Содержание

устройство, конструкция, узлы, пример строительства

Еще на этапе проектирования постройки необходимо определиться с вариантом конструкции стропильной системы крыши. Впрочем, выбор несложен. При наличии внутренней капитальной стены-перегородки, для формирования крыши используют наслонные стропила. Если таких перегородок нет, то устанавливают висячие стропила, которые опираются исключительно на внешние стены.

Висячие стропила находят свое применение в строительстве однопролетных домов, производственных зданий, цехов, торговых павильонов, при устройстве мансард без внутренних стен.

Почему стропила называют «висячими»? Потому что они в буквальном смысле зависают в межпролетном пространстве, опираясь только на внешние стены. Внутренней опоры нет никакой. Тем не менее, висячие системы, благодаря своей конструкции, не прогибаются и способны перекрыть пролеты до 14-17 м!

Конечно, висячие стропила – это только часть стропильной системы, сами по себе они не используются. Только в связке с другими элементами (затяжками, бабками, ригелями, подкосами и т.п.), вместе с которыми стропила образуют фермы или арки.

В случае с висячими стропилами, простейшую ферму составляют из двух стропильных балок, соединенных в верхней точке под углом (в виде треугольника). По горизонтали стропила скрепляют затяжкой, которая обычно представляет собой деревянную балку. Но она может быть и металлической, например, сделанной из профильного металла. Тогда такую затяжку называют тяжем.

Затяжка выполняет важную функцию. Стропила, скрепленные в коньке и упертые в стены, стремятся разъехаться в стороны. А затяжка удерживает их, позволяя сохранить треугольную форму арки. Возникающий распор на стены не передается, а горизонтальные усилия нейтрализуются. Таким образом на наружные стены при использовании висячих стропил воздействуют только вертикальные усилия.

Затяжка не обязательно располагается в нижней части фермы, иногда она сдвигается вверх, ближе к коньку. Это зависит от типа конструкции арки, от того, какую работу должна выполнять затяжка. Если затяжка находится у основания стропил, то одновременно она служит и балкой перекрытия нижележащего этажа. При устройстве мансарды удобно располагать затяжку (ригель) выше основания стропильных ног, чтобы появилась возможность устроить этаж с полноценной высотой потолка.

Если пролет между стенами составляет более 6 м, висячие стропила для прочности подпирают раскосами и подвесами (бабками). А затяжку делают не цельной, а состоящей из двух срощенных балок.

Конструкция висячих стропилКонструкция висячих стропил

Существует несколько вариантов конструкций с использованием висячих стропил. Рассмотрим их все по отдельности.

Конструкция #1. Треугольная шарнирная арка

Простейшая ферма в виде треугольника. Состоит из двух стропильных балок, сходящихся в коньке. Нижние основания упираются в горизонтальный брус. В нижней части «треугольника» закрепляют затяжку. Чтобы система работала правильно, высота конька в конструкции не должна быть меньше 1/6 пролета фермы.

Эту схему можно назвать классической. В ней стропила работают на изгиб, стремяться разъехаться в стороны, а затяжка удерживает их и получает растягивающие нагрузки (работает на растяжение). Несущим элементом затяжка не является, поэтому ее можно заменить на тяж из металлопроката.

Для снижения степени изгиба стропильных балок, врубку конькового узла выполняют с эксцентриситетом. Благодаря этому при воздействии на стропила внешних нагрузок (атмосферные явления, вес кровли, собственный вес и т.п.), наряду с ожидаемым изгибом, появляется изгибающий момент противоположного направления. Это позволяет не только уменьшить изгибающие деформации, но и применить для стропил балки меньшего сечения. Соответственно, это помогает удешевить строительство.

Трехшарнирная треугольная аркаТрехшарнирная треугольная арка

Как правило, эта конструкция висячих стропил применяется при строительстве мансардного чердака. Затяжки в этом случае играют роль балок чердачного перекрытия.

Конструкция #2. Арка шарнирная с бабкой

Более сложная схема, которая нужна в случае перекрытия пролетов более 6 м.

Проблема в такой системе – длинная затяжка, которая будет испытывать огромные нагрузки и, как следствие, прогибаться под своим весом. Чтобы прогиба не было, затяжку подвешивают к коньку. Как? С использованием дополнительного элемента – бабки. Она представляет собой деревянный брусок, играющий роль подвески. Если подвес выполняют из металла, то называют его тяжем. Нередко применяют для этих целей обычный металлический прут, который на практике хорошо работает на растяжение.

Таким образом, с помощью подвеса-бабки, удается поддержать длинную затяжку и нивелировать ее прогиб. Саму затяжку при этом составляют из двух частей-балок, стыкованных друг с другом (в центре конструкции).

Конструкция бабки  проста, однако строители часто допускают ошибку в ее устройстве. Самое главное: бабка должна работать только на растяжение, а не на сжатие. Ее нельзя путать со стойкой, упирая в балку затяжки и карнизный узел. В таком случае элемент будет сжиматься, а не растягиваться.

Такая путаница может возникнуть потому, что стойка и бабка очень схожи по своему устройству. Но их предназначение, как и принцип работы, совершенно разные. Бабка, в отличие от стойки, жестко не закреплена с затяжкой. Она подвешена на карнизном узле, к ее нижней части с помощью хомутов крепится затяжка.

Трехшарнирная арка с бабкойТрехшарнирная арка с бабкой

Необходимую длину затяжки набирают из составных частей, соединяя их косым или прямым прирубом и закрепляя болтами. С подвеской затяжку стыкуют через хомут.

Рассмотренная схема подходит для аграрных и промышленных зданий с большими пролетами. Однако в оригинальном виде она уже не используется, считается устаревшей. Но отдельные ее элементы весьма успешно применяются в практике строительства, при разработке арок других типов.

Конструкция #3. Арка шарнирная с приподнятой затяжкой

В этой схеме затяжка устанавливается не в нижней части арки, а продвигается кверху, ближе к коньку. Чем выше место установки затяжки, тем больше она растягивается.

Конструкцию с приподнятой затяжкой используют в строительстве мансардных помещений. Высота потолков при этом напрямую зависит от того, как высоко располагается затяжка.

Стропильные балки конструкции опираются на мауэрлат, а не на затяжку. Причем, крепление не жесткое, а подвижное, скользящее по типу ползуна. Оно позволяет компенсировать изменение размеров балок (их подвижки), которые происходят при колебаниях влажности и температуры.

Если на скаты действует равномерная нагрузка, то система будет устойчивой в любом случае. Если же нагрузка будет больше с одной стороны, то стропильная система сдвинется в сторону превалирующей нагрузки. Чтобы этого не случилась и кровля оставалась устойчивой, стропила устанавливают с выносом в обе стороны, за пределы стен.

Затяжка в такой арке не является опорой, на нее действуют растягивающие нагрузки – при устройстве чердака, и растянуто-изгибающие – при устройстве мансарды.

Арка с приподнятой затяжкойАрка с приподнятой затяжкой

В мансардных помещениях затяжка зачастую является балкой для крепления подвесного потолка или изоляции. Чтобы защитить ее от провисания, устанавливают подвеску. При небольших предполагаемых нагрузках и короткой затяжке, подвес прибивают к ригелю и коньку, скрепляя соединения двумя досками с обеих сторон.

Если затяжка сравнительно длинная, то используют несколько подвесок, а каждую из них закрепляют гвоздями. Большие нагрузки требуют дополнительного использования хомутов.

Конструкция #4. Арка шарнирная с ригелем

Схема, похожая на предыдущую, но имеющая отличие: нижняя скользящая опора в карнизном узле заменяется на аналогичную жесткую. Стропильные балки врубают в мауэрлат или применяют для неподвижной фиксации опорные бруски.

Замена опоры меняет характер возникающих в арке напряжений. Конструкция становится распорной, воздействуя с распирающими усилиями на стены и мауэрлат.

Затяжку устанавливают в верхней части арки. При этом ее назначение меняется. Она уже не работает на растяжение, ее принцип действия основан на сжатии. Затяжку, работающую на сжатие, называют ригелем.

Трехшарнирная арка с ригелем
Трехшарнирная арка с ригелем

Арка с одним приподнятым ригелем рассчитана на небольшую распорную нагрузку. При больших нагрузках в дополнение к ригелю устанавливается затяжка. Получаются висячие стропила, конструкция и узлы которой схожи с обычной трехшарнирной аркой. Мауэрлат для них уже не требуется.

Конструкция #5. Арка с подвеской и подкосами

Схема, дополняющая систему арки с бабкой. Используется, когда длина стропил настолько большая (до 14 м), что создает существенный прогиб их под собственным весом. Чтобы нивелировать изгибающие напряжения, систему дополняют подкосами, которыми подпирают стропильные балки.

Обычно подкосы упирают во внутренние стены. Но в висячих системах их нет, поэтому подкосы упирают в единственный существующий упор – бабку. Получается жесткая конструкция со следующим принципом действия:  стропила под воздействием внешней нагрузки прогибаются, давят на подкосы, подвеска растягивается и притягивает к себе коньковый брус, одновременно притягиваются и верхние части стропил, стропила поджимают подкосы.

Так как в этой схеме используются длинные стропила, соответственно применяется и длинная затяжка. Как правило, она состоит из двух частей-балок (хотя бывает и одноэлементной), соединенных в середине пролета косым или прямым прирубом. Соединение затяжки с бабкой выполняется через хомут.

