Главная > Регулировка

Балки строительные: деревянные, железобетонные, металлические. Глава V Деревянные конструкции Балки и прогоны. Из каких элементов состоит конструкция крыши деревянного дома

Деревянный дом сегодня пользуется большой популярностью среди многочисленных застройщиков. И это несмотря на то, что стоимость таких строений может намного превышать цену дома из современных материалов, а сравнение достоинств не всегда на стороне деревянных строений. Один из недостатков ­– деревянные дома дают естественную усадку, а это увеличивает общее время выполнения строительных работ. Дело в том, что некоторые архитектурные конструкции можно строить только на стабильных несущих упорах, а фасадные стены из бруса примерно год изменяют свои размеры, это правило касается и крыши.

Перечень элементов ее конструкций зависит от типа стропильной системы. Какие стропильные системы рекомендуется использовать для деревянного дома?

Деревянные дома редко имеют большие размеры и этажность. Еще одна особенность таких строений – они постоянно немного изменяют линейные параметры из-за колебаний влажности пиломатериалов. Как следствие – к стропильным системам предъявляются повышенные требования по надежности, они должны компенсировать возможные колебания.

Чем сложнее крыша, тем больше у нее дополнительных элементов, а это в совокупности уменьшает ее прочность и надежность. Вывод – для деревянных домов не рекомендуется выбирать сложные многоскатные крыши.

Тип стропильной системы деревянного дома Эксплуатационные характеристики и технические параметры

Встречается очень редко и только на небольших по размерам домах. Единственное заслуживающее внимания преимущество – простота конструкции. Но не все так однозначно. Площадь односкатной крыши всегда намного больше площади одного из скатов, а угол наклона меньше. Это значит, что нагрузки на элементы стропильной системы односкатной крыши существенно превышают нагрузки на скаты двускатной или вальмовой. Как следствие, для изготовления стропильной системы нужно брать более прочные и дорогие пиломатериалы, но часто и этого недостаточно, для увеличения прочности такой крыши нужно монтировать дополнительные упоры или прогоны. Чем больше элементов крыши – тем она сложнее вне зависимости от названия и вида, единственное преимущество исчезает.

Наиболее часто используемый вариант конструкции крыш деревянных домов. По всем показателям занимает одну из лидирующих позиций, традиционная конструкция крыши деревянных строений.

По техническому устройству несколько сложнее обыкновенной двускатной. Преимущество – увеличиваются размеры чердачных помещений. Часто именно такая конструкция применяется для мансардных помещений.

Сложная конструкция крыши, используется на больших по площади фундамента домах. Имеет несколько разновидностей, но они ставятся только на эксклюзивных индивидуальных сложных проектах. Самостоятельно построить такие стропильные системы невозможно, нужно делать точные расчеты и иметь большой практический опыт выполнения подобных работ. Желательно доверять такие крыши профессиональным строительным компаниям.

Все типы крыш могут быть теплыми или холодными. Рассмотрим более подробно, из каких отдельных элементов состоит конструкция крыш.

Общие требования к стропильным системам

Крыша любого дома, вне зависимости от ее конструкционных особенностей, должна отвечать требованиям строительных норм и правил.

Устойчивость к постоянным и временным нагрузкам

Во время проектирования конструкции принимаются во внимание существующие в регионы снеговые и ветровые нагрузки, вес кровельных материалов, эпюры распределения усилий по узлам и т. д. При этом архитекторы обязательно используют коэффициент запаса прочности, для крыш деревянных домов он установлен не ниже 1,4. Это вызвано тем, что не все материалы могут отвечать расчетным показателям по прочности, возможны определенные отклонения от технологии и т. д. Кроме того, деревянные дома имеют колебания линейных размеров, стропильная конструкция должна их компенсировать за счет повышения устойчивости.

Минимально возможный вес

Чем меньше нагрузка на фундамент, тем надежнее строение. Крыша на деревянном доме должна противостоять динамическим и статическим усилиям и при этом иметь минимальный вес. Во время расчета конструкции определяется оптимальный вариант сечения несущих элементов. В целях понижения веса может уменьшаться сечение стропильных ног (именно они в основном влияют на вес конструкции) за счет установки различных упоров и распорок. Уменьшение веса конструкции крыши одновременно приводит к понижению ее сметной стоимости.

Качество пиломатериалов

Для изготовления стропильной системы крыши надо использовать пиломатериалы не ниже первого сорта. Дерево – уникальный живой материал, невозможно найти две доски одного и того же сорта с абсолютно одинаковыми техническими параметрами. Каждая имеет свое количество и расположение сучков, пороки естественного развития, незначительные трещины и отклонения по размерам. К подбору досок и брусьев для крыши надо подходить очень внимательно, делать ревизию пиломатериалов перед тем, как использовать их. Все отбракованные материалы можно применять для строительства неответственных или ненагруженных конструкций деревянного дома.

Из каких элементов состоит конструкция крыши деревянного дома

Существует большое разнообразие типовых стропильных систем, но каждый мастер вносит свои изменения с учетом конкретных особенностей здания и наличия сортамента пиломатериалов.

Используется как несущая конструкция пяток стропильных ног, изготавливается из бруса 100×100 мм. Если нет бруса, то для мауэрлата можно использовать двойные доски толщиной 50 мм. В срубах не применяются, функцию мауэрлата выполняет верхний венец. Для увеличения устойчивости фиксируется к нижним венцам металлическими шкантами. В каркасных деревянных домах этот элемент конструкции стропильной системы устанавливается, он позволяет равномерно распределять точечные нагрузки по всему периметру несущих стен и предупреждает прогиб непрочного обвязочного верхнего пояса.

Главный элемент конструкции крыши, формирует ее геометрию и внешний вид. Стропильные ноги воспринимают на себя все нагрузки, в том числе и вес кровельных покрытий. Чаще всего изготавливаются из досок 50×150 мм, шаг стропильных ног рассчитывается индивидуально или может быть стандартным. Стандартный шаг применяется в тех случаях, когда планируется строить теплую крышу. Делается это для упрощения и ускорения процесса монтажа кровельного пирога. Дело в том, что все утеплители, вне зависимости от материала изготовления, имеют ширину 60 см. Стандартный шаг стропильных ног в пределах 57–58 см, что позволяет сразу устанавливать в ниши утеплители без предварительной подгонки размеров.

Для стропил нужно выбирать только качественные доски, если длины недостаточно, то их разрешается наращивать.

В зависимости от длины стропил, типа кровельной системы и климатической зоны расположения здания подбираются варианты и места установок прогонов, упоров и раскосов. Пятки стропильных ног могут фиксироваться к мауэрлату или верхнему венцу жестко или при помощи специальных соединений, позволяющих совершать возвратно/поступательные движения во время усадки и изменения линейных параметров деревянного дома.

Прогоны

Служат точкой упора длинных стропильных ног, не позволяют стропильной системе прогибаться под воздействием различных усилий. Очень часто применяются в мансардных крышах, за счет них удается существенно увеличить высоту жилых помещений.

Прогоны изготавливаются из бруса, вертикальные ноги упираются о несущие конструкции дома. В зависимости от места монтажа могут быть боковыми или коньковыми.

Прогон — деревянный брус, с назначением поддерживать стропила (не дать им прогнуться)

Затяжки

Специальные балки, устанавливается специально для упора стропильных ног в случае отсутствия мауэрлата. Затяжки одновременно служат потолочными балками перекрытия. Изготавливаются из бруса 100×100 мм или досок 50×100 мм. Снимают распирающие нагрузки со стен деревянного дома, рекомендуются к использованию во время капитального ремонта старых строений. Затяжки значительно повышают устойчивость конструкции крыши, к ним могут дополнительно фиксироваться нижние части вертикальных опор.

Монтируются в вертикальном положении, принимают на себя изгибающие нагрузки на стропила. Количество и расстояние между стойками рассчитывается индивидуально для каждой конструкции крыши. Элементы изготавливаются из бруса 100×100 мм, в верхней части делается косой запил с таким расчетом, чтобы упор был по всей поверхности. Для исключения скольжения применяются специальные методы фиксации или набиваются упорные доски.

Могут работать самостоятельно или в паре со стойками, упираются о стропильные ноги под прямым углом. Целесообразность установки подкосов определяет опытный кровельщик. Если планируется использовать чердачные помещения под мансарду, то подкосы не делаются – они значительно уменьшают свободное пространство. Удерживают относительно небольшие нагрузки, могут изготавливаться из таких же досок, как и стропильные ноги.

Растяжки

Соединяют две стропильные ноги в единую ферму, противодействуют распирающим усилиям. Растяжки работают на растяжение, что позволяет применять для них тонкие доски. Дело в том, что доски на растяжение работают значительно лучше, чем на сжатие.

Лежень

Продольная балка посредине коробки деревянного дома. Рекомендуется устанавливать в тех случаях, когда конструкция стропильной системы требует прогона под коньком. Элемент может быть цельным или наращенным, материал изготовления – брус 100×100 мм. Лежень обязательно должен располагаться над несущими перегородками деревянного дома, об него упираются нижние части вертикальных стоек конькового прогона.

Обрешетка

Тип зависит от кровельных материалов. Под мягкие покрытия деревянных домов делается только сплошная обрешетка из плит ОСП или клееной фанеры, есть варианты изготовления сплошной обрешетки их обрезных досок. Но они применяются очень редко – дорого, долго и сложно.

Под металлические или штучные кровельные материалы обрешетка делается из необрезных или обрезных досок и реек. Шаг обрешетки подбирается с учетом технических параметров покрытий.

Контробрешетка

Этот элемент конструкции стропильной системы устанавливается только для теплых крыш с утеплителем из минеральной ваты. Задача контробрешетки – обеспечивать эффективную естественную вентиляцию подкровельного пространства.

Минеральная вата очень негативно относится к увеличению показателей относительной влажности, показатели ее теплопроводности увеличиваются в разы, эффективность утепления существенно понижается. Кроме того, длительный контакт влажной минваты с деревянными конструкциями стропильной системы становится причиной появления гнилостных процессов со всеми негативными последствиями. Никакие самые современные парозащитные барьеры не могут полностью исключить проникновение пара в вату. Для удаления требуется вентиляция, но не накрывать утеплитель нельзя, холодный ветер выдувает теплый воздух, что также понижает показатели теплосбережения. Для решения проблемы используется специальная ветрозащита, позволяющая испаряться влаге и защищать минвату от ветра. Влага должна постоянно удаляться, для этого и делается контробрешетка. Между ветрозащитой и кровельными материалами есть продухи, процесс естественной вентиляции эффективно удаляет испарившуюся из минеральной ваты влагу.

