Усиление стропил накладками с двух сторон. Реконструкция и усиление несущих деревянных конструкций покрытия. Из чего состоит стропильная система

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

Увеличение несущей способности стропильных ног

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

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

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

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

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

Усиление нижней части стропильных конструкций

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

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

Укрепление поврежденной стропильной системы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Стропила – основополагающий элемент

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

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

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

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

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

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

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

Тонкости крепления стропильных ног

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

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

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

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

Как обойтись без зубодробительных расчетов?

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

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

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

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

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

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

Стропильные конструкции наслонного типа

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

Отличительные конструктивные особенности:

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

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

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

Типовая последовательность работ по сооружению наслонной стропильной конструкции:

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

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

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

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

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

Висячие стропильные системы

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

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

Специфика висячих стропильных систем

Характерные черты стропильных конструкций висячего типа:

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

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

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

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

Тонкости большепролетных висячих систем

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

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

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

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

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

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

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

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

Висячий тип для мансард

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

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

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

Какая конструкция более экономически выгодна?

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

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

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

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

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

Видео-инструктаж по устройству стропильной конструкции висячей категории:

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

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

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

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

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

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

Всего-то и нужно: изменить расчетную схему.

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

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

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

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

Сначала рассмотрим наиболее простой вариант:

стропила - наклонная однопролетная балка с жестким защемлением

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

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

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

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

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

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

Р = 169.844/05 = 339.7 кг

А значит для крепления вертикальной схватки достаточно:

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

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

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

Тогда требуемый момент сопротивления для затяжки:

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

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

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

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

Проверяем. Расчетная длина вертикальной схватки равна:

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

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

a" = tg35°l в сх = 0.7·0.2887 = 0.2 м

Тогда изгибающий момент, действующий на затяжку, составит:

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

Увеличение нормальной силы, действующей на затяжку составит:

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

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

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

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

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

При наклонных захватках количество гвоздей также следует увеличить:

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

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

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

Если стропильная система была сконструирована неправильно, она может не справляться со снеговой и ветровой нагрузкой, что проявляется в виде ее деформации и даже поломки несущих элементов. Решить данную проблему можно путем усиления конструкции, но как правильно справиться с поставленной задачей? Об этом я и хочу далее вам рассказать.

Варианты усиления

Итак, усилить крышу можно двумя способами:

Как правило, оба метода применяются одновременно, поэтому далее отдельно рассмотрим каждый из них.

Способ 1: усиление стропил

Потребность в усилении конструкции может возникнуть по разным причинам. Чаще всего начинающие строители допускают следующие ошибки:

• Неправильно подбирают сечение стропил;
• Делают слишком большой шаг ферм, в результате чего прогибаются как сами ноги, так и обрешетка;

• Неправильно собирают конструкцию, поэтому она обладает недостаточной прочностью и жесткостью;
• В целях экономии используют пиломатериалы низкого качества.

Если деформировался скат, вне зависимости от причины данной проблемы, прежде всего необходимо выполнить усиление стропильных ног. Сделать это, в зависимости от ситуации, можно тремя способами:

Иллюстрации	Действия
	Увеличение поперечного сечения. Если прогиб ноги превышает допустимую норму, осуществляется ее укрепление путем увеличения поперечного сечения. Делается это следующим образом: Подготавливается балка необходимого сечения длиной, равной расстоянию от мауэрлата до подстропильной ноги или до самого конька, если подстропильная нога отсутствует; Балка накладывается на нижнюю кромку стропила и крепится зубчатыми пластинами либо болтовыми хомутами.Такая дополнительная балка, устанавливаемая под стропилом, называется подмогой.
	Установка накладок. Если стропильная система прогибается на участке опирания на подкос, поперечное сечение в этом узле увеличивается при помощи боковых накладок. Делается это следующим образом: С двух сторон ноги накладываются доски толщиной не менее 2 см; Накладки крепятся к ноге хомутами или гвоздями.
	Удлинение стропил. Бывают ситуации, когда в результате несоблюдения технологии монтажа или по причине некачественного пиломатериала, нижняя часть ноги подгнивает. В этом случае усиление, а точнее, ремонт осуществляется следующим образом: На участке расположения испорченных ног демонтируется кровельный материал; Испорченные ноги временно подпираются опорами; Испорченный участок стропил обрезается; Длина наращивается прутковыми протезами. Последние изготавливаются согласно приведенной схеме из арматуры диаметром не менее 10 мм. Чтобы стропильные ноги не гнили, перед их монтажом обязательно должна применяться антисептическая защита. Также пропитка периодически наносится в течение всего срока эксплуатации кровли, так как время действия состава ограничено.