Трехшарнирная арка с бабкой и подкосамиТрехшарнирная арка с бабкой и подкосами

По сути, все существующие висячие арки являются вариациями обычной трехшарнирной арки. Все остальные дополнения – бабки, ригели, подкосы – только увеличивают жесткость стропил. И несущей способности не меняют.

Любая из рассмотренных выше конструкций будет правильно работать лишь при грамотном соединении всех основных узлов. Только тогда они будут выполнять свою функцию, не деформируясь под воздействием внешних факторов.

Сверху стропильные балки совмещают под углом и соединяют встык, внахлест или путем врубки. Этот узел называют коньковым. Крепление встык предполагает стыковку срезанных под углом концов балок и скрепление их накладками из металла или дерева. При соединении внахлест верхние части стропилин схлестывают между собой и закрепляют болтом с гайкой или шпилькой.

Соединение врубкой вполдерева похожа на соединение внахлест. Но в этом случае верхушки стропил накладывают друг на друга после выпиливания выемок в половину толщины бруса. Потом выпиленные части соединяют, в них просверливают сквозное отверстие и стягивают их балтом.

В конструкциях арок также встречается (например, в обычной трехшарнирной арке) соединение нижней части стропил с затяжкой – карнизный узел. Соединение выполняется лобовой врубкой одинарным или двойным зубом с креплением болтами. Также для крепления могут быть использованы короткие доски или металлические пластины, наложенные на стык стропилины с затяжкой и скрепленные гвоздями.

Возможные решения карнизного узлаВозможные решения карнизного узла

Приподнятая затяжка врубается в стропила внахлест полусководнем с последующим болтовым скреплением.

В схеме с приподнятой затяжкой или ригелем стропила соединяются с мауэрлатом. При этом применяется скользящее (по типу ползуна) или жесткое крепление опор. Скользящее крепление выполняется с применением металлических скользящих опор, допускающих небольшие подвижки стропил. При жестком креплении применяют врубку зубом, также может быть использован опорный брусок.

Как вы уже успели убедиться, висячая стропильная система относится к сложным конструкциям и требует правильного расчета, основанного на множестве факторов. Ошибочные итоговые параметры приведут к тому, что крыша не сможет противостоять потенциальным нагрузкам, что чревато деформациями и обрушениями.

Поэтому желательно доверить расчет висячих стропил профессионалам или использовать уже готовый проект дома. В крайнем случае расчеты можно выполнить с помощью одного из  онлайн-калькуляторов, которых достаточно много в сети интернет.

Для расчета используются следующие данные:

  • размеры перекрываемого помещения;
  • наличие мансарды;
  • предполагаемая максимальная нагрузка;
  • угол наклона скатов;
  • тип стропильной системы;
  • материал изготовления стен;
  • материал кровельного покрытия.

В результате расчета определяют:

  • сечение стропил;
  • величину шага стропил;
  • форму ферм.

После выбора стропильной конструкции и ее расчета можно приступать к монтажным работам.

Пример монтажа висячей стропильной системыПример монтажа висячей стропильной системы

Устройство висячих стропил на строительной площадке выполняется по следующей схеме:

  • Для точности монтажа и удобства, отмечают центр крыши и высоту конька. Для этого по фронтонам в центре временно закрепляют две доски, на них делают отметку по высоте конька.
  • Изготавливают шаблон для стропильных ног. Берут доску, прислоняют ее к мауэрлату нижним концом, а к отметке высоты конька – верхним концом. Отмечают места расположения верхнего и нижнего запилов.
  • Используя шаблон, изготавливают необходимое количество стропильных балок. В зависимости от будущего расположения в ферме помечают их на правые и левые стропилины. Выкладывают их по парам (так как каждая ферма состоит из двух стропилин – правой и левой).
  • Начинают сборку первой фермы (арки). Две стропильные балки соединяют вверху внахлест, встык или путем врубки.
  • Устанавливают затяжку и, если это предусмотрено схемой конструкции, бабку и подкосы.
  • Поднимают ферму на крышу и монтируют ее с торца постройки (на фронтоне). Крепление выполняется к мауэрлату с использованием уголков и гвоздей или саморезов.
  • Со стороны второго фронтона устанавливают такую же арку.
  • Между фронтонной парой арок натягивают бечевку, чтобы остальные арки были установлены четко по линии и обозначенному уровню.
  • Оставшиеся арки выставляют между фронтонами с шагом, предусмотренным проектом. Уровень арок по высоте контролируют натянутой бечевкой. Для исправления небольших погрешностей в размерах, высоту регулируют путем подкладки под стропилины деревянных дощечек.

На этом установка стропил окончена. Теперь можно приступать к очередным кровельным работам: укладывать утеплитель и гидроизоляцию, набивать обрешетку, монтировать кровельный материал.

Расчет висячих стропил / Доктор Лом. Первая помощь при ремонте

Треугольная арка с затяжкой представляет собой ничто иное, как простейшую треугольную ферму из трех стержней. Недавно мы рассматривали расчет треугольной арки с затяжкой, заменив при этом затяжку горизонтальными опорными реакциями, тем не менее ее можно рассчитывать и как треугольную ферму. Проверочный расчет никогда не помешает.

Для наглядности рассмотрим те же самые условия, т.е. строится двухэтажный дом в Московской области. Кровля планируется из висячих стропил, соединенных затяжкой возле опор. Эту конструкцию можно рассматривать и просто как треугольную трехшарнирную арку с горизонтальными связями на обеих опорах и как простейшую треугольную ферму из трех стержней, чем мы далее и займемся.

Комментарии

Висячие стропила - популярное название для стропильной системы, которую можно рассматривать и как арку с затяжкой и как ферму. Вне зависимости от принятой расчетной схемы результат будет одинаковым. Поэтому для того, чтобы рассчитать висячие стропила, достаточно изучить статью "Расчет стропил - треугольной арки с затяжкой".

А если ваши исходные данные точно такие же, как в указанной статье, то и рассчитывать ничего не надо, точнее весь расчет сведется к определению объемов пиломатериала. Тем не менее такое счастье выпадает далеко не всегда. То снеговая нагрузка другая, то длина пролета, то уклон кровли, то шаг стропил и т.д.

Но хуже всего, когда все эти понятия типа: изгибающий момент, нормальные и касательные напряжения, опорная реакция, статическое равновесие, уравнение моментов и т.п. ничего кроме головной боли и рвотного рефлекса у вас не вызывают.

Комментарии

Иногда в процессе строительства возникает такая ситуация, когда стропильная система, представляющая собой висячие стропила, уже сделана. А расчет стропильной системы выполнен уже после и, согласно расчету, стропильная система предполагаемых нагрузок не выдержит.

Понятное дело, стропила нужно усиливать. Вот только как это сделать с минимальным количеством материально-временных издержек, проще говоря, переделок?

Комментарии (12)

расчет треугольной арки с затяжкой

 
Стропильная система для дома является достаточно сложной и ответственной конструкцией, поэтому крайне желательно, чтобы проект ее был выполнен профессиональным архитектором. К сожалению, не единичны случаи, когда хозяева пренебрегают здравым смыслом и доверяют это дело обычным работникам-строителям, которые «проектируют» наслонные и висячие стропила для дома буквально «на коленке», основываясь на своем – богатом и не очень —  опыте.

Такое отношение к дорогостоящей кровле со стороны хозяина дома напоминает игру в русскую рулетку – повезет — не повезет, и очень часто приводит к возникновению деформаций и выходу из строя стропил и кровельного покрытия.

Рекомендуем вам не экономить на проектировании стропильной системы вашего дома. Это отдельный вид работ, который должен делать профессионал-проектировщик с соответствующим образованием. На основе ваших пожеланий о желаемой форме крыши, виде кровельного покрытия и внешнего вида самого дома, специалист правильно подберет необходимое сечение и шаг стропил, угол наклона скатов, спроектирует все инженерные узлы и детали соединений стропильных элементов.


Схема двух видов стропильных систем

Висячие стропила

 
В зданиях, достаточно больших по площади, но не имеющих несущих внутренних перегородок или опор, обычно применяют висячие стропила – ширина пролета при этом может достигать 7-12 метров.

Висячие и наслонные стропила: характеристики и особенности монтажа

Такая конструкция стропильной системы кровли предполагает опору только по периметру – на внешние стены или мауэрлаты, и применяется для перекрытия производственных помещений и цехов, торговых зданий, выставочных комплексов.

Висячие стропила имеют очень серьезный недостаток — большое распирающее усилие на стены дома, для компенсации которого обычно применяют горизонтальные затяжки (или ригели), соединяющие между собой стропильные ноги. При этом затяжки могут монтироваться как у самых нижних концов стропил (при этом они будут служить лагами будущего пола чердака или мансарды), так и выше.


Типы висячих стропил

Совет: при монтаже затяжек помните – чем выше она расположена, тем серьезнее нагрузки на растяжение испытывает, поэтому требует большего сечения бруса (если используется деревянный брус) и более надежного выполнения соединительных узлов.

Монтаж висячих стропил

 
Висячая стропильная система, в случае изготовления из дерева, обычно требует деревянный брус сечением не менее 50х200 мм, однако при изготовлении нужно ориентироваться исключительно на проект кровли, выполненный специалистом.