Применяются для экономного увеличения длины стропильных ног. К толстым доскам прибиваются тонкие, они не несут значительных нагрузок. За счет удлинения стропилин удается увеличить защиту фасадных стен деревянного дома, отрегулировать параметры карнизного свеса.

Наслонные и висячие крыши деревянных домов

Используются только для небольших домов. Особенность таких конструкций – стропильные ноги упираются только о верхний венец или мауэрлат, а в коньке между собой. Дело в том, что дом не имеет внутренних несущих стен, позволяющих устанавливать надежные вертикальные упоры или горизонтальные прогоны. Для недопущения распирания стропилины фиксируются стяжками.

В некоторых случаях в качестве упора могут служить балки потолочного перекрытия. Но так поступать следует очень осторожно и только в том случае, когда прочность балок позволяет выдерживать дополнительные нагрузки.

Схема — стропила со скользящей опорой и пропилами

Практический совет. Если возникает крайняя необходимость делать вертикальные опоры на затяжках, то изготавливать их надо из нескольких скрепленных между собой тонких досок, установленных на ребро. Такие конструкции имеют существенно большее сопротивление на изгиб, чем брус такой же ширины.

Монтируются на больших строениях, дополнительная жесткость стропильной системы обеспечивается за счет подкосов или горизонтальных прогонов, установленных на лежне.

Соединительные элементы для стропильных систем

Раньше конструкции собирались на обыкновенных гвоздях и скобах, отдельные элементы соединялись в запил. Это довольно трудоемкие работы, требуют практических навыков. В настоящее время редко можно встретить мастеров, использующих старые технологии, промышленность выпускает большой выбор металлических креплений, упрощающих и облегчающих процесс строительства крыши.

Наименование соединительного элемента Назначение
Держатель стропильной ноги Предназначен для крепления стропильной ноги к верхнему венцу или мауэрлату. В зависимости от особенностей конструкции обеспечивает жесткое или плавающее соединение. Плавающее соединение позволяет стропильным ногам во время усадки дома скользить, при этом не появляются непредусмотренные напряжения в узлах стропильной системы, она сохраняет все свои первоначальные параметры. Жесткий держатель стропильной ноги используется в тех случаях, когда вероятность усадки деревянного дома минимальная.
Опора бруса Элемент дает возможность соединять два бруса под прямым углом, при этом нет надобности делать соединение в полдерева. Надо помнить, что все соединения такого типа заметно уменьшают несущие способности элементов. Чем больше их запиливать, тем тоньше становится балка или доска, соответственно, отрезанная часть не работает.
Крепежные уголки Могут быть равносторонними и разносторонними, обыкновенными и усиленными. Наиболее часто используемые крепежные элементы, универсального назначения. Могут применяться как самостоятельные элементы или в дополнение к другим методам фиксации.
Угловой соединитель Фиксирует положение двух примыкающих плоскостей конструкции, работает на разрыв.

Кроме этих стандартных соединительных элементов, могут применяться шпильки для соединения верхней части стропильных ног. Такое соединение имеет одну степень свободы, что позволяет компенсировать колебания размеров деревянного дома.

Практический совет. Если правильно соединять несущие конструкции крыши, то обыкновенные гвозди по надежности ничем не уступают современным элементам. Кроме того, вбить несколько гвоздей намного проще и быстрее, чем вкручивать в каждую балку или доску по 5–8 саморезов.

И еще один нюанс. Количество саморезов должно быть в разумных пределах. Если их очень много, то прочность пиломатериалом заметно уменьшится, они могут расколоться даже при относительно небольших усилиях.

Каждый деревянный сруб может иметь свои проблемы, дадим несколько советов по их устранению.

Как выровнять плоскость стропильных ног по неровному венцу сруба

Такие ситуации возникают при строительстве дома из обыкновенного, а не оцилиндрованного бревна. Обыкновенное бревно имеет различные диаметры по длине, что не позволяет сделать идеально горизонтальной плоскость верхнего венца. А все стропильные ноги должны лежать строго в одной плоскости, это аксиома строительства любой крыши. Выравнивание положения нужно делать в такой последовательности:


Для того чтобы можно было быстрее измерять глубину прорезания цепной пилы, сделайте на шине метки через каждый сантиметр. Это позволит контролировать работы одновременно с пропиливанием, а не вынимать каждый раз пилу для проведения замеров.

Как исправить фронтон

Исправлять его приходится после нерадивых строителей сруба. Если они элемент не закрепили должным образом, то со временем он обязательно наклонится в ту или иную сторону. Делать на таком доме стропильную систему нельзя, брак надо исправлять.

  1. Прибейте укосину поверх установленных стропил, она должна держать вместе не менее 4–5 элементов стропильной системы. Это нужно для обеспечения необходимой жесткости.
  2. Удалите укосину, которая ранее фиксировала положение фронтона.
  3. Наживите толстую доску с обратной стороны фронтона и большими струбцинами прижимайте ее к стропильной ноге.

Работайте осторожно, периодически обухом топора или кувалдой постукивайте по брусьям фронтона, так они легче будут ложиться на свое место. Имея практический опыт, можно полностью выровнять фронтоны.

Видео – Выравнивание стропил

Для изготовления стропил в индивидуальном строительстве обычно используют деревянные материалы: доски, брус, бревна. Несмотря на относительную дешевизну, деревянные стропила для крыши обладают достаточной прочностью, чтобы выдержать все кровельные нагрузки и служить верой и правдой долгие годы.

Другие возможные материалы для стропильных систем – металл и железобетон – для частного строительства применять нецелесообразно, ввиду их тяжелого веса, сложного монтажа и высокой стоимости.

Стропильная система обязана быть прочной, но не тяжелой. Конечно, для несущей основы кровли крупных промышленных зданий и многоэтажек, приходиться использовать металл или железобетон. А для обычных частных домов – это ненужное излишество. Стропила в этом случае делают деревянными – из досок, бруса (обычного или клееного), бревен.


Бревна используются редко, исключительно для срубов. Этот материал слишком увесистый, требующий от плотника высокого профессионализма и способности выполнять сложные врубки в местах креплений.

Брус – самый лучший вариант, из которого можно смонтировать прочные и долговечные стропила. Единственный недостаток бруса – высокая цена.

В качестве замены брусу часто используют более дешевые доски, толщиной минимум 40-60 мм. В список их преимуществ также можно включить небольшой вес, удобство в монтаже и высокий запас прочности.

К выбранному пиломатериалу предъявляют следующие требования:

  • Минимально допустимые сорта древесины – 1-3. Наличие сучков допускается в небольшом количестве (лучше обойтись вообще без них!), не более трех сучков, высотой до 3 см, на 3 м.п. Трещины также допустимы, но они не должны пронизывать древесину насквозь, их длина не может превышать половину длины материала.
  • Допускается использовать высушенную древесину с влажностью до 18-22%. Если эти показатели будут выше, стропила, по мере высыхания, могут потрескаться или выгнуться и потерять свою форму.
  • Несущие части стропильной системы выполняют из материала, толщиной от 5 см, шириной от 10-15 см.
  • Длина элементов из хвойных пород – до 6,5 м, а из твердых лиственных – до 4,5 м.
  • Все деревянные части стропил, до начала эксплуатации, должны быть обработаны защитными составами, предотвращающими их гниение, возгорание и повреждение насекомыми-древоточцами.

Основные части деревянной стропильной системы

Основной составляющей единицей деревянной стропильной системы является ферма – плоская треугольная конструкция. Стороны «треугольника» образуют стропильные ноги, соединенные сверху под углом. Для соединения стропил по горизонтали используются затяжки, ригели, схватки.

Стропильную систему составляют из нескольких ферм, выставленных на мауэрлат, и скрепленных между собой прогонами.

Чтобы лучше понять специфику фермы, определимся с ее элементами. Их состав и количество в одной конструкции зависит от типа крыши, ее габаритов и вида примененных стропил.

Итак, составные части могут быть такими:

  • Стропильная нога – это непосредственно сами стропила, на которые набивают обрешетку и укладывают кровельный материал. Ферма состоит из двух стропилин (балок), соединенных сверху в коньке в виде треугольника. Угол их наклона равен углу наклона кровельных скатов.
  • Затяжка – перекладина, скрепляющая стропильные ноги по горизонтали и не позволяющая им при нагрузке разъехаться в разные стороны. Используется в системе висячих стропил.
  • Ригель – балка, похожая на затяжку, но работающая по иному принципу. В системе она сжимается, а не растягивается. Скрепляет стропильные балки в их верхней части.
  • Схватка – также горизонтальная перекладина, соединяющая стропильные балки и повышающая устойчивость фермы. Используется в системе наслонных стропил.
  • Стойка – горизонтальная балка, служащая дополнительным упором для фиксации стропильных ног.
  • Подкос – элемент, монтируемый под углом к горизонтали, дающий стропилам дополнительную устойчивость.
  • Кобылки – применяются для удлинения стропильных ног при необходимости создания свесов.

Также в стропильную систему можно отнести детали, не относящиеся непосредственно к фермам, но использующиеся для их монтажа и сборки. Они такие:

  • Прогон – балка, идущая вдоль скатов, соединяющая стропильные ноги ферм. Частный случай – коньковый прогон, который устанавливают вдоль скатов кровли в ее наивысшей точке (коньке).
  • Обрешетка – состоит из брусьев или досок, набиваемых на стропильные ноги сверху вдоль скатов крыши. На обрешетку монтируют кровельный материал.
  • Мауэрлат – брус или доски, укладываемые по периметру наружных (капитальных) стен здания. Наличие мауэрлата предусмотрено для закрепления на нем нижних концов стропилин.
  • Лежень – элемент, похожий на мауэрлат, но укладываемый вдоль внутренней стены здания. На лежне закрепляют вертикальные стойки.

Типы стропильных систем

Из дерева можно собрать множество вариантов ферм и, соответственно, стропильных систем. Но всех их можно разделить на два типа: висячие и наслонные.

