Стропильная система без конькового прогона: устройство, инструкция как сделать своими руками, видео, фото

конструкция, устройство, шаг стропил кровли, накосные и висячие элементы, мауэрлат, диагональная стропильная нога, схема опирания


Содержание:


Вальмовая крыша характеризуется большим количеством преимущественных моментов, среди которых выделяют привлекательную геометрию, равномерный прогрев и защита строения от осадков. Даже сильные порывы ветра не оказывают воздействия на такую конструкцию, так как она не имеет фронтонов. Если сравнивать ее с двускатной крышей, то можно отметить, что вероятность деформации вальмовой крыши намного меньше. Перечислять преимущества такой крыши можно очень долго, но нельзя забывать, что система стропильная вальмовой кровли — это достаточно сложная конструкция. Этот факт может стать весомой причиной при выборе типа крыши. Несмотря на это частные застройщики очень часто сооружают именно вальмовую конструкцию, благодаря ее сходству с четырехскатным остовом.


Некоторые особенности вальмовой крыши


При сравнении вальмовой и двухскатной крыши можно сразу заметить, что в устройстве вальмовой крыши отсутствуют вертикальные стенки фронтонов. Их заменяют треугольные скаты, располагающиеся с торцов. Благодаря этому визуальный и реальный объем крыши значительно уменьшается. С экономической стороны выгода от этого является спорным вопросом, так как при резке больших листов кровельного материала на вальмы происходит увеличение расходов.


Как и любое сооружение, вальмовая крыша условно делится на простые геометрические фигуры. Самый простой вариант имеет симметричные скаты: два в виде трапеции и два в форме треугольника. То есть вся конструкция состоит из четырех скатов, что послужило основанием для параллельного названия — четырехскатная крыша.



Боковой разрез вальмовой крыши имеет сходство с обычной двускатной крышей в форме треугольника. При визуальном осмотре в профиль можно увидеть трапецию, которая условно делится на прямоугольник с примыкающими по бокам развернутыми треугольниками. Форма трапеции определяется непосредственно застройщиком и зависит от отношения длины конька к длине карнизного свеса. Часть конструкции, которая имеет форму прямоугольника, возводится на основании кровельных стандартов по сооружению висячих и наслонных стропильных систем.


Вальмы, которые заменяют фронтоны, должны устанавливаться с определенным наклоном, так как конструкция предусматривает их соединение с наклонными сторонами трапеции. Именно устройство вальм является самым сложным этапом обустройства вальмовой стропильной системы. Тем, кто решит выполнить работу по аналогии с обычным скатным методом, можно сказать, что ничего из этого не выйдет. Все дело в том, что длина конькового прогона не соответствует длине ската, следовательно, стропильные ноги вальм в верхней части, а также примыкающие к ним треугольные части больших скатов, остаются без опоры.



В качестве опоры конструкцией предусмотрена установка особых накосных стропильных ног, которые соединяют коньковый брус и углы конструкции. Взгляд на вальмовую крышу сверху позволяет заметить, что накосные элементы представляют собой диагонали, по этой причине их второе название — диагональные. Кроме того конструкция вальмовой кровли подразумевает, что диагональ станет опорой для стропилин разной длины, установка которых выполняется под прямым углом к свесу. Эти разновеликие элементы называются нарожниками.


Таким образом, основными элементами вальмовой стропильной системы являются:

  • Рядовые стропила вальмовой крыши, нижняя часть которых опирается на балки перекрытия или мауэрлат. В зависимости от типа опоры стропилины могут быть висячими или наслонными.
  • Диагональные стропильные ноги, необходимые для соединения углов крыши и края конькового бруса. Такие элементы могут использоваться как для выпуклых углов вальмовой конструкции, так и при обустройстве вогнутых углов ендов.
  • Нарожники — элементы, создающие плоскость вальмы и частей трапециевидных скатов, которые примыкают к диагональным стропилинам.

Описание диагональных стропил


Учитывая расположение диагональных стропилин, можно определить, что их длина будет больше, чем аналогичный параметр рядовых стропилин. К тому же, являясь опорой для нарожников, они принимают на себя довольно большую нагрузку. Все это приводит к выводу, что  диагональные стропильные ноги должны стать усиленными. Чаще всего для этого используют доски, предназначенные для рядовых стропилин, но спаренные между собой.



Спаренные накосы позволяют решить одновременно три задачи:

  • Увеличение нагрузки без риска деформации стропильной системы.
  • Получение цельного диагонального элемента  (наращивание стропилин приводит к ослаблению отдельных участков).
  • Снижение расходов на монтаж стропильной системы (две доски будут стоить гораздо дешевле, чем цельный брус).


Значительная длина диагональных стропилин требует установки дополнительных опор, количество которых определяется длиной диагонали.

Опоры для диагональных элементов


Конструкция вальмовой стропильной системы независимо от размеров предполагает обязательное наличие опор, усиливающих диагональные стропильные ноги. При длине накоса больше 9 метров, то требуется установка не менее двух опор. Пролеты меньшей длины могут опираться на одну опору, расположенную в верхней части.


Опорой для диагональных стропильных ног могут служить:

  • Вертикальные стойки, устанавливаемые непосредственно на перекрытие. Если перекрытие железобетонное, то под стойку обязательно подкладывают кусок гидроизоляционного материала.
  • Подкосы, которые нижней частью упираются в лежень и располагаются под углом 45 градусов, причем величина угла наклона особой роли не играет.
  • Шпренгели, которые выполнены в виде литеры «Т» в перевернутом виде. Этот элемент используется в тех случаях, когда диагональ нуждается в двух и более опорах (прочитайте также: «Элементы стропильной системы – из чего состоит конструкция, правила устройства»). При установке важно следить, чтобы основание шпренгеля располагалось перпендикулярно накосу. В большинстве случаев такие опоры размещают ближе к углу крыши, то есть в нижней части накосных стропил.


Дополнительные  опоры лучше всего изготовить из спаренных досок и установить в местах, где предполагается наибольшая нагрузка.

Конструкция опорных точек накосов стропил


Верхней частью накосная стропильная нога упирается в коньковый брус. Конструктивные особенности вальмовой крыши позволяют сделать это несколькими способами:

  • Если конструкция крыши имеет один коньковый прогон, то накос упирается на консоль конька.
  • Если стропильная система имеет два коньковых прогона и рядовые стропилины из досок, то накосы должны упираться на шпренгель, основание которого лежит на коньковых прогонах.
  • Если конструкцией предусмотрено наличие двух прогонов, а стропила выполнены из бруса, то вместо шпренгеля используют прибоину. Этот элемент выполняется из обрезка доски толщиной более 5 см и соединяет между собой рядовые стропилины недалеко от конька.



В зависимости от способа посадки верхнюю часть накоса подрубают. Крепить диагонали можно гвоздями, при этом допускается усиление скруткой из проволоки или металлическим хомутом.


В нижней части диагональные стропилины вальмовой крыши с опиранием на мауэрлат крепятся с помощью металлических скоб или уголков непосредственно к мауэрлату или к специально установленной угловой балке.

Устройство нарожников


Посредством нарожников формируются вальмы и треугольные части больших скатов. В верхней части элемент упирается на диагональную стропилину, внизу — на мауэрлат или балки перекрытия.


Нарожники устанавливаются двумя способами:

  • С помощью врубки. В диагональных стропилинах вырубают гнезда на расстоянии 20 см друг от друга, при этом следует помнить, что врубка нарожников смежных скатов не должна выполняться напротив друг друга.
  • Монтаж черепных брусков, которые будут выступать в качестве опор для нарожников. Для этого берут бруски 5*5 см и наколачивают их на нижнюю часть накоса. Этот вариант считается более эффективным, так как врубка может ослабить прочность и устойчивость накоса. Кроме того использование такого способа позволяет располагать нарожники напротив друг друга.


Крепление нарожников в нижней части выполняется по аналогии установки рядовых стропильных ног.

Монтаж простой вальмовой стропильной системы


Самым простым способом возведения вальмовой крыши является покупка готовой стропильной системы и ее установка. Но строительство вальмовой стропильной системы своими руками доставит большее удовольствие и позволит создать конструкцию, соответствующую всему строению. Чтобы убедиться в собственных силах, можно потренироваться на небольших постройках, например, возвести четырехскатную крышу над беседкой или летней кухней.



Создание простейшей вальмовой крыши проходит в несколько этапов.

Этап 1. Создание модели крыши и составление проекта.


Строительству любой конструкции предшествует этап проектирования. Это помогает определить форму конструкции и приобрести нужное количество материала. Простая вальмовая крыша не требует составления сложного чертежа, достаточно от руки нарисовать примерную схему стропил вальмовой крыши.


Чтобы составить простейший проект вальмовой крыши достаточно выполнить действия, описанные в следующей инструкции:

  • Определяются параметры строения, согласно которым составляется примерный чертеж крыши в профиль и анфас. Чтобы рисунок соответствовал реальным параметрам, необходимо выбрать масштаб, чаще всего выбирают 1:25. Это означает, что размера в действительности следует разделить на 25.
  • Выбрать оптимальную высоту крыши помогает рисунок контура крыши, причем в нескольких вариантах. У наиболее подходящего рисунка измеряют угол наклона скатов.
  • Далее на рисунке отмечают точки установки наслонных стропильных ног, при этом каждую сторону нужно разделить на равные участки. Шаг стропил вальмовой крыши должен быть оптимальным, чтобы не увеличивать расход строительного материала, но и не усиливать конструкцию дополнительной контробрешеткой.
  • Следующим шагом определяют длину конька. При этом следует помнить, что эта часть конструкции должна соединять целое количество стропильных ферм. С обеих сторон длинной стороны нужно отложить одинаковые отрезки.
  • На основании рисунка высчитывается необходимое количество материала.



Количество крепежных элементов определяется числом стропильных ног, с учетом всех узловых креплений. Для каждой стропилины нужно приобрести по два уголка. Доски лучше всего покупать с небольшим запасом, чтобы была возможность устранить случайные ошибки в строительстве. Если конструкция возводится на бетонной или кирпичной коробке, то следует позаботиться о приобретении бруса, из которого будет сооружаться мауэрлат для вальмовой крыши.

Этап 2. Монтаж основной части.


Для удобства работы опытные строители рекомендуют сделать вспомогательные леса.


Монтаж вальмовой стропильной системы начинается с устройства коньковой части:

  • Непосредственно посередине стенок, к которым будут примыкать вальмы, прибивают по одной доске. Между ними натягивают строительный шнур, который должен проходить строго по центральной оси.
  • С одного из торцов строения прикладывают две стропилины, их пересечение должно проходить под шнуром. Отмечают линию спила верхней пятки стропильной ноги с учетом конькового прогона толщиной около 5 см. Спиливают необходимую часть элемента, чтобы конвертная крыша получилась необходимой формы.
  • По сделанной заготовке напиливают остальные стропилины. При этом следует помнить, что при возведении вальмовой крыши с висячими стропилами учитывается длина карнизного свеса.
  • Собирают фермы из двух стропильных ног и крепят их на один гвоздь.
  • Через все фермы устанавливают коньковый брус и прибивают к нему стропилины.
  • В нижней части наслонные стропилины крепятся к мауэрлату, висячие стропила вальмовой крыши — к балкам перекрытия. В обоих случаях крепление выполняют с помощью металлических уголков.
  • Ранее прибитые вспомогательные доски можно убрать, так как нужды в их потребности больше нет.

Этап 3. Строительство вальмовых скатов.


Стропила вальмовой части крепятся по аналогии рядовых стропильных ног: верх фиксируется гвоздями, низ — посредством уголков к мауэрлату или верхнему бревну.


Установку выполняют следующим образом:

  • Выставляют первую диагональную стропилину и ставят отметку на месте спила. При этом нижняя часть элемента должна располагаться в углу крыши.
  • Отпиливают элемент по намеченной линии и фиксируют его: верх — с помощью гвоздей, низ — уголками.
  • Остальные диагональные стропила устанавливаются по аналогичной схеме.
  • Для заполнения вальмового ската нарожники примеряются и устанавливаются индивидуально.
  • После этого переходят к монтажу нарожников основных скатов.



После установки всех элементов стропильной системы выполняют следующее: с помощью проволочной скрутки каждую вторую стропилину привязывают к бревну второго ряда или к деревянным пробкам, которые предварительно закладывались в стены. Кроме того проволочная скрутка может быть заложена в кирпичную кладку или между блоками в процессе возведения стен. При этом следует помнить, что от верха до места расположения скрутки должно быть не меньше трех рядов кирпича или двух рядов блоков.



Готовую стропильную систему закрывают обрешеткой. Если покрытие будет мягким, то обрешетка должна быть сплошной из досок, фанеры или плит OSB. Жесткие кровельные материалы можно укладывать на обрешетку из бруска, прибитого с определенным шагом.

Возведение сложной вальмовой кровли


Каркас сложной вальмовой крыши возводится в аналогичной последовательности, но с небольшими доработками. Например, диагональные стропилины должны фиксироваться более прочным способом, с установкой дополнительных опор. Коньковая часть устанавливается после монтажа опорной рамы, включающей в себя лежень внизу и коньковый прогон сверху.



Возвести стропильную систему вальмовой крыши намного труднее, чем обычную двускатную конструкцию. Однако четырехскатная крыша выглядит более привлекательной и над домом, и над легкой постройкой.


Испытав свои силы при возведении вальмовой крыши над беседкой или другим бытовым строением, можно добиться хорошего результата в самостоятельном строительстве четырехскатной крыши над жилым домом.


Инструкция по монтажу двухскатной крыши ⋆ DomaStroika.com

Двухскатная крыша самая распространённая конструкция используемая при строительстве жилых домов, так как возводиться двухскатная крыша своими руками достаточно просто и быстро. Массовое использование данного типа крыши объясняется её надёжными, зарекомендовавшими себя отличными характеристиками: она отлично справляется с защитой дома от ветра и осадков, зимой без труда выдерживает значительную нагрузку от снега, при её строительстве не требуется особых строительных навыков. Её широко применяют не только при строительстве жилого дома, но и для придомовых построек: бани, гаража, погреба, беседки.

Двухскатная крыша своими руками — преимущества

Для начала давайте попробуем разобраться, почему двухскатная крыша столь популярна сегодня, в чем её преимущества к примеру перед вальмовой или шатровой крышей и какой вид кровли ей подходит больше всего.

  • Подходит большое количество типов кровельного материала;
  • Простота конструкции позволяет сделать данную крышу своими руками;
  • Возможность разместить второй (мансардный, чердачный) этаж;
  • Простота укладки кровли на данную конструкцию.

Подготовительный этап

Для начала требуется определиться с размером крыши и углом её наклона. Для этого требуется учесть: количество выпадаемых осадков, снеговую и ветровую нагрузку вашего региона, а так же тип кровельного материала, который будет использоваться.

На заметку! Чем угол наклона крыши будет меньше, тем лучше конструкция будет выдерживать эти нагрузки. Однако слишком маленький угол наклона не позволит в полном объёме использовать мансардное помещение, поэтому необходимо найти золотую середину.

Перед тем как приступить к строительству крыши необходимо ознакомиться с тем, что такое стропильная система и из чего она состоит. В соответствии с проектом плана дома, разрабатывается будущая конструкция и форма крыши.

Двухскатная крыша состоит из двух наклонных плоскостей (скатов), расположенные под углом друг к другу, соединённые в районе конька. В торцах крыши образуются треугольные фронтоны.

Элементы входящие в каркас крыши

Мауэрлат как его часто называют (фундамент для крыши) — опорный брус для стропил, установленный на верхнюю часть стен дома, равномерно распределяющий нагрузку на здание. В доме из дерева, мауэрлатом выступает последний ряд сруба.

Установка мауэрлата на кирпичные либо блочные стены производиться с помощью мощных анкеров. Мауэрлат изготавливается из высушенной древесины, обработанной защитным противопожарным и противогрибковым средством, сечением от 100х100мм. до 150х150 мм.

Стропильные ноги — устанавливаются парами, с двух сторон крыши и закрепляются на коньке, тем самым образуя стропильную систему (контур крыши).

Шаг их установки обычно находится в диапазоне 0,6-1,2 м., и зависит от типа используемого кровельного материала. Чем более тяжёлая будет кровля, тем меньший используется шаг. Стропила изготавливаются из обрезной сухой доски хвойных пород, толщиной от 50 мм. Для безопасности и долговечности конструкции так же необходимо использовать специальные пропитки для дерева.

Конек крыши — горизонтальная, верхняя линия соединения стропильных ног между собой. Высота его в начале и в конце по отношению к верхним точкам стен, не должна отличаться. Измерить это можно с помощью гидроуровня.

  1. Стойки – вертикально установленные опоры под стропильную систему. В зависимости от ширины, стойки могут устанавливаться, как только под коньковый брус, так и дополнительно в промежутке от конька до карниза крыши. Выполняются опоры из обрезной доски либо бруса.
  2. Кобылки — данные элементы стропильной системы требуются для продления стропильных ног, когда те слишком короткие и нет возможности сделать свес необходимой длинны. Присоединяются к нижней части стропил, путём нахлёста доски меньшего сечения и скрепления их друг с другом гвоздём.
  3. Прогоны – горизонтальный брус, скрепляющий ноги стропил. Крепится с внутренней стороны у основания конька, либо по центру стропильных ног.
  4. Затяжка – закрепленный снизу брус, соединяющий стропильные ноги, не позволяющий им расходиться.
  5. Лежень – опорный брус, лежащий горизонтально на несущей стенке внутри сруба, на который устанавливаются стойки, поддерживающие стропильную систему. Материал – брус сечением от 100х100мм. до 150х150 мм..
  6. Подкосы и стойки – дополнительные опоры под стропильные ноги, дающие конструкции дополнительную устойчивость, крепятся к затяжке или лежню.
  7. Обрешётка – конструкция из брусков или досок, необходимая для укладки кровли, крепятся перпендикулярно стропильным ногам, шаг зависит от типа кровли. Под гибкую черепицу используют фанерные листы, уложенные на стропила сплошным ковром.

Двускатная крыша своими руками — элементы стропильной системы

Наличие вышеперечисленных составляющих в конструкции крыши зависит от её типа и размера. Существует два варианта установки стропильной системы на двухскатную крышу: наслонная и висячая. В первом варианте стропила крепятся: внизу к мауэрлату, вверху к коньковому брусу. Конёк должен поддерживаться или внутренней стеной или вертикальными стойками.

Висячие же стропила вверху опираются друг на друга, а внизу к затяжке либо балкам перекрытия. В домах построенных из дерева крепление стропил к мауэрлату делают скользящим, это позволит избежать нарушение каркаса крыши, когда дом будет давать усадку.

Что такое стропильная ферма

Стропильная ферма — это плоская конструкция, в состав которой входят: стропилы, стойки, раскосы и растяжки. Главная задача данной конструкции, расположить все элементы так, чтобы внутренние стены дома, не испытывали нагрузки, а вся вертикальная нагрузка пошла на внешние, прочные стены. Чем шире будет пролет, тем больше потребуется стоек и раскосов.

Двухскатная крыша своими руками — стропильная ферма двухскатной крыши

Система с наслоннными стропилами

Подходит для типа крыш, пролёт которых составляет от 10 до 16 м. Стропила могут устанавливаться под любым углом, а в доме наличие несущих стен или колонн обязательно. В верхней точке стропила опираются на коньковый прогон, поддерживаемый внутренней стенкой либо стойками, а в нижней части на мауэрлат.

Нагрузки в такой конструкции вертикальные, поэтому необходимости в установке затяжек нет. Для укрепления стропильных ног, устанавливаются ригели и подкосы.

Пошаговая инструкция монтажа

На стены дома по всему периметру, а так же на внутреннюю, на анкерные болты крепят мауэрлат и лежень, дополнительно скрепляя его с внутренней стороны крепкой пластиной из металла.

Под мауэрлат необходимо подложить гидроизоляционный материал, чаще всего используют рубероид. Материалом мауэрлата и лежня служит брус сечением от 100 до 150 мм.

Двускатная крыша своими руками — крепление мауэрлата

На мауэрлат и лежень, напротив стропильных ног, размещаются балки перекрытия. Изготавливаются они из обрезной доски 50х150 мм. Для дальнейшего безопасного передвижения на них можно положить черновой пол, закрепив его обязательно саморезом либо гвоздём.

Под коньковый прогон на лежень ставят стойки, скрепляя их с лежнем мощными металлическими уголками, пластинами либо гвоздями, шаг установки не более 2 метров. Стойки (опоры), используя уровень выравнивают по вертикали, и временно закрепляют их любым подходящим способом. Затем на вертикально установленные опоры кладется прогон (коньковый брус) и скрепляется аналогичным способом.

Двускатная крыша своими руками — установка вертикальных стоек под конёк

Из обрезной доски изготавливают стропильные ноги. Сперва делается шаблон одной ноги, где измеряется угол спила крепления к коньковому брусу и мауэрлату. Получившийся шаблон необходимо примерить с обеих сторон крыши в местах крепления стропил.

Если запил выполнен верно, то по шаблону изготавливаются остальные стропила. В том случае когда мауэрлат и коньковый брус установлены строго горизонтально, примерку шаблона во всех местах можно не производить.

Схема крепления основных узлов

Если у доски имеется достаточная длинна, то свес с крыши оставляют не менее 30 см., в противном случае возникнет необходимость в удлинении стропилы путём крепления к ней дополнительной доски (кобылки).
В коньке стропила скрепляются друг с другом при помощи пластин из металла и гвоздей. В креплении стропил к мауэрлату используются металлические скобы, один конец которых вгоняется в доску второй вбивается в мауэрлат, дополнительно можно использовать уголки и гвозди.

Если ширина крыши большая, стропила укрепляются подкосами, которые под углом крепятся к опорной стойке, стоящей на лежне, и самой стропиле. После того как все стропила установлены, еще раз измеряется их длинна и если необходимости в её корректировке нет, то к торцам доски прибивается ветровая планка.

Важно! Стропила наслонного типа выдерживают большие нагрузки, чем система с висячими стропилами, поэтому данную конструкцию выбирают при строительстве больших домов с присутствием мансардного этажа и утепленной кровлей.

Система с висячими стропилами

Такая система стропил идеально подходит для строительства двухскатных крыш, где пролёт не превышает 6 метров, а так же отсутствуют внутренние несущие стены. Опорой нижних частей стропил является мауэрлат, вверху опираясь друг на друга, они сами себе являются опорами.

Особенностью данной конструкции — это необходимость использовать затяжку, которая не даёт стропильным ногам расходиться, тем самым, распирающая нагрузку на стены дома отсутствует и действует только вертикальная сила. Дополнительную затяжку (ригель) можно установить и под коньком. Все строительные работы производятся по аналогии с системой монтажа наслонных стропил.

Особенности конструкций висячего типа
  1. Обязательное наличие затяжки, выполняющей основную функцию — скрепление стропильных ног.
  2. При использовании данной системы от мауэрлата и вовсе можно отказаться, его может заменить, уложенная на рубероид, обычная обрезная доска.
  3. Возможность установки на стены готовых скрепленных треугольников (стропильных ферм).

Примеры висячих стропильных систем (схема)

К преимуществам висячей системы можно отнести отсутствие в центре опорных стоек, что делает мансардный этаж просторней и позволяет более рационально спланировать данное пространство.Данная конструкция легче в исполнении, для неё необходимо меньшее количество строительного материала, что автоматически существенно удешевляет её стоимость. Её рекомендуют использовать при строительстве домов небольшого размера. Надежность данной конструкции достаточно высока.

Как вы сами смогли убедиться, двухскатная крыша своими руками — задача вполне выполнимая для каждого. Необходимо лишь обладать элементарными знаниями и строительными навыками, для того чтобы все сделать правильно.

Как сделать стропила на двускатную крышу: пошаговая инструкция

Крыша – сложный и ответственный архитектурный элемент любого здания. Относиться к ее строительству следует с особым вниманием, необходимо помнить, что для монтажа стропильной системы требуется немалый опыт выполнения подобных работ и специальный инструмент. Не стоит браться за создание крыши тем, кто впервые держит в руках плотницкий и измерительный инструмент – результаты деятельности могут быть очень негативными.

Существует два типа крыш в зависимости от количества и размещения точек опоры стропил, но каждый застройщик может по своему усмотрению несколько изменять конкретную конструкцию стропильной системы. При этом учитываются условия эксплуатации строения, назначение чердачных помещений, климатическая зона расположения, технические параметры пиломатериалов и кровельных покрытий. Конечно, на вид стропильной системы оказывает влияние личный опыт и предпочтения застройщиков.

Как сделать стропила на двускатную крышу

Содержание статьи

Что влияет на стропила

Перед тем как приступать к изготовлению стропил, следует определиться с их видом, способом крепления и линейными размерами. Только в этом случае можно быть уверенным в прочности и безопасности конструкции.

Как влияют различные факторы на параметры стропилин? 

Физический факторКраткое описание влияния на параметры стропилин

Величина нагрузки на крышу

Стропила должны выдерживать снеговые и ветровые нагрузки. Во время расчетов нужно брать из таблиц строительных норм и правил фактические максимальные значения снегового покрова, учитывать силу и розу ветров. Данные позволяют узнать общую нагрузку на скат крыши в зависимости от его площади и угла наклона. Далее уже можно определить размеры стропилин, их количество и шаг. При этом обязательно закладывается коэффициент запаса прочности. Дело в том, что пиломатериалы не имеют стабильных и одинаковых значений прочности, слишком много непредвиденных факторов влияют на эти показатели. Для большинства случаев для изготовления стропильных ног используются доски 50×150 мм или 50×200 мм.

Тип крыши

Двускатные крыши могут быть наслонными и висячими. Для висячих крыш нужно делать стропила из более прочных досок. При этом принимается во внимание метод фиксации элементов к мауэрлату. Если делается врубка, то ширина досок должна увеличиваться на величину врубки. Дело в том, что пропил в этом месте автоматически уменьшает ширину материала, воспринимающего нагрузки. Если на доске толщиной 200 мм сделать поперечный пропил длиной 60 мм, то в расчет принимается только оставшаяся ширина 140 мм. Соответственно, если при расчете нагрузок выбраны стропила из досок 200 мм, но во время крепления делаются непредусмотренные пропилы 60 мм, то ширина заготовок для стропилин увеличивается до 260 мм. Это замечание делается для тех, кто любит злоупотреблять различными зарубками и пропилами для упорных площадок концов стропилин. В настоящее время есть много специальных приспособлений, позволяющих прочно зафиксировать стропилину в нужном положении без запиливания.

Назначение здания

Для жилых зданий стропилины должны иметь запас по прочности в размере не менее 1,4 от расчетных значений. Для нежилых сооружений коэффициент понижается до 1,2. Вывод – размеры стропильных досок на домах больше, чем на гаражах и иных пристройках.

Назначение чердачных помещений

Жилые чердачные помещения (мансарды) должны иметь утепленную крышу. Ширина стропилин должна соответствовать толщине утеплительного слоя. Одновременно нужно корректировать шаг между стропильными ногами в зависимости от стандартной ширины утеплителя. Если в данной климатической зоне оптимальная толщина утеплителя крыши 200 мм, то такую же ширину рекомендуется выбирать и для стропилин. Различные наращивания узких стропильных ног во время утепления кровли не считаются правильным решением.

Эти знания помогут принимать правильные решения как во время изготовления стропил, так и во время их фиксации непосредственно на месте. Ошибки в строительстве стропильной системы слишком дорого обходятся, не стоит проявлять излишнюю самоуверенность.

Что влияет на выбор размеров и способов крепления стропилин

Очень важный момент. Задача любой фиксации – обеспечение устойчивости узла соединения, при этом он может быть неподвижным или иметь одну или несколько степеней свободы. Этого невозможно достичь без знания нагрузок, влияющих на стропильные ноги. Нагрузки могут быть постоянными и временными, динамическими и статическими, однонаправленными и разнонаправленными.

  1. Постоянные вертикальные усилия. Возникают из-за воздействия кровельных и утеплительных материалов крыши. В связи с тем, что стропильные ноги располагаются под углом к вертикальной силе, на них воздействуют изгибающие и распирающие нагрузки. Величина сил определяется после построения эпюры, на основании конкретных изгибающих и распирающих усилий выбирается толщина и ширина досок для стропилин. Крепления должны предупреждать расползание стропильной системы.
  2. Переменные вертикальные усилия. Появляются зимой, величина зависит от высоты снежного покрова.
  3. Поднимающие ветровые усилия. В результате порывов ветра на крышу воздействуют подъемные силы. На размеры стропильных ног влияния не оказывают, усилия учитываются только при выборе типа фиксации, она должна предусматривать и удерживать такие нагрузки.
  4. Боковые усилия. Величина зависит от парусности кровли. В результате порывов ветра на стропильную систему воздействуют боковые усилия. Они увеличивают нагрузки на изгиб и на отрыв. Эту особенность также нужно принимать во внимание во время изготовления и установки стропильных ног.

Нагрузки, действующие на несущую конструкцию скатных крыш

Есть варианты жестких креплений стропильных ферм, для этого используются металлические пластины, уголки, саморезы и гвозди.

Варианты жестких креплений стропильных ферм

Иногда требуется применять плавающие соединения стропилин для компенсации изменения размеров деревянных домов. Для плавающих соединений применяются специальные крепежные элементы и болты. Вторые позволяют стропильным ногам в верхней части немного поворачиваться.

Плавающее соединение

Еще один пример свободного соединения стропилин – скользящее. Используется на деревянных срубах и дает возможность компенсировать естественную усадку дома.

Скользящая опора для стропил

Какие элементы используются для увеличения устойчивости и несущей способности стропилин

В результате правильного выбора стропильной системы и методов фиксации ее элементов конструкция должна быть устойчивой, компенсировать естественные колебания линейных параметров и выдерживать различные нагрузки, возникающие вовремя эксплуатации. Для выполнения условий во время фиксации стропилин могут применяться дополнительные элементы фиксации.

Прогоны

Чаще всего монтируются в коньковой части системы, на них упираются верхние концы стропильных ног. Для повышения устойчивости могут предусматриваться запилы. Верхнее соединение жесткое или плавающее на болтах. На больших по размерам крышах прогоны могут устанавливаться посредине стропильных ног или в иных местах с критически нагрузками.

Мастер-класс: строительство двускатной крыши

Вертикальные стойки

Устанавливаются для усиления стропилин, за счет применения стоек можно изготавливать элементы из более тонких пиломатериалов. Вертикальные стойки верхним концом упираются от стропила, а нижним о лежень или потолочные балки перекрытия.

Стойка на схеме

Угловые опоры

Удерживают усилия на изгиб и расширение, универсального использования. Угловые упоры можно ставить в любых местах стропильной ноги, вызывающих опасения по прочности. За счет таких упоров существенно увеличивается сопротивляемость стропилин изгибающим и отрывающим усилиям.

Подкосы стропил или стропила с подкосами

Затяжки (ригели)

Назначение – удерживать стропильные ноги от расползания, используются на висячих стропильных системах. Чаще всего размещаются в верхней части фермы, для изготовления можно использовать доски толщиной примерно 20–25 мм. Дело в том, что они работают на растяжение, пиломатериалы хорошо держат такие усилия. Доски плохо работают на сжатие, быстро прогибаются и теряют первоначальные показатели прочности.

Ригель – это затяжка, установленная под самым коньком конструкции

Накладки

Используются в верхней коньковой части стропилин, за счет применения затяжек увеличивается прочность соединения узла. Затяжки могут изготавливаться из дерева, фанеры, плит ОСП или металла.

Накладки стропил на схеме

Накладки стропил на фото

Бобышки (упоры)

Имеют много специфических наименований. Представляют собой обыкновенные отрезки досок длиной 30–40 см и толщиной 40–50 мм, фиксируются в нижней части стропилин. Упираются о мауэрлат и не допускают скольжения конструкции. Применение бобышек позволяет выполнять жесткое соединение элементов без запиливания стропилин. О проблемах, возникающих в связи с запиливанием, мы в этой статье рассказывали выше.

Варианты крепления стропильных ног к мауэрлату. На третьей схеме показана фиксация с помощью деревянного коротыша или бобышки

Цены на различные виды бруса

Брус

Варианты соединения конькового узла стропильных ног

Конек – один из главных и самых нагруженных элементов стропильной системы. Узел имеет несколько вариантов соединения, выбирать конкретный следует в зависимости от общих параметров крыши.

  1. Соединение встык с деревянной или металлической накладкой. Универсальное соединение, используется как с поддерживающим прогоном, так и без него.

    Соединение встык

  2. Соединение в полдерева с металлическим болтом. В настоящее время применяется довольно редко, требует много физического труда и времени.

    Соединение стропил врубкой вполдерева

  3. Внахлест с фиксацией гвоздями или болтами. Таким способом стропила фиксируются только на небольших хозяйственных пристройках. По несущим параметрам занимают последнее место. Болтовое соединение дает возможность стропильным ногам совершать незначительное колебательные движения в зависимости от усадки фронтальных стен.

    Соединение внахлест с фиксацией болтами

При большой длине скатов коньковый брус лучше не использовать, а вместо него ставить два параллельных прогона и ригели-затяжки. Такую конструкцию легче делать, она более устойчивая и безопасная.

Для висячей кровли следует выбирать самые надежные способы соединения стропильных ног, эти системы имеют минимальное количество дополнительных упоров.

Цены на различные виды крепежа для стропил

Крепеж для стропил

Пошаговая инструкция установки стропил

Для стропильных ног используются хвойные доски 50×200 мм, пиломатериалы первого сорта. Доски не могут иметь следов гнили или грибка, значительных пороков развития и глубоких трещин. Применять для изготовления стропильной системы низкокачественные пиломатериалы категорически запрещается.

Пиломатериалы первого сорта

Для увеличения защиты элементов кровли от гниения рекомендуется использовать огнебиозащиту.

Огнебиозащитная пропитка

Заготовки стропилин следует пропитывать не менее двух раз, при этом материал должен быть сухим и чистым. Обработка делается на ровной площадке при сухой и ясной погоде.

С досок перед обработкой рекомендуется убрать пыль

Пропитывать можно валиком, кисточкой или пневмопультом. Применять бытовые ручные распылители не рекомендуется – слишком долго и тяжело. Наверх доски можно поднимать после полного высыхания пропитки.

Нанесение пропитки валиком

После обработки доски должны просохнуть

Наша двускатная крыша имеет коньковый прогон, вертикальные опоры упираются о лежень, расположенный на несущей стене посредине строения.

Практический совет. Если дом довольно высокий, а доски тяжелые, то рекомендуется для защиты оконных проемов от повреждений сделать элементарное приспособление. Для этого сбиваются в виде угольника две доски, длина и ширина выбирается с учетом параметров проема. Приспособление устанавливается на подоконник, и доски стропилин во время подъема не повреждают пеноблоки.

Приспособление для защиты оконных проемов

Цены на огнебиозащитные пропитки

Огнебиозащитная пропитка

Подготовительные операции

Изготовление стропил начинается с подготовительных операций.

Шаг 1. Поднимите на чердак доски для стропилин. Для удобства располагайте их равномерно по длине здания, один конец кладите на мауэрлат, а второй на лежень прогона. Вначале нужно установить крайние стропила с двух сторон крыши дома, натянуть между ними нить и по ней устанавливать и выравнивать все оставшиеся.

Шаг 2. Проверьте еще раз положение конькового прогона. Он должен располагаться точно посредине крыши. Его смещение на 1–2 сантиметров не повлияет на прочность кровли в целом, но несколько усложнит изготовление стропилин и укладку кровельных материалов. Кроме того, опытный строитель может заметить несовпадение размеров скатов и, соответственно, несимметричность крыши. Рекомендуется добиваться ситуации, чтобы коньковый прогон располагался по линии симметрии, если это не связано с большими трудностями. Окончательное решение принимается мастером на месте и зависит от величины смещения и объема работ по исправлению ошибки.

Коньковый прогон

Как выровнять прогон? 

  1. Прикрепите к мауэрлату доску для обрешетки, она легче, ее проще поднимать и фиксировать. Второй конец должен лежать на прогоне. Доска к мауэрлату прибивается обыкновенным гладким гвоздем или прикручивается саморезом.
  2. Поднимитесь на верх прогона и рулеткой проверьте расстояние от края погона к мауэрлатам, установленными на противоположных стенах. Работайте очень внимательно, желательно пользоваться страховкой. К сожалению, на практике мало кто соблюдает правила техники безопасности, а напрасно. Падения с высоты становится причиной очень серьезных травм.
  3. Выровняйте прогон по центру и закрепите доску. Для увеличения жесткости такую же доску зафиксируйте и с другой стороны прогона.

Закрепленная доска

Теперь все готово, можно приступать к изготовлению и монтажу стропилин.

Установка стропильных ног

Если вы работаете в одиночку, то к прогону в месте фиксации первой стропилины нужно прикрутить отрезок рейки. К ней будет временно фиксироваться доска стропилины для предупреждения ее соскальзывания вниз.

Рейка

А в это время можно выполнять работы по изготовлению и подготовке к соединению верхней части стропилин.

Шаг 1. Поднимите и установите на место доску для стропилины, струбциной зажмите ее к закрепленной ранее рейке.

Стропило прижато к рейке струбциной

Шаг 2. Нарисуйте линии для вырезания упорной площадки. Делается это в два этапа. Первый – проведите горизонтальную линию. Для этого рейку, угольник или иной ровный предмет плотно прижмите к горизонтальной поверхности прогона.

Горизонтальная линия

Второй – проведите вертикальную линию. Теперь линейку или угольник следует прижать к боковой поверхности прогона.

Отметка вертикальной линии

Важно. Ширина линейки должна быть не более 2–3 см, не надо делать глубокие пропилы и намного уменьшать ширину стропильной ноги, она теряет свою максимальную расчетную прочность.

Такую же разметку сделайте и в нижней части стропилины. Только теперь линейку нужно прижимать к поверхностям мауэрлата.

Шаг 3. Снимите доску и аккуратно вырежьте посадочные места. Работать можно ножовкой или электрической дисковой ручной пилой.

Выпиливание посадочного места

Практический совет. Если пропилы делаются электрической дисковой пилой, то резать лучше в два приема. Первый раз прорезать до метки, затем перевернуть доску обратной стороной и опять резать до метки. Молотком выбить отрезанный кусок, а оставшийся выступ снять стамеской или долотом. Не нужно заходить пилой за линию и пытаться отрезать выступ с одного захода. Такой способ увеличивает пропил на 3–5 см в зависимости от диаметра диска, что существенно уменьшает несущие показатели стропилины.

Шаг 4. Установите подготовленную стропилину на место и проверьте правильность ее изготовления. Такие же операции проделайте и со второй ногой фермы.

Установленное стропило опирается об коньковый прогон

Стропило опирается об мауэрлат

Шаг 5. Поставьте стропилины с упором на мауэрлат и прогон, стяните их струбциной в верхней части. Найдите средину прогона и перенесите линю на стропилины, пользуйтесь уровнем или строительным угольником (только в том случае, когда плоскость прогона строго горизонтальная).

Стянутые струбциной доски и нарисована вертикальная линия

Проверка разметки уровнем

Шаг 6. Пропилите одновременно две стропилины по вертикальной линии. Доски должны быть плотно зажаты струбциной. Прилагайте максимум внимания, полотно пилы должно быть перпендикулярным плоскости стропилин. Если запилить наискосок, то коньковый узел соединения будет прилегать неплотно, а это уменьшает устойчивость стропильной системы и считается явным строительным браком.

Пропиливание стропил

Шаг 7. Снимите струбцины, соедините оба элемента в коньке, проверьте правильность положения.

Проверка положения

Стыковка стропил

При недостатке практического опыта выполнения подобных работ, первая нога может иметь в коньковой части зазор, если он в пределах 1–2 мм, то нет ничего страшного. Если он более 4-х миллиметров, то нужно  поправлять элемент. Посмотрите, какие плоскости упорных площадок не позволяют верхнему срезу плотно стыковаться. Примерно обозначьте величину дополнительного пропила. Снимите стропилину и уберите мешающие выступы. Проверьте соединение еще раз, если зазоры остались – повторите операцию. Как показывает практика, на второй-третьей стропилине появляется опыт и никаких дальнейших исправлений делать не надо.

Шаг 8. Прочно закрепите стропильные ноги в положенных местах. Для этого рекомендуется пользоваться металлическими пластинами и уголками, работать с ними просто и легко, прочность полностью отвечает требованиям к стропильной системе.

Перфорированный крепеж

На каждую пару стропилин понадобится одна большая переформированная пластина для соединения конькового узла, два уголка 50×50 мм для фиксации к прогону и два уголка 60×80 мм для прикручивания к мауэрлату. Толщина металла не менее двух миллиметров.

Крепление стропил уголками

Фиксация уголками в верхней части

Фиксация крепежной пластины

Таким же способом установите крайние стропила с другой стороны дома, натяните между ними нити. По одной вверху и внизу и одну посредине. Чтобы они не мешали во время изготовления стропилин, сделайте зазор между нитью и плоскостью примерно один сантиметр.

Настоящие профессионалы никогда не делают по одной стропилине на чердаке дома. Такой алгоритм работ существенно увеличивает сроки строительства, усложняет сам процесс и делает его небезопасным. Работать электрическими инструментами на неприспособленных площадках очень опасно, травмы от них тяжелые, часто становятся причиной инвалидности.

Процесс установки стропил двускатной крыши

Если дом поставлен качественно с точным соблюдением размеров и правил, то стропильные ноги изготавливаются по одному шаблону не земле. Готовые элементы собираются на крыше. Такая технология увеличивает производительность труда в 3–5 раз, одновременно улучается качество стропильной системы, она более надежна и долговечна. Конечно, пропорционально возрастает и зарплата строителей. Они работают с выработки и получают деньги не за время, проведенное на чердаке, а за собранную кровлю.

Цены на популярные модели шуруповертов

Шуруповерты

Видео – Изготовление и монтаж стропил на двускатной крыше

Устройство и пошаговый монтаж стропильной системы

Основой красивой и надёжной крыши является прочная конструкция стропильной системы. Важно смонтировать её так, чтобы она служила долгие годы, особенно в сложных местах прилегания к стенам здания, дымоходам и трубам вентиляционной системы. В зависимости от веса снега, ветровой нагрузки и тяжести крыши необходимо выбрать правильный шаг стропил и схему выполнения узлов сочленения отдельных элементов стропильной группы. Мы рассмотрим варианты крепления частей конструкции к балкам перекрытия и конькам, способы увеличения нагрузочной способности стропильных ног и пошаговый монтаж ферм и сложной крыши в целом.

Устройство стропильной системы

Строительство крыши является завершающим этапом возведения дома, она определяет степень защиты здания от атмосферных воздействий и внешний облик всего строения в целом. Каркас крыши, на который монтируется кровля и утеплитель, называется стропильной системой. Устройство стропильной группы зависит от вида крыши и её сложности, от климатических условий и от назначения чердачного помещения. Она крепится на мауэрлат, зафиксированный на стенах дома по периметру, и состоит из следующих элементов:

  • балка перекрытия или затяжка — горизонтальный брус, опирающийся на мауэрлат;
  • висячие или наслонные стропильные ноги, которые крепятся в нижней части к затяжке или мауэрлату, а в верхней соединяются и образуют конёк;
  • прогон — брус, соединяющий фермы стропильной группы;

    В зависимости от типа и размеров крыши стропильные системы бывают наслонными, висячими или комбинированными, но их основные элементы во многом повторяются

  • стойки, ригели, подкосы и схватки — это вспомогательные элементы, которые необходимы для придания прочности стропилам и всей конструкции крыши;
  • нарожники — используются на вальмовых крышах и представляют собой укороченные стропила;

    Диагональные стропила вальмовой крыши крепятся нарожниками и шпренгелями, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки

  • шпренгели — предназначены для придания прочности диагональным стропилам вальмовой крыши;
  • кобылки — применяются для удлинения стропильных ног и нарожников и образуют карнизный свес;
  • лобовые доски — крепятся к вертикально обрезанным стропилам или кобылкам и служат для монтажа капельников, ветровых планок и кронштейнов водосточной системы;
  • контробрешётка — монтируется на стропила и используется для создания вентиляционного зазора между слоем гидроизоляции и кровельным материалом;
  • обрешётка — набивается перпендикулярно контробрешётке и служит для крепления кровельного материала.

Более сложные виды крыш образуются из комбинации скатных, шатровых и вальмовых типов, их стропильная система также собирается из описанных элементов.

Основой любой системы стропил и ферм является жёсткое треугольное соединение, которое придаёт прочность конструкции крыши и позволяет выдерживать вес снега и ветровое воздействие.

Варианты устройства стропил

Стропильная система любого вида предназначена для создания наклонных скатных поверхностей, с которых осадки стекают вниз, не скапливаясь на кровле. Кроме того, наклонная поверхность лучше противостоит разнонаправленным ветровым нагрузкам. При устройстве стропильной системы могут использоваться следующие типы стропил:

  • стропильные ноги висячего типа, опираются только на внешние стены здания и затяжку, а между собой соединяются ригелями, стойками и подкосами;
  • наслонные стропила имеют дополнительные опоры на внутренние стены дома и жёстко скрепляются с помощью вспомогательных элементов;

    Висячие стропила не имеют жёсткой опоры в месте конькового соединения, а наслонные опираются на внутреннюю стену здания через лежни, стойку и прогон

  • комбинированные системы используются при строительстве мансардной ломаной крыши или других конструкций, когда в верхней части фермы применяются висячие, а в нижней части ставятся наслонные стропила.

Из этих типов стропил собираются разные виды крыш. Рассмотрим наиболее популярные варианты устройства скатных систем различной конфигурации.

Односкатная стропильная система

Односкатные крыши используются при строительстве загородных домов, гаражей, бань и подсобных помещений. Такие крыши изготавливают с использованием наиболее простой стропильной системы, которая может усложняться с увеличением длины ската. Если расстояние между стенами здания больше 4,5 м, то стропильные ноги усиливают подкосами. При пролётах более 6 м необходимо использовать по две подстропильные ноги с каждой стороны или ставить дополнительную вертикальную стойку с симметричными укосами.

Выбор конструкции односкатной стропильной системы зависит от длины ската, при этом допускается использование составных балок

По мере увеличения длины ската конструкция стропильной системы усложняется жёсткими треугольными элементами и схватками, что придаёт ей дополнительную прочность.

Исходя из опыта автора этой статьи, для мягких кровельных материалов при небольших углах наклона скатов необходимо использовать сплошную обрешётку из фанеры толщиной от 12 мм. Когда применяется листовой кровельный материал, следует уменьшать шаг обрешётки до 10 см, увеличивать нахлёст до 15 см и дополнительно герметизировать места стыка листов.

Двускатные и ломаные мансардные конструкции

Двускатный тип крыш, традиционный для всей территории нашей страны, сохраняет популярность и сегодня. Этому способствуют простота и надёжность стропильной системы, а также возможность обустроить холодный или обитаемый чердак. Как правило, двускатная крыша с мансардой образуется висячими стропилами без средней опоры, а её жёсткость обеспечивается ригелями и боковыми стойками, которые и служат стенами и потолком мансардному помещению.

Двускатные и ломаные мансардные крыши весьма популярны в загородном строительстве благодаря возможности обустроить дополнительное жилое подкровельное помещение

Ломаные двускатные крыши отличаются наибольшим объёмом встроенной мансарды, каркасная система здесь представлена комбинацией висячих и наслонных стропил с разным углом наклона скатов.

Двускатные стропильные системы отличаются простотой конструкции, высокой прочностью и минимальным расходом строительных материалов, такие крыши часто используют в бюджетном дачном строительстве.

Четырёхскатные системы стропил

Четырёхскатные крыши образуются двумя трапециевидными и двумя треугольными скатами и имеют сложную конструкцию стропильной системы с опорным каркасом, на который монтируются рядовые и диагональные балки. Пространство между стропильными лагами заполняется нарожниками, а дополнительной опорой для диагональных ног служат шпренгели, опирающиеся на угловые перемычки.

Четырёхскатные стропильные системы характерны для вальмовых и полувальмовых крыш, под которыми можно разместить просторное мансардное помещение

Четырёхскатные крыши отлично защищены от разнонаправленных порывов ветра и придают зданию особый шик, но их недостатком является дорогая и сложная в монтаже стропильная система.

Основой для стропильной системы полувальмовой ккрыши служат стены здания, на которых располагаются мауэрлат, прогоны и продольные фермы

Стропильная группа полувальмовой крыши, как правило, опирается на боковые и фронтальные стены здания и имеет несколько отличную от прочих конструкцию с усечёнными треугольными скатами.

Устройство несущего каркаса шатровых крыш

Стропила шатровых крыш в верхней части сходятся в одной точке и образуют многогранную пирамиду. Для повышения прочности соединения стропильных ног используются специальные стыковочные элементы, брусья обрешётки и дополнительные нарожники.

Стропила шатровой системы сходятся наверху в одной точке и крепятся между собой стяжками, в нижней части они фиксируются с помощью запилов

Шатровые крыши придают строению неповторимый облик, но отличаются повышенным расходом кровельного покрытия и пиломатериала. Чаще всего они используются на флигелях, беседках, а в усечённом варианте — как крыши эркеров.

Многощипцовые стропильные группы

Многощипцовые крыши представляют собой скатные фрагменты, врезанные под прямым углом друг к другу и образующие в месте соединения внутренние углы или ендовы. Стропила такой крыши имеют разную длину, а сборка этой конструкции требует профессиональных навыков, поскольку величина и угол наклона скатов могут отличаться друг от друга.

Стропильная система многощипцовой крыши образует восемь треугольных скатов, в месте стыка которых располагаются ендовы

Крыши такого типа призваны обеспечить естественное освещение подкровельного пространства и имеют очень привлекательный внешний вид, но их довольно сложно монтировать и утеплять.

Устройство стропильной системы вокруг трубы

Проход вентиляционных и печных труб через крышу иногда требует смещения стропильных ног с нарушением выбранного шага между ними. Но при наличии труб достаточно больших габаритов, объединённых в один блок, этого бывает недостаточно. Необходимо обрезать стропила в месте прохода труб и соединять отрезанные участки с другими стропилами брусками, закреплёнными на уголки. Расстояние между трубой и деревянными элементами должно соответствовать противопожарному зазору в 130–150 мм.

Стропильная система вокруг печной трубы строится с учётом противопожарного зазора, а вырез укрепляется дополнительными стойками

Далее производится крепление обрезанных стропил с помощью вертикальных стоек к затяжкам или балкам перекрытия. Таким образом, вокруг трубы создаётся короб, который не контактирует с её горячей поверхностью и при необходимости заполняется негорючим теплоизолирующим материалом.

Монтаж кровли поверх старого покрытия

В процессе службы кровельное покрытие подвергается естественному износу. Если нет деформации старой стропильной системы и вы убеждены, что она прослужит ещё долгое время, то ремонт можно произвести быстро и качественно. Когда нет времени на демонтаж старой кровли, можно настелить новое покрытие прямо поверх старой крыши. Для этого необходимо точно знать, где проходят стропильные балки с контробрешёткой и доски обрешётки.

По личному мнению, составленному на основе практического опыта, для нового кровельного покрытия лучше выбрать профнастил, металлочерепицу или ондулин, которые не создадут большой нагрузки на конструкции старой крыши.

Видео: замена кровли без демонтажа старой

Шаг стропильных ног при устройстве кровли

При монтаже крыши стропила устанавливаются на определённом расстоянии друг от друга. Это расстояние называется шагом. Рекомендации по выбору шага стропильной системы изложены в СНиП II-26–76* «Кровли». Решение нужно принимать, учитывая следующие параметры:

  • тип крыши;
  • длину скатов и угол наклона;
  • вид кровельного материала;
  • сечение стропил;
  • предполагаемую ветровую и снеговую нагрузку.

Шаг и количество стропил можно выбрать на основе рекомендаций и скорректировать с учётом особенностей конкретной крыши. Для простых двускатных крыш с холодными чердаками расчёт можно произвести, опираясь на следующую таблицу.

Таблица: выбор длины, шага и сечения стропил

Для мансардных и сложных крыш требуется более прочная стропильная система с более частым расположением ферм и со сменой шага на стыковых участках с разным типом скатов. На таких крышах стропилами служит брус сечением 50Х150 и 100Х200 мм, а шаг выбирается в интервале от 60 до 120 см.

При строительстве крыш с обитаемым мансардным помещением выбирается брус большего сечения, а стропила устанавливаются более часто для увеличения прочности фермы

По наблюдениям автора этой статьи, косвенное влияние на выбор шага оказывают размеры утеплительного материала. Например, стандартная ширина утеплителя составляет 60 см, а допустимый шаг стропил сечением 50Х150 мм на скатной крыши находится в диапазоне от 60 до 120 см. Рачительные хозяева выбирают шаг кратным 59 см, чтобы плотно и без зазоров смонтировать утепляющие маты между стропилами.

Устройство крыш сложной конструкции

К сложным крышам относятся многоуровневые архитектурные решения, которые часто отличаются смешением стилей, например, скатная кровля с эркером или сочетание вальмовой конструкции с шатровым элементом. Даже обычная многощипцовая крыша со щипцами на разных уровнях имеет зачастую весьма сложную стропильную систему. Проектирование таких систем выполняется в соответствии с требованиями СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции» и СП 17.13330.2011 «Кровли». К проектным работам следует привлекать профессиональных специалистов, поскольку даже небольшая ошибка может привести к браку и потере дорогостоящих материалов.

Сложные крыши нужно возводить только по готовым проектным решениям, которые содержат всю необходимую информацию для выбора материалов и описывают последовательность монтажных работ

Стропильную систему сложных крыш можно разбить на более простые составные части, а в местах их соединения смонтировать ендовы, вертикальные стойки и горизонтальные балки конькового типа.

При монтаже сложных стропильных систем важно следить за тем, чтобы на всех скатах сохранялся зазор для подкровельной вентиляции, иначе конденсат приведёт к повреждению стропил, обрешётки и утеплительного слоя.

Видео: устройство сложных крыш

Узлы стропильной системы

Узлы, соединяющие элементы стропильной группы, выполняют функцию обеспечения жёсткого и прочного крепления деталей. К качеству сборки узлов предъявляются повышенные требования, поскольку в этих соединениях происходит равномерное распределение нагрузки с несущих элементов на затяжки, балки перекрытия и мауэрлат. К основным видам соединений, которые применяются при монтаже стропил, относятся следующие узлы:

  • коньковый — место соединения верхней части стропильных ног;
  • карнизный — соединение нижней части стропил с мауэрлатом или затяжкой;

    Основные несущие узлы стропильной системы необходимо выполнять в соответствии с повышенными требованиями по уровню выдерживаемых нагрузок

  • узлы соединения подкосов и ригелей со стропильной ногой.

Существуют также особенно сложные соединения, например, узел примыкания диагональных стропил вальмовой крыши к прогону и мауэрлату или узел ломаной крыши, где соединяются пять деталей стропильной системы.

При сборке ломаной крыши особое внимание следует уделить узлу перехода висячих стропил в наслонные, т. к. в них соединяются сразу пять несущих элементов

Рассмотрим узел крепления стропил, стоек, прогонов и затяжек на примере ломаной мансардной крыши. В нём вертикальная стойка с помощью врезки соединяется с горизонтальным прогоном и затяжкой, далее к ним монтируется нижняя стропильная нога, которая опирается на затяжку с помощью врезки и металлической скобы. Затем верхняя стропильная ферма скрепляется коньковыми стяжками и тоже врезается в затяжку и фиксируется на скобу. В прочих узлах стропильной системы, которые применяются на различных видах крыш, используются те же принципы соединения деталей. В качестве крепёжных элементов используются гвозди, саморезы, болты, перфорированные металлические полосы и уголки различной конструкции.

Монтаж стропильной системы

Перед началом возведения стропильной системы необходимо провести подготовительные мероприятия для обеспечения эффективной и быстрой сборки. Нужно создать безопасные условия для проведения работ, приготовить место для раскроя и изготовления шаблонов, а также обеспечить наличие пиломатериала и крепёжных элементов. В процессе монтажа потребуются рабочие чертежи и следующие инструменты:

  • угломер (малка), уровень, строительный карандаш, шнур;
  • цепная бензопила для грубого раскроя и обрезки;
  • дисковая пила, электролобзик;
  • электродрель, шуруповёрт;
  • молоток, стамески.

Перед сборкой необходимо изготовить шаблоны однотипных элементов стропильной системы и убедиться в их качественной стыковке и хорошем прилегании на месте монтажа.

Стропильные фермы нужно изготавливать по единому шаблону, причём делать это можно как на земле, так и непосредственно на месте проведения работ

Завершающим этапом подготовительных работ является раскрой пиломатериала по размерам, пропитка элементов антипиреновыми и антисептическими составами и естественная просушка не менее суток.

При отсутствии проектной документации на крышу важно заранее выбрать способы крепления стропильных ног в коньковой и карнизной части, а также конструктивные решения для соединения деталей в различных стыковочных и иных узлах.

Крепление стропил к балкам перекрытия

Крепление стропил на балки перекрытия или затяжки в нижней части производится различными способами в зависимости от сложности фермы и длины, а следовательно, и веса стропильных ног. Стропила длиной менее 4 м и сечением 50Х100 мм достаточно крепить к балкам дощатым узлом или с помощью металлических пластин, обрезая брус под необходимым углом и используя прибоины.

Выбор способа крепления стропильных ног к мауэрлату или балкам перекрытия зависит от угла наклона скатов, веса и длины стропил, а также от предполагаемой внешней нагрузки

При больших величинах длины и веса стропильных ног и предполагаемой снеговой и ветровой нагрузки соединение необходимо выполнять лобовой врубкой, одинарным или двойным зубом. При этом используются подбалочные подкладки, обеспечивающие плотное прилегание резьбовых шпилек. Перед монтажом необходимо создать шаблоны, которые обеспечат правильный раскрой материалов на узле врубки и безупречное прилегание элементов. Чтобы избежать сколов на краях балки перекрытия, необходимо производить врубку на глубину не менее 2 см и на расстоянии 1,5 h от края балки (где h − высота балки).

Важно, чтобы отверстия под резьбовые шпильки располагались под углом 90о к верхней плоскости стропил, поскольку это обеспечит плотное прилегание и надёжное крепление деталей между собой без смещений и перекосов.

Как правильно сделать запилы на стропильных балках

В процессе сборки стропильной системы необходимо стыковать элементы с разными углами наклона. Для разметки запилов, врубок и угловых соединений используются строительные уровни и угломерные инструменты, а при массовом производстве однотипных деталей изготавливаются шаблоны. Запилы на стропилах можно сделать в следующей последовательности.

  1. Брус выставляется на мауэрлат и коньковый прогон, по уровню размечаются вертикальные линии и точное положение врезки.
  2. Угол наклона фиксируется на малке, а размеры врезки измеряются рулеткой или угольником.
  3. С помощью угольника и угломера результаты замеров переносятся на заготовки, после чего размечаются углы обрезки и размеры шипов врубки.
  4. На размеченной заготовке производятся необходимые запилы.

Места под запилы размечаются в несколько этапов с использованием строительного карандаша и угломерного инструмента

Диагональные стропила или нарожники приходят к стыку под разными углами в двух плоскостях, в этом случае с помощью уровня размечается вертикальный угол стыка, а затем нужный угол примыкания фиксируется малкой и переносится на деталь.

По мнению автора статьи, раскрой материала по единому образцу не является лишней операцией, поскольку потери времени на изготовление шаблонов с лихвой окупаются в процессе монтажа, который значительно ускоряется и становится более рациональным и качественным. Нужно обратить внимание на исправное состояние угломерного инструмента и использовать только проверенные экземпляры.

Монтаж стропильной системы своими руками пошагово

Многие владельцы в целях экономии монтируют крышу дома самостоятельно. При наличии некоторого строительного опыта это решение является вполне оправданным, поскольку даже сложные крыши вполне возможно собрать своими руками, имея проектную документацию. При отсутствии проекта необходимо самому сделать чертёж будущей конструкции с основными параметрами и размерами элементов стропильной системы.

Заготовки для стропильных ферм можно собирать на земле или прямо на крыше. Обычно изготавливается треугольник из двух боковых балок и нижней затяжки, все остальные элементы монтируются после установки фермы в вертикальное положение. Каждую конструкцию нужно изготавливать по заранее сделанному и опробованному на месте установки шаблону. При значительных длине и весе элементов конструкции сборка производится поэтапно.

Монтаж производится в следующей последовательности.

  1. На резьбовые шпильки армированного пояса или последний венец стен по периметру монтируются цельные брусья мауэрлата для обеспечения равномерного распределения нагрузки со стропильной системы на стены здания.

    В домах их бетона или строительных блоков мауэрлат устанавливается на шпильки, вмурованные в армопояс, в деревянных строениях его роль обычно играет последний венец стены

  2. На мауэрлат крепятся балки перекрытия или затяжки с помощью скоб, металлических уголков или болтов. При использовании длинных и массивных стропильных ног на середину балок перекрытия монтируются вертикальные стойки, а на них крепятся коньковые прогоны.
  3. Первая заготовка под стропильную ферму устанавливается с одного края крыши (на фронтоне). На стропильных ногах делается врезка, и они крепятся к мауэрлату, балкам перекрытия и коньковому прогону.

    Первыми устанавливаются стропильные фермы на фронтонах

  4. Вторая заготовка устанавливается на месте другого фронтона.
  5. Обе фермы закрепляются в вертикальном положении, которое контролируется у

Стропильная система двухскатной крыши своими руками

Тенденция на возведение двускатных крыш растёт совсем не благодаря новомодным веяниям или одному только эстетичному виду таких конструкций. Практичная на деле и одновременно весьма привлекательная по своей стоимости – вот решающие критерии.

Стропильная система двухскатной крыши может быть исполнена во множестве различных форм. Свобода выбора также коснулась и вопроса о кровельных материалах. Подобный каркас при грамотных расчетах может быть использован под все типы покрытий. И для установки именно металлочерепицы, известной своей устойчивостью и малым весом при невысокой стоимости, потребуется учесть множество важных аспектов.

Вариативность исполнения

Правильным началом станет выбор той самой крыши, которая не только обережёт хозяев от непогоды, но и удовлетворит ещё ряд других требований:

  1. Простая двускатная конструкция – традиционный вариант. К тому же ещё и почти повсеместно встречаемый. Оба ската крыши симметричны (расположены под одинаковым углом друг к другу), благодаря чему нагрузка на мауэрлат и несущие стены распределяется равномерно. Прогибание стропил исключено в принципе. С другой стороны, чердачное помещение под этой конструкцией физически невозможно обустроить полноценно. Виной тому – острые углы, образующие т.н. «глухие» зоны.
  2. Простая асимметричная двухскатная крыша – скаты расположены друг к другу под разными углами. Обычно один из них имеет крутизну более 45 градусов, что даёт гораздо больше возможностей по обустройству чердачного помещения. К тому же есть возможность сделать другой скат меньших размеров, уменьшив угол наклона. Если он спланирован с подветренной стороны, то осадки на такой поверхности долго не задержатся. Учтите, что проектирование этого типа крыши требует более сложных расчётов, ведь нагрузка на стены с фундаментом уже не будет распределяться равномерно.
  3. Ломаная двускатная – редко встречаемая, но при этом достаточно практичная альтернатива. Её отличие в том, что один скат не ровный, а с дополнительным «изломом» вовнутрь (под тупым углом). Ещё больше доступных просторов для обустройства помещения под крышей, но вместе с тем увеличиваются и требования к планировке конструкции.
  4. Мансардная двускатная крыша – очень близка к ломанной, но отличается тупоугольными изгибами наружу сразу на обоих скатах.

Основы всей конструкции

Вне зависимости от сложностей планировки, любая конструкция стропильной системы двухскатной крыши будет складываться из следующих элементов:

    • Мауэрлат – основа, распределяющая нагрузку от стропил на несущие стены. Это защищает здание от деформации. Представляет из себя брус из древесины сосны, дуба или лиственницы.

Стропила – формируют скаты крыши, являясь также её основными несущими элементами. В качестве стропил можно использовать брусья, брёвна и доски. Габариты материала рассчитываются исходя из расстояния между стропилами, нагрузки кровельного покрытия и величины осадочной нормы в регионе.

            ● Кобылка – когда стропильная нога недостаточно длинная для того, чтобы сформировать свес крыши, то эту задачу выполняет дополнительный элемент. Представляет из себя тот же брус, бревно или доску, устанавливающуюся на стропила внахлёст (45-50 сантиметров).
            ● Ригель (затяжка) – устанавливая этот элемент между каждой парой стропил, он их некоторым образом «стягивает», придавая ещё большую жёсткость. Может монтироваться как в нижнюю часть стропильных ног, становясь одновременно балкой чердачного перекрытия, так и в верхнюю.

Затяжки особенно востребованы в висячем типе стропильных систем, которые будут рассмотрены ниже.

Конёк – вершина крыши. Представляет собой верхние края стропил, которые закреплены между собой прогоном:

            ● Это могут быть деревянные или металлические накладки, которые вырезаны по величине угла между стропилами и крепятся к ним с двух сторон.
            ● В качестве конька можно использовать и доску, устанавливаемую на ребро.
            ● С таким же успехом сгодится не только лишь доска, но и вместе с тем накладки из первого варианта (крепятся также с обоих сторон стропил).
  • Коньковый прогон – связующее звено для стропильных ног, которое может состоять из 1-2 досок или бруса. Устанавливается на стойки.

Часто в мансардных крышах монтируют боковые прогоны, которые и формируют двухъярусную конструкцию крыши.

Стойки – подпорные вертикально расположенные брусья, удерживающие каркас. Придают всей конструкции жёсткость и устойчивость, перенимая часть нагрузки со стен. В зависимости от планировки помещения крыши, устанавливаются в разных местах чердачного перекрытия (пол чердака) или на смонтированный по балкам лежень:

              ● Посередине стропильной системы – в этом случае стойки подпирают конёк крыши. Стандартный вариант для обыкновенных двускатных крыш.
              ● По боковым краям чердака – на стойки опираются стропила. Часто применяется в ломанных двускатных конструкциях.
              ● По бокам и по центру – для тех случаев, когда ширина пролёта слишком велика. Либо если на чердачном помещении предусмотрено более одной комнаты.

Во избежание прогибов стропильных ног на стойки также устанавливают подкосы. Это такие же подпорные элементы, монтируемые в верхней части стоек под углом в 45 градусов. Подкосы прежде всего востребованы для домов, расположенных в местности со снежными зимами и ураганными ветрами.

  • Обрешётка – основа для монтажа кровельного покрытия, чья нагрузка равномерно распределяется по этому элементу на каркас крыши. Фиксируется на стропилах (в перпендикулярном по отношению к ним положении).
  • Свес — выступающая по бокам дома часть крыши. Защищает стены дома от осадочной влаги, стекающей с крыши.

Древесина для двускатной крыши должна быть предельно качественной. Принципиально недопустимо наличие сучков на балках, которые будут использоваться как стропила или мауэрлат. Однако для обрешётки требования слегка помягче – минимум сучков (если ни один из них не превышает 1/3 толщины бруса) всё же не станет помехой в эксплуатации. Но при этом не должны выпадать с древесины.

Каждый брусок, доска или бревно обязательно должны быть предварительно обработаны антисептиками, защищающие их от природных вредителей. К тому же хранить эти материалы следует лишь в сухих и хорошо проветриваемых помещениях. Древесина к моменту установки не должна быть излишне влажной, чтобы не сгнить в скором времени после монтажа.

Наслонная или висячая?

Важнейшим критерием при расчёте стропильной системы двухскатной крыши являются стены дома. От их местоположения будет зависеть, какой вид конструкции будет предпочтительнее.

  1. Наслонная крыша – если в доме предусмотренная внутренняя несущая стена, то этот вариант – наиболее подходящий.К тому же наслонная конструкция отличается своей простотой установки и высокому уровню надёжности.
    На капитальные внутренние стены устанавливается лежень (деревянный брус). На него монтируются стойки, которые подпирают коньковый прогон. К последнему и крепятся верхние концы стропил, после чего на всю конструкцию монтируется обрешётка.
  2. Висячая крыша – когда в планировке дома изначально не предусмотрены несущие стены внутри, то стропильная конструкция будет опираться на боковые стены здания. Важное замечание: расстояние между последними не должно превышать 7 метров, иначе они физически не будут пригодны для опоры конструкции.

На двух внешних несущих стенах монтируется мауэрлат, на который опираются стропильные ноги (закреплённые на верхних углах коньковым прогоном). Установка затяжек между стропилами, подкрепленных откосами, позволяет частично снять распирающее воздействие этой конструкции.

Оба типа пригодны для покрытия металлочерепицей. Выбрав подходящий под особенности своего дома вариант, пора переходить к более тонким расчётам.

К чему конструкция должна быть подготовлена

Устройство стропильной системы двухскатной крыши можно назвать правильным лишь тогда, когда оно способно сохранить устойчивость всей крыши при определённых нагрузках.

В первую очередь это касается веса кровли (в частности, металлочерепица оказывает вес в 3,5-4,5 кг/м2), обрешётки, утеплительных/гидроизоляционных/пароизоляционных материалов. В среднем эти составляющие не должны давить на стропила более, чем на 40-45 кг/м2. К полученному значению для гарантии устойчивости прибавьте ещё 10% — это расчёт на постоянную нагрузку.

Сюрпризы может преподнести и местный климат. Речь об интенсивности осадков, ветрах, снеговой нагрузке:

  • Ветровая: определяется произведением регионального показателя, умноженного на поправочный коэффициент (все эти значения содержатся в СНиП «Нагрузки и воздействия»). К тому же, если дом окружён многоэтажками или другими объектами с большей высотой, то и ветровые нагрузки будут гораздо меньше. И совсем противоположная ситуация, если дом стоит отдельно.
  • Полная снеговая нагрузка: произведение веса снега на поправочный коэффициент (в нём учтено и ветровое, и аэродинамическое воздействие). СНиП 2.01.07-85 содержит значения этих параметров. Они находятся в диапазоне от 80 до 320 кг/м2.
  • Особые нагрузки. К слову, нехарактерные для наших широт. В эту категорию входят высокая сейсмологическая активность, шторма, торнадо и ураганы. Тем, в чьей местности таких явлений регулярно не наблюдается, достаточно сделать простой запас прочности, описанный выше.

Обратите внимание на то, что крышам с «негладкими» скатами (т.е. с теми, чья форма не представляет собой правильный прямоугольник) требуется иной подход к вычислениям нагрузок. Подобный скат условно делится на отдельные зоны. Для каждой из них индивидуально подсчитывается нужное количество материалов (как для «правильных прямоугольников»). Для полноты данных о подобном скате все полученные результаты с его участков суммируются.

Детальные расчёты каркаса

Угол наклона крыши зависит как от климатических факторов, так и от материала кровли:

  • При покрытии крыши металлочерепицей минимальная величина угла – 20 градусов, а максимальная не должна превышать 45.
  • Для местности со снежными зимами рекомендуется делать как можно более острый угол крыши. Благодаря этому снег не будет скапливаться на ней до критической массы.
  • Если в месте расположения дома преобладают сильные ветра, то крыша должна быть более пологой. В противном случае велик шанс того, что её просто снесёт во время очередного порыва.

Но мало лишь иметь достаточную крутизну скатов. Ведь такие параметры, как длина и шаг стропил, важны отнюдь не меньше:

  • Длина стропил определяется вечно актуальной теоремой Пифагора. Обозначим искомую величину как «С». «А» — это высота крыши (расстояние от её вершины до чердачного пола), а «В» — половина ширины здания. Сумма квадратов «А» и «В» равна квадрату значения «С». Извлеките корень из этого результата и получите необходимую длину ската.

Не забудьте прибавить к ней дополнительные 60-70 см, предназначенных для формирования свеса кровли. Если стропил необходимой длины не найдётся, то нужно просто установить дополнительные «кобылки».

  • Оптимальным шагом стропил, который позволит удержать кровлю из металлочерепицы, является диапазон от 80 до 100 см (при сечении стропил 50х150 мм).

Количество требуемых элементов равняется результату деления длины ската на шаг стропил (прибавьте к полученному значению 1). Для обоих сторон крыши этот результат нужно соответственно умножить на два.

Остальные детали конструкции применяются в зависимости от значений предыдущих параметров:

    • Мауэрлат – брус размерами 120х120 мм, 150х150 мм и более.
    • Затяжка – доска, сечение которой варьируется от 30х150 до 45х150 миллиметров.
    • Стойки, подкосы – обычно используются бруса с сечением от 100х100 до 120х120 миллиметров.
    • Лежень – его сечение должно быть таким же, как у стойки (потому что она и будет закрепляться на него).

Шаг обрешётки зависит от величины поперечной волны металлочерепицы:

              ● Для волны в 300 миллиметров – 300 мм шаг обрешётки (в районе свеса крыши – 230 мм)
              ● Для 350 – 350 (в районе свеса – 280)
              ● Для 400 – 400 (в районе свеса – 330)

К тому же существуют и разные габариты пиломатериалов для обрешётки. Самый ходовой вариант – обрезанная доска 24(25)х100 миллиметров, подходящая для обустройства несложных и нетяжелых кровлей. Бывают и размеры 32х100 мм – они подходят для укладки металлочерепицы на основание листа оцинковки (толщина которого не менее 0.5 мм). Нередко используется и в сложных конструкциях кровли.

Пошаговый разбор монтажа

Первое, что требуется сделать – настелить гидроизоляционный материал на стену строения. Но только, если она из кирпича или камня (для деревянных этот шаг можно пропускать). Хватит и обычного рубероида, который крепится на мастику.

После этого берёмся за мауэрлат, который можно устанавливать любым из двух способов:

  1. На резьбовую шпильку, вмонтированную в армирующий бетонный пояс (он прокладывается по верху стен, на которых будет устанавливаться мауэрлат). Для этого в брусе сверлятся отверстия, диаметр которых должен превышать диаметр шпильки на 2-2.5 мм.
  2. Крепление распорными анкерными болтами. Под них высверливаются отверстия необходимых размеров, а после установки эти крепежи затягиваются для фиксации мауэрлата.

Если по окончании монтажа этого элемента остаются торчащие концы шпилек/анкеров, то их необходимо срезать шлифмашиной. После этого на мауэрлате наносятся метки, обозначающие места врезки стропильных ног.

На стропилах делаем вырезы, углубляющиеся в доску (но не более, чем на треть её ширины). Эти запилы должны плотно прилегать к внешнему краю мауэрлата.

  • Для жёсткого крепления стропил можно ставить металлические уголки, прикручивая их к местам разметки на мауэрлате. Между ними прокладывается стропильная нога, фиксируемая с этими уголками при помощи саморезов или сквозных болтов. Обратите внимание, что закрепление уголков к стропилу удобнее проводить тогда, когда последняя соединена со своей парой в районе конька.
  • Скользящее крепление более универсально, т.к. предоставляет стропилам возможность небольшой подвижности. Это спасает конструкцию крыши от деформации при усадке стен (подвижность стропил позволяет компенсировать эти колебания).

Теперь очередь за стропилами. Первые две пары монтируются на границе с фронтонами, примеряются и подгоняются друг к другу. После этого они закрепляются в районе конька и между этими двумя парами натягивается шнур. Он будет ориентиром для правильной установки остальных стропил.

Выстроив на мауэрлат по линии шнурка все остальные стропила, их необходимо скрепить коньковым прогоном. К каждой паре он с обоих сторон крепится металлическими уголками.

Когда необходимая жёсткость достигнута, стропила закрепляют к мауэрлату. При этом на них устанавливаются затяжки (если есть несущая стена внутри – на верхней части стропил, если нет – на нижней).

Определяются центры фиксации стоек (на внутренних несущих стенах или на затяжках, расположенных в нижней части конструкции). На установленные стойки крепятся подкосы для дополнительной устойчивости каркаса. Если длина стропил не позволяет сформировать свес крыши, то их «продлевают» кобылками.

После этого на стропильный каркас крепится гидроизоляция:

  • Рулонные изделия настилаются продольными линями по горизонтали от карниза. Нахлест – примерно 10-15 сантиметров. Фиксация с помощью степлера со скобами.
  • Имея дело с диффузной мембраной, необходимо следить за её положением. Маркированная сторона обязательно должна смотреть в сторону улицы.

Поверх гидроизоляции к стропилам с помощью саморезов прикручивается контробрешётка. Она прижимает материал и оставляет над ней вентиляционный зазор.

Далее рекомендуется позаботиться о кровельном свесе. На торцевую сторону стропил крепим ветровую доску. Поверх неё, стропил и контробрешётки монтируем первую рейку обрешётки. На неё устанавливаем держатели водостока (шаг между ними составляет 1 метр) и ветровую металлическую планку. Последняя защищает древесину от попадания влаги. Расстояние между остальными рейками обрешётки, как уже было описано ранее, зависит от поперечной волны металлочерепицы.

На готовую обрешётку можно начинать монтаж металлической черепицы:

  • Если листы этого материала по своим размерам покрывают всю длину ската, то установка будет очень простой. Первый лист накладывается от края ската и крепится к обрешётке саморезами. Следующий монтируется внахлёст на одну волну. Таким образом, черепица устанавливается по всему периметру крыши.
  • Обязательно удостоверьтесь, что в районе конька имеется зазор в 5-7 сантиметров, который будет вентиляцией для кровельной конструкции.
  • Если листы не обладают большой высотой и не покрывают скат от вершины до нижней части, то их монтаж соответственно начинается с карниза. Нахлёст листов в одном ряде – одна рельефная волна. Таким же образом друг на друга настилаются все горизонтальные ряды металлочерепицы.

Зазор на коньке в 5-7 сантиметров также обязателен.

  • Финальный штрих в конструкции крыши – коньковый элемент. Это должен быть любой воздухопроницаемый уплотнитель. Хорошая продуваемость позволит избежать скопления влаги в кровельном «пироге».
  • Не забывайте, что все элементы крепятся при помощи саморезов с резиново-уплотнительным кольцом под пресс-шайбой. Оно защищает просверленные отверстия от осадочных вод.

Что имеем в итоге

Процесс установки двускатной крыши и проектирование стропильной системы под металлочерепицу весьма затратный и отнюдь не из самых лёгких. Особая бдительность требуется не столько при монтаже, сколько при начальных расчётах всех параметров конструкции. Всего одна малейшая погрешность способна вскоре повлечь негативные последствия.

Однако стропильная система двухскатной крыши своими руками – более чем реально возможная идея.

Но учитывая все возможные трудности, пара тройка помощников при сборке конструкции, а также предварительные консультации с опытными специалистами по вопросам расчётов и проектировки, значительно предопределят качество результата в лучшую сторону.

Строительные нормы и правила для балок и коллекторов

Диаграммы пролетов и строительные нормы IRC 2012 года для балок и коллекторов. Включает таблицы пролетов для всех мест нагрузки и количества шпилек домкрата. Эти диаграммы относятся к снеговой нагрузке на крышу 30 фунтов на квадратный фут. Все остальные данные доступны на странице 121 Международного жилищного кодекса 2012 года.

Балки используются в системах перекрытий, охватывающих опоры, и выдерживают вес балок перекрытий. Часто их размещают под несущими стенами.Заголовки находятся в стенах. Хотя одинарные слои разрешены, они не рекомендуются. И коллекторы, и балки представляют собой балки, которые ориентированы горизонтально и передают нагрузку вниз на стены, опоры или стойки.

На них не допускается выемка в средней трети балки. Пазы на внешних третях не должны превышать 1/6 ширины доски. Низ любой балки можно надрезать только на ее конце. Надрез не может превышать 25% ширины доски.

Прибейте каждый слой балки минимум 10d гвоздями.Используйте по два гвоздя на каждом конце и на стыках. Сложите остальные гвозди на 32 ″ o.c.

Пролет коллекторов для наружных стен зданий шириной 20 футов

Количество слоев и домкратов в () (2) 2 х 8 (2) 2 х 10 (2) 2 х 12 (3) 2 х 10 (3) 2 х 12 (4) 2 х 12
Крыша, потолок 6 ′ 10 ″ (1) 8 ′ 5 ″ (2) 9 ′ 9 ″ (2) 10’6 ″ (1) 12 ′ 2 ″ (2) 14 ′ 1 ″ (1)
Крыша, потолок, центральный несущий пол 5 ′ 9 ″ (2) 7 ′ 0 ″ (2) 8 ′ 1 ″ (2) 8 ′ 9 ″ (2) 10 ′ 2 ″ (2) 11 ′ 9 ″ (2)
Крыша, потолок, чистый пролетный пол 5 ′ 0 ″ (2) 6 ′ 1 ″ (2) 7 ′ 1 ″ (2) 7 футов 7 дюймов (2) 8 ′ 10 ″ (2) 10 ′ 2 ″ (2)
Крыша, потолок, 2 центральных несущих пола 4 ′ 9 ″ (2) 5 ′ 9 ″ (2) 6 ′ 8 ″ (2) 7 ′ 3 ″ (2) 8 ′ 5 ″ (2) 9 ′ 8 ″ (2)
Крыша, потолок, 2 прозрачных перекрытия 3 ′ 10 ″ (2) 4 ′ 9 (2) * 5 футов 6 дюймов (3) * 5 ′ 11 ″ (2) 6 ′ 10 ″ (2) 7 ′ 11 ″ (2)

Пролет коллекторов для наружных стен зданий шириной 28 футов

Количество слоев и домкратов в () (2) 2 х 8 (2) 2 х 10 (2) 2 х 12 (3) 2 х 10 (3) 2 х 12 (4) 2 х 12
Крыша, потолок 5 ′ 11 ″ (2) 7 ′ 3 ″ (2) 8 ′ 5 ″ (2) 9 ′ 1 ″ (2) 10 ′ 7 ″ (2) 12 ′ 2 ″ (2)
Крыша, потолок, центральный несущий пол 5 ′ 0 ″ (2) 6 ′ 2 ″ (2) 7 ′ 1 ″ (2) 7 ′ 8 ″ (2) 8 ′ 11 ″ (2) 10 ′ 3 ″ (2)
Крыша, потолок, чистый пролетный пол 4 ′ 4 ″ (2) 5 ′ 3 ″ (2) 6 ′ 1 ″ (3) 6 ′ 7 ″ (2) 7 ′ 8 ″ (2) 8 ′ 10 ″ (2)
Крыша, потолок, 2 центральных несущих этажа 4 ′ 2 ″ (2) 5 ′ 1 ″ (2) 5 ′ 10 ″ (3) 6 ′ 4 ″ (2) 7 ′ 4 ″ (2) 8 ′ 6 ″ (2)
Крыша, потолок, 2 прозрачных перекрытия 3 ′ 4 ″ (2) 4 ′ 1 ″ (3) 4 ′ 9 ″ (3) 5 ′ 1 ″ (2) 5 ′ 11 ″ (3) 6 ′ 10 ″ (2)

Пролет коллекторов для наружных стен зданий шириной 36 футов

Количество слоев и домкратов в () (2) 2 х 8 (2) 2 х 10 (2) 2 х 12 (3) 2 х 10 (3) 2 х 12 (4) 2 х 12
Крыша, потолок 5 ′ 4 ″ (2) 6 ′ 6 ″ (2) 7 футов 6 дюймов (2) 8 ′ 2 ″ (2) 9 ′ 5 ″ (2) 10 ′ 11 ″ (2)
Крыша, потолок, центральный несущий пол 4 ′ 6 ″ (2) 5 ′ 6 ″ (2) 6 ′ 5 ″ (2) 6 ′ 11 ″ (2) 8 ′ 0 ″ (2) 9 ′ 3 ″ (2)
Крыша, потолок, чистый пролетный пол 3 ′ 10 ″ (2) 4 ′ 8 ″ (2) 5 ′ 5 ″ (3) 5 ′ 11 ″ (2) 6 ′ 10 ″ (2) 7 ′ 11 ″ (2)
Крыша, потолок, 2 центральных несущих пола 3 ′ 9 ″ (2) 4 ′ 7 ″ (3) 5 ′ 3 ″ (3) 5 ′ 8 ″ (2) 6 ′ 7 ″ (2) 7 ′ 8 ″ (2)
Крыша, потолок, 2 прозрачных перекрытия 3 ′ 0 ″ (3) 3 ′ 8 ″ (3) 4 ′ 3 ″ (3) 4 ′ 7 ″ (3) 5 ′ 4 ″ (3) 6 ′ 2 ″ (3)

Пролет колонтитула для внутренних стен

Количество слоев и домкратов в () (2) 2 х 8 (2) 2 х 10 (2) 2 х 12 (3) 2 х 10 (3) 2 х 12 (4) 2 х 12
Только один этаж (ширина 20 футов) 5 ′ 9 ″ (1) 7 ′ 0 ″ (2) 8 ′ 1 ″ (2) 8 ′ 9 ″ (1) 10 ′ 2 ″ (2) 11 ′ 9 ″ (1)
Два этажа (ширина 20 футов) 4 ′ 1 ″ (2) 4 ′ 11 ″ (2) 5 ′ 9 ″ (2) 6 ′ 2 ″ (2) 7 ′ 2 ″ (2) 8 ′ 4 ″ (2)
Только один этаж (ширина 28 футов) 5 ′ 0 ″ (2) 6 ′ 1 ″ (2) 7 ′ 0 ″ (2) 7 футов 7 дюймов (2) 8 ′ 10 ″ (2) 10 ′ 2 ″ (2)
Два этажа (ширина 28 футов) 3 ′ 6 ″ (2) 4 ′ 3 ″ (2) 5 ′ 0 ″ (3) 5 ′ 4 ″ (2) 6 ′ 3 ″ (2) 7 ′ 2 ″ (2)
Только один этаж (ширина 36 футов) 4 ′ 5 ″ (2) 5 ′ 5 ″ (2) 6 ′ 3 ″ (2) 6 ′ 9 ″ (2) 7 ′ 10 ″ (2) 9 ′ 1 ″ (2)
Два этажа (ширина 36 футов) 3 ′ 2 ″ (2) 3 ′ 10 ″ (3) 4 ′ 5 ″ (3) 4 ′ 10 ″ (2) 5 ′ 7 ″ (3) 6 ′ 5 ″ (2)

LRFD Пример проектирования надстройки стальной балки — LRFD — Конструкции — Мосты и конструкции

Пример проектирования суперструктуры стальной балки LRFD

Пример конструкции абатмента и стенки крыла Этап 7

Содержание

Шаг проектирования 7.1 — Получение критериев проектирования Этап проектирования
7.2 — Выбор оптимального типа абатмента Этап проектирования
7.3 — Выбор предварительных размеров абатмента Этап проектирования
7.4 — Расчет эффектов статической нагрузки Этап проектирования
7.5 — Расчет эффектов динамической нагрузки Этап проектирования
7.6 — Расчет других воздействий нагрузки Этап проектирования
7.7 — Анализ и объединение силовых воздействий Этап проектирования
7.8 — Проверка требований к стабильности и безопасности Этап проектирования
7.9 — Проектирование задней стенки абатмента Этап проектирования
7.10 — Проектирование стержня абатмента Этап проектирования 7.11 — Проектирование опоры абатмента Этап проектирования
7.12 — Построение схемы окончательного дизайна абатмента Этап проектирования
7.2 — Выбор оптимального типа стенки крыла Этап проектирования
7.3 — Выбор предварительных размеров крыльевой стенки Этап проектирования
Этап 7.4 — Вычисление влияния статической нагрузки Этап проектирования
7.5 — Расчет в реальном времени Влияние нагрузки Этап проектирования
7.6 — Расчет других воздействий нагрузки Этап проектирования
7.7 — Анализ и объединение силовых воздействий Этап проектирования
7.9 — Проектирование штанги крыла Этап проектирования
7.12 — Построение окончательной схемы конструкции крыла

Шаг проектирования 7.1 — Получить критерии проектирования

Этот пример конструкции опоры и крыла основан на AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (до промежуточных периодов 2002 г.). Методы проектирования, представленные в этом примере, предназначены для наиболее широкого использования в общей практике мостостроения. В примере рассматривается конструкция задней стенки, стойки и основания опоры с использованием свайных нагрузок из этапа проектирования P, Пример проектирования свайного фундамента. Конструкция крыла сосредоточена только на выносе крыла. Все применимые нагрузки, которые применяются к опоре и крылу, либо берутся из программного обеспечения для проектирования, либо рассчитываются здесь.

В конструкции стенки крыла используется та же блок-схема, что и в конструкции абатмента. Этап дизайна 7.1 используется как для абатмента, так и для крыла. После этапа моделирования 7.1 этапы моделирования с 7.2 по 7.12 предназначены для абатмента. Для стенки крыла все этапы проектирования с 7.2 по 7.12, применимые к стенке крыла, выполняются в конце этапов проектирования абатмента. Например, существует два этапа проектирования 7.2 — один для абатмента и один для крыла (после этапа проектирования 7.12 абатмента).

См. Этап проектирования 1 для вводной информации об этом примере конструкции.Представлена ​​дополнительная информация о проектных допущениях, методологии и критериях для всего моста, включая опоры и боковые стенки.

Чтобы начать проектирование, требуются свойства абатмента и крыла, а также информация о надстройке, которую поддерживает абатмент.

Для использования в этом примере конструкции определены следующие единицы:

Следует отметить, что нагрузки надстройки и размеры плоской балки, использованные на этом этапе проектирования, основаны на первом испытании конструкции балки.

Свойства материала:

Плотность бетона: Стабильный 3.5.1-1
Прочность бетона на сжатие 28 дней: S5.4.2.1 и SC5.4.2.1 и Стабильный C5.4.2.1-1
Прочность арматуры: S5.4.3

Требования к стальному арматурному покрытию:

Задняя крышка задней стенки: Стабильная 5.12.3-1
Задняя крышка штока: Стабильный 5.12.3-1
Нижняя верхняя крышка: Стабильный 5.12.3-1
Нижняя крышка опоры: Стабильный 5.12.3-1

Задняя крышка задней стенки — Предполагая, что задняя стенка будет подвержена воздействию солей для защиты от обледенения, крышка устанавливается на 2.5 дюймов.

Стабильный 5.12.3-1

Крышка штока — Крышка штока установлена ​​на 2,5 дюйма. Это позволит перекрыть арматуру вертикального прогиба в штоке с арматурой вертикальной задней поверхности в задней стенке. Также предполагается, что шток может подвергаться воздействию солей для борьбы с обледенением из-за того, что упор имеет компенсатор.

Стабильный 5.12.3-1

Верхняя крышка опоры — Верхняя крышка опоры установлена ​​на 2.0 дюймов.

Стабильный 5.12.3-1

Нижняя крышка опоры — Поскольку основание опоры отлито непосредственно от земли, нижняя крышка опоры устанавливается на 3,0 дюйма.

Стабильный 5.12.3-1

Соответствующие данные надстройки:

Данные надстройки — Приведенная выше информация о надстройке была взята из этапов проектирования 1 и 2.

Высота упора и крыла S2.3.3.2

Высота стержня абатмента:
Расчетная высота ствола крыла: использовать высоту на 3/4 точки

Длина абатмента и крыла S11.6.1.4

Длина абатмента:
Длина крыла:

Шаг проектирования 7.2 — Выберите оптимальный тип абатмента

Выбор оптимального типа абатмента зависит от условий на месте, соображений стоимости, геометрии надстройки и эстетики. К наиболее распространенным типам абатментов относятся консольные, гравитационные, контрфорсы, механически стабилизированный грунт, заглушка, полуступень или полка, открытые или сквозные, а также цельные или полуинтегральные. Для этого примера конструкции был выбран консольный опор из железобетона на всю глубину, поскольку он является наиболее экономичным для условий площадки.В случае бетонного консольного опоры опрокидывающие силы уравновешиваются вертикальной земной нагрузкой на пятку опоры. Бетонные консольные абатменты являются типичным типом абатментов, используемых для большинства конструкций мостовидных протезов, и считаются оптимальными для этого примера конструкции абатментов.

S11.2

Рисунок 7-1 Полноэкранный железобетонный консольный абатмент

Этап проектирования 7.3 — Выбор предварительных размеров абатмента

Поскольку AASHTO не имеет стандартов для задней стенки абатмента, штока или максимальных или минимальных размеров опоры, разработчик должен основывать предварительные размеры абатмента на стандартах штата, предыдущих разработках и прошлом опыте.Однако шток абатмента должен быть достаточно широким, чтобы обеспечить минимальное смещение. Минимальная длина опоры рассчитывается на этапе проектирования 7.6.

S4.7.4.4

На следующем рисунке показаны предварительные размеры для этого примера конструкции абатмента.

Рисунок 7-2 Предварительные размеры абатмента

Для герметичных компенсаторов наклон верхней поверхности абатмента (без посадочных мест подшипников) должен составлять минимум 5% по направлению к краю.

S2.5.2.1.2

Этап проектирования 7.4 — Расчет влияния статической нагрузки

После выбора предварительных размеров опоры можно рассчитать соответствующие статические нагрузки. Наряду с собственными нагрузками на опору необходимо рассчитать статические нагрузки надстройки. Статические нагрузки надстройки, действующие на опору, будут даны на основе выходных данных надстройки из программного обеспечения, используемого для проектирования надстройки. Статические нагрузки рассчитываются из расчета на фут.Кроме того, собственные нагрузки рассчитываются исходя из горизонтального положения опоры балки.

S3.5.1

Реакции на статическую нагрузку надстройки на подшипник были получены при испытании конструкции стального грифеля и являются следующими.

Балка фасции:

Внутренняя балка:

Как указывалось ранее, реакции статической нагрузки надстройки необходимо преобразовать в нагрузку, приложенную к полосе опоры длиной один фут.Это достигается путем сложения двух реакций статической нагрузки фасции балки с тремя реакциями статической нагрузки внутренней балки и последующего деления на длину опоры.

Статическая нагрузка на заднюю стенку:

Статическая нагрузка на шток:

Статическая нагрузка на опору:

Постоянная нагрузка на землю:

использовать средний рыхлый и уплотненный гравий

Стабильный 3.5.1-1

Этап проектирования 7.5 — Расчет эффектов динамической нагрузки

Эффекты временной нагрузки также были получены при испытании конструкции балки. Реакции для одной балки даны без учета факторов, без ударов и без коэффициентов распределения. Данные реакции преобразуются в одну загруженную полосу, а затем преобразуются в нагрузку на фут.

Допуск динамической нагрузки, IM

Стабильный 3.6.2.1-1

Коэффициент многократного присутствия, м (1 полоса)

Стабильный 3.6.1.1.2-1

Коэффициент многократного присутствия, м (2 полосы)

Стабильный 3.6.1.1.2-1

Коэффициент многократного присутствия, м (3 полосы)

Стабильный 3.6.1.1.2-1

Для этого примера конструкции временная нагрузка на заднюю стенку рассчитывается путем размещения трех расчетных осей грузовика вдоль опоры и расчета нагрузки на каждый фут, включая удар и коэффициент множественного присутствия.Эта нагрузка прилагается ко всей длине задней стенки опоры и предполагается, что она действует на передний верхний угол (сторона моста) задней стенки. Однако эта нагрузка не применяется при проектировании стержня или опоры абатмента.

Следующие нагрузки получены с выхода программного обеспечения для проектирования балочного загружена одна полосы, и они применяются в месте пучка или верхней части опорного штока для штока конструкции.

На основании первого испытания конструкции балки

На основании первого испытания конструкции балки

На основании первого испытания конструкции балки

На основании первого испытания конструкции балки

Регулирующие максимальные и минимальные временные нагрузки предназначены для трех полос движения.Нагрузки умножаются на допуск динамической нагрузки и коэффициент многократного присутствия.

Максимальная неповрежденная временная нагрузка, используемая для конструкции штока абатмента:

для одной полосы

Минимальная неповрежденная временная нагрузка, представляющая подъем, используемый для конструкции стержня абатмента:

для одной полосы

Следующие нагрузки применяются в месте пучка или верхней части абатмента штока для проектирования фундамента.Нагрузки не включают допуск на динамическую нагрузку, но включают фактор множественного присутствия.

S3.6.2.1

Максимальная unfactored нагрузка используется для прилегания конструкции фундамента:

на одну полосу загрузки

Минимальной нагрузка unfactored транспортного средства, используемая для прилегания конструкции фундамента:

на одну полосу загрузки

Шаг проектирования 7.6 — Расчет других нагрузок

Другие эффекты нагрузки, которые необходимо вычислить, включают тормозную силу, ветровые нагрузки, землетрясения, давление грунта, надбавку за временную нагрузку и температурные нагрузки.

Сила торможения

Поскольку абатмент имеет компенсирующие опоры, тормозная сила не действует на абатмент. Всему тормозному усилию противодействуют неподвижные подшипники, расположенные у пирса. Расчет тормозной силы приведен на этапе проектирования 8.

Ветровая нагрузка на надстройку

S3.8.1.2

При расчете ветровой нагрузки надстройки требуется общая глубина от верха ограждения до низа балки. В эту глубину входит любая задняя часть и / или глубина, обусловленная поперечным уклоном настила моста. Когда общая глубина известна, можно рассчитать площадь ветра и применить давление ветра.

Общая глубина:

Толщина свеса настила

предполагать отсутствие поперечного уклона для конструкции

верхний фланец заделан в бедро; поэтому игнорируйте толщину верхнего фланца

на основе первого испытания конструкции балки

использовать максимальную толщину нижнего фланца, основанную на первом испытании конструкции балки

Ветровая нагрузка на опору от надстройки будет составлять половину длины пролета или:

Площадь ветров:

Так как высота опоры меньше 30 футов, расчетная скорость ветра V DZ не требует корректировки и равна базовой скорости ветра.

S3.8.1.1

Отсюда расчетное ветровое давление равно базовому ветровому давлению:

S3.8.1.2.1

или

Кроме того, общая ветровая нагрузка на фермы должна быть не менее 0,30 klf:

S3.8.1.2.1

, что больше 0.30 клф

Ветровая нагрузка от надстройки, действующая на опору, зависит от угла атаки ветра. Предусмотрены два расчета ветровой нагрузки для двух разных углов атаки ветра. Все ветровые нагрузки приведены в Таблице 7-1 для различных углов атаки. Угол атаки измеряется от линии, перпендикулярной продольной оси фермы. Давление ветра может быть приложено к любой поверхности надстройки. Базовые значения ветрового давления для надстройки для различных углов атаки приведены в таблице 3 .8.1.2.2-1 . Поскольку опора имеет компенсирующие опоры, опора не будет противостоять продольной составляющей ветровой нагрузки на надстройку, и ее не требуется рассчитывать. Неподвижный пирс будет противостоять продольной составляющей ветра.

S3.8.1.2.2

Рисунок 7-3 Приложение ветровой нагрузки верхней конструкции к абатменту

Для угла атаки ветра 0 градусов ветровые нагрузки надстройки, действующие на опору, составляют:

Стабильный 3.8.1.2.2-1

не применяется из-за компенсационных подшипников на упоре

Для угла атаки ветра 60 градусов ветровые нагрузки надстройки, действующие на опору, составляют:

Стабильный 3.8.1.2.2-1

не применяется из-за компенсационных подшипников на упоре

Расчетные ветровые нагрузки абатмента от надстройки
Угол атаки ветром Мост поперечная ось Мост * продольная ось
Градусов тысяч фунтов тысяч фунтов
0 30.69 0,00
15 27.01 3,68
30 25,16 7,37
45 20,25 9,82
60 10,43 11,66
* Поставляется, но не применяется из-за компенсирующих опор на опоре.

Таблица 7-1 Ветровые нагрузки конструкции абатмента от надстройки для различных углов атаки ветра

Ветровая нагрузка на абатмент (каркас)

S3.8.1.2.3

Ветровые нагрузки, действующие на открытую часть переднего и торцевого выступов опоры, рассчитываются исходя из базового ветрового давления 0,040 тыс.футов. Эти нагрузки действуют одновременно с ветровыми нагрузками надстройки.

Поскольку все ветровые нагрузки, действующие на переднюю поверхность опоры, уменьшают максимальный продольный момент, все ветровые нагрузки на переднюю поверхность опоры консервативно игнорируются.

Ветровая площадь открытого торца опоры составляет:

Два расчета ветровой нагрузки для отметки конца опоры показаны ниже для угла атаки ветра, равного нулю и шестидесяти градусам.Все остальные углы атаки ветра не контролируются и не отображаются.

Для угла атаки ветра 0 градусов ветровые нагрузки, действующие на отметку торца опоры, составляют:

Для угла атаки ветра 60 градусов ветровые нагрузки, действующие на отметку конца опоры, составляют:

Ветровая нагрузка на автомобили

S3.8.1.3

Ветровая нагрузка, прикладываемая к транспортным средствам, составляет 0,10 км / час по нормали к проезжей части и 6,0 футов над ней. Для ветровых нагрузок, которые не перпендикулярны проезжей части, в Спецификациях дана таблица ветровых составляющих нагрузки. Для нормального и наклонного ветрового давления на транспортные средства ветровая нагрузка рассчитывается путем умножения ветровой составляющей на длину конструкции, на которую она действует. Приведен пример расчета, а в Таблице 7-2 показаны все ветровые нагрузки транспортного средства для различных углов атаки ветра.Как и в случае с ветровой нагрузкой надстройки, продольная ветровая нагрузка на транспортные средства не воспринимается опорой из-за компенсирующих опор. Расчет продольных ветровых нагрузок транспортного средства не требуется, но представлен в этом примере конструкции.

Для угла атаки ветра 0 градусов автомобильные ветровые нагрузки составляют:

Стабильный 3.8.1.3-1

Стабильный 3.8.1.3-1

не применяется из-за компенсационных подшипников на упоре

Расчет ветровых нагрузок на автомобили
Угол атаки ветром Мост поперечная ось Мост * продольная ось
Градусов тысяч фунтов тысяч фунтов
0 6,00 0.00
15 5,28 0,72
30 4,92 1,44
45 3,96 1,92
60 2,04 2,28
* Поставляется, но не применяется из-за компенсирующих опор на опоре.

Таблица 7-2 Расчетные ветровые нагрузки транспортных средств для различных углов атаки ветра
Вертикальная ветровая нагрузка

S3.8,2

Вертикальная ветровая нагрузка рассчитывается путем умножения вертикального ветрового давления 0,020 тыс.футов на ширину проезжей части моста. Он применяется к наветренной четверти палубы только для предельных состояний, которые не включают ветер при временной нагрузке. Кроме того, для применения вертикальной ветровой нагрузки угол атаки ветра должен составлять ноль градусов.

действует вертикально вверх

Землетрясение

S3.10

В этом примере конструкции предполагается, что конструкция расположена в сейсмической зоне I с коэффициентом ускорения 0.02 и грунт типа I. Для сейсмической зоны I сейсмический анализ не требуется, за исключением расчета минимальной силы соединения между надстройкой и основанием и минимальных требований к сиденью моста.

S4.7.4.1

S3.10.9

S4.7.4.4

Горизонтальная соединительная сила в ограниченном направлении в 0,1 раза превышает вертикальную реакцию из-за вторичной постоянной нагрузки и вторичных временных нагрузок, которые, как предполагается, существуют во время землетрясения.Кроме того, поскольку все опорные подшипники удерживаются в поперечном направлении, вторичная постоянная нагрузка может быть принята как реакция на подшипник. Также предполагается, что γ EQ равен нулю. Следовательно, вторичные временные нагрузки учитываться не будут. Эта поперечная нагрузка рассчитывается и используется для проектирования анкерных болтов подшипника и упоминается здесь только для справки. Обратитесь к этапу проектирования 6 для получения информации о конструкции подшипников и анкерных болтов, а также о расчете горизонтального усилия соединения.

S3.10.9.2

SC3.10.9.2

S3.4.1

Начиная с S4.7.4.3 , для сейсмической зоны I сейсмический анализ не требуется. Следовательно, минимальное требование смещения должно быть получено из процента от эмпирической ширины сиденья. Процент минимальной длины опоры, N, основан на сейсмической зоне I, коэффициенте ускорения 0,02 и типе грунта I. Из приведенной выше информации требуется 50 процентов или больше минимальной длины опоры.

S4.7.4.4

Стабильный 4.7.4.4-1

Минимальная необходимая длина опоры:

S4.7.4.4

Используйте

Поскольку выбранные предварительные размеры абатмента на этапе проектирования 7.3 оставляют длину опоры 18 дюймов, в этом примере конструкции будет использоваться 100 процентов минимальной длины опоры.

Стабильный 4.7.4.4-1

Рисунок 7-4 Требуемая минимальная длина опоры

Земляные нагрузки

S3.11

Нагрузки на грунт, которые необходимо исследовать для этого примера конструкции, включают нагрузки из-за основного бокового давления грунта, нагрузки из-за равномерной надбавки и дополнительные нагрузки от динамической нагрузки.

S3.11.5

S3.11.6

В данном примере конструкции уровень грунтовых вод считается ниже нижней точки опоры.Следовательно, нет необходимости прибавлять эффект гидростатического давления воды к давлению грунта. По возможности следует избегать гидростатического давления воды во всех случаях проектирования опорных и подпорных стенок за счет проектирования соответствующей дренажной системы. Некоторые способы, которые могут снизить или устранить гидростатическое давление воды, включают использование дренажных труб, гравийных дренажных каналов, перфорированных дренажных труб, геосинтетических дренажных труб или засыпку щебнем. Следует отметить, что использование дренажных отверстий или дренажей на поверхности стены не обеспечивает условия полного дренажа.

S3.11.3

S11.6.6

Нагрузки от базового бокового давления грунта:

S3.11.5

Для получения поперечных нагрузок из-за базового давления грунта сначала необходимо рассчитать давление грунта (p) по следующему уравнению.

S3.11.5.1

Боковая нагрузка грунта на нижнюю часть задней стенки:

получено из геотехнической информации

использовать средний рыхлый и уплотненный гравий

Стабильный 3.5.1-1

высота задней стенки

Рисунок 7-5 Расчетное давление на грунт задней стенки

После расчета бокового давления грунта можно рассчитать боковую нагрузку от давления грунта. Эта нагрузка действует на расстоянии H / 3 от дна исследуемого участка.

S3.11.5.1

SC3.11.5.1

Боковая нагрузка от земли на нижнюю часть стержня абатмента:

получено из геотехнической информации

использовать средний рыхлый и уплотненный гравий

Стабильный 3.5.1-1

высоты используется для максимального момента в нижней части абатмента штока

Рисунок 7-6 Расчетное давление на грунт стержня абатмента

После расчета бокового давления грунта можно рассчитать боковую нагрузку от давления грунта. Эта нагрузка действует на расстоянии H / 3 от дна исследуемого участка.

S3.11.5.1

SC3.11.5.1

Боковая нагрузка от земли на нижнюю часть фундамента:

получено из геотехнической информации

использовать средний рыхлый и уплотненный гравий

Стабильный 3.5.1-1

высота от верха задней стенки до низа фундамента

Конструкция узла соединения и оптимизация производительности фермы

1.Введение

На протяжении многих лет строительную отрасль в Китае называли «большими энергопотребляющими домохозяйствами», включая промышленность и транспорт. Потребление энергии в зданиях составляет одну треть от общего потребления энергии всего общества, что в 2–3 раза выше, чем в других странах при тех же климатических условиях (см. [1]). В основном это связано с использованием традиционных китайских строительных материалов, таких как сталь, цемент, глиняный кирпич и т. Д. Эти материалы не только тратят впустую много природных ресурсов, но и вызывают загрязнение окружающей среды.Таким образом, использование экологически чистых строительных материалов стало ключом к энергосбережению и сокращению выбросов в строительной отрасли. 5 марта 2016 года премьер-министр Ли Кэцян четко заявил в «Отчете о работе правительства» четвертой сессии 12-го Всекитайского собрания народных представителей, что основная работа в области жилищного строительства направлена ​​на дальнейшее продвижение новой урбанизации и активное развитие зеленых насаждений. здания и строительные материалы (см. [2]). Очень важным направлением развития зеленых зданий является архитектура из деревянных конструкций (см.[3]). Большое количество исследований также показало, что деревянные конструкции лучше позволяют экономить энергию и сокращать выбросы, чем другие структурные формы (см. [4, 5, 6]). Как одна из основных тенденций в современной архитектуре, энергоэффективность зданий может быть полезной для роста национальной экономики, а также способствовать защите окружающей среды (см. [6, 7]). Кроме того, здание из деревянных конструкций имеет прочную сборную конструкцию, потому что большинство его компонентов обрабатывается на заводе. Исследование компонентов очень важно, потому что компоненты тесно связаны с безопасностью и энергоэффективностью деревянных конструкций.

Поскольку важные части здания с деревянными конструкциями, система перекрытий и крыша обычно делятся на два типа систем: традиционная система решетка-стропила и система стропильных конструкций из светлого дерева, и последняя используется более широко. С развитием конструкции из светлого дерева в Китае перспективы применения фермы из светлого дерева в современной конструкции из дерева в Китае будут становиться все более широкими. Ферма с балкой состоит из нескольких частей одиночной фермы из светлого дерева с помощью соединителей и обычно используется в ключевых частях крыши или системы перекрытий в современных зданиях с деревянными конструкциями и проектах по замене кровли.Для системы перекрытия и крыши современной деревянной конструкции ключевые соединения испытывают как верхнюю равномерную нагрузку, так и сосредоточенную нагрузку от других связанных с ними ферм. Таким образом, силовые обстоятельства настолько сложны, что обычная деревянная ферма с трудом выдерживает нагрузку (см. [8, 9, 10]). Распространенным решением в практической инженерии является увеличение площади поперечного сечения элемента путем объединения множества обычных ферм из легкой древесины в качестве конструктивного элемента для получения большей несущей способности (как показано на рисунке 1).Форму фермы фермы легко получить и она соответствует развивающейся тенденции индустриализации и модульности зданий. Кроме того, некоторые длиннопролетные и консольные конструкции возникают с развитием современного здания из деревянных конструкций, которому необходимы деревянные фермы с большей несущей способностью. Появляясь по мере того, как требует времени, балочная ферма имеет более высокую грузоподъемность, больший пролет и более широкий диапазон использования по сравнению с одинарной деревянной фермой. В настоящее время исследование одиночной фермы является очень зрелым (см.[11, 12, 13]), но по балочной ферме было проведено мало исследований. В большинстве практических инженерных проектов многие строители работают в основном в зависимости от своего опыта без каких-либо надежных стандартов, что создает некоторые потенциальные проблемы с безопасностью. Ферма фермы обычно соединяется гвоздем и болтом, что легко подвержено коррозии, а механические свойства ухудшаются в условиях огнестойкости. Поэтому в этой главе был разработан новый тип метода соединения, который используется для балочной фермы (как показано на рисунке 2).Деревянный дюбельный соединитель нелегко заржаветь, и его механические свойства не будут быстро ухудшаться в условиях огнестойкости. Кроме того, соединители из дерева могут повысить пластичность соединяемых компонентов. Таким образом, характеристики фермы фермы улучшаются. Узел соединения деревянной конструкции также связан с несущей способностью и нормальным использованием всего здания в будущем. Поэтому очень важно изучить узлы соединения деревянной конструкции (см. [14]).

Рисунок 1.

Применение балочной фермы в конструкции здания.

Рисунок 2.

Балочная ферма нового типа.

2. Новая конструкция узла соединения балочной фермы

В настоящее время способы соединения балочной фермы относительно просты. В техническом описании ферм из светлого дерева (JGJ / T 265-2012) рекомендуется внутренний способ соединения, но при соединении гвоздями остаются следующие проблемы.

  1. Обработка сложна.Ферме необходимо постоянно переворачивать ферму во время обработки. Забивание гвоздями в разных частях не способствует промышленному производству на линии.

  2. Плохая огнестойкость. Под воздействием огня сталь размягчается, и ее механические свойства быстро ухудшаются. Выход из строя узла фермы балки влияет на его общую несущую способность, что приводит к временному разрушению конструкции.

  3. Легко ржавеет. Стальные или железные гвозди подвержены ржавчине на воздухе, которая более выражена в условиях высокой влажности и высокого содержания соли, что снижает долговечность всей деревянной конструкции.

  4. Плохое рассеяние энергии. Гвозди представляют собой соединения типа крепления, которые ограничивают относительное вращение фермы и фермы и не могут потреблять энергию, генерируемую боковой силой, что приводит к ослаблению бокового сопротивления всего здания.

В ответ на проблемы, связанные с режимами соединения балочной фермы, в этой главе предлагается новый тип способов соединения балочной фермы, который заменяет традиционные железные соединители деревянными соединителями.Конкретная схема выглядит следующим образом: все отдельные фермы, составляющие ферму, предварительно собираются и временно фиксируются, затем предварительно просверливаются в определенных положениях всех ферм и, наконец, вставляются в деревянный или бамбуковый круглый дюбель, который представляет собой соединитель деревянных дюбелей ( см. [15]) (как показано на рисунке 2).

Использование деревянных или бамбуковых соединителей в основном связано с тем, что соединения из дерева или бамбука менее подвержены коррозии, чем соединения из железа (см. [16, 17]). Также нет проблемы резкого падения механических свойств в условиях огнестойкости.Кроме того, деревянные или бамбуковые соединения могут значительно улучшить пластичность соединенных элементов (см. [18]), тем самым улучшая характеристики балочной фермы при сопротивлении боковым силам.

Выбор положения деревянного дюбеля определяется силовыми характеристиками фермы с параллельным поясом. Ферму с параллельными поясами можно рассматривать как свободно опертую балку, когда она подвергается равномерной нагрузке сверху. Усилие в основном воспринимают верхние и нижние пояса фермы.Верхний пояс находится под давлением, а нижний — в растяжении, но полотно играет лишь вспомогательную роль. На рисунке 3 показана диаграмма внутренних сил фермы из легкого дерева, поддерживаемой верхним униформным блоком. Из диаграммы внутренних сил видно, что если ферму с параллельным поясом рассматривать как статическую комбинированную конструкцию, это означает, что пояс сломан и оба конца шарнирно закреплены. При равномерной нагрузке значение среднего изгибающего момента каждой хорды является наибольшим, а сила сдвига не менее нуля.Использование деревянных дюбелей требует предварительного просверливания верхнего и нижнего поясов фермы, что снижает чистые размеры поперечного сечения пояса. Формула расчета поперечной силы конструктивного элемента:

τ = QAE1

Рисунок 3.

Диаграмма внутренних сил фермы с параллельным поясом. (а) Диаграмма осевых сил параллельной фермы; (б) диаграмма изгибающего момента фермы с параллельным поясом; (c) диаграмма поперечных сил фермы с параллельным поясом.

A представляет срезанное чистое поперечное сечение срезанного элемента.Уменьшение A означает увеличение напряжения сдвига в элементе. Следовательно, положение соединителя должно быть расположено там, где сила сдвига хорды наименьшая, а именно в середине каждых двух узлов хорды.

3. Обзор эксперимента

3.1. Схема эксперимента

Материал, использованный в испытании, — это материал спецификации Лиственница ( Larix gmelinii), импортированный из России. Марка материала II, плотность 0,657 г / см 3 .Влажность составляет 17,4% в соответствии с общими требованиями к физико-механическим испытаниям древесины (GB / T 1928–2009).

В соответствии с методом непрерывного нагружения ферм в стандарте на методы испытаний деревянных конструкций (GB20329-2012) было проведено испытание на статическую нагрузку шести типов малопролетных ферм, а количество образцов для испытаний выражается как S.

Чтобы изучить влияние деревянных дюбелей разного диаметра на характеристики балочной фермы, в эксперименте в этой главе используется балочная ферма из трех деревянных дюбелей разного диаметра.Деревянные дюбели имеют диаметр 12, 16 и 20 мм. Оценка характеристик трехбалочной фермы по-прежнему рассматривается с двух аспектов: предельной несущей способности и сопротивления деформации. Среди них способность к деформации включает сопротивление ползучести и характеристики упругого восстановления.

Кроме того, эксперимент также установил ферму фермы, состоящую из трех отдельных ферм, чтобы исследовать эффект усиления фермы фермы с увеличением количества одиночных ферм.Диаметр деревянных дюбелей, соединяющих ферму балки, зависел от экспериментальных результатов фермы балки с двумя одиночными фермами. Чтобы различать другие фермы с двумя одинарными фермами, фермы с тремя одиночными фермами обозначаются G3, а другие фермы G2.

На рисунке 4 показана структурная форма и конкретные размеры испытательного образца, использованного в этом испытании. Все фермы, использованные в эксперименте, состоят из этой единственной фермы.

Рисунок 4.

Размер модуля балочной фермы (единицы измерения: мм).

Конкретный состав испытательного образца показан в таблице 1.

Номер фермы Описание Количество
SPT-S Обычная одинарная ферма 1
SPT-G2-N Ферма из двух гвоздей SPT-S 1
SPT-G2-12 Ферма из двух SPT-S, соединенных дюбелем из бука диаметром 12 мм 2
SPT-G2-16 Ферма из двух SPT-S, соединенных дюбелем из бука диаметром 16 мм 2
SPT-G2-20 Ферма из двух SPT -S соединяется дюбелем из бука диаметром 20 мм 2
SPT-G3 Балочная ферма из трех SPT-S, соединенных дюбелем из бука диаметром 16 мм 1

Таблица 1.

Номер образца и описание.

3.2. Теоретический расчет

Расчет стандартной нагрузки Pk

Предположим, что расстояние между фермами составляет 406 мм, а срок службы здания составляет 50 лет.

Согласно нормативам нагрузки для проектирования строительных конструкций 2012 года (GB5009-2012):

Стандартное значение постоянной нагрузки: 0,885 × 0,406 = 0,359 кН / м

Вес фермы: 0,106 × 0,406 = 0,043 кН / м

Нормативное значение снеговой нагрузки: 0.5 × 0,406 = 0,203 кН / м

Стандартное значение динамической нагрузки: 2,0 × 0,406 = 0,812 кН / м

Расчетное значение нагрузки: (0,359 + 0,043) × 1,2 + (0,203 + 0,812) × 1,4 = 1,9 кН / м

Нагрузка на узел: 1,9 × 1,734 ≈ 3,3 кН.

3.3. Программа и устройство нагрузки

В соответствии с классификационной нагрузкой фермы в стандарте для методов испытаний деревянных конструкций (GB50329-2012), испытание статической нагрузкой фермы добавляло нагрузку первого порядка каждые 10 минут во время фазы разрушения, с нагрузкой 0.2 Pk на ступень. В этом испытании для нагрузки использовалась механическая испытательная машина. Таким образом, процедура загрузки может выполняться в режиме непрерывной загрузки, которая составляет 0,2 Pk каждые 10 минут. Нагрузка в минуту составила 0,02 Pk . После вышеуказанного теоретического расчета Pk составлял 3,3 кН, а нагрузка в минуту составляла 0,066 кН. Однако в предварительном эксперименте мы обнаружили, что балочная ферма имела более чем в два раза превышающую предельную несущую способность одиночной фермы.Таким образом, в процессе загрузки нагрузка каждой ступени также была увеличена вдвое до 0,132 кН. Если ферма фермы состоит из трех одиночных ферм, нагрузка на каждую ступень также увеличивается втрое до 0,198 кН. Схема конкретной системы загрузки показана на рисунке 5.

Рисунок 5.

Система загрузки.

3.4. Индекс оценки и расположение точек измерения

Цель этого эксперимента — изучить влияние различных диаметров дюбелей на механические свойства новой фермы, соединенной дюбелями.Оценка характеристик балочной фермы для различных диаметров дюбелей должна также начинаться с аспектов предельной несущей способности, сопротивления деформации, формы разрушения и механизма. Поэтому, как и при испытании на статическую нагрузку большепролетных деревянных ферм, необходимо непрерывно отслеживать изменения смещения различных узлов разных типов деревянных ферм. В этом эксперименте между хордой и зубной пластиной также был установлен датчик смещения с малым диапазоном для измерения относительного скольжения зубной пластины относительно хорды.Кроме того, на важных хордах были установлены тензодатчики для измерения деформации на различных этапах хорды. Расположение конкретных точек измерения показано на рисунке 6.

Рисунок 6.

Расположение тензодатчиков и датчиков перемещения. а) схема тензодатчика; (б) манометр; (c) универсальная механическая испытательная машина.

4. Описание явления

4.1. Полное разрушение

В этой главе проводится испытание на статическую нагрузку на одной одиночной ферме и девяти фермах, включая ферму, состоящую из трех отдельных ферм.Существует большая разница в предельной несущей способности и деформации различных типов ферм. Однако общая форма и процесс разрушения фермы примерно такие же. Форма повреждений соединителя, вынутого после испытания фермы, также сильно отличается. Это также полностью иллюстрирует различное соединение между фермами фермы, которое будет иметь большее влияние на его характеристики.

Во-первых, во время предварительного нагружения ступени T1 ферма не произвела значительных изменений.После 30 минут нагрузки все типы ферм производили очень небольшие остаточные деформации. В частности, ферма фермы могла достичь полного упругого восстановления. Из кривой нагрузка-смещение ступени T1 на Рисунке 7 определенное значение ползучести появилось в одиночной ферме во время фазы предварительного нагружения. Переменные ползучести других ферм фермы были незначительны. Использование дюбелей разного диаметра мало повлияло на характеристики фермы.

Рисунок 7.

Нагрузка-смещение в ступени Т1. а) SPT-S; b) СПТ-Н; (C) SPT-G2-12 (d) SPT-G2-16; е) SPT-G2-20.

По мере продвижения испытаний не наблюдалось значительных явлений испытаний для каждой фермы от 24-часовой удерживающей нагрузки до начальной стадии T3 . Однако при загрузке до 5 Pk явление испытания начало происходить в пролете фермы, а в других узлах явного явления не было. Например, небольшая выпуклость пластины фермы произошла в верхнем узле B SPT-S, а на нижнем поясе появилась трещина возле узла (как показано на рисунке 8).На других этапах другие фермы фермы были подобны явлению испытаний одиночных ферм, и явления разрушения также были сосредоточены в этих двух местах. В частности, опорная плита центрального узла B верхнего пояса вздулась (как показано на рисунке 9). В основном это связано с силовым механизмом фермы с параллельным поясом. Когда ферма с параллельным поясом подвергается верхней сосредоточенной нагрузке, верхний пояс испытывает сжатие, а нижний пояс — растяжение. В сочетании с анализом структурной механики диагональная стенка фермы будет создавать боковую силу в узле B, чтобы противостоять верхней сосредоточенной нагрузке.Таким образом, узел B подвергался напряжению сдвига, и напряженная среда была очень сложной. В сочетании с окончательной формой разрушения пластины фермы, пластина фермы в узле B в конечном итоге возникла как форма разрушения при сжатии при сдвиге.

Рис. 8.

Трещины на нижнем поясе, сопровождающиеся испытанием на удаление зуба с помощью SPT-S1.

Рис. 9.

Разрушение ответной пластины при сжатии при сдвиге в узле B. а) SPT-G2-N; (б) SPT-G2-12-1; c) SPT-G2-16-2; (d) SPT-G2-20-2.

Кроме того, во многих экспериментах было обнаружено, что полное повреждение фермы разрушается за счет разрушения нижнего пояса. Узел нижнего пояса также напрямую влияет на силовые характеристики. На рис. 10 представлены реальные фото разрушения нижних поясов ферм. При обработке фермы экспериментаторы должны обратить внимание на выбор нижнего пояса и постараться избежать слишком большого количества уточнений с узлами. Однако верхний пояс и стенка фермы имели очевидные повреждения сдвига, а пояс не имел явных повреждений.Следовательно, когда деревянная ферма обрабатывается, качество обрабатываемого материала может быть соответствующим образом снижено.

Рисунок 10.

Разрушение нижних поясов ферм. а) SPT-G2-N; (б) SPT-G2-12-2; (c) SPT-G2-16-1.

Разрушение нижнего пояса фермы СПТ-Г2-20 произошло по разным причинам. SPT-G2-20 имел отверстие диаметром 19,5 мм в верхнем и нижнем поясе. Открытие нижнего пояса было слишком большим, что разрушало волокна в направлении древесины, а также уменьшало чистую площадь поперечного сечения пояса фермы.В условиях постоянной силы уменьшение чистой площади поперечного сечения стержня приведет к увеличению нагрузки на пояс. Прочность на разрыв крупногабаритной древесины меньше прочности на сжатие, поэтому нижний пояс легко повреждается. На рисунке 11 представлена ​​реальная фотография разрушения пояса фермы СПТ-Г2-20. Трещина нижней пояса начинается от деревянного дюбеля и проходит через всю поясницу. В конечном итоге это привело к полному разрушению фермы, но дюбель был поврежден незначительно.

Рис. 11.

Явление отказа SPT-G2-20-1.

4.2. Разрушение узла соединения

В предыдущем разделе описан режим отказа узла балочной фермы, соединенной дюбелем диаметром 20 мм между одиночными фермами балочной фермы. Окончательное повреждение было вызвано разрушением нижнего пояса, но дюбели практически не деформировались. Размер дюбелей и соединителей гвоздей был поврежден в разной степени. На рис. 12 показан соединитель, снятый с фермы после окончательного разрушения каждого соединителя фермы.

Рисунок 12.

Форма выхода из строя разъемов.

Из рисунка 12 видно, что деформация, вызванная гвоздевым соединением, была большой. Так же, как и у фермы для соединения длинных гвоздей, в центре гвоздя появился пластиковый шарнир. Когда ферма была загружена на более позднем этапе, более очевидное смещение произошло между отдельными фермами, составляющими ферму фермы. Разные диаметры дюбелей вызывали разные формы деформации или повреждения. Во-первых, как и гвоздь, деревянный дюбель диаметром 12 мм также производил пластмассовую петлю.Однако степень деформации была меньше, чем у гвоздевого соединения. Диаметр деревянных дюбелей повлиял на его жесткость. Деформация дюбеля большого диаметра была небольшой. Дюбели диаметром 20 мм практически не деформировались. Деревянные дюбели практически не пострадали от повреждений ферм. Деформация деревянных дюбелей на 16 мм также не была очевидной. Потеря поперечного сечения хорды была уменьшена при обеспечении достаточной прочности соединения. Соотношение между диаметром отверстия и штифтом элемента фермы также повлияло на характеристики соединения.Черный цвет на конце дюбеля диаметром 20 мм на Рисунке 13 является результатом карбонизации, когда дюбель был ввинчен в паз. Когда диаметр отверстия пояса составлял менее 0,5 мм диаметра деревянного дюбеля, деревянный дюбель, ввинчиваемый в стержень, карбонизировался за счет тепловыделения при высокоскоростном вращении, и на поверхности дюбеля образовывался карбонизированный слой, который защищала поверхность деревянным дюбелем. Поверхностная прочность была улучшена. Следовательно, необходимо хорошо выбрать соединители и подобрать соответствующий размер предварительного сверления с точки зрения долговечности фермы.

Рисунок 13.

Предельная несущая способность ферм.

5. Предельная несущая способность

На рисунке 13 показано сравнение предельной несущей способности ферм пятой категории. Среди них новая деревянная балочная ферма, соединенная дюбелями, проходит в среднем два испытания. Из рисунка видно, что предельная несущая способность всех видов деревянных ферм намного превышает теоретическое расчетное значение, поэтому уменьшение пролета фермы эффективно увеличивает ее несущую способность.Кроме того, предельная несущая способность различных ферм намного больше, чем у одиночных, но предельная несущая способность различных ферм мало отличается друг от друга. Деревянные фермы с дюбелями диаметром 12 и 16 мм имеют относительно высокую предельную несущую способность. Ферма балочного соединения гвоздя повлияла на синергию фермы балки из-за взаимного смещения между ее отдельными фермами, что снизило ее несущие характеристики. Ферма фермы с деревянным дюбелем диаметром 20 мм имела большую площадь проема в нижнем поясе фермы, что уменьшало чистую площадь поперечного сечения натяжного элемента, тем самым снижая несущие характеристики фермы.

6. Анализ результатов испытаний узла на прогиб

На рисунке 14 представлена ​​диаграмма прогиба нижних поясов трех балочных ферм с использованием двух деревянных дюбельных соединений разного диаметра. Из рисунка видно, что три типа ферм показывают хорошую согласованность на первых двух этапах нагружения. Ферма переходит в нелинейную стадию, когда она переходит в стадию разрушения, и результаты двух испытаний будут отличаться из-за изменчивости древесины. На рис. 17 показано изменение общей деформации фермы в процессе нагружения.Изображение показывает, что трудно различить влияние различных методов соединения на сопротивление ползучести, упругое восстановление и сопротивление деформации фермы на образцах фермы с малым пролетом. Только на стадии разрушения фермы можно выделить кривую прогиба и проанализировать различные режимы и механизмы разрушения различных ферм.

Рис. 14.

Прогиб во времени новых балочных ферм от начала до конца. а) SPT-G2-12; b) SPT-G2-16; (c) SPT-G2-20.

Как показано на Рисунке 15, кривые нагрузки-прогиба одиночной фермы, балочной фермы гвоздевого соединения и балочной фермы деревянного дюбельного соединения выбираются на стадии разрушения. Из рисунка видно, что разные типы ферм имеют разные виды и механизмы разрушения. Одиночная ферма показала очевидные характеристики хрупкого разрушения. Вблизи аварии не было явных признаков. Трещина произошла около узла нижнего пояса (как показано на рисунке 8).Затем трещина продолжала увеличиваться. В конце концов, полное разрушение фермы было вызвано внезапным переломом нижнего пояса.

Рисунок 15.

Кривая прогиба ферм.

Пластичность двух ферм значительно выше, чем у одинарных. На средней и более поздних стадиях разрушения фермы кривая нагрузка-смещение часто показывает изгиб на одном конце. Причина изгибов и поворотов в том, что первой была разрушена одна единственная ферма в балочных фермах.Поскольку другая ферма все еще имела несущую способность, она быстро несла верхнюю нагрузку. Однако он также будет быстро разрушен, потому что только одна ферма подверглась нагрузке. Из-за различных соединений между выбранными одиночными фермами балочных ферм описанная выше ситуация будет иной. Хотя коэффициент пролета сдвига был уменьшен, ферма фермы гвоздевого соединения по-прежнему проявляла нестабильность в плоскости на более поздней стадии нагрузки. Фермы большего пролета были не очень очевидны.Между верхними фермами произошла взаимная дислокация. Ферма фермы будет очевидна, что сначала будет разрушена одна единственная ферма, а затем другая ферма будет быстро разрушена. Следовательно, ферма с гвоздевым соединением не дала ожидаемого эффекта «один плюс один больше двух». Ферма фермы, соединенная деревянным дюбелем, все еще могла поддерживать хорошее взаимодействие между нагруженными фермами. Таким образом, SPT-G2-16 также имел свою первую волну, в которой SPT-G2-N имел свои изгибы и повороты. Однако можно увидеть, что падение смещения было очень ограниченным, что указывает на то, что ферма не была полностью разрушена.По мере увеличения нагрузки на кривой появлялись три или четыре небольших поворота. В конечном итоге трещины, образовавшиеся в нижней части двух нижних поясов фермы, были чрезмерными и полностью проникли (как показано на рисунке 16), что привело к выходу фермы из строя.

Рисунок 16.

Явление отказа SPT-G2-16.

На рис. 17 показаны кривые прогиба нагрузки трех новых ферм с разным диаметром деревянного дюбеля в качестве соединения между отдельными фермами.Из рисунка видно, что кривые прогиба-нагрузки трех балок имеют разную форму. Ферма фермы с деревянным дюбелем диаметром 20 мм имела такой же режим разрушения, как и одиночная ферма, который был хрупким (как показано на Рисунке 10). Нижний пояс был сломан при совместном действии растяжения и сдвига. Ферма с дюбелями диаметром 12 мм была похожа на балочную ферму с гвоздями. Хотя кривая нагрузки-смещения претерпела изгиб, ферма не показала хорошего взаимодействия.Наконец, появился пластиковый шарнир, похожий на деревянный дюбель и гвоздь. Таким образом, ферма, соединенная дюбелями, показала лучшие механические характеристики с деревянным дюбелем диаметром 16 мм.

Рис. 17.

Кривая прогиба нагрузки новых ферм.

7. Дальнейшие эксперименты с балочной фермой, состоящей из трех одиночных ферм

В последнем разделе фермы, соединенные тремя деревянными дюбелями разного диаметра, были испытаны на статическую нагрузку, а балочная ферма с деревянными дюбелями диаметром 16 мм была испытана Лучший.Все предыдущие эксперименты проводились на ферменной ферме, состоящей из двух отдельных ферм, но ферма, состоящая из трех или более отдельных ферм, не тестировалась. Для того чтобы фермы фермы широко использовались в более крупных пролетных конструкциях и более сложных несущих средах, они не могут состоять только из двух отдельных ферм. Следует учитывать больше форм комбинаций одиночных ферм. В сочетании с результатами испытаний, приведенными в предыдущем разделе, в этом разделе проводится испытание на статическую нагрузку балочной фермы, состоящей из трех отдельных ферм, соединенных деревянными дюбелями диаметром 16 мм.Эффект усиления балочной фермы был исследован путем сравнения балочной фермы, состоящей из двух отдельных ферм, соединенных деревянными дюбелями одинакового диаметра.

Что касается несущей способности, несущая способность фермы, состоящей из двух отдельных ферм, составляла 53 кН, а ферма фермы, состоящая из трех отдельных ферм, имела несущую способность 77 кН, увеличиваясь на 45%. Таким образом, чем больше количество отдельных ферм, составляющих ферму фермы, тем более очевидны эффекты улучшения с точки зрения режима разрушения, две фермы фермы были похожи, а пояс был разрушен в условиях сдвига при растяжении, что привело к разрушение фермы.Как показано на рис. 18, сначала появляется средняя ферма.

Вертикальное сельское хозяйство — вертикальные фермы революционизируют сельское хозяйство

Многие годы задавались вопросом, действительно ли вертикальное земледелие является ответом на нехватку продовольствия в мире. Какой бы странной ни казалась концепция вертикального земледелия многим стартапам, это гениальный метод производства продуктов питания в условиях, когда пахотные земли недоступны или, самое большее, редки.

Этот метод особенно удобен для сложных условий, таких как пустыни, горные поселки и города, где с использованием методов точного земледелия и конструкций, напоминающих небоскребы, выращивают множество различных видов овощей и фруктов.

Вертикальное земледелие — это революционный и более устойчивый метод ведения сельского хозяйства, чем его аналог, поскольку он снижает потребность в воде до 70%, а также значительно экономит место и почву. Это нововведение в области сельского хозяйства, девизом которого является устойчивость, сегодня привлекает все больше и больше голов благодаря своим экологически чистым методам и возможности ведения сельского хозяйства в сложных условиях.

Давайте рассмотрим 13 лучших инноваций в области вертикального земледелия, которые могут оказаться у вас на тарелке в ближайшем будущем!

1.Гидропоника — выращивание растений без почвы

Источник: Государственный университет Орегона / Flickr

Гидропоника — преобладающая система выращивания, которая используется в вертикальном земледелии, и она медленно, но неуклонно приобретает все большее значение. Он включает в себя рост растений в растворах питательных веществ, которые практически не содержат почвы.

В этой инновации вертикального земледелия корни растений погружены в раствор питательных веществ. Он часто циркулирует и контролируется, чтобы гарантировать поддержание правильного химического состава в питательном растворе.

2. Аэропоника — выращивание растений без почвы и с очень небольшим количеством воды

Источник: MyAeroponics / Wikimedia Commons

Инновация аэропоники в области вертикального земледелия была сделана Национальным управлением по аэронавигации и исследованию космического пространства (НАСА). Этот устойчивый метод выращивания был изобретен НАСА в 1990-х годах, когда оно искало эффективные методы выращивания растений в космосе.

Затем этот метод был придуман Aeroponics и определялся как «выращивание растений в атмосфере воздуха / тумана, без почвы и с очень небольшим количеством воды.«Тем не менее, эти системы еще не выросли из аномалии в мире вертикального земледелия, хотя они продолжают вызывать интерес.

Это, несомненно, самый эффективный способ вертикального земледелия, поскольку он использует ошеломляющее количество воды на 90% меньше, чем также наиболее эффективные системы гидропоники.Также было замечено, что растения, выращенные с помощью системы аэропоники, потребляют больше витаминов и минералов, что делает растения потенциально более здоровыми и питательными.

3.Аквапоника — экосистема, которая способствует совместному выращиванию растений и рыбы

Источник: Кейт Филд / Flickr

Система аквапоники очень похожа на систему гидропоники, но только лучше. Он направлен на объединение рыб и растений в одной экосистеме. В этой системе рыба растет в закрытых прудах и производит богатые питательными веществами отходы, которые в дальнейшем служат источником пищи для растений, выращиваемых на вертикальных фермах.

Заводы, выполняя свою работу, очищают и фильтруют сточные воды, которые повторно направляются в рыбоводные пруды.Аквапоника определенно используется в меньших масштабах, чем большинство инноваций в вертикальном земледелии.

Тем не менее, он по-прежнему используется многими коммерческими вертикальными фермами, которые хотят выращивать лишь несколько быстрорастущих культур вместо того, чтобы включать компонент аквапоники. В результате упрощаются производственные и экономические вопросы, а также повышается эффективность.

Тем не менее, эта система с замкнутым циклом может стать более популярной с появлением новых стандартизированных систем аквапоники.

4.Lokal — подавать свежие продукты прямо там, где они выросли

Источник: Space10

В инновационной лаборатории Space10 IKEA пришла идея Lokal, в которой используется система гидропонного земледелия. Он также использует светодиоды, чтобы сделать ваш огород в штабелируемых лотках.

По словам дизайнеров Lokal, зелень в Lokal растет в три раза быстрее, чем в традиционных садах. Они также тестируют еще одно нововведение, в котором они будут интегрировать датчики в лотки для выращивания, которые помогут вам проверять состояние посевов с помощью смартфонов или Google Home.

В конечном итоге они также захотят использовать машинное обучение для сбора и анализа данных от людей, использующих Lokal для оценки производительности. Это нововведение действительно может помочь людям выращивать свежие продукты на собственных местных мини-фермах.

5. AeroFarms — инновации в области интеллектуального вертикального земледелия

Источник: AeroFarms

Когда дело доходит до комнатного земледелия, AeroFarms является коммерческим лидером в этой области с их инновацией использования аэропонной системы земледелия, которая обеспечивает предсказуемые результаты ваш урожай, меньшее воздействие на окружающую среду, более быстрый период сбора урожая и превосходное качество продуктов питания.Технология помогает выращивать зелень без использования солнца или почвы.

Таким образом, легче контролировать результаты уборки. Инновация в области вертикального земледелия использует интеллектуальный свет, интеллектуальную аэропонику, интеллектуальное питание, интеллектуальные данные, интеллектуальную борьбу с вредителями, интеллектуальный субстрат и интеллектуальное масштабирование.

AeroFarms стремится преобразовать всю систему сельского хозяйства путем строительства и создания экологически ответственных ферм. Они строят фермы по всему миру, чтобы обеспечить местное производство питательных, безопасных, экологически чистых и вкусных продуктов.

Короче говоря, они хотят выращивать больше сельскохозяйственных культур на меньшем пространстве, что может вызвать пищевую революцию.

6. Plantscapers — здание, обеспечивающее едой своих обитателей

Лекция 7.12: Фермы и решетчатые фермы

ESDEP WG 7

Предыдущая | Далее | Содержание

ESDEP WG 7

ЭЛЕМЕНТЫ

ЦЕЛЬ / ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Для ознакомления с двумерными фермами: типы, использование и основные соображения при проектировании.

ПРЕДПОСЫЛКИ

Нет.

ЛЕКЦИИ ПО ТЕМЕ

Нет.

РЕЗЮМЕ

В этой лекции представлены типы и применение ферм и решетчатых балок, а также указаны элементы, которые наиболее часто используются в их конструкции. При обсуждении общей конструкции фермы рассматриваются первичный анализ, вторичные напряжения, строгий анализ упругости, фермы с поперечными связями и прогибы фермы. Обсуждается практическая конструкция элементов фермы.

Ферма или решетчатая балка — это треугольный каркас из элементов, в котором нагрузкам в плоскости фермы или балки противодействуют осевые силы в отдельных элементах. Эти термины обычно применяются к плоской ферме. А
«космический каркас» образуется, когда элементы лежат в трех измерениях.

Основные области применения:

  • в зданиях, для поддержки крыш и полов, для перекрытия больших расстояний и несения относительно легких нагрузок, см. Рисунок 1.
  • на автомобильных и железнодорожных мостах, на коротких и промежуточных пролетах, а также на пешеходных мостах, как показано на рисунке 2.
  • в качестве распорки в зданиях и мостах, чтобы обеспечить устойчивость там, где элементы распорки образуют ферму с другими конструктивными элементами, такими как колонны в здании. Примеры показаны на рисунке 3.

Принцип фермы прост. Конструкция состоит из верхнего и нижнего поясов, триангулированных диагоналями в перемычках, так что каждый элемент несет чисто осевую нагрузку.Дополнительные эффекты существуют, но в хорошо спроектированной ферме они будут второстепенными.

Общий момент на ферме передается в виде сжатия и растяжения в поясах. Общий сдвиг переносится как растяжение или сжатие в диагональных элементах. В упрощенном случае, когда соединения рассматриваются как шарнирные, а нагрузки прикладываются к точкам панели, нагрузка не создает изгибающего момента, сдвига или кручения ни в одном отдельном элементе. Нагрузки, прикладываемые таким образом, чтобы вызывать изгиб, сдвиг или скручивание, обычно приводят к неэффективному использованию материала.

Фермы и решетчатые фермы классифицируются в соответствии с общей формой и расположением внутренних элементов. Для крыш используются скатные фермы. Решетчатые фермы с параллельными поясами используются для поддержки крыш, перекрытий и мостов, хотя в неразрезных мостах часто требуется дополнительная глубина опор. В прошлом собственные имена давались различным типам ферм, таким как ферма Финка, ферма Уоррена и т. Д. Наиболее часто используемая ферма — это однопролетная, просто поддерживаемая и статически определяемая с соединениями, которые считались штифтами.

Также следует упомянуть балку Vierendeel. Он состоит из жестко соединенных прямоугольных панелей, как показано на рисунке 1d. Эта ферма статически неопределима и не будет рассматриваться в этой лекции, хотя она имеет приятный внешний вид и часто используется в мостах.

Экономия по сравнению с пластинчатой ​​балкой очевидна, если учесть перемычки. В ферме перемычки, в основном, поступают на свежий воздух — следовательно, меньший вес и меньшая сила ветра.

Ферма может быть собрана из небольших, удобных в обращении и транспортировке деталей, а все соединения на объекте можно закрепить болтами.Фермы могут иметь особое преимущество для мостов в странах, где доступ к участку затруднен или предложение квалифицированной рабочей силы ограничено.

Фермы, решетчатые фермы и элементы распорки для зданий выбираются из:

  • профили открытые, в основном уголки, швеллеры, тройники и балки.
  • составных профилей, т.е. двойных уголков и швеллеров.
  • профилей закрытых, на практике полых конструкционных.

Для мостов стержни выбираются из:

  • сортовой прокат.
  • составных секций.
  • сборные H, цилиндрические и коробчатые секции.

Типичные разрезы показаны на рисунке 4.

Выбор элементов зависит от местоположения, использования, пролета, типа соединения и требуемого внешнего вида. Полые секции дороже открытых секций, но дешевле в обслуживании и имеют лучший внешний вид. Однако в открытых фермах коррозия может происходить в щелях, которые образуются в местах вставок.Углы — это секции, которые традиционно используются для строительства малых пролетных ферм.

Основные виды нагрузок на здания показаны на рисунке 5, а именно:

  1. Собственные нагрузки. Они вызваны собственным весом, обшивкой, настилом, плитами пола или крыши, прогонами, балками, изоляцией, потолками, услугами и отделкой. Статические нагрузки для конструкции, которая будет использоваться в каждом конкретном случае, должны быть тщательно оценены на основе веса материала, указанного в справочниках и литературе производителей.
  2. Возложенные нагрузки. Они приведены в Еврокоде 1 [1] для полов в зданиях различного типа и для крыш с доступом или без доступа. Возложенная нагрузка может охватывать весь или часть элемента и должна применяться таким образом, чтобы вызвать наиболее серьезный эффект.
  3. Ветровые нагрузки. Они приведены в Еврокоде 1 [1] и могут быть оценены по местоположению здания, его размерам и размерам проемов на его фасадах. Ветер обычно вызывает подъем крыш, что может привести к изменению нагрузки на элементы фермы в легких конструкциях.В многоэтажных зданиях ветер создает горизонтальные нагрузки, которым должна противостоять распорка.

В особых случаях фермы выдерживают динамические, сейсмические и волновые нагрузки. Следует внимательно следить за необычными нагрузками во время эрекции. Сбои могут произойти на этом этапе, когда окончательная система боковой поддержки не установлена ​​полностью.

Для мостов, в дополнение к статическим нагрузкам и вертикальным воздействиям временных нагрузок из-за нагрузки на шоссе или железные дороги, необходимо учитывать горизонтальные воздействия временной нагрузки.К ним относятся эффекты торможения и тяги, центробежные нагрузки и нагрузки при случайном заносе. В некоторых мостах значительны температурные эффекты.

4.1 Общие

Фермы могут быть однопролетными, статически определенными или неопределенными, или могут быть непрерывными на двух или более пролетах, как показано на Рисунке 6. В этом разделе рассматриваются только однопролетные, статически определенные фермы.

Ферма обычно определяется статически, когда:

м = 2j — 3,

, где m — количество элементов фермы

j — количество стыков.

Однако соблюдение этой формулы для фермы в целом не исключает возможности наличия местного механизма в части фермы.

Ручные методы расчета ферм, в узлах которых действуют нагрузки, — это разрешение соединений, метод сечения и диаграмма сил. Совместное разрешение — это самый быстрый метод анализа решетчатых балок с параллельными поясами, когда требуются все силы. Метод сечений полезен, когда требуются значения сил только в нескольких критических элементах.Силовая диаграмма — лучший общий ручной метод. Также доступны компьютерные программы для анализа ферм.

4.2 Вторичные напряжения в фермах

Во многих случаях при проектировании ферм и решетчатых балок нет необходимости учитывать вторичные напряжения. Однако эти напряжения следует рассчитывать для тяжелых ферм, используемых в промышленных зданиях и мостах.

Вторичные напряжения вызваны:

  • Эксцентриситет на соединениях
  • Нагрузки, приложенные между узлами фермы
  • Моменты, возникающие в результате жестких соединений и прогиба фермы.

Подробно они обсуждаются ниже:

  1. Эксцентриситет на соединениях
  2. Фермы должны быть детализированы так, чтобы либо центральные оси стержней, либо линии калибровки болта пересекались в одной точке в узлах. В противном случае элементы и соединения должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать моменты из-за эксцентриситета. Эти моменты должны быть разделены между элементами, встречающимися в соединениях, пропорционально их жесткости на вращение. Напряжениями из-за малых эксцентриситетов часто пренебрегают.

  3. Нагрузки между узлами фермы
  4. Необходимо рассчитать моменты, возникающие из-за этих нагрузок, и возникающие напряжения в сочетании с напряжениями, возникающими из-за основных осевых нагрузок; то есть соответствующие элементы должны быть спроектированы как балки-колонны. Такая ситуация часто возникает в фермах крыши, где нагрузки прикладываются к верхнему поясу через прогоны, которые могут не располагаться в узлах, как показано на Рисунке 7. Ручной метод расчета сначала заключается в анализе фермы на нагрузки, приложенные в узлы, которые создают осевые силы в элементах.Затем проводится отдельный анализ изгиба в верхнем поясе, который рассматривается как сплошная балка. Коньковый стык E фиксируется из-за симметрии, а карнизный стык A следует считать штифтовым; в противном случае момент будет передан на нижний пояс, если предполагается, что соединение фермы и колонны закреплено на пальцах. Верхний пояс рассчитан на осевую нагрузку и изгиб. Компьютерный анализ упомянут ниже.

  5. Моменты, возникающие в результате жестких соединений и прогиба фермы

Напряжения, возникающие из-за вторичных моментов, важны для ферм с короткими толстыми элементами.Примерные правила определяют, когда следует проводить такой анализ. Вторичные напряжения будут незначительными, если гибкость поясных элементов в плоскости фермы превышает 50, а гибкость большинства элементов стенки больше 100. В ферм в зданиях нагрузки преимущественно статические, и в этом нет необходимости. для расчета этих напряжений. Максимальные напряжения от вторичных моментов возникают на концах стержней и вряд ли вызовут обрушение. Однако, если эффекты усталости значительны, эти вторичные напряжения необходимо учитывать.Метод анализа второстепенных моментов изложен ниже.

4.3 Строгий анализ упругости

Жесткие сочлененные, дублированные или непрерывные фермы или фермы с нагрузками, приложенными между узлами, могут быть проанализированы с помощью программы плоского каркаса, основанной на методе анализа жесткости матрицы. Ферму можно также смоделировать с учетом эксцентриситета соединения. Размеры элементов необходимо определять заранее с помощью ручного анализа. Выводится вся необходимая для проектирования информация, включая прогибы соединений.

Важно, чтобы был принят последовательный подход к анализу и проектированию. Это означает, что если второстепенные моменты следует игнорировать, тогда основные осевые силы, которые будут использоваться при проектировании, должны быть получены из простого анализа фермы как рамы с шарнирным соединением. Осевые силы, полученные в результате компьютерного анализа жесткой рамы, могут быть значительно изменены шарнирными моментами.

5.1 Поперечные фермы в зданиях

В распорках, предназначенных для стабилизации многоэтажных зданий, панели часто имеют поперечные диагонали, как показано на рисунке 8а.Принято считать, что ферма статически определена, и только набор диагоналей в растяжении считается эффективным. Когда ветер меняет направление, другой набор становится активным.

Другой распространенный случай — решетчатая балка с нечетным количеством панелей. Центральная панель скреплена поперечными распорками, как показано на рисунке 8b. При симметричном нагружении на этих диагоналях нет сил. Если приложенная нагрузка приложена к части пролета, считается, что эффективна только диагональ растяжения.

5.2 Боковые распорки мостов

Стрингеры, тормозные балки и поперечные связи пояса необходимы для передачи продольных временных нагрузок, а также ветровых и / или землетрясений на подшипники, а также для предотвращения коробления сжимающих поясов.

Для верхних отводов ромбовидная система с выступами на концах панелей уменьшает поперечную эффективную длину хорды сжатия вдвое, как показано на Рисунке 9.

Для железнодорожных мостов на рисунке 9 показана экономичная боковая система на уровне палубы, которая состоит из простого единственного элемента, который удваивается как часть тормозной балки.Боковая часть поддерживается стрингерами, поэтому эффективная длина составляет лишь около трети длины панели.

Ветровая нагрузка на диагонали и вертикали может быть разделена поровну между верхней и нижней боковыми системами, помня, что концевые порталы (диагонали или вертикали) должны нести нагрузку, приложенную к верхнему поясу вниз, к нижнему поясу.

Очевидно, что там, где существует только одна боковая система (например, в полупроходных или подвесных фермах), эта единственная система должна нести всю ветровую нагрузку.

В дополнение к сопротивлению приложенным извне поперечным нагрузкам из-за ветра и т. Д., Боковые связи стабилизируют хорду сжатия. Его наличие необходимо для обеспечения получения достаточно малой эффективной длины элементов фермы. Боковое крепление также требуется во всех изгибах поясов, где сжимающие нагрузки возникают в элементах перемычки, независимо от того, находится ли пояс при растяжении или сжатии.

5.3 Прогиб ферм

Прогиб фермы с шарнирным соединением можно рассчитать с использованием метода энергии деформации или метода виртуальной работы.Прогиб с использованием метода энергии деформации определяется выражением:

d = S FuL / EA

где:

А площадь фермы

E — модуль упругости

L — длина элемента фермы между узлами

F — сила в элементе от приложенных нагрузок

u — сила в элементе из-за единичной нагрузки, приложенной к узлу фермы и в направлении требуемого прогиба.

Графический метод Виллиота-Мора также может использоваться для определения прогиба фермы.Если проводится компьютерный анализ, отклонения суставов приводятся как часть выходных данных.

Ферма может изгибаться во время изготовления для компенсации прогибов из-за приложенных нагрузок. Термин «изгиб» означает, что заданный прогиб вверх может быть встроен, например, в номинально горизонтальную ферму во время изготовления путем небольшого изменения длины элементов, чтобы ферма изгибалась вверх.

Ферма должна быть проанализирована для отдельных случаев нагрузки. Эти случаи объединены, чтобы создать самые жесткие условия для проектирования каждого элемента.Некоторые важные аспекты дизайна изложены ниже.

6.1 Компрессионные элементы в зданиях

Максимальные коэффициенты гибкости обычно определяются в кодах, и они часто ограничивают минимальный размер элементов, которые могут использоваться в легких ферм.

Допустимые максимальные значения гибкости:

Стержней, выдерживающих постоянную и приложенную нагрузку — 180

Стержней, противостоящих ветровой нагрузке — 250

Любой элемент, обычно действующий как связка, но подверженный изменению напряжения из-за ветра.
— 350

Эти ограничения гарантируют выбор достаточно прочных элементов, когда задействованы только легкие нагрузки.Ветровые нагрузки являются кратковременными, и допускаются более высокие значения гибкости, чем для статических и наложенных нагрузок. Эти правила также снижают вероятность повреждения во время транспортировки и монтажа. В связи с этим общепринято указывать, что минимальные размеры углов должны быть следующими:

  • равные углы 50 x 50 x 6L
  • неравные уголки 65 x 50 x 6L

Для расчета элементов в фермах, где вторичные изгибающие напряжения незначительны, делаются следующие допущения:

  • Для анализа стыки принимаются штифтовыми.
  • При расчете эффективной длины может учитываться жесткость соединений и жесткость соседних элементов.
  • Если точное положение точечных нагрузок на стропило относительно соединения элементов перемычки неизвестно, местный изгибающий момент можно принять как WL / 6.
  • В соответствии с пунктом 5.8.2 части 1.1 Еврокода 3 [2], длина продольного изгиба поясных элементов может быть принята как расстояние между соединениями с элементами стенки в плоскости и расстояние между прогонами или шпалами вне плоскости ферма.

Для элементов стенки длина продольного изгиба для продольного изгиба может быть принята равной 0,9L, где L — длина между узлами фермы.

На рис. 10 показаны фермы крыши на месте в здании с прогонами, обеспечивающими боковую поддержку верхнего пояса, и системой распорок нижнего пояса, обеспечивающей боковую поддержку нижнего пояса.

Два общих внутренних элемента фермы — это одноугловая прерывистая распорка, соединенная с косынкой или другим элементом, и двухугловая прерывистая распорка, соединенная с обеими сторонами косынки или другого элемента.Они должны быть соединены как минимум двумя болтами или эквивалентными им при сварке. Еврокод 3:
Часть 1.1: Пункт 5.8.3 устанавливает, что концевой эксцентриситет можно игнорировать, а стойки спроектированы как элементы с осевой нагрузкой в ​​соответствии с этим пунктом [1].

6.2 Компрессионные элементы в мостах

Обычно элементы фермы в мостах намного больше, чем в зданиях, и гораздо больше внимания следует уделять детальному проектированию элемента.
Еврокод 3: Часть 1.1 [2] применяется к зданиям, а очень консервативные значения длины продольного изгиба L и 0,9L не очень важны для относительно небольших пролетных ферм [1]. Однако для мостов, где абсолютная экономия на весе стали жизненно важна, предполагается, что вопрос полезной длины будет полностью рассмотрен в Еврокоде 3: Часть 2 [3].

При создании сечения хорды сжатия идеальным расположением материала будет такое расположение, которое создает сечение с радиусами вращения таким образом, чтобы отношение эффективной длины к радиусу вращения было одинаковым в обеих плоскостях.Другими словами, элемент с такой же вероятностью изгибается как по горизонтали, так и по вертикали.

Глубину элемента необходимо выбирать так, чтобы размеры пластины были разумными. Если они слишком толстые, радиус вращения будет меньше, чем если бы такая же площадь стали использовалась для формирования большего элемента с использованием более тонких пластин. Пластины должны быть как можно более тонкими без потери слишком большого количества материала при выводе эффективного сечения.

6.3 Натяжные элементы для зданий

Полые конструкции, соединенные сваркой, могут быть полностью эффективными.«Эффективная площадь» используется для углов, соединенных одной опорой. Теоретически можно использовать патроны или тросы; но они непригодны по практическим соображениям, так как им не хватает жесткости и они легко повреждаются. Те же минимальные сечения для угловых элементов, указанные выше для элементов сжатия, должны быть приняты для элементов растяжения.

6.4 Натяжные элементы для мостов

Натяжные элементы должны быть как можно более компактными, но их глубина должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить достаточное пространство для болтов в положениях косынки.Ширина фермы вне плоскости должна быть такой же, как у вертикалей и диагоналей, чтобы можно было получить простые притирочные косынки без необходимости упаковки.

При удалении отверстий для болтов необходимо сделать поправку на секцию сетки. Должно быть возможно достичь сечения сетки около 85% от общего сечения при тщательном расположении болтов.

6.5 Стержни, подверженные реверсированию нагрузки

Для зданий Еврокод 3: [2] требует оценки усталости только для:

а.Члены, поддерживающие подъемные устройства или катящиеся грузы.

г. Элементы подвергаются повторяющимся циклам нагрузки от вибрирующего оборудования.

г. Элементы подвержены колебаниям, вызванным ветром или толпой.

Даже в этих случаях оценка не требуется, если диапазон напряжения или количество циклов напряжения низкое.

В противном случае элементы, подверженные реверсированию нагрузки, должны быть рассчитаны на наихудшие условия.

Для мостов оценка усталости требуется для всех элементов, подверженных реверсированию нагрузки.

а. Здания

1. Делать каждого члена разного размера не всегда экономично. Проектировщик должен рационализировать размеры и использовать только две или три различных секции в небольших фермах пролета.

2. Следует выбрать минимальные размеры, чтобы предотвратить повреждение во время транспортировки и монтажа. Рекомендации изложены выше.

3. Таблицы безопасных нагрузок очень полезны, и элементы, подвергающиеся осевой нагрузке, можно выбирать напрямую. Элементы, подверженные осевой нагрузке и моменту, должны быть рассчитаны путем последовательных испытаний.Выберите исходный размер, предполагая, что сопротивление сжатию составляет 60% от полного сопротивления.

4. Большие фермы должны быть разделены на части для транспортировки. Для сборки фермы на месте используются соединения на болтах.

г. Мосты

1. Оптимальное значение отношения пролета к глубине зависит от величины переносимой временной нагрузки. Оно должно быть в районе 10, т.е. больше для автомобильного движения и меньше для железнодорожного. (Для двухпутной рельсовой загрузки это соотношение снизится примерно до 71/2.) Однако всегда следует проверять экономическую глубину для данного моста.

2. Следует выбрать четное количество отсеков в соответствии с конфигурацией диагоналей. Если выбрано нечетное число, будет центральная бухта со скрещенными диагоналями. Обычно это нежелательно, за исключением, возможно, центра поворотного моста. Диагонали должны быть под углом от 50 до 60 к горизонтали.

3. Сталь марки 50 должна использоваться для основных элементов, а сталь марки 43 должна использоваться только для элементов, несущих номинальную нагрузку, если ферма не должна изготавливаться в стране, где поставка стали более высокого качества является проблемой.Для фермы, спроектированной из стали класса 50, количество используемой стали сорта 43 обычно составляет около 7%.

4. Следует полностью осознавать проблемы, с которыми может столкнуться бригада по обслуживанию моста. Следует избегать деталей, которые могут задерживать дождевую воду, грязь и мусор. Все открытые участки должны быть полностью доступны для покраски. Коробчатые секции облегчают покраску, но прокатанные полые секции оставляют неприятные щели на стыках, если стыки не сварены.

  • Фермы и решетчатые фермы являются важными элементами в строительстве, где они используются для поддержки полов и крыш, а также для крепления.
  • Для мостов фермы могут быть экономичными для пролетов от 30 до 200 м. Их можно собирать из небольших частей и особенно удобно там, где доступ к месту затруднен.
  • Обычно используются статически определенные фермы. Сохраняйте простую конфигурацию, используя минимум участников и соединений.
  • Избегайте эксцентриситета нагрузки и соединений, чтобы снизить вторичные напряжения. Необходимо рассчитать вторичные напряжения из-за нагрузок, приложенных между узлами.
  • При проектировании необходимо уделить особое внимание обеспечению боковой поддержки.
  • Следует учитывать эффекты усталости мостов и некоторых элементов зданий.
  • Конфигурация элементов и тщательный расчет соединений особенно важны.