  1. После монтажа мауэрлатов по периметру внешних стен, берем два бруса запроектированного сечения и поднимаем наверх. Стропильные ноги обрезаем по размерам.
  2. Для устойчивой опоры на мауэрлате в обеих стропильных ногах делаем одинаковые выемки. Верхние части стропильных ног прирезаем таким образом, чтобы они упирались друг в друга — соединение внахлест в этом случае не подойдет из-за меньшей надежности.
  3. Очень важно тщательно подогнать между собой эту первую пару стропильных ног. После того, как убедитесь в идеальности всех соединений и узлов, опускаем обе детали на землю и по ним делаем шаблоны для всех остальных стропильных ног – отдельно для правых и левых. Это значительно упростит изготовление всех остальных стропил и ускорит монтаж стропильной системы.
  4. Последовательно и попарно поднимаем стропильные ноги наверх и крепим их между собой и на мауэрлат; первую пару – с одного края кровли, вторую – с противоположного. Между ними необходимо натянуть шнур, который будет служить уровнем для всех остальных деталей кровли.
  5. После монтажа всех стропильных пар их необходимо связать между собой в верхней части, обязательно соблюдая расстояние между соседними, которое должно быть таким же, как и в нижней части – на мауэрлате.
  6. Монтируем затяжки, которые будут соединять нижние части стропильных пар между собой. Монтировать их можно внахлест или встык.
  7. Вначале, до установки всех основных элементов стропильной системы, монтаж целесообразно с помощью гвоздей. После монтажа все узлы и соединения необходимо скрепить с помощью стальных пластин и болтов – это обеспечит конструкции необходимую надежность.

Крепление стропил

Совет: перед монтажом висячих стропил из дерева не забудьте обработать все детали антисептиками, предотвращающими поражение древесины насекомыми и защищающими от гниения, и антипиренами, обеспечивающими необходимую пожаробезопасность.

Выше была описана технология монтажа основных элементов конструкции висячих стропил. При широких пролетах здания для дополнительно жесткости и надежности используют дополнительные подпорки – бабки и подкосы.
 

Наслонные стропила

 

Обычно жилые дома имеют внутренние стены, которые создают дополнительную опору для конструкции стропильной системы. В таких случаях целесообразнее применять наслонные стропила – конструкция и узлы их намного проще в исполнении и требуют намного меньше материала, что делают всю кровельную систему более легкой и экономически выгодной. Конструктивной точкой опоры в этом случае является коньковый прогон, к которому крепятся стропильные ноги, и который обеспечивает всей конструкции необходимую жесткость.


Наслонная стропильная система

Наслонная стропильная система безраспорного типа может быть смонтирована тремя разными вариантами:

  1. При первом варианте верхняя часть стропильной ноги укладывается на конек и крепится так называемой скользящей опорой; ее нижняя часть крепится к мауэрлату с помощью врубки зубом, с дополнительным креплением проволокой к стене для страховки.
  2. Второй вариант предполагает крепление верхней части стропил друг к другу болтами, гвоздями или металлическими пластинами; нижняя часть стропильной ноги с мауэрлатом закрепляют подвижным соединением (типа ползун).
  3. Третий вариант объединяет верхнюю часть стропил с коньковым прогоном в единый коньковый узел с помощью жесткого закрепления их с помощью горизонтальных брусков и досок. Для крепления нижних частей стропильных ног при этом используется такое же плавающее соединение, как и во втором варианте.

 
Благодаря не жесткому, плавающему креплению нижних частей стропильных ног, наслонные стропила не передают распирающую, деструктивную нагрузку на стены дома, поэтому за их целостность можно быть спокойным.

Такое крепление узлов наслонных стропил и является одним из главных отличий от висячих стропил. Впрочем, в некоторых случаях, при необходимости применяется и распорная система наслонных стропил, когда нижняя их часть жестко крепится к мауэрлатам и стенам. В этом случае возникает необходимость в использовании дополнительных элементов – затяжках и подкосах, снижающих эту нагрузку. По сути, распорная система наслонных стропил является переходным (или промежуточным) вариантом между наслонными и висячими стропилами.



Крыша с висячими стропилами — что необходимо знать при строительстве

Конструирование и расчет треугольных арок с приподнятой затяжкой.

Деревянные арки широко используют в качестве основных несущих конструкций зданий различного назначения. Их применя­ют в покрытиях промышленных, сельскохозяйственных и общест­венных зданий пролетом от 12 до 70 м. В практике зарубежного строительства с успехом применяют деревянные арки пролетом до 100 м и более.

Треугольные арки имеют трехшарнирную схе­му и применяются без затяжек при высоте до 1/2пролета и с затяж­ками при высоте от 1/8до 1/6пролета в покрытиях пролетом до 24 м. Пояса таких арок имеют сечение шириной не более 17 см, что поз­воляет склеивать их из цельных по ширине досок. Затяжки этих арок состоят в большинстве случаев из арматурной или профиль­ной стали. Применение деревянных клееных затяжек позволяет повысить монтажную жесткость арок, их стойкость против корро­зии и степень их огнестойкости. При склеивании таких затяжек стыкование досок по длине позволяет исключить значительные пороки и обеспечить надежность их работы на растяжение.

Расчет.

Распор арки при воздействии на нее сплошной равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q определяют по формуле

где – стрела подъема (высота) арки.

Сечения балок, образующих верхние пояса арок, проверяют на максимальный изгибающий момент и продольную силу, действующую в том же сечении, по формуле

где – коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы при деформации стержня, определяемый по формуле

Максимальный изгибающий момент в верхнем поясе арки под влиянием непосредственно приложенной к нему местной равномерно распределенной нагрузки равен

В случае необходимости использования габарита под аркой, затяжку (ригель) устраивают приподнятой относительно уровней пят. При этом уменьшается и, как следует из формулы , увеличивается усилие H. Также возрастает изгибающий момент в верхнем поясе, который вычисляют по формуле

где а – расстояние от оси до точки пересечения осей верхнего пояса и ригеля.

Если , то

Собственный вес несущих конструкций приближенно определяют по формуле

где – соответственно нормативные постоянная и временная нагрузки

l – пролет в м

– коэффициент собственного веса

Ориентировочно значение для треугольных арок может быть принято равным 5.

Стропильная система двухскатной крыши своими руками: обзор конструкций висячего и наслонного типа

Висячие стропила: сечение, пролет, способы монтажа

Устройство висячих стропил
Треугольная шарнирная арка
Шарнирная арка с бабкой
Конструкция с приподнятой затяжкой
Шарнирная арка с ригелем
Арка с подвеской и подкосами
Виды соединений отдельных элементов и узлов
Расчет висячей стропильной системы
Монтаж висячих стропил

Перед тем, как строить крышу дома, необходимо изучить возможные варианты стропильных систем и подобрать оптимальную схему в зависимости от индивидуальных особенностей постройки. Среди наиболее распространенных схем стропильного каркаса выделяются наслонные системы, подходящие для зданий, имеющих внутреннюю несущую стену, и висячие системы, в которых стропила могут опираться только на внешние стены кровли. В данной статье будут рассматриваться узлы и конструкция висячих стропил.

Устройство висячих стропил

Висячие стропила называются именно так неспроста – по сути, они постоянно находятся в подвешенном состоянии и не имеют под собой иной опоры, кроме внешних стен здания. Несмотря на кажущуюся ненадежность, висячие стропильные системы достаточно эффективные и способны в полной мере выполняться свои функции в пролетах длиной до 17 м.

Разумеется, сами по себе навесные стропила стоили бы немногого, но ведь они используются в связке с цельной системой, включающей в себя массу дополнительных элементов, позволяющих формировать крупные узлы вроде ферм или арок.

Примером простой фермы может выступить конструкция, состоящая из двух стропильных балок, которые соединены в верхней точке, за счет чего обеспечивается треугольная форма такой фермы. В горизонтальной плоскости устанавливается стропильная затяжка, представленная обычной деревянной балкой. Конечно, она может быть выполнена из металла, но тогда ее нужно называть тяжем.

Роль затяжной балки нельзя недооценивать – стропила, находящиеся под нагрузкой, постоянно пытаются нарушить треугольную форму фермы, а затяжка стропил предотвращает данный эффект. Кроме того, появляющаяся распирающая сила не передается стенам постройки, а приходится на саму затяжку, благодаря чему здание испытывает только усилия вертикальной направленности.

Затяжку можно устанавливать на любом вертикальном уровне, но для этого нужно точно знать, какие функции на нее возлагаются. Например, при расположении затяжки в нижней части стропил ее можно использовать еще и как балку перекрытия этажа, находящегося ниже. Если же под крышей будет располагаться жилое помещение, то затяжку стоит устанавливать выше, чтобы она мешала при обустройстве мансарды.  

При обустройстве больших пролетов узлы висячих стропил придется дополнительно усиливать. В том случае, если пролет между стенами превышает 6 м, то стропила укрепляются раскосами и подвесами, а затяжку стоит сделать из двух балок, соединенных между собой.

Устройство висячих стропил может выполняться по нескольким схемам, и их стоит рассмотреть подробнее.

Треугольная шарнирная арка

Рассматриваемый вид конструкции по праву считается одним из самых простых. Конструктивно такая схема предполагает создание простой фермы в форме треугольника, которая включает в себя две стропильных балки, направленных в сторону конька. Внизу стропила опираются на горизонтальную балку, кроме того, на нижнем уровне осуществляется крепление затяжек к стропилам. Для нормального функционирования такой конструкции высота конька должна быть больше, чем 1/6 пролета фермы.