Висячие стропильные системы

Применяются для помещений без внутренних стен. Фермы, составленные из стропил, опираются исключительно на наружные стены, необходимости в дополнительной опоре нет. То есть висячими стропилами перекрывают один пролет, шириной 6-14 м.


Обязательной частью висячих ферм, кроме стропильных ног, соединенных вверху под углом, является затяжка – горизонтальная, соединяющая стропила балка. Затяжка становится основой «треугольника» фермы. В большинстве случаев она располагается снизу конструкции, соединяя нижние концы парных стропил. Но также используются схемы с приподнятой затяжкой. А также с ее видоизмененным вариантом – ригелем, который выглядит как приподнятая затяжка, но работает на сжатие, а не на растяжение, как истинная затяжка.

От наличия затяжки и ее расположения в ферме зависит необходимость использования мауэрлата. Если затяжка располагается у основания стропильных ног, то мауэрлат не нужен. При монтаже ферму опирают на наружные стены через имеющуюся затяжку, которая одновременно становится балкой перекрытия. Если же затяжка приподнята кверху или же вместо нее используется ригель, то в схему обязательно включается мауэрлат, как основа для крепления стропилин на верхних краях стен.

В качестве дополнительных элементов в висячей системе применяют бабки и подкосы. Они служат для упрочнения фермы, при перекрытии широких пролетов.

Бабка по своему виду напоминает вертикальную стойку, идущую от центра затяжки до верхней точки фермы (коньковой части). На самом деле бабка – это подвес, функция которого заключается в поддержке слишком длинной затяжки (более 6 м) и исключении ее прогиба.

В тандеме с бабкой, при еще большем увеличении длины затяжки, используют подкосы – диагональные балки. Их упирают одним концом в стропильную ногу, другим – в бабку. В одной ферме применяют два подкоса, с обеих сторон от бабки.

В дачных и небольших частных домах висячие стропила из дерева хороши тем, что позволяют устраивать просторные мансардные помещения без перегородок внутри. Конечно, речь идет о схемах, где отсутствуют подкосы и бабки. Их наличие возлагает на застройщика необходимость делить мансарду минимум на две комнаты.

Наслонные стропильные системы

Наслонная конструкция деревянных стропил применяется для помещений с внутренними капитальными стенами, которые служат дополнительной опорой для системы. При этом расстояние между наружными стенами (общий перекрываемый пролет) может быть в пределах 6-15 м.

Наслонные фермы, в обязательном порядке, состоят из стропильных ног, опираемых на наружные стены, и вертикальной стоки, опираемой на внутреннюю стену. При наличии двух внутренних стен в схеме может быть использованы две стойки.

В отличие от висячей, в наслонной системе обязательно присутствует мауэрлат, к которому крепятся стропильные ноги. Стойки врезаются в некое подобие мауэрлата – лежень. Это брус, укладываемый по верху внутренней опорной стены.

При пролете 6 м и менее используется простейшая наслонная ферма, состоящая из двух парных стропильных ног и стойки. Устройство деревянных стропил при увеличении пролета требует внесения в схему дополнительных деталей, таких как схватки и подкосы (подстропильные ноги).

Схватки похожи на затяжки в висячих системах, но они всегда располагаются выше основания стропильных ног. Основное назначение схватки – повышение устойчивости системы.


Для устойчивости предназначены и подкосы, которые также называются подстропильными ногами. Подкос поддерживает стропильную ногу, то есть, по сути, становится для нее дополнительной (третьей по счету, после мауэрлата и конькового прогона) опорой.

Наслонные деревянные стропила являются наиболее распространенными для частных жилых домов, коттеджей. Как правило, такие постройки имеют одну или несколько внутренних капитальных стен-перегородок, которые могут стать опорой и дополнительной поддержкой для прочной стропильной системы.

Способы креплений стропил на мауэрлате

Узел крепления стропил к мауэрлату – один из наиболее важных, от правильности его выполнения зависит функциональность стропильной системы, ее способность воспринимать нагрузки.

Всего существует два типа подобных креплений: жесткое и скользящее. Выбор одного из них зависит от схемы стропильной конструкции. Замена жесткого крепления на скользящее или наоборот, а также недостаточное обеспечение необходимой степени сдвига стропильной ноги приведет к тому, что схема «поломается» и не будет работать.


Жесткое крепление обеспечивает прочное, неподвижное сочленение стропилины с мауэрлатом. Сдвиг не допускается, однако возможен поворот стропилины в шарнире. Организовывают такое крепление двумя основными способами:

  • путем врубки стропильной балки в мауэрлат и дальнейшей фиксации узла уголками, скобами, гвоздями;
  • с помощью уголков из металла и опорного бруска.

Скользящее крепление (или как его называют кровельщики – «скользячка») несколько иного вида и функциональности. Оно позволяет стропильной ноге сдвигаться относительно опоры. Конечно, этот сдвиг не будет заметен глазу, но позволит стропильной системе не деформироваться при естественной усадке стен дома. Скользящее крепление особенно необходимо при строительстве деревянных срубов. Также оно реализуется при строительстве домов любого другого типа, если того требует схема и выполненный расчет деревянных стропил.

Чтобы обеспечить стропильной ноге небольшой запас хода относительно мауэрлата используются особые крепежные элементы – ползуны. Конструктивно они состоят из двух металлических элементов, первый из которых статичен, а второй – способен перемещаться относительно первого. Существует две разновидности скользящих креплений: открытого и закрытого типов.


Ползун открытого типа представляет собой сборную конструкцию, состоящую из двух отдельных частей: статичной планки-направляющей и уголка с загибом сверху. Направляющая продевается в загиб уголка и фиксируется на стропильной ноге, уголок крепится на мауэрлате. При изменении геометрических размеров постройки, направляющая может сдвигаться относительно жестко зафиксированного уголка на 60-160 мм.

Скользящее крепление закрытого типа по своему свойству точно такая же. Немного меняется конструкция, она уже не разборная, а цельная. Уголок, который крепится к мауэрлату, имеет в центральной части петлю. В нее вставлена направляющая, которая, в свою очередь, крепится к стропильной ноге.

Что собой представляют оба варианта креплений (скользящее и жесткое) показано в видео-ролике:

Другой важнейший узел стропильной фермы – узел крепления стропил в коньковой части. В частном домостроительстве для этих целей чаще всего применяют следующие варианты креплений:

  • внахлест;
  • встык;
  • с помощью врубки вполдерева.

Крепление внахлест считается самым простым вариантом. Верхние края парных стропилин просто-напросто накладывают друг на друга. Затем в обоих торцах выполняют отверстие и фиксируют соединение шпилькой или болтом с гайкой.

Для соединения встык верхние торцы стропильных ног спиливают под углом для того, чтобы появилась возможность совместить спиленные поверхности. Крепление выполняется с помощью гвоздей, которые забивают в торец коньковой части через обе стропильные ноги. Чтобы дополнительно зафиксировать гвоздевое соединение, используют деревянные горизонтальные накладки или металлические пластины, которые накладывают поверх соединения с двух сторон фермы.

Соединение вполдерева предусматривает предварительное выпиливание на верхних концах стропилин выемок на половину толщины бруса. Это позволяет совместить стропилины в коньке, как детали конструктора, не увеличивая при этом толщину конькового узла (как происходит при соединении внахлест). После совмещения деталей, их фиксируют гвоздями, болтами или нагелями.

Кроме описанных способов существуют и другие, менее распространенные. Например, соединение «шип-паз». Оно не является популярным, так как требует большого профессионализма от плотника. Суть крепления в том, что в одной стропилине выполняется углубление-паз, а на другой вырезается шип. Шип и паз совмещают и скрепляют гвоздевым боем или нагелем.

Одно из возможных соединений стропилин в коньке (встык, через коньковый прогон) рассматривается в видео:

Достоинства и недостатки деревянных стропил

Впрочем, никаких особенных сложностей работа с деревом и монтаж деревянных стропил не представляет. Кроме этого есть и другие преимущества использования дерева, как материала для стропил:

  • невысокая стоимость древесины;
  • повсеместная доступность;
  • сравнительно небольшой вес, упрощающий монтаж;
  • нет необходимости в привлечении тяжелой строительной техники;
  • универсальность, возможность применения на зданиях из любого материала, причем, независимо от несущей способности фундамента.

Недостатки выбора деревянных стропил незначительны, но их тоже необходимо знать «в лицо» перед началом строительства:

  • необходимость в обработке защитными средствами, предотвращающими возгорание и гниение дерева, а также снижающих его «привлекательность» для различных насекомых-вредителей;
  • применение деревянных стропил возможно только на пролетах до 14-17 м, для более широких пролетов рекомендовано использовать металл или железобетон;
  • несколько сниженный срок эксплуатации, по сравнению с металлическими или железобетонными фермами.

Таким образом, все недостатки являются, скорее, особенностями, чем реальными негативными сторонами. Этим и объясняется столь широкое распространение деревянных стропил в частном домостроительстве.

Прогон в строительстве - это способ усиления конструкции с минимальными затратами времени и средств. Я расскажу о видах изделий, используемых при укреплении кровельных систем. На основании моих рекомендаций вы сможете подобрать лучшее решение для своего дома.

Разберемся, что такое прогон. В строительстве эти элементы играют роль ребер жесткости, не давая стропилам прогнуться и повышая прочность конструкции. Продольные опоры обязательны в крышах большой длины и с большой массой.

Если посмотреть толковый словарь, то там прогон определен как опорная балка в сооружениях. То есть он может использоваться как на кровлях, так и при сооружении перегородок.

Он может быть трех типов:

  1. Бетонный;
  2. Металлический ;
  3. Деревянный .

Разберем каждый из вариантов отдельно.

Тип 1: бетонные изделия

Изготавливаются из бетона и усиливаются железобетонным каркасом. Можно выделить такие виды изделий:

Иллюстрация Описание

Прямоугольный прогон . Имеет квадратное или прямоугольное сечение. По краям могут присутствовать выемки для упрощения процесса монтажа.

Основные параметры таковы:

  • Высота до 50 см;
  • Ширина до 40 см;
  • Длина от 278 см.

В зависимости от размеров варьируется и вес, он может составлять от 150 кг до полутора тонн.

Прогон с полкой . Этот вариант имеет специальный выступ, на который могут опираться другие элементы конструкции. Монтаж подобных опор удобнее, но они подходят только там, где нужен упор только с одной стороны.