Следует отметить, что прутковый способ ремонта применяется крайне редко, так как в подобных ситуациях чаще меняют стропило целиком. А вот использование подмог и накладок - это достаточно простые и распространенные методы усиления стропильных ног, поэтому пользуются большой популярностью.

Причем накладки могут применяться не только для усиления опорной части стропильной ноги, но и в случае появления на стропилах трещин. Кроме того, накладки отлично справляются с усилением горизонтальных балок.

Способ 2: усиление конструкции

Существует довольно много различных способов увеличения несущей способности крыши, а точнее – деталей, которые способны увеличить прочность стропильной системы. Далее рассмотрим все наиболее распространенные элементы:

• Ригели (затяжки) . Представляют собой горизонтальные балки, расположенные между стропильных ног. С их помощью нижние части ног, как бы, притягиваются друг к другу, в результате чего снижается распорная нагрузка на стены, т.е. скаты не разъезжаются.

Надо сказать, что затяжки могут устанавливаться у самого основания ферм, и выполнять функцию деревянных балок, на которые устанавливаются опоры и подстропильные ноги для разгрузки скатов;

• Опоры. Представляют собой вертикальные стойки. Они могут подпирать как отдельные стропила, так и весь скат. В последнем случае опоры подпирают не стропила, а прогон (горизонтальную балку), а та в свою очередь служит опорой для всех стропил ската.

Чаще всего опоры устанавливаются на несущие стены. Но, если стропильная система висячая, как я уже сказал выше, они могут упираться в затяжку или балки перекрытия, как показано на схеме ниже;

• Подкосы (подстропильные ноги). Представляют собой наклонные опоры, выполняющие те же функции, что и стойки. Они могут устанавливаться между балок перекрытия и стропилами, либо между несущими стенами и ногами;
• Бабка (коньковая стойка). Представляет собой опору, которая подпирает коньковый прогон. Бабка может устанавливаться не только на несущие стены, но и ригель, расположенный под самым коньком.

Если опоры передают нагрузку от крыши несущим стенам, под них обязательно подкладывается лежень. Он представляет собой балку, выполняющую ту же функцию, что и мауэрлат - равномерно распределяет нагрузку на стену.

Все эти элементы устанавливаются изнутри, т.е. со стороны чердака, благодаря чему можно усилить конструкцию, не демонтируя кровельное покрытие. Это конечно, большой плюс, однако имеется и минус - в случае деформации стропильных конструкций, вышеописанными элементами, в большинстве случаев, не получается выровнять кровлю.

Они лишь усиливают систему, т.е. как я уже говорил, повышают несущую способность и предотвращают еще большую деформацию.

Для выравнивания конька или скатов, придется все же демонтировать кровельное покрытие, так как принцип ремонта заключается в накладке новой обрешетки и, при необходимости, нового конькового прогона. Но, учтите, что прибегать к данному методу можно только после усиления опорных узлов и всех несущих элементов.

Вывод

Мы рассмотрели с вами все наиболее эффективные способы усиления стропильной системы, и теперь вы можете браться за ее ремонт самостоятельно. Если же возникнут сложности -обращайтесь ко мне в комментариях, и я с радостью помогу вам советом.

Если вы хотите выразить благодарность, добавить уточнение или возражение, что-то спросить у автора - добавьте комментарий или скажите спасибо!

Последовательность ремонтно-восстановительных работ дере­вянных крыш может быть сведена к следующим основным процес­сам: разборке крыши в местах разрушения, раскреплению остав­ляемых несущих конструкций (строительных ног, обрешетки, нас­тила ферм), удалению сгнивших или сильно поврежденных частей, поэтапному восстановлению (усиление, ремонт, раскрепление и подведение новых элементов крыши), устройству кровли и выпол­нению работ по защите и герметизации сопряжений, стыков, узлов, швов и т. п., окраске и антикоррозионной или противопожарной защите.