Стропильная система двухскатной крыши своими руками: обзор конструкций висячего и наслонного типа

В такой схеме, считающейся традиционной, основная нагрузка приходится на стропила, изгибая их так, чтобы они расходились в разные стороны. Это усилие компенсируется затяжкой, которая, работая на растяжение, позволяет разгрузить стропильную систему. Затяжка в данном случае не относится к числу несущих элементов, поэтому вместо деревянной детали вполне можно использовать металлическую.

Чтобы снизить изгибающую нагрузку, которую испытывают стропильные ноги, коньковые элементы в данном случае устанавливаются с небольшим отклонением от центральной оси. Такая схема становится причиной появления дополнительного усилия с противоположно направленным вектором. Помимо снижения нагрузки на стропильный каркас, это также позволяет использовать балки меньшей толщины – а это прямой путь к оправданной экономии.

Чаще всего треугольные шарнирные арки используются для создания мансард, а находящиеся в нижней части конструкции затяжки отлично служат в качестве балок перекрытия. Все описанные дальше схемы висячих стропил представляют собой вариации описанной трехшарнирной арки, в которых дополнительные элементы всего лишь повышают жесткость стропил.

Шарнирная арка с бабкой

Данная конструкция сложнее предыдущей, зато ее вполне можно использовать для перекрытия пролетов длиной более 6 м. Основной проблемой длинных конструкций является длинная затяжка – на нее приходятся существенные нагрузки, поэтому она изгибается под собственным весом. Для компенсации этих нагрузок используется бабка – деревянный брусок, при помощи которого подвешивается затяжка. При необходимости в качестве бабки можно использовать и металлические пруты, которые имеют достаточную прочность на растяжение.

Используя такой подвес, можно устанавливать висячие стропила с затяжкой большой длины, ведь ее изгиб будет компенсирован. Основной момент при монтаже такой конструкции – бабка не должна подвергаться сжатию, то есть ее нельзя использовать как вертикальную стойку. Конечно, конструктивно стойка и подвес очень похожи, но эти элементы выполняют совершенно разную работу.

Главное отличие бабки заключается в том, что она подвешивается к карнизному узлу, а затяжка крепится к ней посредством хомутов. Для создания затяжки нужной длины используются составные элементы, которые подгоняются посредством прирубов и фиксируются болтами. Перед сборкой стоит провести расчет затяжки стропил, чтобы конструкция была оптимальной.

Такая конструкция на сегодняшний день применяется редко по причине морального устаревания. Впрочем, заложенные в ней идеи и принципы все же находят применение в других, более современных стропильных системах.

Конструкция с приподнятой затяжкой

Такая схема преимущественно используется при создании жилых помещений под кровлей. Высота расположения затяжки в данном случае определяет высоту потолка будущей мансарды. Затяжка в такой конструкции поднимается к коньковой части крыши, и чем выше она установлена, тем большие нагрузки ей приходится испытывать.

Стропильный каркас в качестве опоры использует мауэрлат, а не затяжку. Чтобы кровля могла самостоятельно изменять свои размеры в зависимости от внешних факторов, стропила крепятся подвижным образом к специальным устройствам, обеспечивающим необходимую свободу перемещения конструкции.

При воздействии на кровлю уравновешенных нагрузок конструкция будет устойчивой, но если силы, находящиеся с одной стороны, будут превалировать, то крыша будет слегка завалена. Для предотвращения такой ситуации стропила необходимо выносить за пределы стен с обеих сторон здания.

В арке с приподнятой затяжкой последняя не выполняет функции опоры. На нее оказывают влияние только растягивающие нагрузки, если под крышей обустраивается чердак, или растягивающе-изгибающие, при создании мансарды. В последнем случае затяжку можно использовать для монтажа потолков или изоляционных материалов.

Для защиты затяжки от провисаний устанавливается подвеска. Здесь тоже есть нюансы: при небольших нагрузках и небольшой длине затяжку можно попросту прибить к ригелю и коньку, а вот для длинной затяжки с большими нагрузками потребуется несколько подвесок и дополнительная фиксация хомутами.

Шарнирная арка с ригелем

Данная схема конструктивно схожа с предыдущей, но есть и одно отличие – вместо подвижных опорных элементов для шарнирной арки с ригелем используется жесткое крепление. Стропила врубаются в мауэрлат или крепятся к неподвижным опорным брусам. Благодаря изменению конструкции опоры меняются и возникающие в системе напряжения – основной нагрузкой становится распирающая, приходящаяся на мауэрлат и стены.

Затяжка фиксируется в верхней части арки, но вместо растяжения она теперь испытывает сжатие. Вместе с изменением характера нагрузок меняется и название затяжки – теперь она именуется ригелем. Такая арка с приподнятым ригелем может работать только при условии небольшой распирающей нагрузки, а при ее увеличении ригель нужно дополнительно усилить затяжкой. В результате получатся висячие стропила, аналогичные традиционной арке с тремя шарнирами, и мауэрлат в данном случае уже не понадобится.

Арка с подвеской и подкосами

Такая схема является логическим продолжением темы арок с бабками. Арка с подвеской и подкосами используется для перекрытия пролетов длиной до 14 м – в подобных конструкциях нагрузка настолько велика, что стропила прогибаются из-за собственного веса. Для компенсации этих нагрузок используются подкосы.

Как правило, подкосы упираются на внутренние стены постройки, но висячие стропила используются только при их отсутствии. Решить эту проблему помогает бабка, являющаяся единственной доступной опорой.

Собранная таким образом конструкция работает по следующему принципу:

  • На стропила приходится внешняя нагрузка;
  • Подкосы принимают на себя часть этой нагрузки;
  • Подвеска растягивается и натягивает коньковый брус;
  • Стропила захватываются за верхнюю часть и тянутся вниз, за счет чего прижимаются подкосы.

Для длинных стропильных ног, свойственных такой конструкции, используется длинная же затяжка. Лучше всего использовать брус из двух жестко соединенных балок. Затяжка крепится к бабке посредством хомута.

Виды соединений отдельных элементов и узлов

Чтобы конструкция висячих стропил получилась достаточно качественной и надежной, необходимо позаботиться о качественном соединении ее элементов, для чего могут использоваться следующие способы:

  1. Стыковое соединение. Такой метод используется для соединения верхних частей стропил, то есть конькового узла. Балки стропил срезаются под углом, совмещаются и фиксируются посредством деревянных или металлических накладок.
  2. Соединение внахлест. Для реализации данного способа верхние края стропильных ног схлестываются и крепятся болтом с гайкой или шпилькой.
  3. Соединение врубкой. Перед соединением стропила выпиливаются на половину своей толщины. Подготовленные детали сводятся и фиксируются через высверленное сквозное отверстие болтовым соединением. Такой же метод активно используется для монтажа карнизных узлов – в нижней части стропил вырубается зуб, который подводится к опорам и крепится болтами или пластинами.
  4. Скользящее соединение. Такой метод соединения нижних частей стропил используется в системах с подвижной опорой. Для соединения используются специальные металлические элементы.

Расчет висячей стропильной системы

Крыша с висячими стропилами должна рассчитываться еще на этапе проектирования – это позволяет избежать дальнейших проблем. Лучше всего будет заказать расчет у специалистов или воспользоваться готовым проектом, но при желании можно сделать всю работу самостоятельно, воспользовавшись онлайн-калькулятором или более традиционными методами проведения расчетов.

В любом случае, для расчетов потребуется знать:

  • Площадь и размеры подкровельного пространства;
  • Наличие мансарды;
  • Ожидаемую нагрузку на кровельную систему;
  • Угол наклона скатов;
  • Вид стропильной системы;
  • Материал изготовления стен здания;
  • Материал кровельного покрытия.

Расчет висячих стропил нужен для того, чтобы определить толщину стропил, шаг их установки и форму необходимых ферм.

Монтаж висячих стропил

Когда все предварительные этапы завершены, можно приступать непосредственно к монтажу стропильной системы, который выполняется по следующему алгоритму:

  • Сначала нужно разметить центр крыши и высоту конька, после чего на фронтонах выставляются две доски с отметками;
  • Далее нужно сделать шаблон монтажа стропильных ног, для чего нужно взять обрезок доски и прислонить ее одним концом к мауэрлату, а другим – к отметке высоты конька, и сделать на этой доске запилы;
  • При помощи шаблона изготавливаются стропильные балки в необходимом количестве;
  • Подготовленные и обработанные стропила раскладываются попарно;
  • Сначала монтируется первая ферма, которую после сборки нужно установить на фронтоне здания, используя для крепежа саморезы или уголки с гвоздями;
  • На другой стороне здания устанавливается вторая ферма;
  • Между двумя установленными арками натягивается шнурок, от которого нужно будет отталкиваться при монтаже остальных ферм;
  • Все остальные фермы устанавливаются последовательно, с соблюдением рассчитанного шага и уровня.

Завершив установку висячей стропильной системы, можно приступать к следующим этапам монтажа кровли.

Заключение

Деревянные висячие стропила достаточно удобны и подходят для решения множества задач. Монтаж висячей системы достаточно прост – необходимо лишь грамотно спланировать будущую конструкцию и тщательно провести каждый этап ее сборки. 

устройство конструкции, расчет и инструкция установки

Висячий вид стропил опирается на стены сооружения исключительно концами и устраивается при наличии расстояния между соседними опорами не более шести метров. Кровельные конструкции, имеющие более широкий пролёт, требуют выполнения укреплений посредством ригелей и затяжек в верхней части конькового элемента. Использованию подлежит не только деревянная, но и металлическая система затяжек.