Прогон таврового сечения . Самый популярный вариант ввиду высокой прочности и удобства монтажа. Этот вариант хорошо подходит несущим конструкциям перегородок и железобетонных кровель в ангарах.

Такие элементы нечасто используются в частном строительстве из-за того, что для монтажа требуется наличие грузоподъемной техники. Зато цена этого варианта невысока.

Тип 2: металлические изделия

Этот тип изделий имеет такие преимущества:

  • Высокая прочность . Сталь намного надежнее бетона и дерева, поэтому с ее помощью можно усилить сооружение очень эффективно. Важно, чтобы поверхность была покрыта антикоррозионным составом, иначе со временем прочность может снизиться;

  • Небольшая масса . Если сравнивать соотношение веса и надежности, то этот вариант выигрывает у любого аналога. Поэтому такие конструкции очень хорошо подходят там, где важно ограничить нагрузку на строение и при этом обеспечить прочность;
  • Простота монтажа . В металлических элементах делаются проушины или сверлятся отверстия, через которые их очень легко зафиксировать на любых поверхностях. Главное - подобрать надежный крепеж.

Прогоны можно изготовить и самостоятельно, если у вас есть необходимые материалы и сварочный аппарат для соединения элементов.

Прогон из металла может быть следующих видов:

Иллюстрация Описание

Сплошной прогон . Самый прочный и надежный вариант, для которого используется швеллер или двутавр. Вам нужно просто разрезать элементы на куски требуемого размера и покрыть их антикоррозионным покрытием.

Затем в нужных местах сверлятся отверстия и можно проводить монтаж. Металлические балки - это самый прочный вариант.

Гнутые элементы . Этот тип изделий изготавливается из оцинкованного профиля путем выгибания на специальных станках. Полученный профиль универсален, он может применяться и как прогон, и как ригель. Его основное преимущество - небольшой вес, благодаря этому элементы можно крепить и своими руками.

Изготавливаются и элементы крепления, и соединители (показаны на фото), они еще больше упрощают рабочий процесс.

Решетчатый прогон . Этот вариант сваривается из профильной трубы или уголка. Между верхней и нижней перекладиной размещаются перемычки и раскосы, придающие надежность конструкции. При небольшом весе получается очень прочный узел, который может иметь длину 10 и более метров.

Металлические изделия можно использовать и в деревянных конструкциях. Они удобны тем, что с помощью уголков на них можно быстро зафиксировать деревянные стропила.

Тип 3: деревянные изделия

Самый распространенный вариант ввиду следующих преимуществ:

  • Доступность . Для использования в качестве опор подходит брус или доска, которую можно купить во всех строительных магазинах. Главное - подобрать элементы нужного сечения, чтобы обеспечить необходимую надежность;
  • Простота монтажа . Элементы закрепляются саморезами, специальными шурупами, резьбовыми шпильками или специальными скобами. Особых требований к типу крепежа нет, главное - обеспечить надежное соединение, способное выдержать высокие ветровые нагрузки и вес конструкции;

  • Выбор вариантов . Если бетонный прогон имеет четкие параметры, то деревянный подбирается по ситуации. Вы можете использовать как одинарный элемент, так и скрепить несколько досок или брусков.

Инструкция по проведению монтажа проста:

  • Боковой прогон проще всего крепить уголками . В качестве опоры могут использоваться деревянные балки, а можно закрепить между стропилами ригель, который будет фиксировать элемент;

  • Коньковая опора крепится между стропилами . Для этих целей можно использовать доску толщиной 50 мм или брус. Чтобы усилить конек между стропильными элементами, с обеих сторон дополнительно прибиваются доски так, как показано на фото ниже;

  • Если используются гнутоклееные конструкции, то продольные опоры служат как несущая часть крыши . Они крепятся с верхней стороны, и на них укладывается кровельное покрытие.

Вывод

Вы узнали, каких типов бывает прогон, и сможете без труда выбрать лучший вариант для своей кровли. Видео в этой статье поможет разобраться в теме еще лучше, при возникновении вопросов задавайте их в комментариях.

Полина Дедюхова, ИжГТУ

2-х шарнирная рама с ригелем в виде клеефанерной балки

1. Исходные данные

L=15 м – ширина пролета;

Н=4 м – высота стойки;

В= 3,4 м – шаг рамы;

количество шагов – 10;

район строительства – г. Ижевск;

расчетное значение веса снегового покрова S g =2,4кПа (III);

нормативное значение ветрового давления w 0 =0,23кПа (I);

характер теплового режима – теплый;

кровля по прогонам;

вид кровли – рубероидная кровля;

α=4,29 0 .


Рис. 1. Схема рамы

На рисунке 1 изображена схема рамы.

На левой стороне клеефанерной балки распологаются прогоны – снизу и сверху изображен сплошной деревянный настил, выбор которого основан на использовании в качестве кровли рубероида, поэтому для обеспечения наибольшей прочности был выбран сплошной деревянный настил.

На правой стороне схемы показан утеплитель, который укладывается между деревянным настилом и прогонами. Поскольку режим помещения где используется клеефанерная балка –теплый, то необходимо обеспечить поддержание положительной температуры в холодное время года.Для этого был выбран утеплитель толщиной 150 мм фирмы ISOVER . Этот материал имеет высокие теплоизоляционные показатели, выдерживает температурные расширения, обладает низкой горючестью и низким влагопоглощением.
Укладывать теплоизоляционные плиты необходимо в несколько слоев с разбежкой швов. Это гарантирует надежную защиту от появления «мостиков холода», которые являются причиной значительных теплопотерь.

С внешней стороны кровли необходимо уложить гидро- ветрозащитную мембрану (с установкой внахлест). Рекомендуемая величина воздушного зазора между мембраной и кровельным покрытием — 50 мм. Все стыки мембраны необходимо проклеить водонепроницаемой монтажной лентой.

С внутренней стороны кровли необходимо обеспечить наличие пароизоляционного слоя. Для этого используют мембраны ISOVER VARIO.

При устройстве парозащитного барьера необходимо сохранять целостность мембраны, устанавливать ее внахлест, а стыки проклеивать паронепроницаемой монтажной лентой.

2. Расчет неразрезного прогона (спаренный многопролетный)

Обычно деревянные прогоны делают из брусьев прямоугольного сечения или из кругляка, отёсанного на два канта. Прогоны могут проектироваться однопролётными и многопролётными. Однопролётные прогоны, перекрывающие независимо каждый пролёт между фермами, применяются для пролетов от 2,5 до 6,5 м и должны иметь высоту в 1/20 — 1/30 пролёта. Однопролётные прогоны просты в монтаже, но имеют два основных недостатка: 1) при пролётах свыше 4 м они требуют значительного расхода древесины и 2) стык прогонов над фермами несколько затрудняет присоединение прогонов к фермам. Поэтому деревянные прогоны чаще проектируют в виде многопролётных шарнирных балок, стыки которых (шарниры) располагают не над фермами, а в пролётах на расстоянии 0,15 — 0,21 L от опор. При расстоянии между фермами в 3,0 — 5,0 м шарниры располагают через пролёт попарно в пролёте на расстоянии 0,15 L от опор.

В таких балках при равномерно распределённой нагрузке изгибающие моменты во всех пролетах как на опорах, так и в пролётах получаются равными и каждый составляет 50% от момента однопролетной балки, что позволяет соответственно уменьшить сечение. Высоту таких пророков делают в 1/20 пролёта .

Принимаем неразрезные прогоны, т.к. они более экономичны по расходу древесины. Расчет спаренного прогона производится по схеме многопролетной неразрезной балки на нормальную составляющую нагрузки. Максимальные изгибающие моменты возникают в прогоне над опорами.

Рис.2 Схема прогона

Рассчитаем многопролетный спаренный дощатый прогон с пролетами, равными шагу балок l=3,4м. Прогоны устанавливаются с шагом 1500 мм на верхние пояса рамы, имеющие уклон i=1:10 (a =4,29 sina =0.099 cosa =0.995).

Снеговая нагрузка для климатического района г. Ижевска принимается равной 2,4 кПа=2400 Н/м 2 .

Расчетная схема прогона – многопролетная неразрезная балка с равными пролетами l=3,4 м.

Рис. 3 Сбор нагрузок на прогон

№ п.п.

Вид нагрузки

g(n), кН/м

γ(f)

g, кН/м

Рубероидная кровля (3 слоя)

1,95

Фанера

0,24

0,288

Утеплитель ISOVER

0,18

0,216

Обрешетка

0,14

0,154

Итого

2,06

2,608

Снеговая

1,68

Итого

3,74

5,008

Действующие составляющие нагрузки:

;

;

.

Подбор сечения по прочности

Максимальные изгибающие моменты возникают в прогоне над опорами. Изгибающий момент на промежуточных опорах определяется по формуле:

.

Расчетное сопротивление изгибу (сосна 2 сорта):

.

Геометрические характеристики поперечного сечения прогона:

Требуемый момент сопротивления сечения:

.

Задаемся шириной сечения доски:

.

Ширина сечения в средних пролетах, состоящего из двух досок:

.

Требуемая высота сечения:

.

Принимаем сечение:

.

Расчетный момент сопротивления сечения (с учетом острожки):

.

Нормальное напряжение в расчетном сечении прогона:


Первые пролеты прогона усилены третьей доской без расчета

Проверка прогиба прогона в первом пролете

Момент инерции расчетного сечения:


Относительный прогиб:

Условие выполняется – прогиб в пределах нормы.

Расчет стыка прогона на гвоздях


Рис. 4. Стык прогона

Расстояние стыков от опор:

.

Принимаем гвозди диаметром 5 мм, длиной 100 мм

Расстояние от стыка до ближайшего ряда гвоздей:

Где

– толщина сплачиваемого элемента;

— диаметр гвоздя.

Принимаем:

.

Расстояние ближайших гвоздей от опор:

.

Поперечная сила в стыкуемой доске:


Несущая способность гвоздя в несимметричном односрезном соединении при диаметре гвоздя 0,005 м, а=с=0,047 м:

.

Требуемое число гвоздей в конце каждой доски:


Принимаем 6 гвоздей.

Расстояние по вертикали между гвоздями:

.

Расстояние по вертикали от края доски до ближайшего гвоздя:

.

