Наслонные и висячие стропила: расчет треугольной арки с затяжкой

Треугольная трехшарнирная арка с приподнятой затяжкой

В мансардных крышах часто применяют висячие стропильные системы с приподнятой затяжкой (рис. 59). Эта система повторяет первую расчетную схему, только затяжка в ней устанавливается не по низу стропильных ног, а сдвигается вверх и чем выше будет расположена затяжка, тем большее растягивающее напряжение она воспринимает. В целом, такая трехшарнирная арка это безраспорная конструкция. Опирание стропил на мауэрлат производят по схеме шарнирно подвижных опор, то есть опора низа стропил делается по типу ползуна. При равномерно распределенной нагрузке на скатах крыши система вполне устойчива, но при уменьшении нагрузки на одном из скатов, может потерять устойчивость и поползти в сторону большей нагрузки. Поэтому, для придания арке устойчивости, ползуны лучше делать с выносом конца стропила за стену. Использование ползунов другого типа требует применения сложных мероприятий для придания системе устойчивости.

рис. 59. Треугольная трехшарнирная арка с приподнятой затяжкой. Узел крепления приподнятой затяжки к стропильной ноге

Стропила считаются однопролетными балками (приподнятая затяжка не принимается за опору) и рассчитываются как сжатоизогнутые элементы. Для того чтобы не менять сечение стропил, расчет на прочность ведут по максимальному сжимающему усилию и максимальному изгибающему моменту. Расчет на жесткость (прогиб) делается для пролетов между концами стропила и затяжкой. Приподнятая затяжка в мансардном помещении рассчитывается как растянуто-изгибаемый, в чердачной крыше — растянутый элемент. Крепление затяжки к стропильной ноге производится врубкой полусковороднем с конструктивным креплением болтом либо в полдерева или внахлест с болтовым креплением. В первом случае болт устанавливают конструктивно диаметром 12–14 мм, во втором, болты нужно рассчитывать на срез от растягивающего усилия. При креплении затяжки в стропильную ногу полусковороднем, последняя должна быть проверена расчетом на ослабленное сечение. Для этого находится изгибающий момент, действующий на стропильной ноге в месте врубки затяжки и по нему, проверяется уменьшенный врубкой размер сечения стропилины, выдержит оно этот момент или не выдержит.

Крепление затяжки к стропильной ноге производится врубкой полусковороднем с конструктивным креплением болтом либо в полдерева или внахлест с болтовым креплением. В первом случае болт устанавливают конструктивно диаметром 12–14 мм, во втором, болты нужно рассчитывать на срез от растягивающего усилия. Кстати, формулы, приведенные на рисунке в качестве иллюстрации, людям, умеющим их читать показывают, что увеличение высоты арки (которая находится в знаменателе) при неизменном пролете снижает распор, передаваемый на затяжку. А длина пролета, наоборот, находится в числителе, да еще и в квадратичной зависимости, т. е. его увеличение при неизменной высоте резко повышает распор.

В мансардных крышах затяжка, чаше всего, служит еще и балкой для крепления потолка мансардного перекрытия. Такую затяжку можно защитить от провисания установкой подвески. Для коротких затяжек и небольших нагрузок, подвеску выполняют из пары досок, прибитых к коньку арки и ригелю с двух сторон.

При увеличении протяженности приподнятой затяжки для предотвращения ее прогиба можно установить две или три подвески. Никаких хомутов при этом ставить не нужно (не те нагрузки), достаточно будет гвоздевых соединений, но вот они должны быть рассчитаны на срез от растягивающей силы и распределены по всем подвескам. Если же затяжка будет стыковаться по длине, то, для ее крепления, нужен хомут. Также он нужен и при значительном увеличении нагрузки на затяжку.

Затяжка, нагруженная подвесным потолком, передает вес потолка на стропильные ноги, увеличивая их сжатие. Полное сжимающее напряжение низа стропильной ноги получают сложением сжимающего напряжения от внешней нагрузки и нагрузки от затяжки. При этом от действия веса затяжки и нагрузки на нее, на стропилах появляется изгибающий момент, который тоже нужно учитывать. Нагружение длиной затяжки весом перекрытия мансарды делает всю стропильную систему сложнонагруженной Расчет таких систем лучше самому не делать, это прерогатива конструкторов. Система обязательно проверяется на гибкость верхнего пояса с учетом случайных и запроектированных эксцентриситетов по осям элементов, которые могут напрячь всю элементы конструкции и вытянуть их в струны либо наоборот, согнуть их в дугу и разрушить всю крышу.

