Стропила без подкосов

Схема 1

Стропила, опертые на две опоры без каких-либо дополнительных упоров. Применяется для односкатных крыш пролетом 4,5 м или двухскатных пролетом до 9 м (рис. 1). Стропильная система может быть использована с передачей распора на мауэрлат (стены) и без передачи распора.

Наслонные стропила без подкосов

рис. 1. Наслонные стропила без подкосов

Работающее на изгиб стропило, не передающее распора на стены, должно иметь одну опору закрепленной, но свободно вращающейся, другую свободно вращающейся и подвижной.

Таким условиям отвечают три варианта закреплений стропил:

1. Низ стропильной ноги подшивается опорным бруском или на нем делается врубка (запил) зубом и упирается в мауэрлат, а вверху стропила выполняется увеличенная горизонтальная врубка (запил) со скосом (рис. 31). Глубина врубки (запила) в верхней части стропила не должна превышать а = 0,25h. Длина подрезки (площадка опирания) делается не более высоты сечения стропила (h). Подрезку рекомендуется скашивать, чтобы она не препятствовала изгибу стропила, иначе врубка боковой щекой упрется в прогон и получим распорную стропильную систему. Длина скошенной подрезки делается не менее двух глубин а. Если подрезку верха стропильной ноги сделать невозможно, его подшивают обрезком стропила с двухсторонним креплением монтажными пластинами или деревянными прибоинами. Верхние концы стропильных ног свободно укладываются на прогон. В двускатных крышах их крепят к прогону по типу скользящей опоры, а между собой не скрепляют. Двускатную крышу, в данном случае, рассматриваем как две односкатных, примкнутых друг к другу высокой стороной. Обратите внимание на чрезвычайно важное условие: верхняя опорная врубка или подшивка верха стропилины прибоинами делаются горизонтально. Стоит только изменить схему опирания на прогон, как стропило тут же показывает распор. Эта расчетная схема установки стропил из-за жесткости условий изготовления верхнего узла (любая неточность в исполнении узла тут же превращает безраспорную схему в распорную) практически не применяется для двухскатных крыш, поэтому ее чаще используют в односкатных крышах. Кроме того, в двухскатных крышах за отсутствие распора на мауэрлате при прогибе стропил под действием нагрузки, приходится расплачиваться раскрыванием конькового узла кровли.

Эта схема на первый взгляд вообще парадоксальна. Мы же отчетливо видим в нижней части стропильной ноги упор в мауэрлат и система вроде бы должна оказывать на него горизонтальное усилие. Тем не менее, она не показывает распора. Если кому-то хочется узнать почему, то доказательство читайте в курсе лекций  профессора Залесского В. Г. на страницах 414–415.

Опирание низа стропила врубкой в мауэрлат, а верха стропила на прогон горизонтальной врубкой, со скошенной щекой, не дает распора на стены

рис. 2. Опирание низа стропила врубкой в мауэрлат, а верха стропила на прогон горизонтальной врубкой, со скошенной щекой, не дает распора на стены

2. Самый распространенный способ установки стропил относящийся к двухскатным крышам. Низ стропильной ноги делают на ползуне, а верх закрепляют (рис. 3): связывают гвоздевым боем или болтом, либо упирают в прогон или друг в друга и связывают деревянными прибоинами или металлическими зубчатыми пластинами (МЗП).