Устройство висячих стропил


[contents]

Отличие висячих от наслонных стропил

Основное отличие между двумя стропильными конструкциями заключается в характере стропильной опоры. И если при монтаже висячей стропильной системы ноги имеют непосредственный упор в стены сооружения, но для наслонных стропил характерно наличие специальных элементов, создающих дополнительную опорную точку.

Отличие висячих и наслонных стропил и их установка

Отличие висячих и наслонных стропил

Висячие стропила обладают определённой конструкционной сложностью и значительным весом по сравнению с наслонной системой. Однако, именно система висячих стропил относится к оптимальному варианту для перекрытия пролётов, с шириной не менее шести и не более десяти метров, а также для создания полноценного мансардного помещения.

Наслонная стропильная система может быть как распорной, так и безраспорной, с закреплением на мауэрлатной балке, а висячая стропильная система передаёт исключительно вертикальные усилия. Следует учитывать, что на конструкцию висячих стропил требуется больше строительного материала, что сказывается на общей стоимости возводимой конструкции.

Применение висячих стропил

Основное применение такой стропильной системы заключается в возможности использования при отсутствии в сооружении внутренних несущих стен. Подобная конструкция не обладает центральной опорой, а местом сочленения с сооружением служат стены здания. Второй конец висячих стропил имеет опору на верхних краях встречных стропил.

Кроме того, для стропильных ног висячих конструкций характерно полное отсутствие создания горизонтальных нагрузок, что обусловлено обеспечением распорного напряжения не передающегося на стены здания. Чтобы уменьшить усилия требуется применять специальные затяжки. Основное предназначение этих затяжек заключается в объединении нескольких конструкционных элементов.

Наиболее востребованы стропила висячие для создания сложных кровельных конструкций.

Виды конструкций крыши

Особенностью конструкции, опирающейся исключительно на края стен здания без наличия опоры центрального типа, является наличие пяти видов функционирования.

С подвеской или бабкой

Относится к морально устаревшей схеме и заключается в подвешивании затяжки к арочному коньку. Деревянная подвеска называется бабкой, а железная — тяжем. Затяжка может быть выполнена из укороченных элементов, которые состыкуются на хомуте подвески посредством косого или прямого прируба и скручивания болтами.

Полученная подвеска работает исключительно на растяжение от прогиба самой затяжки, что обусловлено собственным весом. Подвеска может быть выполнена из конструктивно подходящего материала.

Конструкция стропильной системы с подвеской или бабкой

Конструкция стропильной системы с подвеской или бабкой

Треугольные трехшарнирные арки

Висячие стропила обладают формой замкнутого треугольника, что называется трехшарнирной треугольной аркой, где стропила работают на изгиб, затяжка работает на растяжение. Показатель минимальной высоты конькового подъёма не должен быть меньше 1/6 пролёта арки.

Конструкция стропильной системы с треугольной трехшарнирной аркой

Конструкция стропильной системы с треугольной трехшарнирной аркой

Стропильные арки с приподнятой затяжкой

Востребованное соединение для зданий с полноценным мансардным помещением. При установке затяжки соблюдается сдвиг вверх. Растягивающее напряжение, воспринимаемое затяжкой, прямо пропорционально высоте её расположения. Такой безраспорный тип конструкции характеризуется опиранием стропил на мауэрлат согласно схеме для любых шарнирно подвижных опор. Таким образом опора низа стропил выполняется по принципу своеобразного ползуна.

Стропильные арки с приподнятой затяжкой

Стропильные арки с приподнятой затяжкой

Треугольные арки с ригелем

Конструкция с ригелем

Конструкция с ригелем

В таком соединении заменяется нижний опорный узел с ползуна на неподвижную опору шарнирного типа. Характерная врубка в мауэрлат зубом или посредством использования специального опорного бруска, что обуславливает конструкционную устойчивость арки, которая приобретает распорные функции и передаёт горизонтальное напряжение на мауэрлат и стены. Балки мауэрлата нуждаются в жёстком креплении к стенам.

Треугольные арки с подкосами

Ещё одна морально устаревшая схеме, которая является неким подобием модернизированной трехшарнирной треугольной арки с подвеской или бабкой. Чтобы уменьшить прогиб и увеличить длину стропил используются подкосы, низ которых упирают в подвеску или бабку. Напряжение от прогибающихся стропил передаётся подкосам, растягивающими подвеску в которую врублены.

Растянутая подвеска утягивает за собой узел конька и стропильный верх, что вызывает сжимание подкосов. Полученное круговое движение всех внутренних напряжений позволяет получить довольно жёсткую конструкцию арки.

С подкосами

С подкосами

Устройство стропильной системы

Наиболее простой вариант фермы на основе висячих стропил представляет собой треугольник, состоящий из двух стропильных ног, которые упираются вверху друг в друга и дополнены затяжкой. Такой тип конструкции является распорной системой без передачи напряжения на стены. Основной распор нейтрализуется посредством затяжки.

Таким образом распор остаётся в системе и не имеет внешних проявлений, что позволяет упростить устройство стропильной системы и узлов опоры на стены. Висячие стропила не нуждается в обязательном обустройстве мауэрлата, а на слой гидроизоляции можно подложить только деревянную доску, требующуюся для горизонтального выравнивания ферм и увеличения площади узловой опоры.

Проводим расчёт

Для выполнения правильного расчёта любой стропильной системы, рекомендуется использовать компьютерные программы или формулы. Для висячей стропильной системы следует учитывать полное отсутствие опорных балок. Показатель длины покрываемого пролёта не имеет существенного значения.

Чтобы обеспечить необходимую кровельную жёсткость, а также предотвратить возможное смещение стропильных ног, необходимо рассчитать количество и размеры подкосов, ригелей, стоек и прогонов.

Все производимые расчёты должны базироваться на следующих особенностях:

  • чтобы получить точные расчёты по количеству необходимого материала следует составить схему, а также план и раскладку предполагаемой стропильной системы с отображением всех конструкционных элементов, указанием их количества и точных размеров;
  • правильный расчёт размеров с учётом длины необходимого пиломатериала позволяет скомпоновать основные конструктивные элементы и минимизировать количество отходов;
  • следует учитывать, что в точках повышенных нагрузок в схему для расчёта необходимо включить стропила спаренного типа;
  • подбор сечения для стропильных ног производится на основании подсчётов суммарных нагрузок на всю кровельную площадь, а также на площадь одного квадратного метра;
  • стропильные балки целесообразно изготавливать из древесины наиболее высокого качества, без сучков, трещин и других дефектов;
  • минимальное сечение брусов для затяжек и прогонов составляет порядка 50 × 150 миллиметров, а стойки, ригели, подкосы и другие вспомогательные элементы выполняются из бруса с сечением 100 × 100 или 150 × 150 миллиметров.

Инструкция по установке

Выполнение кровельной конструкции базируется на нескольких этапах:

  • установка мауэрлата и балок перекрытия. Установка стоек и прогонов не требуется. Рекомендуется отметить центр крыши в месте пролегания конька посредством временной фиксации досок на центрах фронтонов.
  • выполнение шаблона. Доска прикладывается нижним концом на уровень мауэрлата, а верхний конец располагается на сделанной отметке высоты. Верхний запил отмечается на крае доски, который обозначает центр крыши, а для нижнего запила должна отмечаться точка на треть ширины доски в месте стыковки с мауэрлатом. Такой шаблон требуется для уточнения симметричности стропил.
  • подготовка стропильных ног по шаблону. Готовые стропила раскладывают попарно и крепят металлическими накладками и саморезами или шпильками на уровне верхних срезов. Нижняя часть полученных ферм крепится посредством уголков и саморезов или гвоздей к мауэрлату.
  • установка затяжек или ригелей. При помощи досок соответствующей длины стягиваются стропильные ноги. Общее количество ригелей и показатель высоты их расположения зависят от конструкционных особенностей крыши.
Технология крепления узлов

Технология крепления узлов

Если необходимо получить более длинные стропильные ноги, то следует выполнить наращивание посредством следующих методов:

  • наращивание встык;
  • метод внахлёст;
  • способ косого прируба;
  • наращивание тремя досками;
  • наращивание посредством опоры на прогон.

Что еще нужно знать при монтаже своими руками смотрите в видео.

Устройство карнизного свеса

Проект стропильной системы может не предполагать устройство карнизного свеса, что требует возведение такого элемента после устройства стропильной конструкции. Кровельный свес выполняется при помощи наращивания стропильных ног специальной доской-«кобылкой».

Стандартная длина такого вылета не должна быть менее сорока сантиметров. Оптимальный размер карнизного свеса должен составлять около шестидесяти сантиметров. Кобылка крепится к стропильной ноге с выдерживанием незначительного просвета, который необходимо частично заполнить вкладышем из короткой доски. Для крепления используются гвозди, пара которых забивается с противоположной стороны, а затем загибается.

Заключение

При возведении сооружений, не обладающих несущими капитальными стенами, следует применять висячую стропильную конструкцию.

Висячая стропильная конструкция выполняется посредством стягивания ригелями или затяжками, и чаще всего используется для возведения простых двускатных крыш или в качестве верхней стропильной системы мансардной крыши.

В висячей стропильной конструкции отсутствует коньковый прогон, а верхняя часть симметричных стропильных ног в качестве опоры использует друг друга.

Расчет деревянных стропил крыши

Обычно в частном строительстве для устройства крыши дома используется деревянная стропильная система, которая обычно состоит из стропил (верхний пояс стропильной системы), обрешетки, подкосов, затяжек, стоек и прогонов. Основным элементом из них являются стропила. Именно от их надежности зависит "сложится" ли ваша крыша или нет. Поэтому для того, чтобы этого не случилось данные конструкции необходимо рассчитывать - делать подбор минимально допустимого сечения по прочности и прогибу.