Расчет крепления прогона бобышками

Скатная составляющая опорных реакций:


Так как гвозди принимаем такие же как в стыках

Принимаем 4 гвоздя.

Рабочая площадь бобышки:

3. Расчет двухшарнирной рамы

;

;

Где

– вес снегового покрова на 1 м 2 горизонтальной поверхности;

– коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие;

.

Определяем собственный вес балки:

;

;

.


Рис. 5. Схема нагружения рамы . 3.1 Определение геометрических характеристик балки


Рис.6 Схема балки

Нагрузки: g=4,98 кН/м, g n =3,72 кН/м.

Материалы: для поясов — сосновые доски сечением 144 ´ 33 мм (после калибровки и фрезерования пиломатериала с сечением 150 ´ 40 мм) с пропилами.

В растянутых поясах используется древесина 2-го сорта, в сжатых — 3-го сорта. Для стенок используется фанера клееная, березовая, марки ФСФ В/ВВ толщиной 12 мм. Доски поясов стыкуются по длине на зубчатый шип, фанерные стенки — «на ус».

Высоту поперечного сечения балки в середине пролета принимаем

h = l /8 = 15/8 = 1,875 м. Высоту опорного сечения,

h 0 = h — 0,5li = 1,875 — 0,5 × 15 × 0,1 = 1,125 м.

Ширина балки b = Σδ д + Σδ ф = 4 × 3,3 + 2 × 1,2 = 15,6 см.

По длине балки укладывается 13 листов фанеры с расстоянием между осями стыков

l ф — 10δ ф = 152 — 1,2 × 10 = 140 см.

Расстояние между центрами поясов в опорном сечении.

h ‘ 0 = h 0 — h н = 1,125 — 0,144 = 0,981 м; 0,5 h ‘ 0 = 0,49 м.

Расчетное сечение располагается на расстоянии x от оси опорной площадки

x = = 15 = 6,45 м,

где γ = h ‘ 0 /( li ) = 0,981(15 × 0,1) = 1.47

Вычисляем параметры расчетного сечения: высота балки

h x = h 0 + ix = 1,125 + 0,1 × 6,45 = 1,77 м;

расстояние между центрами поясов

h ‘ x = 1,77 — 0,144 = 1,626 м; 0,5 h ‘ x = 0,813 м;

высота стенки в свету между поясами

h x ст = 1,626 — 0,144 = 1,482 м; 0,5 h x ст = 0,741 м.

Изгибающий момент в расчетном сечении

M x = qx (l — x ) /2 = 4,98 × 6,45(15 – 6,45)/2 =137,3 кН × м;

требуемый момент сопротивления (приведенный к древесине)

W пр = M x γ n / R р = 137,3 × 10 6 × 0,95/9 = 14,5 × 10 6 мм 3 ;

соответствующий ему момент инерции

I пр = W пр h x /2 = 14,5 × 10 6 × 1770/2 = 128,32 × 10 8 мм 4 .

Задаемся двутавровой коробчатой формой поперечного сечения (см. рис. 7).

Фактические момент инерции и момент сопротивления сечения, приведенные к древесине, равны

I пр = I д + I ф E ф K ф / E д = 2[(132 × 144 3 /12) + 132 × 144 × 813 2 ] + 2 × 12 × 1770 3 × 0,9 × 1,2/12 = 371,7 × 10 8 > 128,32 × 10 8 мм 4 ;

W пр = I пр × 2/ h x = 2 × 371,7 × 10 8 /1770 = 42 × 10 6 > 14,5 × 10 6 мм 3 ,

Здесь K ф = 1,2 — коэффициент, учитывающий повышение модуля упругости фанеры при изгибе в плоскости листа.

Проверяем растягивающие напряжения в фанерной стенке

σ фр = M x E ф K ф ( W пр E д) = 137,3 × 10 6 × 0,9 × 1,2\(42× 10 6) = 3,5 < R фр m ф /γ n = 14 × 0,8/0,95 = 11,8 МПа.

Здесь m ф = 0,8 — коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры, стыкованной «на ус», при работе ее на изгиб в плоскости листа. Принимая раскрепление сжатого пояса прогонами или ребрами плит через 1,5 м, определяем его гибкость из плоскости балки

λ y = l р (0,29 b ) = 187\(0,29 × 15,6) = 41,3 < 70 и, следовательно,

φ y = 1 — a (λ /100) 2 = 1 — 0,8(4,13/100) 2 = 0,99, а напряжения сжатия в поясе

σ с = M x / W пр = 137,3 × 10 6 \ 42 × 10 6 = 3,2 < φ y R с /γ n = 0,91 × 11 × 0,95 = 10,5 МПа.

Проверку фанерных стенок по главным напряжениям производим в зоне первого от опоры стыка на расстоянии x 1 = 0,925 м (см. рис. 7).

Для данного сечения

M = qx 1 (l — x 1)/ 2 = 4,98 × 1,150(15 – 1,150)/2 = 39,65 кН × м;

Q = q ( l /2 — x 1) = 4,98(15/2 – 1,150) = 31,6 кН;

h = 1,125 + 1,150 × 0,1 = 1,24 м;

h ст = 1,24 — 2 × 0,144 ≈ 0,952 м — высота стенки по внутренним кромкам поясов, откуда 0,5 h ст = 0,47 м.

Момент инерции данного сечения и статический момент на уровне внутренней кромки, приведенные к фанере:

I х1пр = 1240 3 *1,2*2\12+2*1000\(1,2*900)= 130,4 × 10 8 мм 4 ;

S х1 пр = 144*156*470*1000\(1,2*900)+2*1,2*144*470=9,6 × 10 6 мм 3 .

Нормальные и касательные напряжения, в фанерной стенке на уровне внутренней кромки растянутого пояса

σ ст = M × 0,5 h ст / I пр = 39,65 × 10 6 × 476/130,4 × 10 8 = 1,4 МПа;

τ ст = QS пр /( I пр Σδ ф) = 31,6 × 10 3 × 9,6 × 10 6 /(130,4 × 10 8 × 2 × 12) = 0,97 МПа.

Главные растягивающие напряжения по СНиП II-25-80 формула (45)

0 ,5σ ст + = 0,5 × 1,4 + = 2,36 < (R рфα / γ n ) m ф = (4,7/0,95) 0,8 = 4,1 МПа при угле

α = 0,5 arctg (2τ ст /σ ст) = 0,5 arctg (2 × 0,97/1,4) = 45°

по графику на рис. 17 (СНиП II-25-80, прил. 5).

Для проверки устойчивости фанерной стенки в опорной панели балки вычисляем необходимые геометрические характеристики: длина опорной панели a = 1,125 м (расстояние между ребрами в свету); расстояние расчетного сечения от оси опоры x 2 = 0,952 м; высота фанерной стенки в расчетном сечении

h ст = (1,125 + 0,952 × 0,1) — 2 × 0,144 ≈ 0,932м

h ст /δ ф = 932/12 = 77,6 > 50; γ = a / h ст = 1,125/0,932 ≈ 1,2м.

По графикам на рис. 18и 19 прил. 5 для фанеры ФСФ и γ = 2 находим K и = 18 и K τ = 3.

Момент инерции и статический момент для расчетного сечения x 2 , приведенные к фанере

I пр = 1200 3 *1,2*2\12+2*1000\1,2*900= 91 × 10 8 мм 4 ;

S пр = 155*144*466*1000\1,2*900= 9,3× 10 6 мм 3 .

Изгибающий момент и поперечная сила в этом сечении

M = qx 2 (l — x 2)/2 = 4,98 × 0.952(15 — 0,952)/2 = 33,3 кН × м;

Q = q ( l /2 — x ) = 4,98(15/2 — 0,925) = 32,7 кН.

Нормальные и касательные напряжения в фанерной стенке на уровне внутренней кромки поясов

σ ст = M 0,5 h ст / I пр = 33,3 × 10 6 × 0,5 × 1200/91 × 10 8 = 2,1 МПа;

τ ст = QS пр /( I пр Σδ ф) = 32,7 × 10 3 × 9,3 × 10 6 /(91 × 10 8 × 2 × 10 12) = 1,7 МПа.

По СНиП II-25-80 формула (48) проверяем выполнение условия устойчивости фанерной стенки:

а) в опорной панели

σ ст /[ K и (100δ/ h ст) 2 ] + τ ст /[ K τ (100δ/ расч) 2 ] = 2,1/ = 0,68 < 1, где h ст / δ = 77,6;

б) в расчетном сечении с максимальными напряжениями изгиба ( x = 6,45 м) при h ст /δ = 1,62/0,012 = 135 > 50;

γ = a / h ст = 1,125/1,62 = 0,69, K и = 25 и K τ = 3,75.

Напряжения изгиба в фанерной стенке на уровне внутренней кромки поясов

σ ст = M x 0,5 h ст / I пр = 137,3 × 10 6 × 741/128,2 × 10 8 = 7,9 МПа,

где I пр = 128,2× 10 8 мм 4 ;

τ ст = Q x S пр /( I пр Σδ ф) = 5,2 × 10 3 × 10,3 × 10 6 /(128,2 × 10 8 × 2 × 12) = 0,174 МПа,

где Q = q ( l /2 — x ) = 4,98(15/2 – 6,45) = 5,2 кН,

S = 10,3× 10 6 мм 3 .

Используя СНиП II-25-80, формула (48), получим

7,9/ + 0,174/ = 0,66 < 1.

Производим проверку фанерных стенок в опорном сечении на срез в уровне нейтральной оси и на скалывание по вертикальным швам между поясами и стенкой в соответствии со СНиП II-25-80, пп. 4.27 и 4.29.

Момент инерции и статический момент для опорного сечения, приведенные к фанере, определяем как и ранее

I пр = 129,7 × 10 8 мм 4 ; S пр = 9,5 × 10 6 мм 3 ;

τ ср = Q max S пр /( I пр Σδ ф) = 7,9 × 10 3 × 9,5 × 10 6 /(129,7 × 10 8 × 2 × 12) = 2,4 < R фср /γ n = 6/0,95 = 6,3 МПа;

τ ск = Q max S пр /( I пр nh и) = 7,9 × 10 3 × 9,5 × 10 6 /(129,7 × 10 8 × 4 × 144) = 0,75 < R фск /γ n = 0,8/0,95 = 0,84 МПа.

Прогиб клеефанерной балки в середине пролета определяем согласно п. 4.33 по формуле (50) СНиП II-25-80. Предварительно определяем:

f = f 0 /к ,

где f 0 = 5 q н l 4 /(384 El ) = 5 × 3,72 ×15 4 × 10 12 /(384 × 248 × 10 12) = 9,8 мм.

Здесь EI = E д I д + E ф I ф = 10 4 × 175 × 10 8 + 10 4 × 0,9 × 1,2 × 131,2 × 10 8 = 316,7 × 10 12 Н × мм 2 (СНиП II-25-80, прил. 4, табл. 3); значения коэффициентов к = 0,4 + 0,6β = 0,4 + 0,6 × 1125/1626 = 0,815 и c = (45,3 — 6,9β)γ = (45,3 — 6,9 × 1125/1626)2 × 144 × 132 = 48,1;

тогда

f = 9,8/0,815 = 7,3 мм и f / l = 7,3/15 × 10 3 = 1/1700 < 1/300 (СНиП II-25-80, табл. 16).
3.2. Статический расчет балки

Расчет балки ведем при двух сочетаниях нагрузки:

I. Постоянная и снеговая нагрузки равномерно распределены по всему пролету (g+P 1):


Рис. 7. Первое сочетание нагрузок на раму

;

;

;

;

.

II. Постоянная нагрузка по всему пролету и снеговая равномерно распределена на 0,5 пролета (g+P 2):


Рис. 8. Второе сочетание нагрузок на раму

;

;

;

;

5. Проектирование опорного узла

5.1. Расчет опорной подушки

Определяем площадь опорной подушки из условия на прочность на смятие:

Где

— расчетное сопротивление смятию поперек волокон.

Определяем размеры подушки: , где

;

принимаем l пл =36см ;

принимаем подушку: 36х20см; F см =720см 2 .


Рис. 9. Схема расчета опорной плиты

Определяем фактическое напряжение смятия: ;

.

Находим максимальный момент и момент сопротивления:

;

;

принимаем =1,0см.

5.2. Расчет анкерных болтов

Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом по срезу:

Где

— расчетное сопротивление болтов срезу;

— площадь сечения болта по ненарезной части;

— коэффициент условий работы соединения;

— число расчетных срезов одного болта.

Рассчитаем болты от действия распора:

;

;

принимаем 2 болта диаметром 0,7 см.

6. Проектирование и расчет стойки

Принимаем клееные стойки прямоугольного сечения с шагом вдоль здания В=3,4 м, жестко закрепляемые к фундаменту. Крепление стоек с балками шарнирное. Устойчивость конструкций обеспечивается постановкой поперечных связей в покрытии и вертикальных продольных связей между стойками, которые представляют собой ферменные конструкции. Связи между фермами, создавая общую пространственную жесткость каркаса, обеспечивают заданную геометрию конструкций покрытия и удобство монтажа, закрепляют сжатые элементы из плоскости ригеля, перераспределяют на соседние рамы местные нагрузки, приложенные к одной раме.
Расстояние между вертикальными связями принимают от 26 до 30 м. Если расстояние между колоннами ≤ 3 м. – то применяются деревянные связи, если больше-то металлические. В данном случае при шаге колонн 3,4 м используются металлические связи.

Деревянные стойки являются сжатыми или сжато-изгибаемыми несущими конструкциями, опирающимися на фундаменты. Их применяют в виде вертикальных стержней, поддерживающих покрытие или перекрытие, в виде стоек подкосных систем, в виде жестко заделанных стоек однопролетных или многопролетных рам.

По конструкции их можно подразделить на стойки клееные и стойки из цельных элементов.


Рис. 10 Схема сечений стойки

а) постоянного прямоугольного и квадратного сечения; б) переменного сечения


Рис.11. Схема расположения вертикальных металлических связей

6.1. Статический расчет.

Нагрузки:

g н =2,06/1,5=1,373 кН/м 2 ;

g=2,608/1,5=1,739 кН/м 2 ;

S н =1,21 кН/м 2 ;

S=1,78 кН/м 2 .


Постоянное расчетное давление на стойку от покрытия: Р п =(1,739+0,13)*3,4*15/2=47,65кН.

То же, от стенового ограждения с учетом элементов крепления при h оп =0,9м Р ст =(0,38+0,1)*(4,6+0,9)*3,4=8,97кН.

Расчетную нагрузку от собственного веса стойки принимаем Р св =5*4,6*0,9*0,16=3,31 кН. Расчетное давление на стойку от снега Р сн =1,78*3,4*15/2=45,39 кН. Скоростной напор ветра на высоте до 10 м для местности типа Б: р в =0,45 кН/м 2 ; аэродинамические коэффициенты с=0,8.

давление р в д =р в ncB=0,45*1,2*0,8*3,4=1,46; отсос р в о =-0,45*1,2*0,5*3,4=-0,91,

где n=1,2 – коэффициент перегрузки для ветровой нагрузки.

Ветровая нагрузка на раму от участка стен выше верха стоек, кН:

давление W в д = р в nchB=0,45*1,2*0,8*1,8*3,4=2,6; отсос W в о =-0,45*1,2*0,5*1,8*3,5=-1,7, где h=1,8 м – наибольшая высота покрытия, включая высоту балки и толщину плит.

6.2.Усилия в стойках рамы.

Рама один раз статически неопределимая система. За неизвестное принимаем продольное усилие Х в ригеле, которое определяем для каждого вида загружения отдельно:

от ветровой нагрузки, приложенной в уровне ригеля,

Х w =-(W в д — W в о)/2=-(2,6-1,7)/2=-0,45 кН;

от ветровой нагрузки на стены

Х р =-3/16H(р в д — р в о)=-3/16*4,6*(1,46-0,9)=-0,07;

от стенового ограждения при расстоянии между серединой стенового ограждения и стойкой е=(0,3+0,55)/2=0,425 м, где 0,3 – толщина стеновой панели, 0,55 – высота сения колонны (ориентировочно)

М ст =Р ст е=-8,97*0,425=-3,8 кН*м;

Х ст =-9 М ст /(8*Н)=-9*(-3,8)/(8*4)=1,06 кН.

Изгибающие моменты в заделке стоек:

М л =((2,6-0,45-0,0-7)*4+(1,46*4 2 /2))*0,9+0,91*4-3,8=16,7 кН*м,

М пр =((1,7+0,45+0,07)*4+(0,97*4 2 /2))*0,9-0,91*4+3,8=10,48 кН*м.

Поперечные силы в заделке стоек, кН:

Q л =(2,6-0,45-0,07+1,46*4)*0,9+0,91=8;

Q пр =(1,7+0,45+0,07+0,97*4)*0,9-0,91=4,58.

Продольные силы в заделке стоек N л = N пр =47,65+8,97+3,31+45,39*0,9=100,78 кН, где 0,9 – коэффициент, учитывающий действие двух временных нагрузок.

Принимаем стойку прямоугольного сечения по высоте поперечного сечения из 16 досок толщиной 3,3 см, шириной 16 см (после отсрожки из досок 4,0х17,5). Тогда h=3,3*16=52,8 см; b=16 см.

Проверяем прочность поперечного сечения стойки по нормальным напряжениям:

σ=100,78/844,8+3600/7434,2=0,6кН/см 2 =6 МПа <19,2 МПа,

где R c =R c m в m н m б /γ n =1,5*1*1,2*0,989/0,95=1,92 кН/см 2 =19,2 Мпа, F расч =16*52,8=844,8 см 2 ;

М д =2346/0,65=3600 кН*см;

ξ=1-100,78/(0,178*1,92*844,8)=0,65;

λ=2,2h оп /r=2,2*900/0,289*52,8=129,76;

φ=3000/λ 2 =3000/129,76 2 =0,178;

W расч =16*52,8/6=7434,2 см 3 .

Вдоль здания стойки раскрепляем обвязочным брусом, укладываем по верху их, вертикальными связями и распорками, устанавливаемыми по середине их высоты по наружным граням. Устойчивость плоской формы деформирования стойки с раскрепленной растянутой кромкой проверяем по формуле:

100,78/(0,079*9,591*1,92*844,8)+3600/(1,75*1,762*1,92*7434,2)=

0,082+0,081=0,16<1;

φ=3000/λ 2 =3000/194,64 2 =0,079;

λ=h оп /r=900/0,289*16=194,64;

κ пN =1+(0,75+0,142*900/52,8-1)*0,5=9,591;

κ ф =2,32;

κ пм =1+(0,142*900/52,8+1,76*52,8/900-1)*0,5=1,762.

Для случая сжатой наружной грани стойки, расчетная длина ее в плоскости, перпендикулярной плоскости рамы, равна 400 см. Устойчивость плоской формы деформирования стойки проверяем для нижнего ее участка, как более неблагоприятного:

100,78/(0,401*1,92*844,8)+(3600/(2,444*1,92*7434,2)) 2 =0,15+0,001=0,16<1;

φ=3000/86,51 2 =0,401; λ= 400/0,289*16=86,51;

М д =2156/0,69=3124,6 кН*см;

φ м =140*16 2 /(400*52,8)*1,44=2,444.

Для определения значения κ ф вычислим изгибающий момент в правой стойке на высоте 2 метров:

М 1 пр =((1,75+0,45+0,07)*2+(0,91*2 2 /2))*0,9-0,91*2+3,8=8,158 кН*м;

κ ф =1,75-0,75α=1,75-0,75*0,41=1,44; α=8,83/21,56=0,41.

Проверяем клеевые швы на скалывание:

τ=QS бр /(ξJ бр b расч)=9*5575,7/(0,69*196264*16)=0,023 кН/см 2 =0,23 МПа < R cк =1,89 МПа,

Где R cк m в m н /γ n =1,5*1*1,2/0,95=1,89 МПа.

S бр =16*52,8 2 /8=5575,7 см 3 ; J бр =16*52,8 3 /12=196264 см 4 .

6.3.Расчет опорного узла

Опорный узел стойки решаем по рис.10. Анкерные болты рассчитываем по максимальному растягивающему усилию при действии постоянной нагрузки с коэффициентом перегрузки n=0,9 и ветровой нагрузки N=(47,65+8,97+3,31)*0,9/1,1=49кН;

М=(2,6-0,45-0,07)*4+(1,56*4 2)/2+0,91*4*0,9/1,1-3,8*0,9/1,1=20,67 кН*м.

Принимаем опорную плиту базы колонны размерами 34х65 см. Определяем напряжения на поверхности фундамента:

σ мин макс =-49/(34*65)±6*2067/(34*65 2)=-0,02±0,08;

М д =2067/0,848=2437,5 кН*м; ξ=1-49/(0,178*1,92*844,8)=0,848;

σ макс =-0,1 кН/см 2 ; σ мин =0,06 кН/см 2 .

Поскольку относительный эксцентриситет е 0 = М д / N=2067/49=42 см больше h/6=52,8/6=8,8 см, следует рассчитывать анкерные болты и боковые анкерные пластины.

Для фундамента принимаем бетон класса В10 с расчетным сопротивлением R в =6 МПа. Вычисляем размеры участков эпюры напряжений, которая приведена на рис.11.

х=0,143*65/(0,143+0,103)=37,8 см;

а= h н /2-с/3=65/2-37,8/3=19,9 см;

е= h н -х/3-s=65-37,8/3-6,1=46,3 см.

Усилие в анкерных болтах:

Z=(2067-49*19,9)/49=22,3 кН.

Площадь поперечного сечения болта F б ит = Z/(n б R вт)=22,3/(2*18)=0,7 см 2 , где n б =2 – количество анкерных болтов с одной стороны стойки; R вт – расчетное сопротивление болтов растяжению, равное 18 кН/см 2 для анкерных болтов диаметром 12…22 мм из стали марки 09Г2С. Находим d=16 мм с F ит =1,408 см 2 .

Рассчитываем элементы базы колонны.

Принимаем наклонные вклеенные стержни из арматурной стали класса А-III. Определяем расчетную несущую способность наклонного вклеенного стрежня:

Т= R ск30 π(d+0,5)l 1 κ 1 =0,202*3,14*2,1*20*0,95=25,3,

где d=1,6 см – диаметр стрежня; l 1 =20 см – длина заделываемой части стержня; 30ͦ — угол наклона стержней по отношению к волокнам древесины стойки; R ск30 =0,202 кН/см 2 – расчетное сопротивление древесины скалыванию под углом 30ͦ к волокнам; κ 1 =1,2-0,02*20/1,6=0,95.

Рассчитываем наклонно вклеенные стержни по сдвигу древесины:

44,88*sin30/4=5,6 кН < Т=25,3 кН.

Проверяем вклеенные стержни по растяжению и изгибу стержня:

(44,88cos30/4*(3,14*1,6 2 /4)*36,5) 2 +44,88sin30/4*17,92=0,018+0,313=0,331 < 1,

где R с =36,5 кН/см 2 – расчетное сопротивление арматурного стержня диаметром 16 мм из стали класса А-III; Т н =7d 2 =7*1,6 2 =17,92 кН – расчетная несущая способность изгибу стержня из арматурной стали класса А-III.

Анкерные пластины принимаем размером 10х160 мм из стали марки ВСтЗпс 6-1. Проверяем анкерные пластины:

(Z/(F ит R у)) 2 +(М а /(1,47 W нт R у))=(44,88/1*16*23) 2 +(0,131*6/(1,47*1*16*23))=0,015+0,001=0,016 < 1, где М а =0,032 d 3 =0,032*1,6 3 =0,131 кН*см.

7. Щитовая обрешетка.

Основным назначением кровли является защита от атмосферной влаги, в том числе и от конденсата, образующегося при соприкосновении паров теплого воздуха, поднимающегося на крышу. Обрешетка 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. Но назначение обрешетки не только в этом. Обследование множества стропильных конструкций после длительной эксплуатации показывает, что обрешетка способствует правильной вентиляции воздуха внутри кровли, что снижает опасность загнивания, резко уменьшает уровень конденсации влаги. Деревянные обрешетки устраиваются из брусков или досок, уложенных с прозорами или в виде одинарных или двойных сплошных настилов. При устройстве двойных настилов нижний слой досок делается разреженным.

Выбор обрешетки зависит от типа кровли. Разреженные обрешетки пригодны под кровли, собираемые из отдельных достаточно жестких и прочных плиток или листов (черепицы, кровельного сланца, волнистых асбестоцементных листов и т. п.). При этом расстояния между элементами (брусками или досками) обрешетки принимаются в соответствии с размерами и прочностью кровельных плит и листов. При более тонких и хрупких (например, плоских асбоцементных) или совсем не жестких (например, рубероидных) плитках применяются сплошные дощатые настилы.

Рис.12. Деревянные обрешетки: а- из брусков; б- из разреженных досок; в- сплошная дощатая; г- двойная дощатая

Различают сплошные и разряженные дощатые настилы. Элементы настила и обрешетки рекомендуется выполнять из древесины хвойных пород 3-го сорта. При рулонной кровле в неутепленных покрытиях применяют сплошные дощатые настилы.

В утепленных покрытиях поверх этих настилов укладывают твердый плитный утеплитель, непосредственно по которому или по выравнивающему слою наклеивают рулонный ковер. Возможен вариант, когда утеплитель укладывают между прогонами с подшивкой потолка из гипсокартона. При чешуйчатой кровле из асбестоцементных или стеклопластиковых листов в неутепленных покрытиях применяют разреженные дощатые настилы (обрешетки).

Рис.13. Варианты настилов покрытия: а – под холодную рулонную кровлю; б - под рулонную утепленную кровлю; в - под холодную асбестоцементную кровлю; 1 – рулонная кровля; 2 – утеплитель; 3 – настил; 4 – асбестоцементная кровля; 5 - обрешетка; Разряженный настил (обрешетка): 1 – доски; 2 - гвозди

Дощатые настилы изготовляют из досок на гвоздях и укладывают на прогоны или основные несущие конструкции покрытий при расстоянии между ними не более 3 м. Рабочие доски настилов должны иметь длину, достаточную для опирания их не менее чем на три опоры для увеличения их изгибной жесткости по сравнению с однопролетным опиранием.

Основными типами дощатых настилов являются разреженный и двойной перекрестный.

Разреженный настил, называемый также обрешеткой, представляет собой несплошной ряд досок, уложенных с шагом, определяемым типом кровли и расчетом. Зазоры между кромками досок для их лучшего проветривания должны быть не менее 2 см. Для ускорения сборки этот настил целесообразно собирать из заранее изготовленных щитов, соединенных снизу поперечинами и раскосами, с габаритными размерами, увязанными с расстановкой опорных конструкций с учетом условий транспортирования.

Сплошные настилы. Из сплошных настилов наиболее распространенным является двойной перекрестный, который состоит из двух слоев – нижнего рабочего и верхнего защитного.

Двойной перекрестный настил состоит из двух слоев досок- нижнего рабочего и верхнего защитного. Верхний - защитный (сплошной) слой досок толщиной 16…22 мм и шириной не более 100 мм укладывают под углом 45…60° к нижнему, рабочему, настилу и крепят к нему гвоздями.

Рабочий настил представляет собой разреженный или сплошной ряд более толстых досок и несет на себе все нагрузки, действующие на покрытие. Для лучшего проветривания рабочий настил рекомендуется делать разреженным, с зазором не менее 20 мм из досок толщиной 19…32 мм, определяемой нагрузкой. Доски рабочего настила для повышения изгибной жесткости следует опирать на три опоры и более. В покрытиях отапливаемых производственных зданий утеплитель укладывают на одиночный дощатый настил или сплошной накат толщиной 19…32 мм, который целесообразно опирать на три прогона.

Защитный настил представляет собой сплошной ряд досок минимальной толщиной 16 мм и шириной 100 мм. Их укладывают на рабочий настил под углом 45-60° и крепят к нему гвоздями. Защитный настил образует необходимую сплошную поверхность, обеспечивает совместную работу всех досок настила, распределяет сосредоточенные нагрузки на полосу рабочего настила шириной 50 см и защищает кровельный ковер от разрывов при короблении и растрескивании более толстых и широких досок рабочего настила.


Рис.14. Мягкие кровли

а) Рубероидные кровли (мягкие кровли): а – по дощатому настилу; б – утепленная по железобетонной плите; 1 – нижний разреженный дощатый настил; 2 – верхний сплошной дощатый настил; 3 – нижний слой кровли, параллельный коньку крыши; 4 – верхний слой кровли, перпендикулярный коньку крыши; 5 – битумная мастика; 6 – толевые гвозди; 7 – листовая сталь на коньке крыши; 8 – кровля (трехслойная) из рубероида; 9 – выравнивающая стяжка; 10 – теплоизоляция; 11 – пароизоляция; 12 – сборные железобетонные панели.

б) Кровля из толя или рубероида по сплошному дощатому настилу досок: а – двухслойная; б – однослойная с треугольными рейками в стыках; 1 – толь или рубероид; 2 – настил из досок; 3 – стропильная нога; 4 – мастика; 5 – рейки треугольного сечения

Двойной перекрестный настил имеет значительную жесткость в своей плоскости и служит надежной связью между прогонами и основными несущими конструкциями покрытия. Этот настил тоже целесообразно собирать из заранее изготовленных крупных щитов.

Применяют также настилы из сплошных однослойных щитов, соединенных снизу раскосами и поперечинами, имеющие меньшую жесткость, чем двойные.

Для кровли в виде рубероидного ковра настил должен иметь сплошную ровную поверхность из одного или двух слоев досок.

Дощатый настил под рубероидную кровлю целесообразно конструировать и рассчитывать как двухпролетную неразрезную шарнирно опертую балку. Расчетную ширину настила условно принимают равной 1 м.

Двойной перекрестный настил рассчитывается на изгиб только рабочего настила и только от нормальных составляющих нагрузок, поскольку скатные составляющие воспринимаются с помощью защитного настила. Расчетная ширина настила принимается В=1м с учетом всех входящих в нее досок, количество которых при шаге a составит n=1/a . Сосредоточенные грузы распределяются здесь на ширину 0,5м, и поэтому в расчетную ширину входят удвоенные величины P = 2,4 кН . При подборе сечения настила удобно задавать сечение досок b xh (см), затем определять требуемый момент сопротивления.