Опирание низа стропил без врубки в мауэрлат с закреплением верха стропил, не дает распора на стены

рис. 3. Опирание низа стропил без врубки в мауэрлат с закреплением верха стропил, не дает распора на стены

На что необходимо обратить особое внимание так это на крепление стропильной ноги к мауэрлату Оно сводится только к закреплению стропил в проектное положение обеспечивающее шаг их установки. Для этого достаточно вбить с двух сторон по одному гвоздю наискосок в боковую поверхность стропила или один длинный гвоздь сверху либо поставить гибкую стальную пластину. Если будут применены модные крепежные уголки, то для закрепления низа стропилины достаточно будет одного гвоздя либо нужно прижать стропилину уголками с двух сторон вообще без гвоздей. Не вкручивайте в уголки столько шурупов и не забивайте в них столько гвоздей, сколько имеется отверстий в уголке. Иначе вы превратите ползун в несовершенный шарнир и получите на мауэрлат распор. От ветрового опрокидывания крышу держат гибкие проволочные скрутки не нужно эту функцию перекладывать на уголки либо стропильная система должна расчитываться как распорная.

3. Не дает распора и жесткое защемление конькового узла, когда низ стропильной ноги делают на ползуне, а верх жестко закрепляют (рис. 4). Однако в коньковом узле появляется изгибающий момент, стремящийся его разрушить. Максимальный изгибающий момент в такой конструкции возникает на коньковой опоре, а сами стропильные ноги получают меньший прогиб. Формула указанная на рисунке для определения максимального изгибающего момента указана верно, а формулы для определения изгибающих моментов и прогибов внутри пролетов стропил указаны, как для обычных балок на двух опорах. Это обусловлено тем, что рассчитать такой узел, а потом точно изготовить его на стройплощадке достаточно трудно, поэтому лучше принимать формулы для вычисления изгибающего момента и прогиба как для обыкновенных однопролетных балок. Однако следует знать, что используя такой коньковый узел, получаем большую несущую способность стропил. Иными словами, применив на стройплощадке узловое соединение с жестким защемлением верха стропил, пусть даже без расчета конькового узла, мы получаем некоторый запас прочности на стропилах.

Опирание низа стропил без врубки в мауэрлат с защемлением конькового узла, не дает распора на стены

рис. 4. Опирание низа стропил без врубки в мауэрлат с защемлением конькового узла, не дает распора на стены

Во всех трех вариантах соблюдается правило: один конец стропильной ноги делается на скользящей опоре, позволяющей поворот, другой на шарнире, допускающим только поворот. Крепление стропил на ползунах и неподвижных шарнирах делаются самых разных конструкций. Сейчас их часто выполняют на крепежных пластинах. Можно крепить и по старинке: скобами, гвоздевым боем или использованием коротышей брусков и досок. Нужно только правильно подобрать вид крепежа, чтобы он допускал или препятствовал скольжению стропила в опоре.

При расчете стропильной системы принимается «идеализированная» расчетная схема. Считается, что на крышу давит равномерно распределенная нагрузка, т.е. одинаковая и ровная сила, действующая равномерно по всем плоскостям скатов. На самом деле равномерно распределенной нагрузки на скатах крыши практически никогда не бывает. Ветер, наметающий снеговые мешки на один из скатов и сдувающий снег с другого, солнце растапливающее снег на южных скатах, сползающий весной снег — делают нагрузку на скатах неравномерной. При действии неравномерной нагрузки все три выше представленных варианта стропильных систем статически устойчивы, но только при условии жесткого закрепления конькового прогона. Который концами вводят во фронтоны стен либо подпирают накосными стропилами вальмовых крыш. То есть стропильная система будет устойчивой только в том случае, если коньковый прогон на который опирается верх стропил, надежно закреплен от горизонтального смещения.

При изготовлении щипцовых крыш и опирании прогона только на стойки (без опирания их концов на стены фронтонов) ситуация меняется в худшую сторону (рис. 5). Во втором и третьем варианте при значительном снижении нагрузки на одном из скатов, против расчетной на другом скате, крыша будет пытаться «уехать» в сторону более высокой нагрузки. Первый вариант, в котором низ стропильной ноги сделан с врубкой зубом либо с подшивкой опорного бруска, а верх горизонтальной врубкой уложен на прогон, хорошо держит неравномерную нагрузку, но только при условии абсолютной вертикальности стоек, удерживающих коньковый прогон.

Потеря устойчивости стропильной системой

рис. 5. Потеря устойчивости стропильной системой

Для придания стропильной системе устойчивости в нее вводят горизонтальную схватку (рис. 6). Она повышает устойчивость системы, но незначительно. Поэтому во всех местах, где схватка пересекается со стойками, поддерживающими коньковый прогон, ее прикрепляют к стойкам гвоздевым боем. Существует устойчивое заблуждение, что схватка всегда работает на растяжение, это не так. Схватка многофункциональный элемент: в безраспорных конструкциях стропил она вообще не работает при отсутствии на крыше снега либо работает на сжатие при появлении на скатах незначительной равномерной нагрузки. На растяжение она работает только в предаварийной ситуации при просадке либо прогибе конькового прогона от действия максимальных нагрузок. По-сути, схватка это аварийный элемент стропильной системы, вступающий в работу, когда крышу завалит максимально возможным количеством снега и коньковый прогон прогнется на всю расчетную величину либо когда произойдут непредвиденные и неравномерные просадки фундаментов и, как следствие, неравномерная осадка стен и конькового прогона. Чем ниже установлены схватки, тем лучше. Обычно их устанавливают на высоте не менее 1,8–2 м от поверхности перекрытия, чтобы они не мешали человеку при прохождении по чердаку.

Если во втором и третьем варианте нижний узел опирания стропильной ноги (ползун) заменить на ползун немного другой конструкции (рис. 6, в) — с выносом конца стропилины за стену, то это еще более укрепит всю систему, делая ее статически устойчивой конструкцией при любом сочетании нагрузок.

Схватка между стропилами увеличивает устойчивость стропильной системы

рис. 6. Схватка между стропилами увеличивает устойчивость стропильной системы

Еще одним мероприятием повышения устойчивости всей системы является жесткое (что не всегда возможно) закрепление низа стоек поддерживающих прогон. Их врубают в лежень и прикрепляют к перекрытиям любым возможным способом, превращая нижний узел опирания стойки из шарнирного (в плоскости стропил) в узел с жестким защемлением (рис. 7).

Пример закрепления узла опирания стойки

рис. 7. Пример закрепления узла опирания стойки

Сечение схваток ввиду развития в них малых напряжений не рассчитывают, их принимают конструктивно. Для того, чтобы уменьшить типоразмер деталей использующихся при строительстве стропильной системы, сечение схватки используют тех же размеров, что и стропила, но могут быть применены и более тонкие доски. Схватки устанавливаются с одной или двух сторон стропил и прикрепляются к ним гвоздевым боем и/или болтами (рис. 8). При расчете сечения стропил, схватки не учитывают, т.е. стропильную систему рассчитывают так, словно схваток в ней вообще нет. За единственным исключением, если схватки прикручиваются к стропилам болтами, то несущую способность древесины из-за ослабления отверстиями под болты, уменьшают использованием коэффициента 0,8. Иными словами, если в стропилине будут сверлиться отверстия под установку болтов схваток, то ее расчетное сопротивление применяют равным 0,8R. При креплении схватки к стропилам только гвоздевым боем ослабления расчетного сопротивления древесины стропильной ноги не происходит. Однако нужно сделать расчет на количество забиваемых гвоздей. Производится расчет на срез (изгиб) гвоздей. За расчетную силу среза принимают распор, который может возникнуть при аварийном состоянии стропильной системы. В общем, в расчет гвоздевого соединения схватки со стропилом вводят распор (H), которого нет, при нормальной работе стропил.

Узел крепления схватки

рис. 8. Узел крепления схватки

Еще раз напомним, статическая неустойчивость безраспорной стропильной системы проявляется только в крышах, где нет возможности закрепить коньковый прогон от горизонтального смещения. В домах с вальмовыми крышами и в домах с фронтонами из кирпича и камня, безраспорные стропильные системы вполне устойчивы и в мероприятиях по обеспечению устойчивости нет никакой необходимости. Однако «противоаварийные» конструкции — схватки, устанавливать все же надо.

При установке шпилек или болтов для крепления схваток обратите особое внимание на диаметр отверстия под них. Он должен быть равным диаметру шпилек (болтов) или даже меньше его на 1 мм. В аварийной ситуации схватка не будет работать до тех пор, пока не выберет зазор между шпилькой и стенкой отверстия в это время низ стропильных ног «разъедется» на несколько миллиметров или сантиметров (зависит от высоты установки схватки), что может подвинуть или выкрутить мауэрлат и разрушить карниз стен, а в распорных стропильных системах, где мауэрлат жестко закреплен — «раздвинуть» легкие стены.

Распорные наслонные стропила

Работающее на изгиб стропило, передающее распор на стены, должно иметь две закрепленные опоры.

Берем те же варианты стропильных схем и заменяем в них нижние опоры с двумя степенями свободы (ползуны) на опоры с одной степенью свободы (шарниры). Просто, где их нет, прибиваем к низу стропильной ноги опорные бруски. Обычно используется брусок длиной около метра и сечением 50×50(60) мм с расчетом гвоздевого соединения. Либо делаем опору на мауэрлат в виде зуба. В первом варианте расчетной схемы, в коньке там где стропила горизонтально оперты на прогон, сшиваем верхние концы стропильных ног гвоздевым боем или скрепляем болтом и получаем, таким образом, шарнирную опору.

Стропила упертые обоими концами в мауэрлат и прогон показывают распор

рис. 9. Стропила упертые обоими концами в мауэрлат и прогон показывают распор

Расчетные схемы стропильных систем меняются незначительно (рис. 9), все внутренние напряжения сжатия и изгиба остаются прежними, но в нижних опорах стропил появляется распор равный H = (qL/2)×ctg µ, (кг). В верхних узлах распор в одной стропильной ноге уничтожается противоположно направленным распором от конца другой стропильной ноги, поэтому здесь он не приносит особых хлопот. Однако концы стропильных ног, упертые непосредственно друг в друга или через прогон, могут быть проверены на смятие древесины, хотя в большинстве случаев этого не требуется.

По сути, распорные наслонные стропила это переходная схема между безраспорными наслонными и висячими стропилами. В них уже просматривается схема висячих стропил, но рудимент в виде конькового прогона еще остается. Когда стропила низом уперты в стены, а верхом друг в друга, то прогон здесь как пятое колесо в телеге. С одной стороны вроде и не помешает, а с другой — можно и без него обойтись. Стропильная система проявляет двойственность своей работы, которая зависит от плотности прилегания верха стропил к прогону и друг к другу. Вектор силы давящий на коньковый узел распределяется и на стропильные ноги, и на прогон. При просадке, в результате усадки стен или прогибе от собственного веса, прогон уходит из работы и вектора сил полностью распределяются по стропилам, а сами стропила при этом превращаются в висячие.

В распорных стропильных системах назначение у схватки несколько иное — она в аварийных ситуациях работает на сжатие. Вступая в работу, она снижает распор на стены низа стропильных ног, но полностью его не снимает. Она сможет его снять полностью, если будет расположена в самом низу закрепленная между концами стропильных ног, но это уже другая конструктивная схема и схватка в ней уже называется затяжкой.

Что же изменяется с включением в схему схватки? Не будем нагружать вас раскладкой векторов сил, просто представьте предаварийную ситуацию, когда на крышу действуют максимальные нагрузки. Там где под коньковым прогоном нет стоек происходит прогиб прогона и наслонные стропила, стянутые схваткой, моментально превращаются в схему висячих стропил со сжатым ригелем, а низ стропильных ног получает распор по соответствующей расчетной схеме. Там где под коньковым прогоном есть стойки либо прогон жесткий, схватка то же работает на сжатие и низ стропильных ног тоже передает распор, но более слабый так, как верх стропил держит коньковый прогон. Однако расчет производится по наихудшему сценарию.