Источник: «Конструкции крыш. Стропильные системы» Савельев А.А.

Как сделать висячие стропила своими руками

При возведении крыши важнейшую роль играет правильный выбор кровельной конструкции.

В ходе эксплуатации на эту конструкцию будут воздействовать различные временные и постоянные нагрузки. Чтобы крыша была надежной и прочной, необходимо грамотно выполнить расчет и установку стропильной конструкции.

Основу кровельной конструкции составляют стропила, которые могут быть висячими и наслонными. Висячие стропила применяют в тех случаях, когда у здания отсутствуют внутренние несущие стены. В такой конструкции вся нагрузка идет на внешние несущие стены.

Общая характеристика висячих стропил

Стропила являются неотъемлемой частью кровельной конструкции. Они выполняют роль каркаса крыши, на который крепится обрешетка и кровельный материал.

Существует два типа стропил: висячие и наслонные. Их отличие состоит в условии применения. Если здание не имеет внутренние несущие стены, то используются висячие стропила. В таком случае стропила опираются на бока здания. Ширина пролета при использовании висячей стропильной системы должна составлять от 6 до 10 метров.

Следует отметить, что висячие стропила не создают горизонтальные нагрузки, а работают только на сжатие и изгиб. Вся нагрузка в этом случае передается на стены. Для уменьшения распирающего усилия на стены применяется растяжка.

Этот элемент соединяет стропильные ноги и не позволяет им разъехаться в разные стороны. Растяжки могут быть составными либо цельными. Сращивание брусьев при изготовлении составных растяжек может выполняться разными способами: внахлест, прямым или косым зубом и т.д.

Стропильные ноги изготавливают из бревна, бруса или обычной обрезной доски. Перед укладкой деревянные элементы необходимо обработать антисептиками и антипиренами, защищающими от грибка и плесени.

Что нужно учитывать при расчете висячих стропил

Перед тем, как начать возведение крыши с висячими стропилами необходимо грамотно рассчитать всю конструкцию. От этого будет зависеть ее прочность и безопасность. Следует отметить, что стропильная система – очень ответственная и сложная конструкция. Поэтому желательно, чтобы ее спроектировал профессиональный архитектор. При выполнении расчета используются следующие данные:

• Размеры здания;
• Материал, из которого сделаны стены здания;
• Наличие опорных колон, несущих внутренних стен;
• Присутствие мансардного этажа;
• Максимально возможная нагрузка на стены;
• Тип возводимой крыши (двускатная, односкатная, вальмовая, полувальмовая, шатровая и т.д.). Здесь необходимо определить какой тип стропил будет применяться (висячие либо наслонные).

Далее необходимо рассчитать:

При проектировании стропильной системы висячего типа следует учитывать:

• Климат в регионе (ветровые и снеговые нагрузки, общее количество осадков);
• Угол ската кровли;
• Тип кровельной системы;
• Кровельный материал (профнастил, металлочерепица и др.).

Элементы висячих стропил

Висячая стропильная система устроена сложнее, чем наслонная. Трудности возникают не только ее изготовлении, но и при установке. Самая простая стропильная ферма имеет форму треугольника, который состоит из двух стропильных ног, упирающихся в затяжки и друг в друга.

На стены постройки не передается распор, поскольку его нейтрализует растяжка. Висячие стропила оказывают только вертикальное усилие на стены здания. За счет этого узлы опирания на стены устроены очень просто.

Растяжки делают из металлических планок или деревянных брусьев. Они монтируются в любой точке в направлении конька. Их точное месторасположение зависит от выбранного типа кровельной конструкции. К примеру, при строительстве мансардной крыши растяжки крепят у основания стропильной системы.

В таком случае они будут выполнять роль балок перекрытия. В подобной системе совсем не обязательно устанавливать мауэрлат. Вместо него можно использовать обрезную доску, укладываемую на гидроизоляционную основу. По этой доске выравнивают стропильные фермы по горизонтали.