Содержание:

1. Калькулятор

2. Инструкция к калькулятору

Сделать это Вы можете на данной странице, где Вам предлагается произвести расчет деревянных стропил крыши (расчет обрешетки см. другой калькулятор) для восьми типов стропильной системы:

  • Тип 1 - односкатная крыша, в которой стропила опираются на две опоры.
  • Тип 2 - в основе стропильной системы лежит треугольник, стропилины которого опираются по двум точкам.
  • Тип 3 - двухскатная крыша, состоящая из треугольной стропильной системы, в которой используются подкосы.
  • Тип 4 - треугольная арка с затяжкой на опорах.
  • Тип 5 - стропила крыши с шарнирным опиранием по концам и жестким защемлением в области конька.
  • Тип 6 - в стропильной системе каждая стропилина опирается на три опоры.
  • Тип 7 - стропильная система, в которой стропилины соединены приподнятой затяжкой.
  • Тип 8 - стропильная система мансардной крыши, которая опирается на четыре опоры и имеет затяжку в области верхних опор.

Примечание: Данный список можно было еще долго и долго продолжать. Но даже если Ваша крыша точно не соответствуют перечисленным типам, благодаря данному калькулятору Вы все равно сможете ее рассчитать. Просто нужно подобрать наиболее подходящий из предложенных.

Калькулятор

Инструкция к калькулятру

Исходные данные

Условия эксплуатации:

Срок службы - здесь указывается срок, на протяжении которого конструкции должны исправно работать.

Про остальные параметры (длины (L и L0), шаг стропил (K), высоты крыши (Н, Н1 и Н2)) и так все понятно. Здесь просто нужно смотреть на рисунок.

Характеристики стропилин:

Для справки, стропилина - это одна из досок стропил.

Материал - здесь выбирается порода дерева, из которой будут изготовлены стропилины, а впоследствии и стропила.

Ширина (B) и высота (D) - размеры сечения стропилины.

Сорт древесины - здесь выбирается сорт древесины, из которого будут изготовлены стропилины.

Пропитка - ставится "Да", если древесина будут подвержена глубокой пропитке антипиренами под давлением.

Нагрузка:

По СНиП "Нагрузки и воздействия" нагрузка на стропила может быть неравномерной. Другими словами, стропилина слева может быть нагружена больше, чем стропилина справа (подробнее об этом в статье: сбор нагрузок на кровлю и стропила). Поэтому, если рассчитывается лишь одна стропилина, то нормативные (qн)  и расчетные (qр) нагрузки берутся максимальные (в нашем случае слева). А если расчет стропил крыши производится так, как в случае с затяжками (когда рассчитывается стропило целиком), то нужно указывать и нагрузки слева (qн1, qr1) и нагрузки справа (qн2, qr2).

Результат

Длины (L1 и L2) - расчетные длины стропилин.

Углы наклона (P, P1 и P2) - углы наклона стропил и подкоса. В случае с подкосом угол наклона Р2 желательно делать в пределах 45-53°.

Реакции (VA, VB и VC) - реакции, возникающие на опорах.

Усилия (NA, NC, ND и NE) - усилия, возникающие в затяжке.

Гибкость стропилины - параметр необходимый для расчета стропил на сжатие.

Расчет по прочности:

Gстропил. - напряжение, возникающее в стропилах.

Rтреб - требуемое расчетное сопротивление древесины. Если возникающее напряжение превышает его, то стропилы по прочности не проходят. В этом случае нужно, либо уменьшать шаг стропил, либо увеличивать их сечение.

Запас - в случае, если Gстропил.>Rтреб, то здесь показывается на сколько превышено напряжение в стропилах; в противном случае (Gстропил.<Rтреб) в данной графе отображается запас прочности.

Примечание: в случае, если стропилина имеет три опоры, то расчет по прочности производится в двух вариантах:

  • Вариант 1 - на усилия и момент, возникающие на средней опоре.
  • Вариант 2 - на усилия и момент, возникающие в большем пролете (L1 или L2).

Расчет по прогибу:

В принципе, если Вы строите дом себе, то на него можно не обращать внимания при условии, что стропила по прочности проходят.

Fстропил. - прогиб, который возникает под действием нагрузок.

Fmax - максимально допустимый прогиб для стропил.

Запас - здесь отображается, либо процент запаса (положительная цифра), либо на сколько действительный погиб стропил крыши превышает максимально допустимый (отрицательная цифра).

Как рассчитать висячие стропила - Доктор Лом. Первая помощь при ремонте

Самый простой способ решения данной проблемы - воспользоваться одним из калькуляторов для расчета крыши, благо в сети их не мало.

С одной стороны очень удобно, при пользовании некоторыми из них даже не обязательно знать нагрузку на стропила, достаточно указать используемые материалы и свой снеговой и ветровой район или просто область предполагаемого строительства, все остальное, включая возможные варианты сечений стропил и объем лесоматериала, калькулятор посчитает сам. Вот только из описаний к калькулятору далеко не всегда понятно к какой именно стропильной системе этот расчет относится, а потому результат остается под вопросом.

Другие калькуляторы требуют знания расчетной нагрузки, а кроме того сечения стропил, которое вроде бы и должно определяться расчетом, и на выходе у них данных меньше.

Вот только ни один из известных мне калькуляторов не показывает алгоритм расчета. Поэтому полученные результаты - сомнительны. Вот например, достаточно неплохой на первый взгляд калькулятор, в том смысле, что правильно определяет горизонтальные и вертикальные опорные реакции. Тут на него можно положиться, я его проверил, воспользовавшись исходными данными из статьи "Расчет стропил - треугольной арки с затяжкой".

А вот с определением нормальных напряжений в поперечном сечении стропил и с определением прогиба в указанном калькуляторе проблема. Например, при указанных исходных данных нормальные напряжения, определяемые калькулятором, завышены чуть ли не в 2 раза. Тем не менее калькулятор на это никак не реагирует и даже показывает, что есть запас по нормальным напряжениям в процентах, хотя по логике должен показывать, что сечение стропил следует увеличить. Величина прогиба тоже оказалась завышена в 1.5 раза, но это не так сильно влияет на расчеты.

В результате калькулятор выдает запас при любом вводимом сечении стропила, а если вам все-таки удастся разобраться и подставить такое сечение стропил, чтобы нормальные напряжения были все-таки меньше расчетного сопротивления, то в итоге вы получите чуть ли не двукратный запас прочности. Другими словами, вам потребуется лесоматериала почти в 2 раза больше. Такова цена использования бесплатного калькулятора.

А кроме того ни один из известных мне калькуляторов не рассчитывает количество нагелей, необходимых для крепления затяжки и возможного крепления стропил в стреле арки.

Это все я к тому, что неспециалисту лучше не пользоваться чужими непроверенными калькуляторами.

Более того, даже если бы у меня хватило знаний, времени и денег для создания собственного калькулятора (а ничего из вышеперечисленного у меня пока в достоточном количестве нет), то пользоваться им я бы все равно не рекомендовал. Он для вас будет таким же не проверенным, как и все остальные, а проверить его можно только понимая методику расчета.

Если же вы все равно не хотите вникать в теоретические предпосылки подобного расчета, а пользоваться калькуляторами теперь остерегаетесь, то в этом случае я могу предложить несколько другой метод расчета, который можно назвать

метод поправочных коэффициентов

Суть метода чрезвычайно проста: если известен конечный результат при одном из возможных сочетаний исходных данных, то нет необходимости производить расчеты с самого начала. Достаточно умножить конечный результат на один или несколько поправочных коэффициентов, учитывающих отклонение тех или иных исходных данных.

Вот только пользоваться этим методом имеет смысл лишь тогда, когда у вас отклонения от исходных данных по 1-2, максимум 3 показателям. В противном случае проще вести расчет с чистого листа, особенно если у вас значительно меняется угол уклона кровли.

Посмотрим, как можно сделать такой расчет на следующем примере.

Исходные данные:

1. Расстояние между мауэрлатами (пролет арки) l = 6 м

2. Шаг стропил sh = 1 м.

3. Уклон кровли a = 30°.

4. Двухэтажный дом, высота стен h1 = 6 м

5. Район строительства - московская область. Снеговая нагрузка qs,исх = 180 кг/м2.

6. Ветровая нагрузка при данной геометрии кровли при расчетах не учитывается.

Результат расчетов по исходным данным:

1. Максимальный изгибающий момент (посредине стропильной ноги) Мнач = 36686.2 кгс·см.

2. Нормальная сила в затяжке Nзнач = 692.927 кг

3. Количество гвоздей для крепления затяжки (с каждой стороны) - 8 шт.

4. Сечение затяжки - Fнач = 10х5 = 50 см (исходя из требований по максимально допустимой гибкости)

5. Нормальная сила в наклонном стержне Nснач = Nзнач/cosa = 692.927/0.866 = 800.15 кг.

6. Момент сопротивления Wнач = 333.3 см3. Сечение стропил 20х5 см.

7. Коэффициент продольного изгиба стопил φ = 0.65 

8. Количество гвоздей диаметром 0.5 см для крепления стропил в стреле арки - 9-10 шт.

9. Площадь опорной площадки стропила на мауэрлат - F = 30 см2.

10. Максимальный прогиб fнач = 1.03 см

Нужно рассчитать стропила, если

1. Расстояние между мауэрлатами (пролет арки) l = 8 м.

