижних частей стропил

Подавляющее большинство каркасов под обустройство крыш и укладку кровельных покрытий используют рядовую древесину, купленную на ближайшем складе или даже просто на лесопилке. Такой подход упрощает жизнь строителям и создает головную боль хозяевам и жильцам, через несколько лет приходится стропильную систему подвергать ревизии, выбраковывать отдельные элементы и выполнять усиление стропил.

Почему необходима ревизия и периодический контроль состояния стропильных конструкций

Дерево, как никакой другой материал, подходит для сборки каркаса крыши, но при этом деревянные стропила оказываются самой уязвимой частью конструкции. В теории древесина может легко простоять без потери основных прочностных качеств более 50 лет, но на практике обеспечить сохранность материала стропильных балок оказывается не так просто. Процессы гниения древесины, деформации и растрескивание из-за усыхания и неправильного распределения нагрузки зачастую могут привести к потере несущей способности конструкций стропильных ног.

Наиболее критичные зоны системы стропил можно перечесть по пальцам:

• Опорная часть мауэрлата и стропильных ног;
• Места соединений и креплений подкосов или распорок, любых силовых элементов каркаса;
• Места опор стропил на коньковый брус;
• Срединные части висячих стропильных балок.

Важно! Нельзя использовать для изготовления стропил или других элементов каркаса пиломатериал, взятый непосредственно с лесопилки или на торговом складе. До использования доска и брус должны высохнуть под нагрузкой в сложенном состоянии пакете.

Чтобы правильно выполнить усиление, необходимо ясно представлять причины, по которым каркас начинает проседать или терять прочность:

1. Если собрать систему стропил из недосушенного или «больного» материала, распределение нагрузки на балки будет неравномерным, в результате часть балок будет перегруженной, а часть работать «вхолостую». Поэтому, прежде чем стараться провести усиление прогибающихся или подламывающихся стропил, необходимо снять и перераспределить нагрузку;
2. Нижняя половина стропильных ног всегда находится в более тяжелом состоянии, особенно, если усиление при сборке было выполнено неправильно. Любые точки опоры на стойках или подкосах, в местах соединения стропил с мауэрлатом заставляют балку стропило работать в самом тяжелом режиме - при знакопеременной циклической нагрузке. Именно в этой точке рвутся волокна древесины, и требуется правильное усиление;
3. Нарушение условий вентиляции и удаления избытка влаги из подкровельного пространства. В этом случае поверхность стропил покрывается трещинами, что приводит к интенсивному поглощению влаги, развитию процессов гниения и деформации.

В этом случае усиление возможно лишь за счет замены пораженных участков, установки подкладных балок и элементов.

Ремонт и усиление соединений

На сегодня в строительстве каркасных крыш используется две основные технологии усиления - конструкционное и ремонтное. Конструкционный тип усиления подразумевает использование способов крепежа накладок, переходных и вспомогательных элементов, позволяющих концентрированную нагрузку превратить в распределенную. Например, соединение стропил в коньке можно выполнить креплением оголовков балок внахлест, но для наслонных стропильных балок рекомендуется выполнить усиление установкой стальных пластин или досок, скрепленных минимум 5-7 гвоздями или болтами.

Конструкционное усиление стропил

Очень редко когда удается построить каркас крыши простой установкой стропил, без использования элементов усиления — подкосов и распорок. Во-первых, такой способ устройства подойдет для очень небольших построек - дачных домиков или бани, а во-вторых, отказ от усиления потребует использования очень массивных и тяжелых балок и брусов, что увеличивает стоимость постройки крыши в разы. Даже для простого односкатного варианта кровли архитектор обязательно использует усиление в виде вертикальных опор и боковых подкосов.

Важно! Самым уязвимым и проблемным местом являются узлы соединения стропильных балок и элементов усиления. Если соединяемый участок выполнен неправильно, деформация и разрушение неизбежны.

Например, рассмотрим вариант усиления вертикальной стойкой длинномерного стропило. Если вместо подвижной опоры, как на схеме, использовать жесткое закрепление накладной пластиной, неизбежно создается изгибающий момент в месте крепления в коньке и увеличивается поперечная нагрузка на стропильной балке. Вместо разгрузки получается перенос и концентрация напряжений в самом уязвимом месте — центральной части балки.

Наиболее сложными в расчете и правильном выборе установки силовых элементов являются круглые и многоугольные каркасы, например, крыша — эркер или конусный вынос. На приведенном фото хорошо видно, насколько сложной и дорогой получается установка стропил на мауэрлате.

Внутренний ряд усиления балок опорными стойками имеет свой ряд затяжки и соединение с мауэрлатом. Система несущих балок во многом напоминает вальмовое строение, особенно в части соединения нарожников с угловым каркасом ендова. Из-за большой длины наслонных стропил строители применили удлинение и одновременно усиление части балки, находящейся за точкой опоры на стойке. Стальные пластины гарантируют увеличенную прочность нижней части ската.

Ремонтное усиление стропильных балок

Самым простым примером усиления является увеличение стропил по длине. Проще всего получить стропило большой длины - выполнить соединение двух коротких балок накладным отрезком доски или бруса. При этом в стропилах не используют усиление или соединение с помощью косого среза, широко применяемого для досок мауэрлата. Соединенные таким способом стропила не способны обеспечить необходимую поперечную жесткость балки.

В качестве примера восстановительного или ремонтного усиления стропил можно указать установку подкладочной доски под балку, имеющую расслоение, трещину или остаточную деформацию. В самых проблемных случаях, когда заменить стропильную балку невозможно, выполняется усиление и восстановление несущей способности сборной фермой по схеме, приведенной на рисунке. Чаще всего такой вид усиления используется для наслонных стропил.

Усилению подвергается и опорная поверхность, например, если из-за недостаточно эффективной или неправильно организованной вентиляции подкровельного пространства конденсат, образующийся на пароизоляционной мембране, стекает к опорной поверхности деревянных стропил на мауэрлате. Если опорная часть балки сгнила или имеет поражение вредителями, ее вырезают и устанавливают стальной каркас, часто именуемый протезом.

Если деструктивные процессы коснулись и мауэрлата, возможно изменение одноопорной версии на двухопорную. В этом случае параллельно основной доске мауэрлата укладывается дополнительный брус, на который опирается усиливающий установленный элемент подкоса, забирающий на себя львиную долю нагрузки.

Нередко проседание и деформация каркаса происходит из-за неправильной установки и крепления гвоздями в тех местах, где необходимо использовать резьбовое соединение со стальными пластинами - накладками. Не следует удалять старый крепеж и пытаться восстановить соединение новыми гвоздями, это даст в лучшем случае временный эффект. Более надежным получается усиление с помощью накладных планок или металлических пластин с отогнутыми краями отверстий.

Заключение

Основное правило усиления заключается в том, что старое крепление не удаляется, в дополнение монтируются «помощники» — стальные или деревянные накладки, воспринимающие часть усилий. Если их использование не дает нужного эффекта, в таком случае приходится прибегать к установке полноценных силовых рам и ферм, но опять же без демонтажа стропил.

Стропила выполняют ряд значимых кровельных функций. Они задают конфигурацию будущей крыши, воспринимают атмосферные нагрузки, удерживают материал. В числе стропильных обязанностей формирование ровных плоскостей для укладки покрытия и обеспечение пространства под компоненты кровельного пирога.

Для того чтобы столь ценная часть крыши безупречно справлялась с перечисленными задачами, нужны сведения о правилах и принципах ее устройства. Информация полезна и тем, кем сооружается стропильная система двухскатной крыши своими руками, и тем, кто решит прибегнуть к услугам наемной бригады строителей.

В устройстве стропильного каркаса для скатных крыш используют деревянные и металлические балки. Исходным материалом для первого варианта служит доска, бревно, брус.

Второй сооружают из металлопроката: швеллера, профильной трубы, двутавра, уголка. Есть комбинированные конструкции со стальными наиболее нагружаемыми деталями и элементами из древесины на менее ответственных участках.

Кроме «железной» прочности у металла имеется масса недостатков. К ним относятся теплотехнические качества, неудовлетворяющие владельцев жилых строений. Разочаровывает необходимость в применении сварных соединений. Чаще всего стальными стропилами оборудуют индустриальные строения, реже частные бытовки, собранные из металлических модулей.

В деле самостоятельного сооружения стропильных конструкций для частных домов в приоритете древесина. С ней работать несложно, она легче, «теплей», привлекательней по экологическим критериям. К тому же для выполнения узловых соединений не потребуется сварочный аппарат и навыки сварщика.

Стропила – основополагающий элемент

Основной «игрок» каркаса для сооружения крыши – стропило, в среде кровельщиков называемое стропильной ногой. Лежни, раскосы, бабки, прогоны, затяжки, даже мауэрлат могут использоваться или не использоваться в зависимости от архитектурной сложности и габаритов крыши.