Важно отметить, что конструкция крыши с висячими стропилами в значительной степени зависит от отсутствия или присутствия мансардного помещения и длины пролета в здании.

Виды конструкций висячих стропил

Треугольная трехшарнирная арка

Висячие стропила и затяжка образуют замкнутый треугольник. В данном случае стропильные ноги работают на изгиб, а затяжка – на растяжение. Коньковый прогон должен иметь высоту не менее 1/6 части от длины арочного пролета. Подобная конструкция используется при обустройстве мансардного этажа, при этом затяжка выполняет роль чердачного перекрытия.

Треугольные трехшарнирные арки с бабкой

Если длина пролета здания превышает 6 метров, то использовать цельный брус становится достаточно трудно. К тому же затяжка начинает провисать под собственным весом. Чтобы затяжка не прогибалась, ее подвешивают к коньку. Подвеска из дерева называется бабкой, а из железа – тяжем.

Для получения необходимой длины затяжки выполняется сращивание двух брусьев. Их закрепляют на хомуте подвески посредством прямого либо косого сруба и болтов.

Треугольные трехшарнирные стропильные арки с приподнятой затяжкой

Висячие стропила этого типа применяются в случае, если необходимо переделать чердачное помещение в мансарду. В такой системе затяжка закрепляется сверху. Чем выше располагается затяжка – тем сильнее растягивающее усилие оказывается на нее. В такой конструкции затяжка является балкой потолочного перекрытия мансарды. Установка подвески предотвращает провисание затяжки.

Треугольные трехшарнирные арки с ригелем

В данной системе в качестве опорного узла применяется шарнирно неподвижная опора. Стропила делают с врубкой в мауэрлат. За счет этого арка становится очень устойчивой. В этой схеме приподнятая затяжка называется ригелем и работает на сжатие.

Треугольные трехшарнирные арки с подвеской и подкосами

При увеличении длины стропильных ног также увеличивается и их прогиб. Чтобы этого не происходило, их подпирают подкосами. При этом нижняя часть подкосов упирается в подвеску. В результате получается довольно прочная система с круговой передачей нагрузки.

Монтаж висячих стропил

Висячую стропильную систему изготавливают из бруса сечением от 50×200 мм. Важно отметить, что при возведении необходимо ориентироваться лишь на сделанный специалистом проект крыши.

1. По периметру внешних несущих стен закрепляется мауэрлат.
2. Поднимаются наверх два бруска, сечение которых соответствует проекту. Выполняется обрезка стропильных ног по размерам.
3. Чтобы стропила устойчиво опирались на мауэрлат необходимо сделать в них одинаковые выемки.
4. Верхние части стропил нужно соединить встык. Не следует использовать соединение внахлест, так как оно менее надежно.
5. Первая пара стропильных ног подгоняется наиболее тщательно. Когда соединения и узлы подогнаны идеально, обе детали опускаются вниз и используются в качестве шаблонов для стропильных ног. Правые и левые стропила при этом нужно делать отдельно. Данная мера сильно упростит возведение стропильной системы.
6. Стропильные ноги попарно поднимаются наверх, после чего закрепляются на мауэрлат и между собой. Первую пару нужно крепить с одного края, а вторую – с другого. Затем нужно натянуть между ними шнур. Он будет выполнять роль уровня для остальных элементов.
7. Выполняется монтаж остальных стропильных пар. Далее их нужно связать в верхней части. При этом расстояние между соседними стропильными парами должно быть точно таким же, как и на мауэрлате.
8. Установка затяжек. Они будут связывать нижние части стропильных ног друг с другом. Выполнять монтаж нужно встык либо внахлест.
9. Если пролеты здания слишком большие, то устанавливаются подкосы и бабки.

Наслонные стропила: обзор конструкции, узлов и план монтажа

В основе любой крыши лежит система балок, стоек, прогонов. Они являются тем проводником нагрузок, который позволяет крыше выдерживать порывы ветра и вес снега зимой. В разрезе стропила представляют традиционную фигуру — треугольник жёсткости. В строительстве используется множество стропильных систем. Наиболее востребованы наслонные стропила.

Варианты стропил

Стропила — основа крепления кровли. По устройству различают три вида:

1. Наслонные, считающиеся одними из самых надёжных компонентов, использующихся в конструкционных работах.
2. Висячие стропила.
3. Висячие фермы, оборудованные шпалами.

