Как усилить висячие стропила. Крепление стропил к коньку или с чего начинать усиление крыши? Усиление стропильных конструкций деревянных

В принципе я могу предложить один метод, предусматривающий усиление без изменения сечения стропил, а вот понравится он вам или нет - это уже не мне решать.

Итак рассмотрим следующую ситуацию: висячие стропила, представляющие собой треугольную арку с затяжкой или простейшую треугольную ферму (это кому как больше нравится), были выполнены из бруса сечением 15х5 см с шагом 1 м. При этом расстояние между мауэрлатами - пролет арки l = 6 м. Угол уклона кровли - 30°. Впрочем, не будем дальше пересказывать ситуацию, достаточно подробно рассмотренную в различных статьях, например , а просто скажем, что по расчету требуется сечение стропил 15х10 или 20х5 см, т.е. имеющийся момент сопротивления W z = 187.5 см 3 чуть ли не в 2 раза меньше требуемого.

На первый взгляд самым логичным выходом из ситуации будет усиление существующих стропил точно таким же брусом 15х5 см или устройство дополнительных пар стропил, чтобы уменьшить шаг стропил. Но и в первом и во втором случае расходы на усиление будут близки к начальным расходам на устройство стропильной системы.

А между тем есть и другой способ уменьшить значение требуемого момента сопротивления, никогда правда мне не встречавшийся в литературе, посвященной расчету стропильных систем, тем не менее вполне законный с точки зрения теоретической механики.

Всего-то и нужно: изменить расчетную схему.

Как мы знаем, в поперечном сечении посредине однопролетной балки с шарнирными опорами при действии равномерно распределенной нагрузки возникает изгибающий момент, равный М = ql 2 /8. А у такой же балки, но с жестким защемлением на опорах максимальный момент возникает на опорах и составляет M = ql 2 /12, т.е. в 1.5 раза меньше.

Таким образом, если для стропильной системы, показанной на рисунке 462.1.а) (принимаемая расчетная схема показана на рисунке 462.1.б)), мы поставим схватки между стропилами в коньке и между стропилами и затяжкой примерно так, как это показано на рисунке 462.1.в), то полученную систему мы можем рассматривать, как арку из одного стержня с жестким защемлением на опорах (хотя это будет и не совсем правильно).

Рисунок 462.1 . Трехшарнирная арка и одностержневая арка с жестким защемлением на опорах

Такая арка является статически неопределимой, но мы можем упростить задачу, если будем рассматривать стропила как жестко защемленные наклонные балки или как двухпролетные балки на 2 шарнирных и одной жестко защемленной опорах. Только не будем при этом забывать, что на стержни арки действуют нормальные силы, определенные нами ранее.

Сначала рассмотрим наиболее простой вариант:

стропила - наклонная однопролетная балка с жестким защемлением

Как видно из расчетной схемы, приведенной на рисунке 462.1.г), дополнительные стержни не только создают условия, при которых стропила можно рассматривать как защемленную балку, но еще и уменьшают расчетную длину пролета. Так наклонная проекция стропил - трехшарнирной арки с затяжкой, составляла 3 м. Если же мы разместим вертикальные захватки так, что в горизонтальной проекции это составит по 0.5 м с каждой стороны, то только уменьшение расчетного пролета на а = 0.5 м или на (1/6) приведет к уменьшению момента в 1.44 раза, так как

(l - l/6) 2 /l 2 = (25l 2 /36)/l 2 = 25/36 ≈ 0.7 .

Примечание : горизонтальную схватку между стропилами нельзя рассматривать как дополнительную вертикальную опору.

Таким образом общее уменьшение максимального момента составит 1.5·1.44 = 2.16 раз, чего в данном случае вполне достаточно. В численном выражении максимальные изгибающие моменты на опорах защемленной наклонной балки составят:

M c max = ql 2 /12 = 326.1·2.5 2 /12 = 169.844 кгс·м или 16984.4 кгс·см

Такой же момент будет создавать сила, приложенная вертикально на расстоянии 0.5 м от основной опоры и составляющая:

Р = 169.844/05 = 339.7 кг

А значит для крепления вертикальной схватки достаточно:

Такое же количество гвоздей можно принять и для крепления горизонтальной схватки, если узел крепления находится на расстоянии о.5 м от стрелы арки в горизонтальной проекции.