Обнаженные конструкции крыш осматривают, после чего прини­мают окончательное решение о составе работ по восстановлению их несущей способности. Ослабевшие стропила, стойки, раскосы или элементы обрешетки могут быть усилены постановкой накла­док и дополнительных опор. Применяемый пиломатериал до нача­ла работ обязательно необходимо проантисептировать, а затем обработать противопожарными составами, например водным ра­створом извести и поваренной солью.

Провисание стропил обычно устраняют подведением дополни­тельных стоек и опор после предварительного выравнивания их временными креплениями или домкратом. Деформированную обре­шетку можно ремонтировать со стороны чердака или раскрывая кровлю. Новые бруски или доски обрешетки укладывают в одной плоскости с ранее уложенной обрешеткой и прибивают к каждой стропильной ноге, имея в виду, что стыки досок и брусков не сле­дует располагать по одной линии.

Сгнившие концы стропил удаляют, наращивая их коротышами или усиливая накладками. Кроме того, стропильную ногу на мау­эрлате можно укрепить подкосами (рис. 6.4). Замененные и остав­ляемые части стропил скрепляют между собой болтами или гвоз­дями. До начала работ устраивают временные крепления, вывеши­вают стропильные ноги на необходимую высоту, удаляют повреж­денные концы и подготавливают накладку или «протез». После закрепления последних на стропилах отремонтированные конструк­ции опускают на предварительно очищенный и антисептированный мауэрлат и скрепляют соответствующим образом. При этом обязательно проверяют качество выполненных работ и исправность кров­ли над отремонтированным участком.

Для замены мауэрлатов и подкладок стропильные конструкции -вывешивают на участке 1.5...3 м на необходимую для производства работ высоту. Поврежденный участок удаляют, а оставляемые

Рис. 6.4. Усиление концов стропильных ног:

а - двусторонними накладками; б - подкосами; / - зона загнивания; 2 -

гвозди длиной 125... 150 мм (не более 12 шт.); 3 -накладки; 4 - мауэрлат;

5 - подкос; 6 - скоба

смежные конструкции после очистки от гнили антисептируют. Изго­товленные из бруса мауэрлаты или подкладки соединяют с по­мощью врубок с вывешенными конструкциями, укладывают их на свое место и закрепляют постоянными креплениями, а временные подпорки убирают.

Рис. 6.5. Усиление существующих стропил:

а -для пролетов до 5 м; б -то же, до 7 м;

/ - существующая стропильная нога;

2 - новая стропильная нога;

3 - существующий подкос;

4 - деревянные накладки

Все поверхности стропильных ног, опорных подкладок и мауэр­латов, соприкасающихся с кладкой или бетоном, промазывают смолой или мастикой и под них обязательно подкладывают изоли­рующие прокладки из двух слоев толя, рубероида или пергамина. Ослабевшие сопряжения подкосов, стоек, ригелей, затяжек со стро­пильными ногами или фермами укрепляют постановкой хомутов, дополнительных скоб, скруток, накладок или прибивают гвоздями.

Иногда требуется несколько изменить (обычно увеличить) угол наклона стропил, одновременно усилив их. В таких случаях произ­водят подъем стропильной ноги до нужного уклона, наращивание ее по длине и установку подкоса для уменьшения ее рабочего про­лета. Такой метод применим при пролетах до 5 м (рис. 6.5, а). При пролетах более 5 м изменение пролета достигается наращиванием стропил по высоте, что осуществляется посредством врубки в суще­ствующую стропильную ногу со стороны карниза новой с заделкой ее в противоположную стену. Существующий подкос наращивают и соединяют с новой стропильной ногой. Затем обе ноги соединяют между собой накладками из досок (рис. 6.5, б).

Усиление стропил без изменения уклона достигается устройст­вом шпренгеля. Существующие стропила оказываются при этом верхним поясом шпренгельной фермы, а нижний ломаный пояс выполняется из круглой стали. Стойки шпренгеля выполняются из

газовых труб.

При полной замене крыши в ремонтируемом здании следует применять более долговечные железобетонные или армоцемёнтные сборные элементы.