Каждая из систем имеет особенности конструкции. Проведение точных расчётов позволит создать прочную и надёжную конструкцию.

Наслонного типа

В сооружениях, имеющих ещё несколько рядов стен, служащих, кстати, в роли вспомогательных опор, чаще всего используется наслонная стропильная система.

Если в наличии имеется пара вспомогательных компонентов, имеющих возможность применяться в роли опоры, здание в своих размерах может достичь 17—19 метров. Главное, делать не больше 8 метров пространства между соседними опорами. До 120 сантиметров величины порой достигает стропильный шаг, главное, правильно провести расчёты и учесть все необходимые особенности.

Нижние части такого вида обладают опорой, состоящей из подстропильных брусьев. В том числе вкупе с ними используется мауэрлат.

Чтобы разделить опорные стойки и прогоны, о которых также не стоит забывать, используют подкосы. Их главная функция заключается в том, что они выполняют разгружающую и поддерживающую функцию, в том числе и для ног стропильной системы, увеличивающих размер сооружения. Они сами имеют больший размер, чем обычный коэффициент пиломатериала, и их нужно собирать.

Висячая система

Висячие стропила кардинально отличаются от наслонных. Их нижние концы занимают опорные стены. Стропильные ноги этой системы нагружены в двух частях всей монтируемой системы.

Нагрузки от висячей конструкции распирают стены, которые имеют опорный характер.

В роли использованного материала с целью затяжек применяют дерево либо сплавы. Для того чтобы это всё расположить, в основном избирается линия в комфортной высоте. А также принимайте во внимание, что крепление к стропильной системе зависит от высоты расположения затяжки.

Наслонный тип чаще всего применяется для того, чтобы была возможность обустроить двускатные кровли над сооружениями. Их стены длиной должны быть не больше 5—6 метров.

Конструкция и узлы

Наслонные стропильные системы обладают достаточной долговечностью благодаря тому, что их эксплуатация происходит под действием различного вида проветривания, например, сквозного. Это препятствует возможности загнивания деревянного материала. Устройство выполнено очень просто. И это играет значительную роль.

Пришло время рассмотреть, на какие конструкционные составляющие разбивается система наслонных стропил:

• неотъемлемой частью структуры служит стропильная нога;
• применяются, конечно, подстропильные компоненты;
• не забываем про обрешётку.

Такая система, используемая при строительстве крыши с одним скатом, в своём строении обладает сооружениями, которые разносторонними концами упираются в противоположные стенки. Когда крыша уже с двумя скатами, стропильная система будет состоять из нескольких стропильных ног, упирающихся разными своими сторонами на погон и стойки.

Нельзя увеличивать размер пролёта, так как может случиться прогиб, а может и произойдёт вырывание стропильной ноги. Чтобы это не произошло, применяют специальные компоненты, носящие название стойки и подкосы. Применяются такие компоненты также, когда есть необходимость состыковать стропила, состоящие из небольшого количества досок, чтобы конструкция имела ещё большую стабильность.

Специализированные наслонные стропила подразделяются на два разных вида:

Условия создания распора на стенку определяются с помощью узлового распирания.

Безраспорная система

Работа ноги в такой системе соответствует собственному особому механизму, а именно на изгиб. Её характерная черта заключается в том, что на стены она не оказывает никакого усилия.

Безраспорные наклонные стропила используются тремя разными способами. Специально на конец ноги присоединяется опирающийся брусок, можно осуществить врубку, или по-другому запил, и упереть в мауэрлат.

Особенности монтажа конструкции

На верху стропила проделываем больших размеров запил и скашиваем его под небольшим углом. Подрезка на концах стропила обладает различными границами, характеризующимися по глубине. Главное, чтобы размер подрезки превышал размер сечения стропила.

Если не представляется возможным сделать подрезку верха стропила, используют искусственное наращивание, крепление осуществляется по обеим сторонам. Используются монтажные пластинки.

Когда будете проводить монтаж, обязательно сделайте так, чтобы верх врубки был максимально ровным, чтобы система внезапно не стала распорной. Чаще всего низ стропильной ноги присоединяют на ползуне.

Верхняя часть фиксируется с применением гвоздей или же, например, болтового крепления, стропила могут также взаимно упирать и связывать железными пластинками, имеющими зубчатое строение либо древесными накладками.