а)

 б)

Рис.15

а) Щит сплошного однослойного настила: 1 – доски настила; 2 – раскосы; 3 - поперечены

б) Щит двойного перекрестного настила: 1 – косой защитный настил; 2 – рабочий настил; 3 - гвозди

Рабочий настил представляет собой разряженный или сплошной ряд более толстых досок и несет на себе все нагрузки, действующие на покрытие. Защитный настил представляет собой сплошной ряд досок минимальной толщиной 16 мм. Он укладывается на рабочий настил под углом 45 о – 60 о и крепится к нему гвоздями.

Двойной перекрестный настил имеет значительную жесткость в своей плоскости и служит надежной связью между прогонами и основными несущими конструкциями покрытия. Этот настил целесообразно собирать тоже из заранее изготовленных крупных щитов.

Применяют так же настилы из сплошных однослойных щитов , соединенных внизу раскосами и поперечинами, имеющими меньшую жесткость, чем двойные.

Настилы перекрытий. Представляют собой сплошные ряды досок, служащие основанием чистого пола или самим чистым полом. Их укладывают по промежуточным брускам – лагам или прямо по балкам и прибивают к ним гвоздями. Доски настила чистого пола соединяют кромками в шпунт. Настилы перекрытий работают и рассчитывают на изгиб от действия нагрузок от собственной массы, полезных нагрузок, равных 1,5 кН/м 2 . в жилых, и не менее 2 кН/м 2 (200 кг/м 2) в производственных зданиях и сосредоточенных грузов, равных 1,5 кН (150 кг). Максимальный прогиб настила не должен превышать 1/250 пролета. Дополнительно проверяют зыбкость настила. Проверки заключаются в том, что прогиб его от сосредоточенного груза 0,6 кН не должен превышать 0,1 мм.

Подшивки потолков. Представляют собой сплошные ряды тонких досок прибитых к балкам внизу гвоздями. При отсутствии штукатурки доски соединяются кромками в шпунт для исключения сквозных щелей. Подшивки работают на изгиб, а гвозди – на выдергивание, как правило, с избыточным запасом прочности при нагрузке от собственной массы.

Обшивка стен. Представляет собой сплошные вертикальные ряды тонких досок, расположенных горизонтально и соединенных кромками в четверть или в шпунт. Обшивки стен работают на изгиб от давления и отсоса ветра, как правило, с избыточным запасом прочности.

Расчет дощатых настилов осуществляют по прочности и прогибам при изгибе при действии нормативных и расчетных значений линейных распределенных и сосредоточенных нагрузок.

Расчет дощатых настилов производят по прочности и прогибам при изгибе на действие расчетных и нормативных нагрузок:

    постоянных от собственной массы покрытия g , кН/м 2

    временные от массы снега р , кН/м 2

    от веса человека с грузом Р , кН

от собственного веса настила, утеплителя и кровли определяется с учетом толщины и плотности всех элементов покрытия и является равномерно распределенной по площади поверхности настила.

При расчете настила скатных покрытий, имеющих угол наклона , удобно нагрузку от собственного веса относить к горизонтальной проекции этой площади, при этом .

s принимается по нормам на площадь горизонтальной проекции и определяется с учетом климатического снегового района и угла наклона покрытия . Сосредоточенная нагрузка от веса человека с грузом принимается равной 1 кН. Расчетные значения этих нагрузок определяются с учетом различных коэффициентов надежности . Для собственного веса настила , для веса утеплителя и кровли и для веса снега при .

Расчетная схема дощатого настила представляет собой двухпролетную шарнирную опертую балку с пролетом l . В качестве условной длины пролетов удобно принимать горизонтальные проекции расстояний между его опорами L . При скатных покрытиях с углом наклона расчетные пролеты настила будут равны . Расчетную ширину настила принимаем условно В =1м.


Рис.16. Расчетные схемы настилов: а - схема действия нагрузок; б - статические схемы; в - схемы действия сосредоточенных грузов; 1 - первое сочетание нагрузок; 2 - второе сочетание нагрузок

Дощатый настил покрытия рассчитывается на два сочетания нагрузок.

Первое сочетание - это общая нагрузка от собственного веса g и веса снега s , расположенного на всей длине плиты настила . На расчетное значение этой нагрузки настил проверяется по несущей способности при изгибе. При этом максимальный изгибающий момент, возникающий в сечении над средней опорой, . Момент сопротивления сечений всех досок настила на расчетной ширине . Действующие в них напряжения , где расчетное сопротивление изгибу древесины 3-го и 2-го сортов МПа.

На нормативные значения нагрузок проверяется максимальный относительный прогиб настила:

.

Второе сочетание - это общее действие равномерной нагрузки от собственного веса и сосредоточенной силы Р ,
приложенной на расстоянии 0,43 l . В этом сечении возникает максимальный изгибающий момент . На этот изгибающий момент сечение настила проверяется только по несущей способности при изгибе по формуле , где - расчетное сопротивление древесины изгибу; с учетом коэффициента условия работы при временной силе МПа.

В некоторых случаях применяются однопролетные настилы и настилы с числом опор более двух.

Расчет разреженного пастила, расположенного поперек ската скатной кровли, производится на косой изгиб. Расчетная ширина настила принимается равной шагу расстановки досок с учетом сечения только одной доски или принимается равной 1 м, но при этом учитываются сечения всех досок, расположенных на этой ширине. Сосредоточенный груз Р= 1,2 кН считается приложенным к каждой доске полностью при шаге досок более 15 см, а при шаге менее 15 см к каждой доске прикладывается .

Двойной перекрестный настил рассчитывается на изгиб только рабочего настила и только от нормальных составляющих нагрузок, поскольку скатные составляющие воспринимаются с помощью защитного настила. Расчетная ширина настила принимается В=1 м с учетом всех входящих в нее досок, количество которых при шаге а . Сосредоточенные грузы распределяются здесь на ширину 0,5 м и поэтому в расчетную ширину входят удвоенные величины Р=2,4 кН. При подборе сечения настила удобно задаваться сечением досок (см), затем определять требуемый момент сопротивления , требуемую общую ширину досок , затем шаг их расстановки (м).

Соединительные гвозди слоев настила или настила с раскосами часто работают со значительными запасами прочности. При больших уклонах и нагрузках их рассчитывают на скатные составляющие нагрузок по условной схеме балки, образованной двумя соседними прогонами и настилом.

Нагрузки определяются с учетом формы покрытия и коэффициентов перегрузки.

Сосредоточенная нагрузка от массы человека с грузом имеет величины:

Р н =1 кН (100 кг.), а с учетом коэффициента перегрузки: Р=1,2 кН (120 кг).


Рис 17. Наглядный пример установки обрешетки

Расчет настилов и обрешеток, работающих, как правило, на поперечный изгиб, производят по схеме двухпролетной балки при двух сочетания нагрузки:

1) нагрузка от собственного веса покрытия и снеговая нагрузка (g+p )

— на прочность:

σ= , где ;

— по прогибам:

, где =

2) нагрузка от собственного веса покрытия и сосредоточенной нагрузки в одном пролете от веса человека с грузом Р – только на прочность

Максимальный момент находится под сосредоточенной нагрузкой:

.

Расчет по прочности в этом случае производится по той же формуле, что и в предыдущем

Расчет удобно вести приняв ширину настила b =100 см.

При сплошном настиле или обрешетке при расстоянии между осями досок или брусков не более 15 см принимают, что сосредоточенный груз передается двум доскам или брускам, а при расстоянии более 15 см – одной доске или бруску.

При двух настилах (рабочем и защитном, направленном под углом к рабочему) или при однослойном настиле с распределительным бруском, подшитым снизу в середине пролета, а так же при уложении поверх настила плитного утеплителя сосредоточенный груз Р н =1 кН принимают распределенным на ширину 0,5 м рабочего настила.

В данном случае выбор обрешетки напрямую зависел от выбора кровли (3-х слойная рубероидная кровля),исходя из этого, принимаем сплошной настил, для которого используют сосну 2-го сорта.

Здесь так же используется 2-а слоя досок — нижний рабочий, который воспринимает на себя нагрузку. Толщина его досок составляет 20мм, ширина 100мм. Верхний – защитный слой досок толщиной 16 мм и шириной 100мм, укладывается под углом 45 градусов к нижнему. Между ними укладывается утеплитель фирмы ISOVER толщиной 150мм. Назначаем размеры щита

1,5м х3,4 м. Щит проектируем из 3 брусков–прогонов, 3 стоек, 2 раскосов. Прогоны устанавливаются с шагом 1,5 м. Чтобы предотвратить скручивание прогонов-обрешетин под действием местной нагрузки, в местах каждого пересечения со стойками устраиваем упоры из коротких брусков, прибиваем к стойкам. Материал прогона – сосна 2-го сорта с R u =R c =13МПА.

Схема однопролетной балки с пролетом l=3,4 м, где l — это шаг основных несущих конструкций.



Рис.18 Схема обрешетки; Разрез1-1; Разрез 2-2

7. Защита деревянных конструкций

Для предотвращения увлажнения дерева и его нормальной эксплуатации предусматриваются конструктивные меры и защитная обработка, которая обеспечивают сохранность конструкций при складировании, транспортировке, монтаже и долговечность при эксплуатации.

Конструкции из дерева делаются открытыми, хорошо проветриваемыми, по возможности доступными для осмотра и профилактики.

Опорные стальные башмаки имеют минимальную площадь контакта с древесиной для возможности ее проветривания. Поверхности древесины изолируют от металла тиоколовой мастикой У-30М ГОСТ 13489-79*.

Влагозащитным составом (перхлорвиниловым лаком) обрабатывают наружные элементы покрытия и стенового ограждения, а также несущие конструкции.

Для защиты конструкций располагающихся в биологически активной среде, а также от энтомологических вредителей применяют антисептик на легких маслах –антраценовое масло.

Рис.19. Атмосферная сушка

Сушка древесины

Сушка древесины - одна из основных мер, предупреждающих понижение качества древесины (предохраняет от загнивания, увеличивает прочность, уменьшает плотность и склонность к изменению формы и размеров).

Естественную сушку осуществляют на открытом воздухе, под навесами или в закрытых помещениях до воздушно-сухого состояния, т. е. до влажности 15…20 %. Атмосферная сушка - длительный (несколько недель и даже месяцев) и трудно регулируемый процесс, но она проста и не требует затрат на подогрев теплоносителя.

Рекомендуем также

Loading...Loading...