Стропила, применяемые в строительстве каркаса двухскатных крыш, по техническим признакам и способу укладки подразделяются на:

• Наслонные стропильные ноги, обе пятки которых имеют под собой надежные конструктивные опоры. Нижний край наслонного стропила упирается в мауэрлат или в потолочный венец сруба. Опорой для верхнего края может служить зеркальный аналог смежной стропилины или прогон, представляющий собой горизонтально проложенную под коньком балку. В первом случае стропильная система называется распорной, во втором безраспорной.
• Висячие стропила, верх которых упирается друг в дружку, а низ базируется на дополнительной балке – затяжке. Последняя соединяет две нижние пятки смежных стропильных ног, в результате получается треугольный модуль, именуемый стропильной фермой. Затяжка гасит процессы растяжения, благодаря чему на стены действует только вертикально направленная нагрузка. Конструкция с висячими стропилами хоть и является распорной, но сам распор на стены не передает.

В соответствии с технологической спецификой стропильных ног сооружаемые из них конструкции делятся на наслонные и висячие. Для устойчивости конструкции оснащают подкосами и дополнительными стойками.

Для устройства опор верха наслонных стропилин монтируют лежни и прогоны. В реальности стропильная конструкция намного сложнее, чем описанные элементарные шаблоны.

Отметим, что формирование каркаса двухскатной крыши может вообще производится без стропильной конструкции. В таких ситуациях предполагаемые плоскости скатов образуются слегами – балками, уложенными прямо на несущие фронтоны.

Однако интересует нас сейчас конкретно устройство стропильной системы двухскатной кровли, а в нем задействованы могут быть как висячие или наслонные стропила, так и комбинация обоих типов.

Тонкости крепления стропильных ног

Крепление стропильной системы к кирпичным, пенобетонным, газобетонным стенам производится через мауэрлат, который в свою очередь фиксируется анкерами.

Между мауэрлатом, представляющим собой деревянную раму, и стенами из указанных материалов в обязательном порядке прокладывается гидроизоляционная прослойка из рубероида, гидроизола и т.д.

Верх кирпичных стен иногда специально выкладывают так, чтобы по внешнему периметру получилось нечто вроде невысокого парапета. Так надо, чтобы размещенный внутри парапета мауэрлат и стены не распирали стропильные ноги.

Стропила каркаса крыш деревянных домов опираются на верхний венец либо на потолочные балки. Соединение во всех случаях выполняется врубками и дублируется гвоздями, болтами, металлическими или деревянными пластинами.

Как обойтись без зубодробительных расчетов?

Крайне желательно, чтобы сечение и линейные размеры деревянных балок определялись проектом. Проектировщик даст четкие расчетные обоснования геометрическим параметрам доски или бруса с учетом всего спектра нагрузок и погодных условий. Если в распоряжении домашнего мастера проектной разработки нет, путь его лежит на стройплощадку дома с подобной кровельной конструкцией.

На этажность возводимого здания внимание можно не обращать. Проще и правильнее выяснить требующиеся размеры у прораба, чем узнавать их у владельцев шаткого самостроя. Ведь в руках прораба документация с четким расчетом нагрузок на 1м² крыши в конкретном регионе.

Шаг установки стропилин определяет тип и вес кровельного покрытия. Чем оно тяжелее, тем меньше должно быть расстояние между стропильными ногами. Для укладки глиняной черепицы, например, оптимальным расстоянием между стропилами будет 0,6-0,7м, а для и профлиста допустимо 1,5-2,0 м.

Однако даже при превышении шага, требующегося для правильно монтажа кровли, имеется выход. Это устройство усиливающей контробрешетки. Правда она увеличит и вес крыши, и бюджет строительства. Поэтому с шагом стропил разобраться лучше до сооружения стропильной системы.

Народные умельцы вычисляют шаг стропилин согласно конструктивным особенностям постройки, банально разделив длину ската на равные расстояния. Для утепленных крыш шаг между стропилинами подбирают, исходя из ширины плит теплоизоляции.

У нас на сайте вы можете найти , который возможно вам также очень поможет при строительстве.

Стропильные конструкции наслонного типа

Стропильные конструкции наслонного типа значительно проще в исполнении, чем их висячие собратья. Обоснованный плюс наслонной схемы заключается в обеспечении полноценного проветривания, которое напрямую связано с долгосрочностью службы.

Отличительные конструктивные особенности:

• Обязательное наличие опоры под коньковой пяткой стропильной ноги. Роль опоры может играть прогон – деревянная балка, опирающаяся на стойки или на внутреннюю стену строения, или верхний торец смежной стропилины.
• Использование мауэрлата для возведения стропильной конструкции по стенам из кирпича или искусственного камня.
• Применение дополнительных прогонов и стоек там, где стропильным ногам по причине крупного габарита крыши требуется дополнительные точки опоры.

Минус схемы заключается в наличии конструктивных элементов, влияющих на планировку внутреннего пространства эксплуатируемого чердака.

Если чердак холодный и в нем не предполагается организация полезных помещений, то наслонной конструкции стропильной системы для устройства двухскатной крыши стоит отдать предпочтение.

Типовая последовательность работ по сооружению наслонной стропильной конструкции:

• Первым делом промеряем высоты постройки, диагонали и горизонтальность верхнего среза остова. При выявлении вертикальных отклонений кирпичных и бетонных стен, устраняем их цементно-песчаной стяжкой. Превышение высот сруба стесываем. Путем подкладывания щепы под мауэрлат с вертикальными огрехами можно бороться, если величина их незначительна.
• Поверхность перекрытия под укладку лежня необходимо тоже выровнять. Он, мауэрлат и прогон должны быть четко горизонтальны, но расположение перечисленных элементов в одной плоскости не обязательно.
• Обрабатываем все деревянные детали конструкции перед установкой антипиренами и антисептическими препаратами.
• По бетонным и кирпичным стенам прокладываем гидроизоляцию под установку мауэрлата.
• Укладываем брус мауэрлата на стены, вымеряем его диагонали. Если понадобится, слегка передвигаем брусья и поворачиваем углы, стремясь добиться идеальной геометрии. Выравниваем раму по горизонтали при необходимости.
• Монтируем мауэрлатную раму. Сращивание брусьев в единую раму производится посредством косых врубок, места соединений дублируются болтами.
• Фиксируем положение мауэрлата. Крепеж производится либо скобами к загодя заложенным в стену деревянным пробкам, либо анкерными болтами.
• Размечаем положение лежня. Его ось должна отступать от брусьев мауэрлата на равные расстояния с каждой стороны. Если прогон будет опираться только на стойки без лежня, процедуру разметки проводим только для этих столбиков.
• Устанавливаем лежень на двухслойную гидроизоляцию. К основанию его крепим анкерными болтами, с внутренней стеной соединяем проволочными скрутками или скобами.
• Размечаем точки установки стропильных ног.
• Выпиливаем стойки по единым размерам, т.к. лежень у нас выставлен в горизонт. Высота стоек должна учитывать размеры сечения прогона и лежня.
• Устанавливаем стойки. Если предусмотрено проектом, раскрепляем их распорками.
• Укладываем на стойки прогон. Снова проверяем геометрию, затем устанавливаем скобы, металлические накладки, деревянные крепежные пластины.
• Устанавливаем пробную стропильную доску, размечаем на ней места подрезки. Если мауэрлат выставлен строго в горизонт, нет необходимости в подгонке стропилин на крыше по факту. Первая доска может использоваться в качестве шаблона для изготовления остальных.
• Размечаем точки установки стропилин. Народные мастера для разметки обычно заготавливают пару реек, длина которых равна просвету между стропилинами.
• По разметке устанавливаем стропильные ноги и крепим их сначала внизу к мауэрлату, затем вверху к прогону друг к другу. К мауэрлату проволочной связкой прикручивается каждая вторая стропилина. В деревянных домах стропилины прикручивают ко второму от верхнего ряда венцу.

Если подстропильная система сделана безупречно, наслонные доски монтируются в произвольном порядке.

Если уверенности в идеальном сооружении нет, то сначала устанавливаются крайние пары стропилин. Между ними натягивается контрольная бечевка или леска, согласно которой подгоняется положение вновь устанавливаемых стропил.

Завершается монтаж стропильной конструкции установкой кобылок, если длина стропильных ног не позволяет сформировать свес требующейся длины. К слову, для деревянных построек свес должен «выходить» за контур здания на 50см. Если запланирована организация козырька, под него устанавливаются отдельные мини-стропила.

Еще одно полезное видео о строительстве двухскатной стропильной основы своими руками:

Висячие стропильные системы

Висячая разновидность стропильных систем представляет собой треугольник. Две верхние стороны треугольника сложены парой стропилин, а основанием служит соединяющая нижние пятки затяжка.

Применение затяжки позволяет нейтрализовать действие распора, потому на стены с висячими стропильными конструкциями действует только вес обрешетки, кровли плюс в зависимости от сезона вес осадков.

Специфика висячих стропильных систем

Характерные черты стропильных конструкций висячего типа:

• Обязательное наличие затяжки, выполненной чаще всего из древесины, реже из металла.
• Возможность отказаться от использования мауэрлата. Раму из бруса с успехом заменит уложенная на двуслойную гидроизоляцию доска.
• Установка на стены готовых замкнутых треугольников – стропильных ферм.

К достоинствам висячей схемы относят свободное от стоек пространство под кровлей, позволяющее организовать мансарду без столбов и перегородок. Есть недостатки.

Первый из них – ограничения по крутизне скатов: угол их уклона может быть минимум 1/6 пролета треугольной фермы, настоятельно рекомендованы более крутые крыши. Второй минус заключается в необходимости доскональных расчетов для грамотного устройства карнизных узлов.

Кроме всего прочего, угол стропильной фермы устанавливать придется с ювелирной точностью, т.к. оси соединяемых компонентов висячей стропильной системы должны пересекаться в точке, проекция которой обязана попадать на центральную ось мауэрлата или заменяющей его подкладочной доски.

Тонкости большепролетных висячих систем

Затяжка – самый длинный элемент висячей стропильной конструкции. Со временем она, как свойственно всем пиломатериалам, деформируется и провисает под действием собственной массы.

Владельцев домов с пролетами 3-5м указанное обстоятельство не слишком беспокоит, а вот хозяевам зданий с пролетами 6 и более метров стоит задуматься об установке дополнительных деталей, исключающих геометрические изменения затяжки.

Чтобы предотвратить провисание в схеме монтажа стропильной системы для большепролетной двухскатной крыши имеется весьма значимый компонент. Это подвеска, называемая бабкой.

Чаще всего она представляет собой брусок, прикрепленный деревянными прибоинами к вершине стропильной фермы. Не следует путать бабку со стойками, т.к. ее нижняя часть вообще не должна соприкасаться с затяжкой. И установка стоек в качестве опор в висячих системах не применяется.

Суть заключается в том, что бабка как бы висит на коньковом узле, а уже к ней присоединяется затяжка с помощью болтов или прибитых деревянных накладок. Чтобы корректировать провисающую затяжку используются хомуты резьбового или цангового типа.

Регулировку положения затяжки можно устроить в зоне конькового узла, а бабку с ней соединить жестко врубкой. Вместо бруска на нежилых чердаках для изготовления описанного стягивающего элемента может быть использована арматура. Бабку или подвес рекомендуется устроить еще и там, где затяжка собирается из двух брусьев, для поддержки участка соединения.

В усовершенствованной висячей системе подобного типа бабку дополняют подкосные балки. Силы напряжения в образовавшемся ромбе гасятся самопроизвольно благодаря грамотной расстановке действующих на систему векторных нагрузок.

В результате стропильная система радует стабильностью при незначительной и не слишком дорогой модернизации.

Висячий тип для мансард

С целью увеличения полезного пространства затяжка стропильных треугольников для мансарды переносится ближе к коньку. У вполне резонного перемещения есть дополнительные плюсы: оно позволяет использовать затяжки в качестве основы для подшивки потолка.

Присоединяется к стропилам она путем врубки полусковороднем с дублированием болтом. От провисания ее оберегают посредством установки короткой бабки.

Ощутимый недостаток мансардной висячей конструкции заключается в необходимости точных расчетов. Самостоятельно рассчитать ее слишком сложно, лучше воспользоваться готовым проектом.

Какая конструкция более экономически выгодна?

Стоимость – немаловажный аргумент для самостоятельного строителя. Естественно, цена сооружения у обоих типов стропильных систем не может быть одинаковой, потому что:

• В строительстве наслонной конструкции для изготовления стропильных ног используется доска или брус небольшого сечения. Т.к. наслонные стропилины имеют под собой две надежные опоры, требования к их мощности ниже, чем в висячем варианте.
• В строительстве висячей конструкции стропила выполняют из толстого бруса. Для изготовления затяжки требуется аналогичный в сечении материал. Даже с учетом отказа от мауэрлата расход будет ощутимо больше.

Сэкономить на сортности материала не получится. Для несущих элементов обоих систем: стропилин, прогонов, лежней, мауэрлата, бабок, стоек нужен пиломатериал 2го сорта.

Для ригелей и затяжек, работающих на растяжение, потребуется 1ий сорт. В изготовлении менее ответственных деревянных накладок может применяться 3ий сорт. Без подсчета можно сказать, что в сооружении висячих систем дорогой материал используется в большем объеме.

Висячие фермы собирают на открытой площадке рядом с объектом, затем транспортируют в собранном виде наверх. Для подъема увесистых треугольных арок из бруса потребуется техника, за аренду которой придется платить. Да и проект для сложных узлов висячего варианта тоже чего-то стоит.

Видео-инструктаж по устройству стропильной конструкции висячей категории:

Методов сооружения стропильных систем для крыш с двумя скатами на самом деле гораздо больше.

Мы описали лишь базовые разновидности, которые в реальности применимы для небольших дачных домиков и построек без архитектурных затей. Однако представленной информации достаточно, чтобы справиться со строительством простой стропильной конструкции.

По статистике каждый второй домовладелец построил свое жилье самостоятельно. Согласно их отзывам, самостоятельное возведение крыши – один из самых сложных этапов для непрофессиональных строителей. Поэтому очень важно подойти к этому этапу, имея в голове полное представление о всех нюансах процесса. Чтобы разобраться в том, как сделать крышу своими руками, необходимо изучить устройство, технологию монтажа, порядок работ и особенности крепления всех составляющих конструкции.

Виды крыш

Для начала необходимо определиться с формой. На сегодняшний день наиболее популярными видами являются:

Особенности форм

Перекрытие крыши одним единым скатом позволит сэкономить нервы и материалы, поскольку конструктивно это самый простой вариант. Если сделать такой каркас самостоятельно, то трудоемкость работы будет наименьшей, а скорость монтажа высокой. Но такая форма имеет недостаток – отсутствует возможность обустройства полноценного чердака или мансарды, поскольку подкровельное пространство получается слишком низким.

Двухскатная крыша монтируется намного чаще. Она чуть сложнее в изготовлении, но позволяет получить больше пространства. По сравнению с четырехскатной она обладает меньшей сложностью и массой, однако потребуется сделать треугольные фронтоны по торцам здания.

Двускатная – самая популярная форма

Перед тем как приступить к самостоятельному возведению крыши с четырьмя скатами, потребуется серьезно подготовиться. Такая система имеет больше элементов по сравнению с двумя предыдущими. Кроме того, на мансарде нет возможности сделать полноценные окна, поскольку конструкция крыши лишена фронтонов и монтажа сложных или не избежать.

Четырехскатная сложна в устройстве, но экономия достигается за счет отсутствия фронтонов

Для мансарды отличным вариантом будет комбинированная конструкция с . В этом случае в нижней части кровля имеет больший уклон, чем на верхнем участке. Такая сборка позволяет поднять потолок в помещении и сделать построенный дом более комфортным.

Ломаная – не самая “архитектурная”, зато очень эффективная в плане используемого пространства

Расчет

Перед началом работ нужно сделать расчет конструкции. Вычислять сечения всех элементов не имеет смысла. В большинстве случаев их можно принять конструктивно:

• мауэрлат - 150х150 мм;
• стойки - 100х150 или 100х100 мм в зависимости от сечения стропил;
• подкосы - 100х150 или 50х150 мм с учетом удобства соединения со стропилами;
• затяжки - 50х150 мм с двух сторон;
• прогоны - 100х150 или 150х50 мм;
• накладки толщиной от 32 до 50 мм.

Расчет обычно выполняют только для стропильных и накосных ног. Требуется подобрать высоту и ширину сечения. Параметры зависят от:

• материала кровельного покрытия;
• снегового района;
• шага стропил (подбирается так, чтобы было удобно укладывать утеплитель, для минеральной ваты между элементами в свету должно оставаться 58 см);
• пролета.

Подобрать сечение стропил можно с использованием общих рекомендаций. Но в этом случае рекомендуется делать небольшой запас.

Расчет обычно выполняют для стропильных ног

Если не хотите вникания в тонкости вычислений, можно воспользоваться специальными .

Если вы предполагаете сделать теплую крышу, то высоту сечения ног подбирают с учетом толщины утеплителя. Смонтировать его нужно так, чтобы он не выступал выше несущих балок. Также нужно учесть, что для минеральной ваты делается вентиляционный зазор 2-4 см между ней и покрытием. Если высоты стропил для этого недостаточно, предусматривается установка контробрешетки (контррейки).

Пошаговая инструкция по выполнению работ

Последовательность этапов возведения крыши выглядит следующим образом:

1. выполнение замеров коробки здания (размеры могут немного не соответствовать проектным);
2. подготовка материалов и инструментов, обработка древесины антисептиком;
3. крепление мауэрлата к стене;
4. установка конькового ригеля, если он нужен (для наслонных стропил);
5. монтаж каркаса;
6. усиление кровли с помощью стоек, подкосов и затяжек;
7. гидроизоляция;
8. обрешетка;
9. обеспечение вентиляции;
10. установка капельников;
11. монтаж покрытия.

Закрепление мауэрлата

Чтобы крыша была надежно закреплена, нужно позаботиться о ее надежном соединении со стеной здания. Если возводится деревянный дом, то мауэрлат не потребуется – в качестве этого элемента выступает верхний венец из бруса или бревна. В этом случае крепление к стене выполняют при помощи специальных “плавающих” крепежей. Они продаются уже готовыми, чаще всего их называют салазками. Такой вариант устройства крыши позволяет всей конструкции слегка смещаться при усадке стен без разрушений и деформаций.

“Скользящее” крепление в деревянном доме

Похожая ситуация возникает и с каркасным домом. В этом случае мауэрлатом будет верхняя обвязка стен. Она крепится к стойкам каркаса с запилом при помощи уголков, скоб или гвоздей.

Способы крепления стропил к обвязке в каркасном доме

Конструкция крыши из кирпича, бетонных блоков или бетона подразумевает крепление через мауэрлат. В этом случае есть несколько способов.

Поставить мауэрлат на стену можно четырьмя способами:

• на скобы;
• на шпильки;
• на анкерные болты.

Мауэрлат можно закрепить на скобы. В этом случае в кладку с внутренней стороны закладывают деревянные бруски. Они должны располагаться на расстоянии 4 рядов от обреза. Одна сторона скобы крепится к мауэрлату, а вторая к тому самому бруску в кладке. Способ тоже можно отнести к простым. Он не рекомендован для больших зданий с высокими нагрузками.

Крепление мауэрлата на скобы. В кладке стены предусматриваются антисептированные деревянные бруски с шагом 1-1,5 м

Крепление при монтаже крыши своими руками может осуществляться через шпильки или анкерные болты диаметром 10-12 мм. Крепеж закладывают в кладку. На обрез временно укладывают мауэрлат, по нему нужно легонько стукнуть молотком. После этого на брусе остаются углубления в местах крепежа. По ним нужно сделать отверстия под шпильки. После этого брус надевают на крепеж и закручивают гайки. Метод идеально подходит для стен из легких бетонов при наличии монолитного армопояса.

Крепление стропил к мауэрлату

В домах из кирпича или камня разумнее выполнять с помощью жесткого крепления стропил к мауэрлату. В этом случае можно использовать как наслонную, так и висячую систему. Конструкция предполагает два способа:

• с врубкой;
• без врубки.

В первом случае стропила подрубаются с уклоном так, чтобы они плотно примыкали к мауэрлату. Для выноса карниза предусматривают кобылки. Их крепят к ноге с нахлестом не менее 1 м. Жесткая фиксация узла должна делаться с помощью саморезов, гвоздей или скоб. Но большей надежностью собранный каркас будет обладать, если для фиксации использовать металлические уголки с отверстиями под саморезы.

Способ без врубки часто не предполагает использование кобылок. В этом случае вылет каркаса обеспечивают сами балки. Такой вариант проще, чем предыдущий, поскольку не требует высокой точности. Он подойдет для новичков. Для плотного прилегания к мауэрлату в этом случае используют упорные бруски или доски. Жесткая фиксация, как и в предыдущем случае, выполняется металлическими уголками с двух сторон.

Крепление стропил к стене

Сделанный каркас нужно закрепить к коробке здания – это не даст сильному порыву ветра сорвать крышу. Для этого за правило нужно взять использование скрутки из двух проволочек диаметром 4 мм. Их оборачивают вокруг ноги в месте опирания на мауэрлат, а после проволоку крепят к стене на анкер или ерш примерно за 4-5 рядов до обреза. Элемент нужно заранее заложить в кладку.

Защита от срывания ветром

Для деревянного дома можно упростить задачу. Собирать каркас можно с использованием скоб. Такой вариант ускорит процесс. Но важно помнить, что такой способ подойдет, только если изготовление стен выполняется из дерева.

Усиление системы

Как усилить каркас при пролетах более 6 метров? Нужно уменьшить свободный пролет стропил. Для этого используют подкосы и стойки. Делать усиление нужно с учетом планировки, важно, чтобы эти элементы не мешали пребыванию людей и гармонично вписывались в интерьер.

Подкосы обычно располагают под углом 45 или 60 градусов к горизонтальной плоскости. Стойки нельзя опирать на пролет перекрытия. Их допускается устанавливать на нижележащие стены или балки и шпренгели, перекинутые между стенами.

Затяжка необходима для уменьшения распора. Из-за него стропила могут просто разъехаться. Особенно эта актуально для систем с висячими балками. Чтобы собрать каркас, используют две затяжки, которые крепят с двух сторон от стропил. Фиксацию осуществляют на саморезы, гвозди или шпильки.

В верхней точки стропила опираются на промежуточный или коньковый прогон. В зависимости от выбранной системы, расположения и ширины пролета, его изготавливают из бруса сечением от 50х100 до 100х200 мм. Крепление осуществляется на соединительные металлические пластины, болты или гвозди.

Обрешетка

Перед началом работ на этом этапе требуется настелить гидроизоляционный материал. Строители рекомендуют использовать пародиффузионную влаговетрозащитную мембрану. Она стоит дороже, чем полиэтиленовая пленка, но гарантирует более надежную защиту. Свой дом - это не повод для экономии.

Крыша требует закрепления обрешетки. Тип зависит от выбранного кровельного материала. Для металла достаточно будет разреженной обрешетки из досок толщиной 32-40 мм. Под битумную черепицу нужна сплошная обрешетка из доски 25-32 мм или влагостойкой фанеры.

Вентиляция подкровельного пространства

Перед тем приступить к этапу укладки кровли, стоит продумать вентиляцию подкровельного пространства. Это позволит уберечь конструкции от плесени, грибка и разрушения.

Правильное обустройство вентиляции под крышей предохранит конструкцию от появления грибка

Для вентиляции нужно предусмотреть:

• поступление воздуха через карниз (подшивку карниза при этом делают разреженной доской или специальными перфорированными софитами);
• движение воздуха под покрытием (между утеплителем и кровлей должен быть зазор 2-3 см);
• выход воздуха в районе конька (для этого на кровлю устанавливают коньковый и/или точечные аэратор).

Кровельное покрытие

Тип кровли выбирается из эстетических и экономических соображений. Также стоит изучить предложения производителей и выяснить допустимый уклон. Например, битумную черепицу не рекомендуют настилать при уклоне более 45°.

Фальцевая кровля – это легкое пожаробезопасное и долговечное покрытие

Настеленный материал должен обеспечивать надежную гидроизоляцию. Его монтаж осуществляют в строгом соответствии с инструкцией производителя. Существуют пять наиболее распространенных типов покрытия:утеплении крыши .

Дедюхова Полина

Для увеличения несущей способности стропильных ног как в наслонных, так и висячих стропильных системах применяют установку разгружающих балок (подмог), двухсторонних накладок и подкосов.

Усиление стропильных ног подмогой

Как показывают многочисленные поверочные расчеты, стропила в пролете между мауэрлатной балкой и подстропильной ногой с размерами сечения, подобранными по прочностным характеристикам, часто не проходили расчет на прогиб и приходилось увеличивать их высоту. Изготовить стропильную ногу переменного сечения можно включением в нее дополнительной деревянной балки - подмоги. Подмогу крепят в пролете между мауэрлатом и подстропильной ногой, ее высотой добирают высоту сечения стропила, чтобы оно проходило по расчету на прогиб. Крепят подмогу болтовыми хомутами или металлическими зубчатыми пластинами.

В неразрезной стропильной ноге, как правило, возникает необходимость усилить узел ее опирания на подкос. По расчетной схеме в узле опирания на подкос возникает наибольший изгибающий момент. Если усиление не выполнить вовремя, впоследствии придется увеличивать сечение всей стропильной ноги. Прогиба в этом узле нет, поэтому можно увеличить не высоту стропила, а его ширину, путем закрепления двусторонних дощатых накладок. Ширина накладок подбирается при расчете сечения стропила на максимальный изгибающий момент. Накладки крепятся гвоздевым боем, болтами или, как и в предыдущем случае, болтовыми хомутами. Если стропило уже усиливается подмогой, то ее нужно сделать длиннее и вывести край за узел опирания на покос. В этом случае решается сразу две задачи: усиление опорного узла и прогиба в пролете.

При реконструкции кровли под более крутой скат устанавливают новые стропила, сращивая их со старыми (если они не сгнили) дощато-гвоздевой перекрестной стенкой. Новые стропила могут быть введены, как поверх старых стропил, так и ниже их. Образующаяся при этом ферма обеспечивает не только новый уклон, но и повышенную жесткость стропильной конструкции. Этот метод позволяет не разбирать старую крышу и ускоряет работы, но и подкрышное пространство не увеличивает. Если целью изменения уклона скатов было устройство мансарды, то объем чердака останется прежним.

Усиление стропил устройством дощато-гвоздевой фермы

Иногда конец стропильной ноги подгнивает, опирание на мауэрлат получается ненадежным. В этом случае к нижнему концу стропильной ноги можно прикрепить дополнительные подкосы, которые упирают в ту же мауэрлатную балку или в дополнительный лежень. Рекомендуется раздвигать нижние концы дополнительных подкосов - они обеспечивают лучшую устойчивость стропила. А подкосы, опертые на дополнительный лежень, частично могут уменьшить прогиб стропила в пролете между подстропильной ногой и мауэрлатом. Дополнительные подкосы крепят гвоздевым боем с опиранием в прибоины на стропиле.

При использовании в строительстве крыши сырой древесины (влажностью более 25%) и недостаточной вентиляции холодного чердака, при высоко расположенных слуховых окнах, малой их площади, либо при отсутствии чердачных продухов, возможно загнивание нижнего конца стропильных ног или мауэрлата.

Также загнивание может наступить при отсутствии или повреждении пароизоляции и воздушных продухов в конструкции утепленной мансардной крыши или закупоривание их концов. Либо при увлажнении древесины стропильных ног и мауэрлата в крышах любого типа при протечке кровли, либо при отсутствие гидроизоляционного слоя между древесиной и кладкой стены и увлажнение древесины от кладки.

Существует несколько способов восстановления и усиления поврежденных конструкций.

1. Применение деревянных накладок. Их используют при одиночном повреждении стропильных ног. Усиление проводят путем установки усиливающих деревянных накладок с закреплением болтами или гвоздевым боем. Опирание накладок на мауэрлат должно быть всем торцом с последующей установкой проволочной скрутки.

2. Использование прутковых протезов. Их применяют при массовом повреждении стропильных ног.

До начала работ поврежденную стропильную ногу укрепляют на временных опорах, разбирают покрытие и выпиливают сгнившую часть стропильной ноги.

Протез надевают на стропильную ногу и укладывают на мауэрлат. Спиленный торец стропильной ноги упирают в опорную площадку протеза, которая предотвращает ее сползание.

Жесткость верхнего сжатого пояса протеза обеспечивает подкосная решетка.

3. Использование накладок, опирающихся на балку. Этот вариант применяют при необходимости замены сгнившего участка мауэрлата и конца стропильной ноги. До начала работ стропильную ногу укрепляют временными опорами, вырезают сгнившие участки ноги и мауэрлата, забивают в кладку костыли и укладывают на них балку длиной 1 м. Если конструкция стен и перекрытия позволяет, а чаще всего это именно так, то на стену или перекрытие укладывают метровый кусок лежня. В эту балку упирают два подкоса, закрепленные на гвоздях по обе стороны стропильной ноги. Обрешетку поддерживают новой удлиненной кобылкой

При недостаточном воздухообмене чердачного помещения, а вследствие этого развитии грибковых спор и загнивания древесины деревянных конструкций крыши проводят ряд мероприятий для восстановления вентиляции (рис. 74). В чердачном помещении следует изучить характер движения воздуха, определить температуру воздуха на верхней границе утеплителя (она не должна превышать 2°С при любой отрицательной температуре наружного воздуха) и устроить дополнительные продухи и слуховые окна. Площадь сечения слуховых окон и продухов должна составлять 1/300–1/500 площади чердачного перекрытия..

Ширина продухов должна быть в пределах 2–2,5 см. Нужно измерить и при необходимости увеличить до расчетной толщину утеплителя. Слежавшийся утеплитель необходимо разрыхлять примерно один раз в пять лет. У наружных стен при ширине до 1 м толщина его может быть увеличена до 50% выше расчетной. Следует проверить и, если необходимо, то восстановить пароизоляцию под слоем утеплителя.

Устройство нормального процесса воздухообмена в чердачной крыше

В случае надстройки сооружения реконструкционные мероприятия предусматривают полную замену крыши. Согласно проекту и эскизам архитекторов, она приобретает более сложные и архитектурно-выразительные формы, но в её основу опять-таки заложена стропильная система.

В качестве материала для конструкции крыши лучше всего выбрать дерево, так как оно обладает небольшим весом и технологичны в монтаже.

Конечно, есть и определенные недостатки, древесина хорошо горит и подвержена гниению. Поэтому уже на стадии проектирования должны быть предусмотрены (а при эксплуатации строго соблюдаться) конструктивные и защитные мероприятия, к которым относятся: устройство прокладок из водоизоляционных материалов в местах соприкосновения дерева с кирпичом, предотвращение протечек кровли, создание и поддержание в сохранности влагоизоляционного и пароизоляционного слоев, оборудование вентилируемых зазоров, а также обработка древесины антисептиками или огне- и биозащитными препаратами.

В зависимости от формы крыши, наличия и расположения внутренних опор, величины пролета, а также действующих нагрузок, конструкция стропильной системы может быть разной, но она всегда состоит из следующих элементов:

Наслонные стропила устанавливают в зданиях с внутренними несущими стенами, опирая стропильные ноги не менее чем в трех местах. В зависимости от величины пролета, может быть соответственно увеличено количество промежуточных точек опирания. В каменных домах такие стропила опираются на мауэрлаты (опорные бруски, жестко связанные с конструкцией стены) и крепятся к ним. Верхние концы стропил соединяют боковыми накладками внахлест и опирают на стойки, расположенные в средней части стропильной фермы. Такие элементы работают как балки – только на изгиб.

В строениях без несущих внутренних стен устанавливают конструкции из висячих стропил . Они опираются только на две крайние опоры (например, лишь на стены здания без промежуточных опор). В этом случае стропильные ноги работают на сжатие и изгиб. Кроме того, конструкция создает значительное горизонтальное распирающее усилие, которое передается стенам. Уменьшить это усилие помогает затяжка (деревянная или металлическая), соединяющая стропильные ноги. Она может располагаться как у основания, так и выше. Чем выше она находится, тем мощнее ей полагается быть. И тем надежнее должно быть ее соединение со стропилами.

Мауэрлат. Стропильные ноги опираются не на сами стены, а на опорный брус — мауэрлат. В деревянных конструкциях мауэрлатом является верхний венец сруба (бревно, брус). При кирпичных стенах это специально устанавливаемый заподлицо с внутренней поверхностью стены брус (с наружной стороны он должен ограждаться выступом кирпичной кладки). Между мауэрлатом и кирпичом обязательно прокладывается слой влагоизолирующего материала (например, два слоя рубероида).

Верхние концы стропильных ног, если это необходимо, могут поддерживаться системой стоек и раскосов . Их задача — разгрузить стропильные ноги, передав нагрузку на внутренние стены или опорные столбы, а также обеспечить конструкции жесткость.

В местах отсутствия несущих стен пятки стропильных ног могут опираться на мощные продольные балки — боковые прогоны, длина которых ограничена действующей на них нагрузкой.

Коньковый прогон. В вершине стропильной конструкции любой крыши укладывают прогон, соединяющий стропила (фермы) между собой. Именно на нем будет в дальнейшем устроен конек крыши.

Если в плоскости стропильных ног жесткость обеспечивается самими стропильными фермами, то для противостояния ветровым нагрузкам, действующим, например, со стороны щипца (фронтона), в каждом скате крыши устанавливают необходимое количество диагональных связей. Ими могут служить доски толщиной 30-40 мм, прибитые к основанию крайней стропильной ноги и к середине (или выше) соседней.

Наиболее экономичным и конструктивно простейшим является решение с применением наслонных стропил. Желательно такое расположение основных опор, которое приводит конструкции стропил к симметричным и уравновешенным решениям.

В направлении продольной оси здания продольная устойчивость стропил и прочность их опор должны обеспечиваться системой стоек, прогонов и подкосов, а прочность основания подстропильных стоек – соответствующими подкладками и лежнями. Конца стропильных ног, уложенных на мауэрлаты, следует связывать с нижележащей кладкой проволочными скрутками, прикрепляемые к ершам, которые заделывают в кладку. Расстояние от верха чердачного перекрытия до верха мауэрлата не следует делать более 50 см, а до низа среднего лежня – 40 см. высота от того же перекрытия до низа ригеля для удобства движения по чердаку не должно быть менее 1,8 м.
Стропильная система должна обладать достаточной прочностью и устойчивостью, чтобы выдерживать массу собственных конструкций и работающих на крыше людей, а также снеговую и ветровую нагрузки. Поэтому все элементы обязательно должны рассчитываться, а уже по результатам расчета подбираются требуемые сечения и производятся все необходимые проверки.

Основным назначением кровли является защита от атмосферной влаги.

Настил служит для укладки и поддержания кровли, воспринимает нагрузки от собственного веса кровли, давление ветра, веса снега и т.п. и передает их на стропильные конструкции. Также он способствует правильной вентиляции воздуха внутри кровли, что снижает опасность загнивания, резко уменьшает уровень конденсации влаги. На их изготовление расходуется большая часть древесины, используемой при сооружении деревянных покрытий, поэтому их экономное проектирование во многом определяет экономическую эффективность покрытия в целом. Настилы не только служат основанием водо- и теплоизоляционных слоев покрытия, но и принимают участие в обеспечении устойчивости стропильных и подстропильных конструкций при восприятии основных вертикальных и ветровых нагрузок.

Конструкция настила зависит от типа кровли и теплоизоляционных свойств покрытия. При рулонной кровле он должен иметь сплошную ровную дощатую или фанерную поверхность, на которую непосредственно можно наклеивать рулонный ковер. Утеплитель при этом может быть жестким и располагаться поверх настила под кровлей или быть мягким и располагаться в полостях, как в клеефанерных плитах. Сам настил состоит из двух слоев досок, соединяемых гвоздями. Верхний защитный слой из досок толщиной 16-22 мм и шириной не более 100 мм укладывают под углом 45 0 к нижнему рабочему настилу, который для лучшего проветривания делают разреженным из досок толщиной 19-32 мм (по расчету).

При кровле из штучных материалов в виде волнистых листов асбестоцемента, стеклопластика, металлических листов или черепицы настил должен иметь для них отдельные опоры в виде досок или брусьев обрешетки сечением не менее 50х50 мм или открытых ребер клеефанерных плит. Утеплитель при этом может быть мягким и располагаться между брусками обрешетки или между ребрами клеефанерных плит. С таким видом кровли особенно эффективно применение деревянных покрытий, так как она паропроницаема, способствует высыханию древесины и препятствует ее загниванию.

Для изготовления настилов и обрешетки, как правило, применяют древесину хвойных пород третьего сорта. Допускается применение древесины мягколиственных пород: тополя, осины и ольхи для обрешетки, а также одинарных настилов при условии доступности осмотра и проветривания чердачных помещений.

Настилы и обрешетку под кровлю рассчитывают по двум вариантам сочетания нагрузок:

С обственный вес и снег (расчет на прочность и прогиб);

Собственный вес и сосредоточенный монтажный груз 1 кН (расчет только на прочность).

При расчете по второму сочетанию груз принимают с коэффициентом надежности по нагрузке (ɣ f =1,2) и распределяют на две доски или бруска при расстоянии между их осями равном или менее 150 мм и на одну доску или брусок при расстоянии более 150 мм – при одиночном настиле. При двойном дощатом перекрестном настиле сосредоточенный груз распределяют на ширину 500 мм рабочего настила.

Расчетное сопротивление древесины изгибу при расчете настилов и обрешетки кровли умножают на коэффициент условий работы 1,15. При расчете на сосредоточенный груз, кроме того, расчетное сопротивление умножают на коэффициент 1,2 (монтажная нагрузка).

Настилы и обрешетку рассчитывают с учетом их неразрезности в пределах двух пролетов. За расчетный пролет l принимают расстояние между осями стропильных ног.

При загружении двухпролетной балки равномерно распределенной нагрузкой от собственного веса и снега наибольший изгибающий момент на средней опоре равен:

где q – равномерно распределенная нагрузка от собственного веса и снега, кН/м; l — расчетный пролет, м.

А относительный прогиб в пролете:

где q n – нормативная распределенная нагрузка от собственного веса и снега, кН/м; E J

При загружении двухпролетной балки собственным весом g и сосредоточенным грузом Р наибольший момент в пролете равен:

где g – собственный вес элемента, кН/м; P — сосредоточенный монтажный груз, кН.

При углах наклона кровли α = 10 0 учитывают, что собственный вес кровли и обрешетки равномерно распределен по поверхности (скату) крыши, а снег – по её горизонтальной проекции. Поэтому полная нагрузка на 1 пог. м бруска составляет:

,
p c – снеговая нагрузка на 1 м 2 горизонтальной проекции кровли; s – расстояние между осями брусков по скату кровли.

Прочности брусков обрешетки проверяют с учетом косого изгиба по формуле:

где М х и М у – составляющие расчетного изгибающего момента от носительно главных осей х и у, кН·м; W х и W у – моменты сопротивления поперечного сечения бруска для осей х и у, см 4 ; Ru – расчетное сопротивление бруска на изгиб бруска, кН/cм 2 .

Полный прогиб бруска с учетом косого изгиба определяют по формуле:

,
где f x и f у – прогибы бруска по осям х и у, см.

В качестве примера рассмотрим блок-схему расчета разреженного настила (обрешетки) под кровлю из металлочерепицы при следующих данных: угол наклона кровли к горизонту α = 30° (cos α = 0,866; sin α = 0,5); расстояние между осями брусков s = 60 см; расстояние между осями стропильных ног В = 80 см; нормативный снеговой покров - 224 кг/м 2 . Обрешетку проектируем из брусков сечением 5 х 5 см.

Определим погонную равномерно распределенную нагрузку на один брусок, сбор нагрузок, представив в табличной форме.

Сбор нагрузок на обрешетку

	q н , кН/м	Коэффициент перегрузки	q р , кН/м
Постоянная:
Металлочерепица	0,02	1,05	0,02
Брусок обрешетки 0,05м х 0,05м х 5кН/м 3	0,013		0,014
Итого:	0,03		0,03
Временная:
	0,78		1,10
Всего:	0,81		1,13

Обрешетку рассматриваем как двухпролетную неразрезную балку с пролетом l = В = 80 см. Определяем наибольшие изгибающие моменты:

а) для первого сочетания нагрузок (собственный вес и снег):

б) для второго сочетания нагрузок (собственный вес и монтажная нагрузка):

Более невыгодный для расчета прочности бруска - второй случай нагружения.

Так как плоскость действия нагрузки не совпадает с главными плоскостями сечения бруска, брусок рассчитываем на косой изгиб. Составляющие изгибающего момента относительно главных осей бруска равны:

Моменты сопротивления и инерции сечения:

W x = 21см 3 ; W y = 21 см 3 ; J x = 52см 4 ; J y = 52 см 4 .

Наибольшее напряжение:

При расчете по второму случаю нагружения проверка прогиба бруска не требуется. Определим прогиб бруска при первом сочетании нагрузок: Прогиб в плоскости, перпендикулярной скату:

см.

Прогиб в плоскости, параллельной скату:

см.

Полный прогиб: см.

Относительный прогиб:

Стропильные ноги устраивают из досок, брусьев, пластин или бревен. Для изготовления стропил используют бревна небольших диаметров (12-24 см), в то время как для получения пиломатериалов необходимого сечения требуется круглый лес больших диаметров (пиловочник). Расчетное сопротивление изгибу для бревен R u = 1,6 кН/см 2 больше, чем для досок R u = 1,3 кН/см 2 , а также в бревнах более высокий предел огнестойкости.

Наслонные стропила при правильном их конструировании и устройстве – безраспорная конструкция. Чтобы стропила не вызывали появление распора, надо опорные плоскости врубок в местах опирания стропильных ног на мауэрлаты и прогоны делать горизонтальными и погашать распор, вызываемый продольными усилиями, которые возникают в стропильных ногах, устройством горизонтальных парных схваток или ригелей.

Стропильные ноги при углах наклона кровли α = 10 0 рассчитывают как балки с горизонтальной осью, а при углах α = 10 0 — как балки с наклонной осью. Во втором случае постоянную нагрузку, вычисленную на 1 м 2 поверхности (ската) кровли, делят на cos α, приводя её к нагрузке на 1 м 2 плана покрытия. Нагрузка на стропильную ногу собирается с грузовой площади, ширина которой равна шагу расстановки стропил.

В случаях, когда пролеты большие, проектируют сборные наслонные стропила, отдельные монтажные элементы которых доставляются на строительную площадку, где производится их укрупнительная сборка и установка на месте.

Расчет сборных наслонных стропил под кровлю из металлочерепицы для здания шириной 5,1+2,1+5,1 = 12,3 м ведем с учетом конструктивной схемы здания. Наружные стены здания – кирпичные, чердачное перекрытие сборное железобетонное, в качестве внутренних опор выступают внутренние несущие кирпичные стены. Угол наклона кровли к горизонту α = 30° (cos α = 0,866; sin α = 0,5). Нормативный снеговой покров - 224 кг/м 2 .

Стропильную конструкцию проектируем из следующих сборочных элементов: обрешетки 1, стропильных ног 2, треугольных безрешетчатых ферм 3, мауэрлатов 4, прогонов 5 и опорных рам 6.

Сборные наслонные стропила

Детали стропильной ноги, фермы, прогона и опорной рамы: 1 – стропильная нога; 2 – ригель; 3 – стойка; 4 — подкос

Шаг расстановки стопил принимаем В = 0,8 м. обрешетку устраиваем из брусков сечением 50 х 50 см, расчет обрешетки аналогичен расчету настила.

Расчёт стропильных ног . Стропильные ноги опираются одним концом на мауэрлат сечением 15 х 15 см, а другим – на консоль треугольной формы. Консоли устроены для уменьшения длины (которая должна быть не более 6.5м) и размеров сечения стропильных ног.

Стропильные ноги сконструированы из двух досок, скреплённых в один монтажный элемент с помощью прокладок на гвоздях. Ось мауэрлата смещена относительно оси стены на 10см. Вначале определяется нагрузка на 1 пог.м горизонтальной проекции стропильной ноги.

Сбор нагрузок на стропильную ногу

	q н , кН/м	Коэффициент перегрузки	q р , кН/м
Постоянная:
Металлочерепица	0,03		0,04
Обрешетка 0,05м х 0,05м х 5кН/м 3	0,03		0,02
Контробрешетка 0,05м х 0,05м х 5кН/м 3	0,01		0,01
Гидропароизоляционная пленкаЮтафол Д	0 ,001		0,001
Стропильная нога 0,15м х 0,2м х 5кН/м 3:0,866	0,17		0,19
Итого:	0,24		0,26
Временная:
	1,79		2,51
Всего:	2,03		2,77

Вылет консоли фермы принимаем равным с = 100 см. Тогда пролет стропильной ноги в плане l 1 = 510 – 10 – 100 = 400 см. Изгибающий момент:

где q – суммарная (постоянная и снеговая) нагрузка на 1 пог.м. горизонтальной проекции стропильной ноги, кН/м;

l – пролет стропильной ноги в горизонтальной проекции, м.

.

Принимаем сечение из двух досок 5 х 20 см с моментом сопротивления и моментом инерции:

W = 667 см 3 и J = 6667 см 4 .

Напряжение изгиба не должно превышать расчетного сопротивления элемента на изгиб:

где М – изгибающий момент, кН·м; W – момент сопротивления поперечного сечения стропильной ноги, см 4 ; Ru – расчетное сопротивление на изгиб стропильной ноги, кН/cм 2 .

Относительный прогиб:

где q n – нормативная распределенная нагрузка на стропильную ногу, кН/м; E – модуль упругости древесины, кН/см 2 ; J – момент инерции сечения, см 4 .

.

Опорная реакция:

Составляющие опорной реакции, направленной вдоль оси стропильной ноги, вызывает в ней и в консоли треугольной фермы растяжение

Z = V sin α = 5,54∙0,5=2,77 кН

Для восприятия этой составляющей в месте описания стропильной ноги на консоль ставим один болт (d = 12 мм), работающий как односрезный нагель. Усилие, которое может выдержать болт: T н =3,6кН > 2,77кН.

Расчетные схемы: а – стропильной ноги; б – фермы; в – прогона; г – опорной рамы

Расчет фермы. Треугольная безрешетчатая ферма сконструирована из двух наклонных дощатых элементов с консолями и затяжки. Она может быть доставлена на место возведения в готовом виде или «россыпью» с доставкой отдельно элементов верхнего пояса и затяжки и последующей сборки их на строительной площадке.

Ферму рассматриваем как простейшую стержневую систему, нагруженную равномерно распределённой нагрузкой.

Сжимающее усилие в верхнем поясе фермы определяем по формуле:

Изгибающий момент на опоре:

Сечение пояса принимаем такое же, как и стропильной ноги, т.е. 2 х 5 х 20 см.

Напряжение в опорном сечении:

где R c — расчетное сопротивление сжатию, кН/cм 2 ; R u — расчетное сопротивление изгибу, кН/cм 2 ; N – сжимающее усилие в верхнем поясе фермы, кН; F – площадь поперечного сечения пояса, см 2 .

Вследствие большого разгружающего действия консоли проверку сечения пояса в пролёте не производим. Устойчивость пояса из плоскости системы обеспечивается жесткостью щитов обрешетки.

Усилие в затяжке определяем по формуле

Кроме того, на затяжку передаётся горизонтальная составляющая растягивающего усилия в консоли. Полное растягивающее усилие в опорном сечении консоли:

Горизонтальная составляющая этого усилия

.

Полное усилие, растягивающее затяжку,

Затяжку принимаем из одной доски сечением 5 х 13 см, соединяемой с верхним поясом болтом (d = 12 м), и четырьмя гвоздями 5 х 150 мм, работающими как двухсрезные нагели.

Несущая способность болта:

где k а – коэффициент, определяемый по нормативным документам; T c – несущая способность нагеля на один срез по, кН.

Длина замещения конца гвоздя во втором крайнем элементе по формуле:

где l гв — длина гвоздя, см; a – толщина крайнего пробиваемого элемента, см; с – толщина среднего пробиваемого элемента, см; п ш – число швов, пробиваемых гвоздем; d гв – диаметр гвоздя, см.

Несущая способность гвоздя:

по первому срезу ;

по второму срезу ;

на оба среза

Полная расчетная несущая способность соединения

,

где 0,9 – коэффициент, учитывающий снижение несущей способности соединения, выполненного на нагелях разных видов.

Расчётная площадь нетто затяжки:

.

Напряжение растяжения:

,

где R p – расчетное сопротивление растяжению.

Проверим консоль на растяжение с изгибом в опорном сечении:

Площадь нетто:

.

Напряжение в растянуто-изгибаемом элементе:

.

Прогоны укладываются на опорные консольные рамы. Полная длина вылета консоли рамы а 1 = 160 см. Расчетная длина вылета может быть принята равной полной длине, уменьшеной на 0,01l 1 , т.е.

Давление от стропильных ног на прогон с учетом собственного веса подстропильной конструкции (принимая его ориентировочно равным 2,5% нагрузки):

Максимальный изгибающий момент в прогоне:

Сечение прогона принимаем 15 х 20 см с W = 1000 см 3 .

Напряжение изгиба в прогоне найдем по формуле:

Отверстия для болтов просверлены заранее только в прогоне. В подбалке рамы отверстия сверлят через прогон только после окончательной сборки, выверк и скрепления прогона с подбалкой монтажными гвоздями.

Опорная рама состоит из подбалки, стойки и двух подкосов, скрепленных в один монтажный элемент накладками на гвоздях.

Подбалка опирается на подкосы и стойку, поэтому в расчетном отношении её можно рассматривать как двухпролетную балку с консолями.

Изгибающий момент в точке С пересечения осей подбалки и подкоса составляет:

Опорное давление в точке С равно:

Тангенс угла наклона оси подкоса к горизонту:

этому соответствуют: β = 65,41 0 , cos β = 0,0,416; sin β = 0,909.

Сжимающее усилие в подкосе:

Свободная длина подкоса:

Сечение подкоса принимаем 10 х 15 см.

Тогда гибкость будет равна:

Коэффициент продольного изгиба φ определим при. λ = 107 > 70, тогда:

где А = 3000 – коэффициент для древесины.

Проверим сечение на устойчивость:

где F сеч – площадь поперечного сечения подкоса, см 2 .

Глубину врубки подкоса в подбалку принимаем равной h вр = 3 см.

Напряжение смятия во врубке находим по формуле:

где b – ширина поперечного сечения подкоса, см; R смβ – расчетное сопротивление смятию во врубке при угле β.

Подбалку принимаем из бруса сечением 15 х 15 см.

Площадь и момент сопротивления ослабленного врубкой сечения подаблки равны:

Подбалка в расчетном сечении работает на совместное действие растяжения и изгиба. Усилие растяжения в подбалке:

Это усилие относительно оси ослабленного сечения приложено с эксцентриситетом:

Обратный изгибающий момент от эксцентричного приложения растягивающей силы в подбалке:

Расчетный изгибающий момент:

Напряжение растяжения в подбалке:

С целью повышения индустриальности скатного деревянного покрытия при массовой реконструкции можно применить деревянные фермы. Треугольные равнопанельные деревянные фермы пролетом до 15 м рассчитываются аналогично. Их сборка и монтаж не требует мощных грузоподъемных механизмов. Все элементы фермы выполняются из деревянного бруса, за исключением стоек, которые выполняются из стальных гнутосварных элементов.

Высота фермы определяется по пролету:

h ф =1/4L ф при L ф 14 м – 6-ти панельная ферма

h ф =1/5L ф при L ф 14 м — 8-ми панельная ферма

Шаг ферм зависит от нагрузок на покрытие и в зданиях рассматриваемого типа обычно составляет 3 до 6 метров. Пространственную жесткость такой конструкции покрытия придают связи .

Вертикальные связи между фермами размещаются так, чтобы ни одна ферма не осталась без вертикальных связей, что приводит к их расстановке через пролет между рамами, а при четном количестве пролетов они устанавливаются подряд в двух пролетах (например у одного из торцов здания). Связи верхних поясов ферм размещают в торцевых пролетах, но если длина здания превосходит 30 м, то они устанавливаются и в центральных пролетах, по возможности с равным шагом. Связи нижних поясов ферм расставляются так, чтобы их проекция на горизонтальную плоскость совпадала с проекцией связей верхних поясов ферм. Перечисленные связи принято называть ветровыми, так как они, придавая пространственную жесткость конструкции, позволяют наряду с прочими элементами каркаса распределять ветровую нагрузку, действующую на торец здания между всеми фермами.

Прогоны располагаются вдоль всего здания по узлам верхних поясов ферм. Стропильные ноги укладываются поперек прогонов в плоскости верхних поясов ферм с шагом от 0.8 до 1.2 м в зависимости от величины снеговой нагрузки. Шаг стропильных ног принят равным 1 м.

Рабочий настил рассчитывается на прочность и прогиб, как неразрезная 2-х пролетная балка.

Конструкция кровли: 1 – кровельное покрытие , 2 – бруски обрешетки и контробрешетки , 3 – подкровельный вентилируемый зазор , 4 – гидроизоляция, 5 – вентилируемый зазор над утеплителем кровли , 6 – межстропильный (основной) утеплитель, 7 — пароизоляция, 8 — дополнительный (подстропильный) утеплитель, 9 — внутренняя облицовка	Расчетная схема расчета настила

Самыми ответственными элементами деревянных ферм являются стержни нижнего растянутого пояса, на работе которых в большой мере сказывается вредное влияние неизбежных в строительной древесине пороков (сучков, косослоя, трещин), поэтому при конструировании, отборе лесоматериалов, изготовлении и наблюдении за фермами во время их эксплуатации, стержням нижнего пояса нужно уделять особое внимание.

С целью наиболее рационального использования достоинств конструктивных материалов, растянутые элементы деревянных ферм и выполняют металлическими.

Экономичность ферм определяется прежде всего расходом древесины и металла, а также трудоемкостью изготовления и монтажа конструкции.

При оценке типов деревянных ферм в отношении расхода древесины необходимо иметь в виду, что стоимость древесины в большой мере зависит от степени обработки и сортамента применяемых лесоматериалов. Так стоимость окантованных брусьев почти в полтора раза, досок в 2 раза и чистообрезных брусьев примерно в 2,5–3 раза выше стоимости круглых лесоматериалов.

Существенное влияние на расход древесины и металла может оказать очертание наружного контура фермы. Теоретически наивыгоднейшим очертанием контура является такое, при котором контур фермы приближается к очертанию эпюры моментов.

При одних и тех же нагрузках, качестве лесоматериалов, пролетах и высотах ферм наиболее легкими, а следовательно, и требующими наименьшего расхода древесины, будут сегментные фермы и трехшарнирные арки из них. Простота конструкции и экономичность, обусловленные статическими свойствами сегментных ферм, обеспечивают широкое распространение этих ферм в строительстве.

Многоугольные фермы с ломаным очертанием верхнего пояса также имеют относительно небольшой вес и отличаются простотой узловых сопряжений и экономичностью.

Полигональные фермы с наклоном верхнего пояса в 1/10-1/5 получаются более тяжелыми, чем сегментные фермы, но все же значительно более экономичными, чем фермы прямоугольного и треугольного очертания.

Наиболее тяжелыми из всех типов ферм оказываются треугольные фермы. Их применяют, как правило, для кровель из материалов, требующих значительного уклона (черепица, шифер и т.д.).

Использованные источники :

1. Капитальный ремонт стропильной системы и рекомендации по ее усилению

http://srubnbrus.com/952.html

2. СП 31-105-2002. 6.2 Устройство каркаса

3. Деревянные фермы. Выбор схемы фермы и её расчет

http://vunivere.ru/work3477

4. Проектирование и расчет деревянных конструкций: Справочник/И. М Гринь, В. В. Фурсов, Д. М. Бабушкин и др.; Под ред. И. М. Гриня.- К.: Будивэльнык, 1988.- 240 с: ил.

5. СП 64.13330.2011 Деревянные конструкции. Актуализированная редакция

Усиление стропильной системы обычно требуется, если в процессе эксплуатации крыша не выдерживает нагрузки и деформируется. Как правило, это является результатом ошибок в расчетах или при монтаже.

Увеличение несущей способности стропильных ног

Стропильную систему дома, гаража, бани и других построек следует регулярно проверять на предмет повреждений и деформаций. Вовремя выполненное усиление стропил позволит избежать разрушения крыши и дорогостоящего ремонта. В случае гаража, поврежденным может оказаться и автомобиль, что связано с серьезным финансовым ущербом. Усиление несущих способностей стропил может потребоваться в стропильной системе любого типа. С этой целью чаще всего практикуется установка разгружающих балок («подмог»), монтаж подкосов либо двухсторонних накладок.

Если стропила подобраны по прочностным характеристикам, они не всегда имеют необходимые показатели на прогиб, соответствующие СНиПу «Нагрузки и воздействия». Таким образом, требуется увеличить площадь поперечного сечения стропила. Усиление тонких деревянных стропил кровли гаража или другой постройки выполняется при помощи дополнительных деревянных балок – подмог. Балка крепится к нижнему поясу стропила в пролете между подстропильной ногой и мауэрлатом. В качестве крепежного элемента может использоваться металлическая зубчатая пластина либо болтовые хомуты.

Особое внимание следует уделить усилению узла опирания неразрезной стропильной ноги на подкос.

В месте опирания неразрезного стропила крыши дома или гаража на подкос возникает максимальный изгибающий момент. Необходимо избежать прогиба в данном узле, для чего требуется увеличить сечение стропильной ноги накладками, установленными с обеих сторон. Размеры дощатых накладок подбираются исходя из расчетных параметров сечения при максимальном изгибающем моменте. Усиление стропильной ноги дощатыми накладками выполняется с использованием болтовых хомутов либо гвоздей. Если увеличить длину подмоги и вывести ее за край опирания на подкос, то эта балка заодно будет выполнять функцию накладки, усиливая опорный узел, помимо увеличения жесткости пролета .

При реконструкции крыши нередко требуется выполнить более крутой кровельный скат. Чтобы не заменять полностью стропильную систему гаража, бани или жилого дома, монтируют новые стропила, скрепляя их со старыми. Сращивание деревянных элементов выполняется при помощи перекрестной дощато-гвоздевой стенки. Полученная ферма имеет заданный уклон и обеспечивает повышенную жесткость конструкций. Следует учитывать, что такой подход не позволяет увеличить пространство мансарды или чердачного помещения при переделке крыши .

Усиление нижней части стропильных конструкций

К наиболее уязвимым частям стропильных конструкций гаража, дома или других построек, относятся нижние части стропильных ног, опирающиеся на мауэрлат, и сами балки мауэрлата. Если при возведении конструкций использовался сырой пиломатериал, либо происходит увлажнение древесины вследствие протечек кровли или недостаточной гидроизоляции между мауэрлатом и кирпичной кладкой гаража или дома, происходит загнивание деревянных элементов и снижение прочности конструкций. Причиной попадания или конденсации влаги также могут служить повреждения пароизоляции, закупорка или повреждение вентиляционных продухов .

Чтобы усилить каркас крыши, устанавливаются дополнительные подкосы. Такой подкос крепится к нижней части стропила и упирается в мауэрлатную балку или дополнительный лежень. Чтобы повысить устойчивость конструкций фермы, нижние концы подкосов, установленных дополнительно, желательно немного раздвинуть. Уперев подкосы в дополнительный лежень можно снять изгибающий момент с пролета между подстропильной ногой и мауэрлатом.

Укрепление поврежденной стропильной системы

Если требуется замена сгнившей части мауэрлата или участков стропил крыши гаража или другой постройки, применяются дополнительные накладки. Усиление с помощью деревянных накладок выполняется при единичном повреждении одиночных стропил. Накладки крепятся при помощи болтов или гвоздей, при этом накладка должна нижним торцом опираться на балку мауэрлата и дополнительно фиксироваться на нем при помощи скрутки из катаной проволоки.

Усиление конструкций при помощи прутковых протезов применяется при массовых повреждениях деревянных стропил. В этом случае усиление подразумевает демонтаж поврежденных частей конструкций. Поврежденная стропильная нога закрепляется на временных опорах, затем часть кровельного покрытия разбирается, и прогнивший участок стропила выпиливается. Из нового бруса изготавливается «протез» - элемент, размеры которого соответствуют выпиленному куску стропила. Протез устанавливается на место удаленного фрагмента с опорой на мауэрлат.

Если усиление конструкций требует частичной замены мауэрлата, укрепление каркаса крыши выполняется по следующей технологии. Стропильные ноги закрепляются на временных опорах, сгнивший фрагмент мауэрлата демонтируется. На костыли, забитые в кладку, необходимо уложить балку подходящего сечения, длина которой должна составлять около 1 метра. На перекрытие либо стену укладывается кусок лежня той же длины. Затем стропильную ногу требуется укрепить двумя подкосами, упирающимися в новую балку.

Усиление конструкций скатной крыши подразумевает комплекс работ, направленных на исправление повреждений деревянных элементов, подвергшихся биологическому разрушению, либо на устранение деформаций стропил и узлов крепления. Чаще всего можно столкнуться с такой проблемой, как прогиб стропильных ног в процессе эксплуатации кровли, но внимательно следует отнестись и к качеству крепления стропил еще на этапе возведения кровли гаража или других построек .

Одним из принципиально важных узлов является место крепления стропил к коньку крыши. При наличии расхождений, необходимо оперативно исправить это дефект . Технология работ может потребовать применения домкрата, чтобы обеспечить плотное прилегание стропильной ноги в коньковой части. Место, где стыкуются стропила, необходимо качественно укрепить. Усиление выполняется при помощи металлической перфорированной полосы, либо деревянной накладки из доски толщиной не менее 2 см. Накладка монтируется непосредственно под коньком.

Далее следует устранить прогиб стропил. С этой целью задействуется гидроцилиндр. При помощи саморезов рекомендуется с внутренней стороны стропила выполнить крепление деревянных треугольных упоров. После чего стропило выпрямляется при помощи гидроцилиндра и устанавливается жесткая распирающая перемычка, которая предотвращает деформацию фермы крыши под внешними нагрузками.

Чтобы выполнить усиление деревянных стропильных ног методом наращивания бруса, необходимо подготовить брус необходимой ширины – она должна соответствовать размерам стропила, либо немного превосходить их. Прежде чем выполнять надежную фиксацию усиливающего бруса, данный элемент лучше всего закрепить на стропиле при помощи саморезов. Далее следует выполнить несколько сквозных отверстий через стропильную ногу и укрепляющий брус для крепления элементов шпильками.

Отверстия должны располагаться в шахматном порядке, с шагом около 30-50 см. Такой принцип крепежа дает возможность увеличить сопротивление конструкции при нагрузках на изгиб. Диаметр отверстий должен точно соответствовать диаметру крепежных элементов. В подготовленные отверстия вставляются резьбовые шпильки, на их концы надеваются широкие шайбы и навинчиваются самоконтрящиеся гайки – это позволяет создать надежный крепеж, который не разболтается в процессе эксплуатации стропильной системы. Затягивание гаек выполняется до появления звука потрескивания древесины.