Сильное защемление конькового участка

Бывает, что присутствие сильного защемления конькового участка, если верхнюю часть твёрдо закрепляют, а основание ставят в ползуне, никак не появляется распор в стенке. В этом случае в твёрдо объединённом коньковом узле возникает экстремальный искривляющий период, который должен уничтожить узел, тогда стропильные ноги приобретают значительно меньший прогиб. Защемив верх стропил, мы приобретаем определённый резерв крепости, повышающий все характеристики.

У всех способов есть объединяющая особенность: одна область стропила мастерится на шарнире, который использует только поворот, а другую область конструируют на скользящей опоре. Она имеет возможность позволить себе поворот. Крепится это по-разному. Иногда применяют гвоздевой бой или могут использовать даже крепёжные пластинки.

Плохо становится, если происходит упирание прогона на специальные стойки. В других двух вариантах, статическая устойчивость существует благодаря тому, что нагрузка равномерно распределяется по обеим сторонам крыши, используя при этом одинаковый угол наклона.

Но на самом деле сделать наклон крыши абсолютно ровными невероятно трудно. Растаявший снег распределяется по крыше неровно, особенно когда вмешиваются сильные порывы ветра. Первоначальный способ разрешает делать различные угловые наклоны скатов. Он также неплохо справляется со всеми нагрузками, только если стойки будут стоять абсолютно вертикально.

Распорная система

Распорную систему мы имеем возможность создать, применяя несколько безраспорных стропильных систем с заменёнными в них различными степенями систем. Получаем шарнирную опору для использования её в качестве распорной системы, крепко-накрепко зафиксированной гвоздями. Все составляющие системы остаются неизменны, даже напряжения стропильных систем и соответственно изгиба. Но в этой ситуации образуется распор, который раздвигает стенки постройки.

Система, имеющая в своём составе разные виды стропил, называется смешанной. Зато распорная система обладает высокой устойчивостью к различным нагрузкам, только мауэрлат нужно обязательно зафиксировать на поверхности стены сооружения.

Чтобы значительно снизить распор на стенки, рекомендуется установить прогоны, обязательно жёсткие, которые можно получить, если добавить побольше стоек или балок.

Компоненты подстропильных конструкций

Система должна обладать высокой устойчивостью. Для того чтобы достичь этого, наклонные стропила нужно обеспечить горизонтальной схваткой, использование которой немного обеспечит устойчивость, но совсем немного. Прикреплять её стоит там, где схватка пересекает стойки. Она обязательно сработает в любых обстоятельствах. Их расположение нужно сориентировать со средним человеческим ростом. А если вы конец стропила вынесете наружу, устойчивость гарантируется.

Если случиться аварийная ситуация это обеспечит схватке сработать молниеносно и безошибочно. Если целью стоит повышение устойчивости наслонных стропил и системы в целом жёстко зафиксируйте стойки. Если перекрытие чердака неудачно, то усиление устойчивости окажется невозможным. Те строения, которые содержат 2 внутренние стены, используют сквозящие стропильные конструкции. Нужно правильно выбрать все компоненты, от этого зависит качество сделанной работы и надёжность крыши.

Особенности использования

Наслонная стропильная конструкция применяется тогда, когда возникает срочная необходимость перекрыть пролёты с наибольшей длиной, существует необходимость в применении стоек, прибавляющих устойчивости.

Более подходящей конструкционной чертой представляется применение скользящей опоры, что разрешает соединение различных переходных стропил к мауэрлату. Практически не попадаются длинные пролёты в собственном строительстве сооружений. Из этого следует, что наилучшим из всех вариантов является использование специализированных наслонных стропил. Главный компонент техники строительства — это опирание на мауэрлат строительных ног. Когда сооружение из дерева, эту способность берёт на себя верх.

Такого рода стыковочный узел представляется более значимым в наслонной стропильной концепции. Применение ригеля даёт возможность повысить величину пролёта вплоть до 8 метров, в обстоятельствах одной опоры — вплоть до 12-ти метров, а рядом с применением 2-х опор — вплоть до 16 метров.

Расчёт компонентов крыши

Каждая структура и конструкционные характерные черты кровельной концепции находят решение ещё на рубеже проектирования сооружения. Структура кровли главным способом оказывает большое влияние в комплект материалов, применяемых во время монтажа и систему несущих стенок.

Стропила наслонного вида отделываются обрешёткой. На них устанавливается кровельный пирог с пароизоляцией и гидроизоляцией.

Практические советы

Если нужно сделать мансардную крышу с применением наслонных стропил, обязательным условием является установка брусового каркаса внизу, а вверху стропильные ноги следует прятать в коньковый прогон.

Если вам нужно соединить стропильную ногу с мауэрлатом, используйте защемление. Можете соединить его металлическим материалом. Для этого существует способ, заключающийся в использовании большого торцевого угла. Он в будущем обеспечит возможность стропилам взаимно упираться.

Применяется наслонный тип вкупе с соединением, подразумевающим за собой просверливание отверстий для болтов.

Трехшарнирная треугольная арка

Висячие стропила делаются в форме замкнутого треугольника, такую схему часто называют трехшарнирной треугольной аркой (рис. 55). Стропила в ней работают на изгиб, затяжка — на растяжение. Рекомендуемая минимальная высота подъема конька не менее 1/6 пролета арки. По аналогии с наслонными стропильными схемами, каждая стропильная нога рассчитывается как простая изогнуто-сжатая однопролетная балка. Затяжка, не несущая полезной нагрузки, рассчитывается только на растяжение: она может быть заменена на стальной тяж.

рис. 55. Трехшарнирная треугольная арка, расчетная схема висячих стропил

Для уменьшения расчетного изгибающего момента концы стропильных ног можно не просто упирать друг в друга, а делать это с эксцентриситетом относительно их продольных осей (рис. 56). Тогда в стропилах появляется дополнительный изгибающий момент, направленный в противоположную сторону от изгибающего момента, вызванного действием внешней нагрузки (снега, ветра, кровли и собственного веса конструкций). Расчетный момент уменьшается и соответственно уменьшается сечение стропильных ног.

рис. 56. Расчетная схема висячих стропил с эксцентриситетом в коньковом узле

Карнизный узел (место врубки стропила в затяжку) должен быть рассчитан на скол и смятие древесины. Оси стыкуемых элементов должны пересекаться точно над серединой подкладки (рис. 57), причем ось растянутого элемента (затяжки) располагается по центру ослабленного сечения (с учетом глубины врубки) — это требование СНиПа. Иначе в затяжке возникает дополнительный изгибающий момент. При невозможности соблюсти геометрические размеры врубок нужно изменить сечение брусьев или перейти к другой конструкции, например, лобовым упором с двойным зубом.

рис. 57. Варианты решения карнизного узла ортогональными лобовыми врубками, дощатым и пластинчатым креплениями

Как показали многочисленные испытания лобовых врубок карнизного узла, стропильную ногу в месте врубки нужно отторцовать (отпилить под прямым углом) и в таком виде примыкать к врубке затяжки. Эта врубка называется ортогональной, в ней опорная площадка врубки располагается перпендикулярно продольной оси стропила. Есть и другой тип лобовой врубки — биссектрисная врубка, это когда конец стропила отпиливают по биссектрисе внешнего угла примыкания стропил и затяжки. Такая врубка увеличивает площадь опирания стропила к затяжке и, казалось бы, должна лучше работать, так как увеличивает площадку смятия древесины. Однако это не так, биссектрисная врубка под нагрузкой вследствие рассыхания карнизного узла, меняет характер своей работы и становится хуже ортогональной. Поэтому биссектрисное решение лобовой врубки не рекомендуется к применению. Оно может быть оправдано лишь при больших углах примыкания одного элемента к другому.

В лобовых врубках с двумя зубьями обе площадки смятия должны быть расположены перпендикулярно к оси примыкающего элемента (стропила). Площадка второго более глубокого, зуба должна начинаться в точке пересечения оси стропила с верхней кромкой ослабляемого элемента (затяжки), а площадка скалывания этого зуба должна быть расположена не менее чем на 2 см глубже площадки скалывания первого зуба. Применение других типов врубок с двумя зубьями, особенно врубок с равной глубиной врезки обоих зубьев, не допускается.