Применение распорных наслонных стропильных систем требует учета влияния распора на стены. Снизить распор можно установкой жестких коньковых прогонов. Для этих стропильных схем будет лучше, если расчетный прогиб конькового прогона получится намного меньше нормированного СНиПом. Старайтесь увеличивать жесткость прогона установкой стоек, подкосов или консольных балок (изменение высоты сечения) либо делайте на нем строительный подъем. Особенно это актуально для домов из легких бетонов, брусовых и рубленных из бревна. Массивные кирпичные, бетонные и панельные дома легче переносят распор на стены.

Следует заметить, что под распором понимается горизонтальное усилие, возникающее от скатывающегося по стропильной ноге сжимающего напряжения S. Иными словами, распор — это горизонтальный вектор сил появляющийся от действия вертикальной нагрузки. Не нужно путать его с распором от прогиба стропил. В расчетной схеме стропила считаются стержневыми элементами, не имеющими высоты, поэтому распор от прогиба не учитывается. На это и направлено нормирование прогиба в строительных конструкциях. СНиП, вводя нормированные величины прогиба, приближает идеализированные расчетные схемы к реальным. Другим словами если прогиб строительной конструкции не превышает нормируемого, то и задумываться о распоре от прогиба не следует, его как бы нет. Хотя на самом деле он есть и в распорной схеме он проявляет себя в больше степени, чем в безраспорной. На распор от прогиба нужно обращать внимание при строительстве стен дома из газобетонов. Это блоки абсолютно не держат изгиб и могут быть разрушены распором даже от прогиба стропил. Не делайте на этих стенах систем распорных стропил. В других случаях распор от прогиба не наносит особого вреда, например, в кирпичных стенах его воспринимает упругость мауэрлата и стального крепежа.

Стропильная система, сделанная по распорному варианту, статически устойчивая система при любых сочетаниях нагрузок и требует жесткого закрепления мауэрлата на стене. Для удержания распора стены должны быть достаточно массивными либо снабжены неразрывным монолитным железобетонным поясом по всему периметру (как обруч на деревянной бочке). В аварийных ситуациях, в отличие от безраспорных систем, в распорной системе работающая на сжатие схватка не спасает положения, она лишь частично уменьшает распор, передающийся на стены (рис. 10.1). Для того чтобы аварийных ситуаций не произошло мы и собираем нагрузки действующие на крышу по максимуму.

 Работающая на сжатие схватка частично снимает распор со стен

Рис. 10.1. Работающая на сжатие схватка частично снимает распор со стен

Расчет стропильной системы с введенной в нее сжатой схваткой делается по двум сочетаниям нагрузок. Сечение стропильной ноги подбирается по максимальному изгибающему моменту и прогибу без учета работы сжатой схватки. Представьте, что на крыше действуют неравномерная нагрузка: на одной стороне ската снег лежит, а на другой он стаял или сполз. Изгибающаяся стропильная нога просто толкнет сжатую схватку и будет работать как обычная однопролетная балка. Подбор сечения сжатой схватки и определение распора на стены, наоборот, будем производить для равномерно распределенной нагрузки по обоим скатам. В этом случае схватка будет сжата с обеих сторон и получит максимальное напряжение сжатия, низ стропильной ноги будет отдавать пониженный распор на стену, а сама стропильная нога превратится в неразрезную балку на трех опорах.

Доказательство.

доказательство

« назад           далее »

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


ПОДЕЛИТЬСЯ:

Комментариев пока нет

Перейти к разговору

Комментариев пока нет!

Вы должны быть избранным, чтобы начать разговор.

Ваши данные будут в безопасности!Ваш адрес электронной почты не будет опубликован. Также другие данные не будут переданы третьим лицам.