2. Шаг стропил sh = 0.8 м.

3. Уклон кровли a = 45°.

4. Одноэтажный дом, высота стен h1 = 3 м.

5. Район строительства - Новосибирск. Снеговая нагрузка qs = 240 кг/м2.

6. Ветровое давление = 38 кг/м2.

Определение поправочных коэффициентов

Рассматривать коэффициенты мы будем в зависимости от степени их влияния на расчеты и возможной вероятности отклонений от исходных данных.

1. Если изменяется длина пролета - поправочный коэффициент k1.

Длина пролета влияет на значение изгибающего момента и на все остальные данные. При длине пролета 8 м, а не 6 м значение этого коэффициента составит:

k1 = (l/lисх) = 8/6 = 1.333 (469.1.1)

Таким образом, если остальные данные совпадают с исходными, то максимальный момент составит:

М = Мначk12 = 36686.2·1.3332 = 65219.9 кгс·см (469.1.2)

Нормальная сила

N = Nначk1 = 800.15·1.333 = 1066.87 кг (469.1.3)

Соответственно и все другие данные (количество гвоздей, растягивающая сила в затяжке и т.п) умножаются на коэффициент k1.

Как видим, даже при относительно небольшом увеличении пролета изгибающий момент увеличился почти в 2 раза, а потому при всех прочих исходных условиях для стропил потребуется брус сечением минимум 20х10 см. Да и для затяжки потребуется как минимум 2 поперечные горизонтальные связи, чтобы соблюсти условие по максимально допустимой гибкости.

И еще, при увеличении длины пролета увеличится гибкость стропил и это уже никакими поправочными коэффициентами не учтешь, тут поможет график 250.2. Впрочем, влияние нормальной силы на общую несущую способность стропила относительно небольшое и для упрощения расчетов значение коэффициента продольного изгиба φ можно разделить на k1.

Проверяем. Если мы просто делим, то φ = 0.65/1.333 = 0.487. По графику φ = 0.48. В итоге

σ(N+M) = 1066.87/(0.487·200) + 65219.9/666.7 = 10.95 + 97.82 = 108.8 кг/см2 < Rи =140 кг/см2 (214.3.1)

2. Если изменяется шаг стропил - поправочный коэффициент k2.

Так как стропила далеко не всегда делаются с шагом 1 м, а чаще с меньшим, то соответственно при меньшем шаге стропил и остальных таких же исходных данных уменьшится значение расчетной нагрузки. Учесть это можно поправочным коэффициентом k2. Это самый простой и удобный в работе коэффициент. Так как в исходных данных шаг стропил принят 1 м, то значение коэффициента - это и есть шаг стропил в метрах. А кроме того все исходные данные при изменении шага стропил просто умножаются на k2.

k2 = sh (469.2.1)

В данном случае при шаге стропил 0.8 м k2 = 0.8. Соответственно все исходные данные увеличатся в 0.8 раз, т.е. уменьшатся.

3. Если изменяется снеговая нагрузка - поправочный коэффициент k3.

Если не учитывать, что кроме снеговой нагрузки на стропильную систему действует собственный вес, то для определения этого коэффициента достаточно разделить снеговую нагрузку на исходную:

k3 = qs/qsисх = 240/180 = 1.333 (469.3.1)

Если все остальные данные совпадают с исходными, то для получения нужного результата все эти данные нужно умножить на k3.

4. Другой уклон кровли, влияющий на значение снеговой нагрузки - поправочный коэффициент k4.

При углах наклона кровли больше 25° снеговая нагрузка уменьшается. При этом значение коэффициентов μ определяется интерполяцией по рисунку 227.4. В данном случае при уклоне кровли 45° значение коэффициентов составит:

μлев = 15(1.25 - 0)/30 = 1.25/2 = 0.625 (469.4.1)

μпр = 15(0.75 - 0)/30 = 0.75/2 = 0.375 (469.4.2)

Т.е. снеговая нагрузка при таком уклоне кровли уменьшится в 2 раза, соответственно k4 = 0.5.

Как и при использовании коэффициентов k2 и k3 все исходные данные просто умножаются на k4.

5. Другой уклон кровли, влияющий на значение нормальных сил - поправочный коэффициент k5.

При изменении угла наклона кровли изменяются нормальные силы, действующие на затяжку и на наклонные стержни. Чем больше уклон кровли, тем меньше эти силы в затяжке и в наклонных стержнях. На значение изгибающего момента изменение угла наклона кровли не влияет, ведь мы рассматриваем горизонтальную проекцию наклонного стержня.

Значение коэффициента в данном случае - это отношение исходной стрелы арки (при угле 30°) к стреле арки при уклоне кровли 45° и всех прочих одинаковых данных. Так как стрела арки это длина горизонтальной проекции наклонного стержня, умноженная на tga, то значение коэффициента составит:

k5 = tg30°/tg45° = 0.577/1 = 0.577 (469.5.1)

Таким образом при изменении уклона кровли для определения нормальной силы, действующей на затяжку, исходные умножаются на коэффициент k5.

Чтобы определить значение нормальной силы, действующей в поперечных сечениях наклонных стержней - стропил, полученный результат нужно дополнительно разделить на косинус угла наклона кровли.

Nc = Nз/cosa (469.5.2)

6. Другой уклон кровли, приводящий к появлению положительной ветровой нагрузки - поправочный коэффициент k6.

При достаточно больших уклонах кровли ветровая нагрузка может создавать дополнительное давление на кровлю. В данном случае, при уклоне кровли 45°, расстоянии между стенами 8 м и высоте стен дома 3 м соотношение h2/l = 3/8 = 0.375. Тогда согласно рисунку 227.5 значение одного из аэродинамических коэффициентов, определенное методом интерполяции, составит:

сe1 = 0.375(5(0.8 - 0.4)/20 + 0.4) - 5(0.8 - 0.3)/20 + 0.3)/0.5 + 5(0.8 - 0.3)/20 = 0.375(0.5 - 0.425)/0.5 + 0.425= 0.44375

Примечание: для упрощения расчетов можно не возиться с интерполяцией, а просто принять большее значение, в данном случае се1 = 0.5

Значение аэродинамического коэффициента се2 зависит только от уклона кровли и в данном случае составляет се2 = - 0.4. Это в свою очередь означает, что для точных расчетов пользоваться исходными данными нельзя. Ну а для приближенного расчета (с некоторым дополнительным запасом прочности можно учесть увеличение нагрузки для обеих стропил.

Чтобы определить ветровую нагрузку, нужно умножить значение ветрового давления на аэродинамический коэффициент се и на коэффициент учитывающий характер местности k. При высоте здания меньше 5 метров даже на открытой местности k = 0.75. Таким образом расчетная ветровая нагрузка составит:

qв = Wokcek2 = 38·0.75·0.5·0.8 = 11.4 кг/м

Как видим, значение ветровой нагрузки может поменять значение общей расчетной нагрузки всего лишь на несколько процентов и потому подобным влиянием ветровой нагрузки для упрощения расчетов можно пренебречь с учетом того, что мы использовали достаточно большие коэффициенты надежности по нагрузке и с учетом того, что в итоге нагрузка на противоположное стропило будет меньше. Тем не менее определим и этот последний коэффициент:

k6 = (qисхk2k3k4 + qв)/qисхk2k3k4 = (326.1·0.8·1.333·0.5 + 11.4)/173.485 = 1.066 (469.6.1)

Окончательный результат расчетов будет выглядеть так:

1. Максимальный изгибающий момент (посредине стропильной ноги):

М = Мначk12k2k3k4k6 = 65219.9·0.8·1.333·0.5·1.066 = 37070.4 кгс·см

2. Нормальная сила в затяжке:

Nз = Nзначk1k2k3k4k5k6 = 692.927·1.333·0.8·1.333·0.5·0.577·1.066 = 692.927·0.437 = 303.08 кг.

3. Количество гвоздей диаметром 0.5 см для крепления затяжки:

8·0.437 = 3.5 т.е необходимо 4 гвоздя.

4. Сечение затяжки оставляем таким же из конструктивных соображений 10х5 см, но предусматриваем две горизонтальные связи для соблюдения условий по максимально допустимой гибкости.

5. Нормальная сила в стропилах:

Nс = Nзат/cosa = 303.08/0.707 = 428.7 кг

Требуемый момент сопротивления просто так определить из формулы (214.3.1) не получится. Впрочем нам идеальная точность и не нужна, шаг размеров лесоматериала достаточно большой. Поэтому предварительно определим требуемый момент сопротивления, принимая в расчет только изгибающий момент

6. Требуемый момент сопротивления

Wтр = M/R = 37070.4/140 =  264.8 см3.

Таким образом исходное сечение стропил 20х5 см является достаточным. Проверяем:

σ(N+M) = 428.7/(0.487·100) + 37070.4/333.3 = 8.8 + 111.21 = 120 кг/см2 < Rи =140 кг/см2 (214.3.1)

7. Коэффициент продольного изгиба (мы уже вычислили при определении коэффициента k1)  φ = 0.487 

8. Количество гвоздей диаметром 0.5 см для крепления стропил в стреле арки:

3.5/cosa = 3.5/0.707 = 4.95 точнее 5 гвоздей

9. Площадь опорной площадки стропила на мауэрлат:

F = 30·0.437/0.577 = 22.72 см2

где 0.437 - это произведение всех коэффициентов, определенное нами ранее, а 0.577 - значение коэффициента k5, который в данном случае не учитывается.