Стяжные болты, устанавливаемые в карнизном узле, — страховка, необходимая для того, чтобы при скалывании древесины конца затяжки, стропила не раскрылись, как ножницы. Также болты нужны для монтажной сборки, чтобы арка не рассыпалась при установке ее на стены. Диаметр стяжных болтов принимается не менее 1/25 его длины и не тоньше 12–16 мм. В брусьях толщиной менее 10 см вместо болтов ставят хомуты. Хомуты и скобы можно устанавливать взамен болтов и в других случаях. Ослаблять затяжки врубками для шайб стяжных болтов не допускается. Для указанной цели необходимо ставить подбалки с уступом, с помощью которых центрируется опорный узел при установке треугольных арок на стену. Толщина подбалки в тонком конце принимается не менее 5–6 см, а в толстом — не менее 7–10 см, Скрепление подбалки с аркой производится конструктивно гвоздями длиной 125–175 мм.

Если карнизный узел будет сделан с креплением досок-коротышей гвоздевым боем, то для определения количества гвоздей нужно провести расчет на срез гвоздей.

Виды конструктивных схем и монтаж висячих стропил

При возведении крыши, основополагающим фактором, является выбор будущей стропильной системы. На эту конструкцию, в течение срока эксплуатации, действуют постоянные и временные нагрузки, поэтому правильный расчет и монтаж несущей системы обеспечат надежность и долговечность всей крыши в целом. Висячие стропила используются в сооружениях, где нет внутренних несущих стен, поэтому опорами для них выступают наружные несущие стены.

Элементы висячих стропил и факторы, влияющие на их выбор

Жилые дома, в основном, имеют в своей конструкции внутренние опорные несущие стены, поэтому применение висячих стропил в них, напрямую связанно с будущим обустройством мансарды. Висячая стропильная система, по сравнению с наслонной, является более сложной. Сложна операция изготовления не только самих стропил, но и монтаж их на стену. При использовании наслонных стропил узлы конструкции собираются вручную из легких элементов. В случае с висячими стропилами, собранная, громоздкая конструкция подается на крышу краном, либо разбирается внизу, подается вручную наверх и собирается заново.

Простейшая стропильная ферма представляет собой треугольник, состоящий из двух стропильных ног, упертых друг в друга и затяжки. Получившаяся конструкция – распорная, но на наружные стены сооружения распор не передается ввиду его нейтрализации затяжкой. Таким образом, в висячей стропильной системе, на стены сооружения передаются только вертикальные усилия, горизонтальные отсутствуют, что делает конструкцию узлов опирания на стены достаточно простой.

Затяжка сооружается либо из деревянных брусьев, либо из металлических планок, а месторасположение зависит от типа кровельной конструкции. Например, при возведении крыши мансардного типа затяжки устанавливаются у основания стропильной конструкции и являются балками перекрытия. Мауэрлат в такой системе не является необходимой частью конструкции. Он может заменяться доской, которая кладется на гидроизоляционную основу, и служит для выравнивания стропильных ферм относительно горизонта, а также для предотвращения смятия древесины в районе узла опирания фермы.

Перед началом проектирования висячей стропильной системы необходимо учитывать следующие важные факторы:

• климатический регион, сюда входит учет снеговых и ветровых нагрузок, а также общее количество атмосферных осадков;
• вид кровельной системы (односкатная, двухскатная, шатровая, вальмовая и т.д.);
• угол наклона ската крыши;
• вид кровельного перекрытия (шифер, металлочерепица, профнастил и пр.).

Зная вышеперечисленные факторы нагрузок, рассчитывается сечение стропильных ног и ширина пролета висячих стропил. Устройство висячих стропил во многом зависит от применяемой конструкции и характеризуется наличием дополнительных элементов таких как: подкосы, ригели и бабки.

Конструкция висячих стропил во многом зависит от длины пролета в сооружении и наличия или отсутствия мансардного помещения на чердаке.

Разновидности конструкций висячих стропил

Различают следующие типовые конструкции висячих стропил:

Трехшарнирная треугольная арка

Висячие стропила с затяжкой выполняются в форме замкнутого треугольника. В такой системе на изгиб работают стропила, а затяжка работает на растяжение. Минимальная высота подъема конькового прогона составляет не менее 1/6 длины арочного пролета. Такую конструкцию применяют для мансардного чердака, где на затяжку возлагается роль чердачного перекрытия. Для того чтобы уменьшить изгибающий момент, концы стропильных ног упирают с эксцентриситетом (небольшое смещение, расстояние) относительно их продольных осей.

Треугольная трехшарнирная арка с бабкой или подвеской

При длине пролета более 6 метров становится проблематичным использование цельного бруса, также возникает существенный прогиб от собственного веса затяжки. В таком случае, её подвешивают к коньку, а подвеску изготавливают деревянной и называют бабкой, либо железной и называют тяжем. Необходимая длина затяжки достигается путем состыковки более мелких элементов, которые крепятся на хомуте подвески при помощи косого или прямого сруба и болтов.

Наиболее распространенная ошибка при устройстве подвески – это ее инсталляция по схеме стоек с упором на затяжку и карнизный узел. Принцип работы подвески основан на растяжении, а стойки на сжатии. Поэтому низ подвески (бабки) не должен достигать затяжки. Подвеска (бабка) должна висеть на карнизном угле и крепиться к затяжке при помощи деревянных накладок, гвоздей и болтов.

Висячие стропила с приподнятой затяжкой часто применяют при использовании чердачного помещения под мансарду. В такой схеме затяжка крепится не внизу стропильных ног, а продвигается вверх и чем больше высота подъема затяжки, тем большее растягивающее напряжение она испытывает. В мансардном помещении такая затяжка играет роль балки потолочного перекрытия и не несет на себе полезной нагрузки. Эта затяжка может быть защищена от провисания с помощью установки подвески.

Треугольная трехшарнирная арка с ригелем

В этой схеме нижний опорный узел меняется с ползуна на шарнирно неподвижную опору. Стропильная нога делается с врубкой в мауэрлат, что делает всю арку устойчивой конструкцией. В такой системе приподнятая затяжка меняет направление своей работы с растяжения на сжатие и называется ригелем.

Треугольная трехшарнирная арка с подвеской и подкосами

С увеличением длины стропил возрастает и их прогиб. Для предотвращения прогиба стропила подпирают подкосами. Так как, в отличие от наслонной системы, низ подкосов упереть просто некуда, то их упирают в бабку. Получается достаточно прочная конструкция с круговой передачей нагрузок: стропила давят на подкосы, подкосы растягивают подвеску, подвеска тянет вниз верхушку стропил и коньковой прогон, подкосы сжимаются стропилами.

Карнизный узел (место соединения стропила с затяжкой) имеет несколько вариантов реализации: ортогональная лобовая врубка (с одинарным или двойным зубом), пластинчатое и дощатое крепление.

Правила монтажа системы висячих стропил

Порядок установки висячих стропил, условно, разбивается на следующие пошаговые операции:

1. Вырезаются запилы на правом и левом стропиле для устойчивого и надежного крепления к мауэрлату
2. Правая и левая стропилины помечаются условными метками в зависимости от их будущего расположения
3. В верхней части соединяются стропила, ранее выбранным способом (внахлест, встык) либо к коньковому прогону с помощью: металлической пластины, доски, фанеры
4. После установки двух первых стропильных ног и проверки точности их монтажа, делаются шаблоны для правых и левых стропилин
5. Вторая пара стропильных ног подготавливается на земле, при помощи ранее сделанных шаблонов
6. Устанавливается вторая пара на другом краю сооружения
7. Между полученными, фронтонными парами, протягивается бечевка для контроля уровня остальных стропил
8. Оставшиеся стропильные пары, устанавливаются на расстоянии, предусмотренным проектом
9. Высота стропильных ног регулируется ранее натянутой бечевкой и если ее не хватает, то возможно использование деревянных подкладок
10. Расстояние между стропилами снизу регулируется по разметке на мауэрлате, а вверху, по разметке на временной доске

При достаточно большом расстоянии между наружными стенами монтаж висячих стропил происходит с помощью затяжки для придания устойчивости конструкции. Расстояние между затяжками должно равняться расстоянию между стропилами и его необходимо постоянно контролировать. Чтобы не произошла деформация затяжки под собственным весом, ее следует закрепить с коньком стропильной пары. Такую процедуру необходимо провести с каждой стропильной парой.

Соблюдение порядка монтажа висячих стропил и правильный выбор схемы конструкции, обеспечат крыше необходимую долговечность, прочность и устойчивость.