Теперь осталось проверить, выдержит ли затяжка дополнительную нагрузку - две сосредоточенные силы Р, приложенные на расстоянии 0.5 м от каждой опоры. Согласно расчетной схемы 1.3 из таблицы 1 . максимальный момент в поперечных сечениях затяжки составит:

M з = Ра = 339.7·0.5 = 169.844 кгс·м = М c max

Тогда требуемый момент сопротивления для затяжки:

W z тр = M/R = 16984.4/140 = 121.32 см 3

Между тем у нас затяжка имеет сечение 10х5 см и соответственно момент сопротивления W = bh 2 /6 = 5·10 2 /6 = 83.33 см 3 , т.е. в 1.45 раза меньше требуемого и это еще без учета растягивающих напряжений, действующих в поперечных сечениях затяжки.

Если уменьшать расстояние от опоры до вертикальной схватки, то это будет только увеличивать значение изгибающего момента в стяжке, да и количество гвоздей придется увеличивать. А если увеличивать расстояние от опоры до вертикальной схватки, то такую конструкцию уже вряд ли можно рассматривать как жестко закрепленную балку.

И тут вроде бы другого выхода нет, как усиливать затяжку, но если сделать схватки не вертикальные, а под некоторым углом к вертикали, например 35-40°, то такая схватка превратится с одной стороны в вертикальную опору, а с другой в горизонтальную, увеличивающую растяжение в затяжке, оставаясь при этом элементом, обеспечивающим жесткое защемление стропил.

Проверяем. Расчетная длина вертикальной схватки равна:

l в cx = tg30°a = 0.5773·0.5 = 0.2887 м

При угле наклона 35° расстояние а" от наклонной схватки до места, где была бы вертикальная схватка составит:

a" = tg35°l в сх = 0.7·0.2887 = 0.2 м

Тогда изгибающий момент, действующий на затяжку, составит:

М з = Р(a - a") = 339.7(0.5 - 0.2) = 101.18 кгс·м

Увеличение нормальной силы, действующей на затяжку составит:

N" = Psina/cosa = 339.7·0.573/0.819 = 237.86 кг

Тогда максимальные нормальные напряжения, возникающие в поперечных сечениях затяжки, с учетом разности расчетных сопротивлений растяжению и изгибу древесины составят:

(N + N")/F + M з R p /W z R и = (692.927+ 237.86)/50 + 10180·101.9/(83.33·142.7)= 18.61 + 87.26 = 105.9 кг/см 2 > R р = 101.9 кг/см 2

Необходимые условия по прочности нами не соблюдены. Впрочем превышение напряжений составляет менее 4%. С учетом принятых коэффициентов надежности по нагрузке такое превышение можно считать допустимым, а можно еще немного увеличить угол наклона. Это уже на ваш выбор.

Кроме того в действительности значение изгибающего момента будет немного больше, особенно если на участок стропила между наклонной схваткой и мауэрлатом будут опираться доски обрешетки.

При наклонных захватках количество гвоздей также следует увеличить:

n = P/(Tcos35°) = 3.88/0.819 = 4.7 точнее 5 гвоздей .

Если рассматривать стропила, как двухпролетную балку с двумя шарнирными и одной жестко защемленной опорой, то момент на опоре - вертикальной (или наклонной) схватке будет немного меньше, а на жесткой опоре - стреле арки - немного больше. Впрочем и такая расчетная схема не является точно отображающей реальную работу конструкции.

Тем не менее подобный расчет можно произвести, например с использованием метода трех моментов . Ну а для всех остальных совет: добавьте по 1-2 гвоздя в узлах крепления стропил и стяжки со схватками.

К сожалению вы не указали какую именно систему стропил (висячую или наслонную) использовали ваши родители при устройстве крыши. Узлы креплений этих систем немного отличаются друг от друга. Разберем вкратце каждую из них.

Висячая система стропил позволяет не укладывать мауэрлат при устройстве холодного (не жилого) чердака (на этом можно сэкономить). Крепление нижней части стропил выполняется к затяжке одинарным или двойным зубом:

Дощатым зубом и зубом на стальных пластинах:

А вверху стропила соединяются между собой болтами, металлическими пластинами или деревянными накладками:

При наслонной системе стропильная нога впирается в мауэрлат и крепится уголками, гвоздями или скобами:

В верхней части стропила крепятся к коньковому прогону гвоздями, болтами, деревянными накладками или металлическими пластинами без врубок или с врубками, упертыми в прогон:

Все приведенные выше способы крепления довольно надежны. При креплении стропильных систем нужно придерживаться принципа, при котором один конец стропильной ноги имеет скользящую опору (для висячих стропил это верхний узел) и при изменении величины временных нагрузок (снег, ветер) конструкция не трещит. Другой конец стропил закрепляется жестко и имеет возможность работать при боковых нагрузках (поворотный режим).

Крыша является верхним конструктивным элементом сооружения, который предохраняет деревянный дом от воздействий атмосферы. состоит из стропильных ног и обрешетки. Данная система поддерживает крышу, намного облегчает монтаж кровельных покрытий и является одним наиболее важным конструкционным элементом дома.

Долговечность и сохранность крыши обеспечивается грамотным обустройством системы вентиляции чердачного помещения либо воздушной вентилируемой прослойкой в бесчердачной крыше, правильным содержанием кровельного покрытия, и, самое главное, необходимо производить своевременное усиление либо ремонт стропил. Причины ремонта стропильной конструкции могут зависеть от больших снеговых нагрузок, при которых стропила подламываются, и, как следствие, от длительного затекания – загнивают и разрушаются. Причины ремонта стропил при загнивании поясняются тем, что в качестве материала для стропильной системы при сооружении домов используются доски и брусья из .

В нашей статье рассмотрим варианты, которые позволяют произвести усиление стропильной конструкции, а так же расскажем о способах восстановления поврежденных и сгнивших стропильных ног и участков мауэрлата.

Усиление несущей стропильной конструкции с помощью применения различных вариантов

В и стропильных системах, чтобы увеличить несущую способность стропильных ног, применяют несколько вариантов установок. Усиливают стропила дополнительной деревянной балкой — подмогой , двусторонними накладками и установкой подкосов , либо обустройством дощато-гвоздевой фермы.

Участок пролета стропильной ноги между подстропильной ногой и мауэрлатной балкой, даже при сечении материала, подходящего под прочностные характеристики, может не пройти расчет на прогиб. В данном случае, единственным решением в создавшейся ситуации, является увеличение высоты стропильных ног. Усиление стропила можно произвести и методом включения в балку подмоги. Роль подмоги выполняет дополнительная деревянная балка, сечением, подобранным под расчеты на прогиб, включая высоту сечения стропила. Месторасположение подмоги находится в промежутке между подстропильной ногой и мауэрлатом (рис.). Крепится дополнительная балка к стропильной ноге зубчатыми пластинами из металла либо болтовыми хомутами.

Место опоры неразрезной стропильной ноги на подкос является довольно опасным узлом, где может возникать достаточно большой изгибающий момент. При увеличении изгибающего момента выходом из опасной ситуации может быть лишь увеличение сечения и высоты стропильной ноги. Другой вариант решения заключается в увеличении ширины стропила. Ширину неразрезной стропильной ноги можно увеличить с помощью двусторонних дощатых накладок (рис.). Накладки шириной подбираем путем расчета суммарного сечения стропильной балки на максимальный изгибающий момент. К балке накладки крепятся с обеих сторон болтовыми хомутами, болтами либо гвоздевым боем.

При усилении стропильной ноги двумя способами единовременно, например, усиление стропила подмогой и двусторонними дощатыми накладками, рекомендуют балку стропильной ноги увеличить по длине и край ее опирания на покос вывести за узел. Применение данного конструктивного решения решит не только усиление место прогиба в пролете, но и усиление опорного узла.

Часто при различных обстоятельствах возникает потребность произвести реконструкцию крыши под более крутой скат. При этом делается установка новых стропильных ног, методом их сращивания перекрестной стенкой из досок гвоздевым боем со старой стропильной системой, если это позволяет целостность и сохранность старых стропил. Новые стропила вводятся в конструкцию ниже либо поверх старых стропил. При этом образуется дощато-гвоздевая ферма (рис.), которая обеспечивает и новый угол уклона кровли и повышает жесткость стропильной системы.

Рассмотренный выше способ усиления стропильной конструкции ускоряет процесс работ за счет того, что старую крышу можно не демонтировать. При этом не увеличивается подкрышное пространство, и если цель изменения угла уклона крыши было , то дополнительного объема мы не получим.

Способы восстановления поврежденной стропильной конструкции

Часто усиление стропильной конструкции подразумевает своевременный ремонт стропил. Причины ремонта стропильной конструкции возникают при подгнивании конца стропильной ноги. Загнивание древесины может произойти по причине использования сырого материала для балок либо при отсутствии правильно обустроенной вентиляции холодного чердачного помещения. Подгнивание мауэрлата либо концов стропильных ног может происходить и из-за отсутствия чердачных продухов.

При достаточном обеспечении вентиляции и достойном утеплении чердака может наступать и при повреждении воздушных продухов и пароизоляции в конструкции мансардного помещения. Главная причина гниения стропильных ног и мауэрлата скрывается в протечке кровли либо в отсутствии слоя гидроизоляции между кладкой стены и древесиной, где часто увлажнение древесины происходит от кладки.

В данном случае, при подгнивании конца стропильной ноги, узел опирания балки на мауэрлат теряет свою надежность и требуется усиление стропила в узле опирания. Решить задачу можно методом прикрепления дополнительного подкоса к нижнему концу стропильной ноги, и упереть его в эту же мауэрлатную балку (рис.). Крепление дополнительных подкосов производят гвоздевым боем с опиранием на стропиле в прибоины.

Дополнительную устойчивость балке стропильной ноги можно придать, если раздвинуть нижние концы дополнительных подкосов. Если усиливающие подкосы упереть в дополнительный лежень, таким образом, появляется возможность частично уменьшить прогиб стропильной ноги в пролете между мауэрлатом и подстропильной ногой.

Восстановить и усилить поврежденные участки конструкции можно с помощью нескольких способов, которые рассмотрим ниже.

Например, ремонт узла опирания стропильной ноги на мауэрлат, можно произвести с помощью деревянных накладок, которые опираются на мауэрлат торцом. Заметим, что данный способ используют лишь при одиночном повреждении стропильной балки с последующей установкой скрутки из проволоки.

Ремонт стропильной ноги можно произвести с помощью прутковых протезов (рис.). Преимущество данного способа заключается в применении при массовых повреждениях стропильной балки. Ремонт стропил с использованием прутковых протезов начинается с закрепления стропильной балки на временных опорах. Далее поврежденную часть стропила необходимо выпилить, для этого нужно разобрать часть кровельного покрытия. Прутковый протез надевается на стропильную балку и опирается на мауэрлат. Протез должен быть обеспечен опорной площадкой предотвращающей сползание стропильной ноги, которая в него упирается. Подкосная решетка обеспечивает жесткость сжимания верхнего пояса протеза.

Причины ремонта стропильной конструкции часто заключаются в повреждении конца стропильной ноги и подгнивании участка мауэрлата, на который опирается стропильная балка. При такой ситуации можно воспользоваться накладками, опирающихся на балку (рис.). Для начала стропильную ногу закрепим на временных опорах и выпилим поврежденные участки мауэрлата и стропильной ноги. Далее в кладку забьем костыли и уложим на них метровую балку. На перекрытие либо непосредственно на стену можно уложить лежень длиной в один метр, если это допускает сделать конструкция перекрытия либо стен. По обе стороны стропильной ноги укрепляем гвоздевым боем усиливающий подкос и упираем его в уложенную балку. Для поддержки обрешетки сделаем новую удлиненную кобылку.

Обеспечение нормального процесса воздухообмена в чердачном перекрытии является одним из наиболее важных моментов для сохранности древесины деревянной конструкции крыши. При недостаточном обмене воздуха в чердачном помещении происходит развитие грибковых спор и как следствие, загнивание древесины. Для восстановления вентиляции необходимо провести ряд мероприятий (рис.).

Стоит знать, что площадь сечения продухов и слуховых окон должна составлять от 1/300 до 1/500 от площади всего чердачного перекрытия. Ширина продухов не должна превышать 2,5 см. Изучив характер движения потоков воздуха в помещении и определив температуру воздуха на границе утеплителя, может появиться необходимость в дополнительных слуховых окнах и продухах. Заметим, что на верхней границе утеплителя температура воздуха не должна превышать двух градусов вне зависимости от уровня отрицательного показателя температуры наружного воздуха.

Может быть, что появится необходимость увеличить толщину слоя утеплителя. Для этого его стоит измерить, может, будет достаточно и просто разрыхлить слежавшийся утеплитель (это необходимо делать один раз в течение пяти лет). Проблема при недостаточном воздухообмене может скрываться и в поврежденной пароизоляции, находящейся под слоем утеплителя, для этого ее стоит просто восстановить.

Стоит добавить, что людей решивших строить сруб, может смущать кирпичная стена на изображениях. Не беспокойтесь, она тут не играет никакой роли, так как стропильная система одинакова, как в кирпичном, так и в деревянном доме. Ваша задача — ознакомиться с тем, как ее ремонтировать и мы в данной статье попытались дать исчерпывающую информацию. Пользуйтесь ей и все у вас будет в целости. Но кроме этого может ознакомиться и с другими материалами нашего сайта.

Довольно часто домовладельцы сталкиваются с проблемой прогиба стропил. Это происходит вследствие излишней экономии либо неправильного проектирования. Если своевременно не произвести укрепление стропил, то они могут сломаться, что приведёт в итоге к дорогостоящему ремонту кровли.

Понятие усиление стропил подразумевает комплекс работ по исправлению прогиба и их укрепление для дальнейшей беспроблемной эксплуатации. Также необходимо обработать узел прихода "ног" к коньку, что дополнительно снимет нагрузку с их средней части.

Укрепление стропил – выбираем стратегию, готовимся к работе

Есть два способа укрепления конструкции . Первый заключается в увеличении толщины брусьев, а второй – в увеличении их ширины. Первый вариант используется лишь тогда, когда нельзя по каким-либо причинам увеличивать ширину брусьев, так как при одинаковом количестве использованного материала конструкции, усиленные по второму способу, обладают гораздо большим сопротивлением изгибающим нагрузкам.

Также существуют и различные способы крепления усиливающих брусьев к стропилам: проволокой, гвоздями, саморезами, при помощи резьбовых шпилек. Наиболее надёжен способ увеличения ширины брусьев, именно его мы и рассмотрим.

Для подготовки к работе освобождаем всю рабочую поверхность от обшивки, открываем узлы крепления стропил и собираем следующий инструмент : набор гаечных ключей, набор торцовочных головок с трещоткой, дрель, шуруповёрт, гидроцилиндр, болгарка. Так как данные работы очень ответственны и трудоёмки, их нельзя выполнять одному человеку.

В первую очередь обращаем внимание на крепление стропил к коньку. Если они там разошлись, то сперва усилиями нескольких человек, при необходимости пользуясь домкратом, стыкуем верхние концы.

Затем с помощью перфорированных металлических полос, фанеры или, в крайнем случае, двухсантиметровой доски, используя саморезы, укрепляем место стыка балок с обеих сторон. Если же стропила стыкуются на коньке, то укрепляем соединения под ним.

Далее нам необходимо убрать прогиб стропил. Для этого воспользуемся гидроцилиндром. Перед началом этих работ необходимо упрочнить места стыковки конструкции к мауэрлату, для чего снизу к стропильному брусу (при наращивании толщины) или сбоку (при наращивании ширины) прикручиваем доску, которая будет упираться в мауэрлатный брус и не даст разъехаться ногам при работе гидроцилиндром.

Для хорошего упора гидроцилиндра изнутри в торцы противоположных стропильных брусьев в местах наибольшего прогиба прикручиваем саморезами самодельные треугольные деревянные упоры.

Далее, аккуратно работая гидравликой, выпрямляем стропила и фиксируем их в этом положении любой подручной доской толщиной не менее 3 см с помощью саморезов. То есть, если посмотреть сбоку, получается что-то наподобие большой буквы “А”.

Как укрепить стропила – наращиваем брус

Для того чтобы нарастить стропила, поступаем следующим образом. В первую очередь подготавливаем брус, идентичный существующему по габаритам (ширина может немного отличаться). Для удобства последующей работы фиксируем его к уже имеющемуся брусу несколькими саморезами.

Затем с помощью дрели просверливаем через 30-50 см сквозные отверстия сразу через два скреплённых друг с другом бруса. Отверстия располагаются не на одной линии, а идут в виде “змейки” для улучшения сопротивления изгибу данной конструкции.

Далее вставляем в отверстия шпильки, предварительно нарезанные под размер, на концы которых наживляем самоконтрящиеся гайки, предварительно подложив под них шайбы. Затяжка стропил производится до характерного потрескивания дерева.

Для усиления стропил по второму способу производим те же работы и в таком же порядке за исключением того, что укрепляющий брусок должен фиксироваться к внутреннему торцу бруса и отверстия располагаются на одной линии.

Наиболее подходящим материалом для каркаса крыши считается древесина сосны или лиственницы. Это обуславливается их прочностью.

Важным требованиям к используемым брускам и доскам является их целостность и отсутствие повреждений. Перед их монтажом, непосредственно, в , следует обработать их антисептическими и огнеупорными растворами.

Существуют следующие виды крыш: одно - и двухскатные, вальмовые четырехскатные, полувальмовые, шатровые или многощипцовые скатные. Все перечисленные виды изображены на рисунке:

Крепление мауэрлата

Мауэрлат - это основа, на которую приходится весомая часть нагрузки всего сооружения. Мауэрлат состоит из балок, сечением 15х15 см, устанавливаемых параллельно коньку. Данные балки требуют надежного закрепления. Начало укрепления данной основы берется еще при укладке стен, когда между кирпичами укладывают так называемую катанку - толстую проволоку. В дальнейшем, свободными ее концами обвязывают брусы.

Монтаж каркаса

Каркасом принято называть стропила, зацепленные с мауэрлатом. Их крепежное устройство состоит из трех гвоздей на узел. При этом два гвоздя вбиваются крест- накрест через стропило сразу в мауэрлат, а третий - перпендикулярно поверхности. Концы балок крепятся внахлест друг к другу также гвоздями, либо болтами.

Усиление крыши

В качестве усиления крыш используют такое приспособление, как ригель - это балки, скрепляющие противоположные друг другу стропила. Крепление также гвоздевое.

Во время монтажа каркаса может возникнуть проблема возведения под правильным углом. Так как же не ошибиться в расчетах?

Угол наклона крыши может зависеть от местного климата. Для местностей с холодным климатом характерен угол наклона в 40-45 градусов, что препятствует скоплению снега на поверхности крыши. В жарких же регионах угол наклона может опускаться вплоть до трех градусов. Угол следует измерять «уклономером», после его расчета по формуле. Так, длину кровли следует разделить надвое, и на полученный результат делить высоту конька.

Перед перекрытием крыши проводится обрешетка. Размеры досок для нее равны 25см в толщину и по 2 м в длину. В случае двойной обрешетки, первый слой ложится параллельно коньку, второй - перпендикулярно.

В итоге получаем, что делать крышу дома своими руками процесс быстрый, но требующий надлежащего внимания к самым малым деталям. Для того чтобы сооружение прослужило долгие годы, необходимо при его возведении соблюсти все необходимые требования и нюансы.

Также не стоит мелочиться при выборе стройматериалов, поскольку это сыграет в минус качеству. Все доски и материалы покрытия должны проверяться на целостность и качество.