Соответственно при ширине стропила 5 см длина опорной площадки должна составлять не менее 22.72/5 = 4.6 см.

10. Максимальный прогиб:

f = fначk14k2k3k4k6 = 1.03·1.3334·0.8·1.333·0.5·1.066 = 1.85 см

Вот собственно и весь расчет. Как видим, если ни одно из условий не совпадает с исходными, то расчет получается достаточно громоздким и запутанным. Причем больше всего путаницы добавляет изменение уклона кровли. Но тут я уже ничего поделать не могу.

Висячие стропила: система, конструкция, монтаж, расчет

Крыша дома – это сложная конструкция. В ее состав входит кровельный материал, гидроизоляция, утеплитель, обрешетка и многое другое. Но самой важной частью по праву называют стропильную систему. Именно эта конструкция берет на себя все нагрузки. В строительстве крыши можно использовать наслонные и висячие стропила. Первый вариант применяется при возведении домов с дополнительной несущей стеной посередине. Висячие стропила можно применять при возведении небольших домов. И именно о них и пойдет речь в данной статье.стропильная система небольшого дома

Особенности конструкции

Как уже отмечалось, стропильная система – это главная несущая часть всей крыши. И от того как правильно и надежно она будет возведена зависит срок службы всего дома. Чтобы сделать все без ошибок, нужно вначале разобраться с особенностями каждого типа подобных конструкций. Всего в строительстве используют три основные разновидности стропильной системы:

  • висячая;
  • наслонная;
  • комбинированная.

Висячая стропильная система считается самой распространенной. Самая главная причина такой популярности – это простота возведения. Монтаж подобной конструкции потребует меньше времени и затрат материала. А в чем особенности подобной стропильной системы?

Если дом имеет осевую несущую стену, то здесь применяют наслонные стропила. Их нижняя часть упирается в мауэрлат, а верхняя закреплена на коньковом прогоне. Такая конструкция считается достаточно прочной. Здесь основная нагрузка передается от стропил к коньковому прогону, а далее на несущую стену.

А как быть, если дом небольшой? Если в строении не предусмотрена несущая стена посередине, то применяются висячие стропила. В этом случае основная нагрузка идет на мауэрлат. Нижний конец стропил в такой системе опирается на несущие стены по периметру дома. Верхний конец просто закрепляется между собой.схемы висячих и наслонных стропил

Основные компоненты

Конструкция висячих стропил напоминает равнобедренный треугольник. Его основание равно ширине дома. В такую стропильную систему крыши входят следующие основные элементы:

  • мауэрлат – основание крыши. Этот элемент используется как в висячих, так и в наслонных конструкциях. Мауэрлат представляет собой мощный деревянный брус, уложенный на верхней части стен по всему периметру. Этот элемент необходим для того, чтобы нагрузка от висячей стропильной системы равномерно передавалось на фундамент;
  • ноги стропил – это основной элемент конструкции. Их устанавливают попарно. Одна стропила с одной стороны дома, другая с противоположной;
  • затяжка. Этот элемент крепится к нижнему краю каждой стропильной пары. Именно затяжка является нижней гранью равнобедренного треугольника висячей стропильной системы.

Это основные элементы конструкции. Любая крыша с висячими стропилами без них не обходится. Кроме этого, в зависимости от конструкции, могут использоваться и другие элементы. Например, для усиления крепления пар стропил друг к другу и для снятия нагрузки на растяжку используется ригель. Этот элемент представляет собой небольшой деревянный брус или доску. Ригель устанавливается в верхней части треугольника висячих стропил и представляет собой разновидность приподнятой затяжки.

Также система может быть оснащена «бабкой». Этот элемент крепится верхней частью к коньку, а нижней к затяжке. Бабка нужна для того, чтобы предотвращать распирание несущих наружных стен от нагрузок, которые им передают пары стропил. Элемент применяется в тех случаях, когда скаты имеют большую длину.

Часто конструкцию крыши с висячими стропилами дополнительно укрепляют подкосами. Эти элементы представляют собой подпорки расположенные горизонтально. Их главная цель – это поддерживать висячие стропила в верхней и средней их части. Подкосы служат для того, чтобы избежать прогибов. Их часто используют в тех случаях, когда стропила имеют большую длину.конструкция крыши с висячими стропилами

Делаем расчет

Перед тем как приступить к монтажу висячих стропил, необходимо выяснить все параметры стропильной системы. Для этого предварительно следует уточнить следующие сведения:

  1. Какой угол наклона будет иметь скат. Это зависит не только от того, какой внешний вид крыши вы желаете получить. Вне зависимости от того, наслонные или висячие стропила вы будете использовать, угол наклона ската нужно выбирать в зависимости от природных условий в вашем регионе. Если снега зимой выпадает много, то крыша должна быть более крутой. Но в этом случае возрастает ветровая нагрузка. Поэтому делая расчет системы стропил, следует выбирать «золотую середину».
  2. Какие нагрузки должна выдерживать крыша. Здесь учитываются и переменные и постоянные. К первым относятся нагрузки на стропила от осадков и ветра. К постоянным причисляют вес кровельного материала и всего оборудования размещенного на крыше.
  3. Будет ли жилая комната на чердаке. На крыше с висячими стропилами легко можно оборудовать мансардный этаж. Если это входит в ваши планы, то высота конька должна быть достаточно большой.

После выяснения всех необходимых сведений делается расчет всех элементов стропильной системы висячего типа. Тут нужно учитывать все факторы и желательно делать запас по прочности. Главным образом нужно высчитать длину и сечение стропил, ведь именно они являются основой всей конструкции.

Чаще всего для этих элементов выбирается деревянный брус. Сама стропила должна быть с сечением не мене 50 на 150 миллиметров. В некоторых случаях можно использовать и доски. Такие стропила висячие применяются для небольших домов. На сечение всех элементов также влияет шаг. Чем больше расстояние между стропилами, тем толще они должны быть. В противном случае под тяжестью кровельного материала и обрешетки они начнут прогибаться и быстро выйдут из строя. Как правило, расстояние между висячими стропилами выбирается не более 60-70 сантиметров.расчет висячей стропильной системы

Монтаж стропильной конструкции висячего типа

Теперь стоит поговорить о том, как производится сам монтаж висячих стропил. Прежде всего, нужно проделать некоторые подготовительные работы. Древесина – это довольно  «капризный» материал. Он подвержен гниению и легко воспламеняется. Чтобы снизить эти недостатки, вся поверхность висячих стропил, а также другие деревянные элементы конструкции крыши обрабатываются специальными пропитками.

Следующим этапом подготовки будет создание подмостков. Стропила висячие как и наслонные монтируются на достаточно большой высоте. Чтобы снизить опасность получения травм желательно соорудить небольшие подмостки. Кроме этого, чтобы не повредить перекрытие на балки укладывают доски, по которым вы и будете передвигаться.подмостки для монтажа висячих стропил

Сам монтаж лучше осуществлять бригадой, состоящей не менее чем из четырех человек. Если говорить об инструментах, то для установки всех элементов стропильной системы висячего типа вам понадобятся обычный набор плотника. Кроме этого, нужно запастись прочной и длинной веревкой. С ее помощью можно будет затащить висячие стропила на крышу.

Сам монтаж конструкции осуществляется в следующей последовательности:

  1. Вначале укладывают мауэрлат. Его монтаж осуществляется с помощью анкеров, который первоначально должны быть встроены в несущие стены. Мауэрлат монтируется с точно выверенной горизонтальностью. Затем на его поверхности делаются пометки мест установки висячих стропил. Не забудьте между мауэрлатом и стеной уложить слой гидроизоляции.
  2. Далее проводим сборку стропильных пар. Предварительно следует подготовить шаблоны для срезов. Дело в том, что на нижнем конце стропил необходимо сделать «пяточки», которыми они будут упираться в мауэрлат. Так как все поверхности выверены по горизонтальности и угол уклона ската известен, такие срезы удобней делать при помощи шаблона. Верхний конец висячих стропил будут соединяться между собой. Такой узел можно сделать разными способами. Самый простой способ – это сделать наклонный срез каждой из стропил. При этом они должны стыковаться между собой под нужным углом. Дополнительно стыки висячих стропил укрепляют металлическими уголками. Все работы лучше выполнять на самой крыше, используя перекрытия как стол для монтажа.
  3. В нижней части стропильной пары закрепляют стяжку. Часто в качестве последней используют несколько досок с достаточным совокупным сечением. Такая конструкция стропильной пары будет более прочной. Крепление затяжки к самим висячим стропилам осуществляют при помощи гвоздей или крепкой пары винта-гайки.пример собранных стропильных пар
  4. Следующий этап монтажа – это установка всех элементов конструкции на свое место. Для этого к верхней части стропильной пары привязывают веревку. Далее начинаем поднимать всю конструкцию. Один человек держась за веревку, страхует треугольник висячих стропил от падения. Остальные, поднимая конструкцию, устанавливают ее на строго отведенное для этого место.
  5. После того, как пара висячих стропил установлена на свое место, ее закрепляют при помощи временных подкосов. Далее проводится сборка и монтаж остальных стропильных треугольников.установленная пара висячих стропил

После того, как все пары висячих стропил установлены на свое место и выверены все расстояние, можно производить крепление стропил к мауэрлату. После этого можно монтировать остальные элементы стропильной системы, крепить обрешетку и укладывать кровельный «пирог».

Видео по теме:

Посмотрите еще статьи: