Автор: Гроздов В.Т.
Теги: сооружения и части сооружений по виду строительных материалов и методам возведения строительство деревянные конструкции
ISBN: 5-94034-016-4
Год: 2003
Текст
Общероссийский общественный фонд
OBlUfPQ
о
«Центр качества строительства»
Санкт-11етербургское отделение
Ы*НТ₽ КАЧЕСТВА
сг»»омтальет*А
В.Т. [роздов
Деревянные
наслонные
стропильные системы
Сднкт-Петеркурс
Издательский Дом КН
2003
УДК 624.011.1
Гроздов В.Т. Деревянные наслонные стропильные
системы.—СПб., Издательский Дом KN+, 2003. - 69 с.,
Рассмотрены деревянные наслонные стропильные
системы, применяемые в современном малоэтажном
строительстве, а также имеющиеся в старых зданиях,
конструкции узлов сопряжения элементов друг с другом и со
стенами, дефекты стропильных конструкций, вопросы ремонта
и усиления элементов стропильных систем.
Книга рассчитана на инженерно-технических работников,
производящих проектирование, возведение и эксплуатацию
стропильных систем, а также осуществляющих надзор за
строительством и эксплуатацией зданий с деревянными
стропилами.
Рецензент
Кандидат технических наук В.И. Шагаев (ВИТУ)
ISBN 5-94034-016-4
© Гроздов В.Т. 2003.
Введение
Деревянные стропильные системы широко применялись в
строительстве зданий с чердаками до начала шестидесятых годов
прошлого столетия.
С массовым внедрением сборного железобетона объем
применения деревянных стропил резко снизился. В девяностых
годах прошлого столетия деревянные стропильные системы стали
вновь возрождаться в малоэтажном жилом строительстве.
Однако, за несколько десятилетий был утрачен опыт их
проектирования и возведения. Начиная с пятидесятых годов
XX века простейшие конструкции крыш — наслонные стропила
в учебниках по деревянным конструкциям вообще не
рассматривались /13/.
Конструкции важных частей стропильных систем —
сопряжений элементов друг с другом, можно встретить только
в старых учебниках, справочниках и альбомах типовых деталей
/1, 11, 12,21,22, 24, 26 и др./.
Почти не осталось специалистов по деревянным стропилам
ни в проектных, ни в строительных организациях. Это привело
к массовому появлению дефектов в деревянных стропильных
системах. Трудности возникают и при создании новых
конструкций и при ремонте и усилении старых.
Автору на личном опыте хорошо известно положение в
строительстве, которое было в пятидесятых годах, и состояние
с деревянными конструкциями на стройках теперь в связи с
экспертизой проектов стропильных систем и обследованием
строящихся зданий.
Автор делает попытку изложить основные принципы
проектирования, возведения, ремонта и усиления элементов
деревянных стропильных систем с показом основных
дефектов этих систем и последствий, к которым они могут
привести.
3
Автор учитывает то обстоятельство, что в старое время
стропильные системы делались как из бревен, так и из брусьев,
а в настоящее время материалом для них служат в основном
доски и брусья.
При этом в строительстве часто применяют пиломатериалы
укороченной длины. Если прежде длина бревен и пиломатериа-
лов была, как правило, 6,5 м, то теперь она обычно не превы-
шает 5,5-6 м. Это создает определенные трудности при проекти-
ровании и возведении стропил.
Следует также учитывать, что древесина поступает на
строительство повышенной влажности, пиломатериалы и
готовые конструкции могут длительное время находиться на
открытом воздухе.
Все это следует иметь в виду при проектировании
деревянных стропильных систем.
1. КРЫШИ И ИХ СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ
Конструкция стропильной системы зависит от формы
крыш, ее размеров и материала кровли.
В состав крыши входят: кровля, стропила с обрешеткой и
чердачное помещение, расположенное между кровлей и
чердачным перекрытием.
При проектировании и устройстве крыши следует
учитывать то, что она представляет собой важную ограждающую
и образующую облик здания конструкцию. Прочность и долго-
вечность крыши должна соответствовать прочности и долго-
вечности здания.
Наклонные плоскости крыши называют скатами.
Пересечение скатов кровли образуют двугранные углы.
Исходящие двугранные углы называют ребрами, а входящие —
разжелобками или ендовами.
Горизонтальное ребро называют коньком, угол наклона
скатов определяется материалом кровли и архитектурными
соображениями.
Отношение высоты двухскатной крыши (с равными
скатами) к ее ширине называют подъемом крыши.
Проектируя крыши, следует стараться выполнить условие
равенства уклонов всех ее скатов. При этом крыша получает
более красивый вид, большую пространственную жесткость и
лучшие условия для стока дождевых и талых вод.
При одинаковых уклонов скатов все ребра и разжелобки в
плане направлены по биссектрисам углов, образующих
пересекающимися карнизными линиями. Линия конька крыши
проходит через точки пересечения ребер и разжелобков.
Часто архитекторы предлагает форму крыши не отвечаю-
щую конструктивному решению здания, сильно усложненную.
Следует иметь в виду, что чем проще форма крыши, тем она на-
дежнее. Любые переломы, выступы крыши являются потен-
циальными местами протечек кровли.
5
В зависимости от формы скатов кровли различаются сле-
дующие формы крыши (рис. 1): односкатная, двускатная (шип-
цовая), четырехскатная (вальмовая), двускатная (полувальмо-
вая); шатровая; четырехскатная (вальмовая, с переломом
ската), многошипцовая; мансардная (полувальмовая), мансард-
ная (вальмовая); пирамидальная (шипец), коническая (шипец).
коническая, сводчатая, купольная.
Двускатные крыши (рис. 1,6) получили название также
шипцовых, так как треугольные части стен в пределах чердака
называют шипцами или фронтонами.
Четырехскатная (вальмовая) крыша (рис. 1 ,в) состоит из
двух главных трапецевидных и двух треугольных скатов — вальм.
Полувальмовая крыша (рис.1,г) отличатся от вальмовой
тем, что в ней боковые скаты — полувальмы — срезают только
часть шипца. Полувальмы имеют по линии наибольшего
падения меньшую длину, чем главные скаты.
Если ребра четырехскатной крыши (рис. 1 ,е) сходятся в
одной точке, то такая крыша называется шатровой. Она состоит
из четырех вальм.
Многошипцовая крыша (рис.1,и) представляет собой
пересечение двух двускатных крыш одной высоты.
Мансардная крыша имеет два ската, из которых верхний
пологий, а нижний крутой.
Мансардная крыша может быть полувальмовой (рис. 1 ,к)
и вальмовой (рис. 1,л).
Пирамидальная крыша (шипец) (рис. 1,м) имеет вид
многогранной пирамиды с большим подъемом (высота крыши
равна или более ее ширины).
Коническая крыша (рис. 1,о) перекрывает круглые в плане
помещения, имеет коническую поверхность ската и вершину над
центром круга. Высокая коническая крыша (рис. 1 ,н) назы-
вается так же, как и пирамидальная, шипцом.
Сводчатая крыша (рис. 1, п) имеет вид свода,
ограниченного по круговой кривой, эллипсу, коробовой кривой.
Купольная крыша или купол перекрывает круглые или
многогранные в плане здания
Различают римские и византийские купола. Римский
купол в вертикальном профиле представляет полукруг (или
часть, меньшую полукруга)(рис. I ,р), полуовал или полуэллипс
с вертикальной большой полуосью.
Купол может иметь фонарь, перекрываемый вторым,
мелким куполом или главкою.
6
Рис. 1. Формы крыши: а — односкатная; б — двухскатная (шипцовая); в —
четырехскатная (вальмовая); г — двускатная (полувальмовая): д —
четырехскатная (полувальмовая); е — шатровая; ж — четырехскатная (вальмовая
с переломом ската); и — многошипцовая; к — мансардная (полувальмовая); л —
мансардная (вальмовая); м — пирамидальная (шипец); н — коническая (шипец):
о — коническая; п — сводчатая; р — купольная; 1 — вальм; 2 — полувальм; 3 —
ребро; 4 — конек
7
Византийский купол или главка состоит из верхней части
— луковицы и нижней части — шейки. Ширина луковицы может
быть равна ширине покрываемого пространства вместе с
карнизом, или она делается значительно шире перекрываемого
помещения. Византийские купола характерены для православ-
ных церквей, храмов.
Форма здания в плане влияет на форму крыши. Здание
сложной формы перекрывается элементами крыши простых в
плане зданий (рис.2).
Рис. 2. Примеры построения крыш в плане: а — при примыкании под
прямым углом двух объемов разной ширины: б — при пристройке к продольной
стене; в - при пристройках к торцевым стенам ; г — при смещении в плане двух
объемов; 1 — конек; 2 — разжелобок; 3 — ребро; 4 — вальм
2. СТРОПИЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
2.1 .Виды стропильных систем
В зависимости от того, являются ли стропильная система
безраспорной или распорной конструкцией различаются
насланные и висячие стропильные системы.
Наиболее простой и надежной является наслонная
стропильная система.
Висячие стропильные системы сложнее в изготовлении,
требуют более строгий надзор при эксплуатации и их труднее
ремонтировать и усиливать. Висячие стропильные системы
применяют в том случае, когда отсутствуют'внутреннис стены,
и стропила опираются только на наружные стены. Описание
висячих строительных систем приведено во многих
литературных источниках, поэтому автор их не рассматривает.
2.2 . Наслонные стропильные системы
Наслонные стропильные системы состоят из: стропильных
ног, прогонов, лежней, подкладок, стоек, подкосов, распорок,
мауэрлатов и шпренгелей (рис. 3).
Главными частями стропил являются стропильные ноги.
Основные стропильные ноги располагаются перпендикулярно
к карнизу. Они опираются одним концом на мауэрлатный брус,
а другим концом на прогон или, па конец другой стропильной
ноги. В последнем случае для исключения распора стропильная
система должна иметь ригели. При односкатной крыше оба
конца стропильной ноги опираются на мауэрлат.
9
Рис. 3. Схема деревянных наслонных стропил: а — поперечное сечение
крыш: б — план стропил; 1 - стропильная нога; 2 — прогон: 3 — подкосы; 4 —
мауэрлат; 5 — лежни; 6 — стоики; 7 — ригель; 8 — распорка; 9 — диагональная
(накоснпая )стропильная нога; 10 — нарожникп; 11 — шпренгель; 12 — кобылки
На стыке скатов, расположенных под углом 90° друг кдругу,
располагают диагональную (наносную) стропильную ногу.
Диагональные стропильные ноги длиннее основных. Поэтому
для них обычно делают дополнительную опору, называемую
шпренгелем. Шпренгель выполняют в большинстве случаев из
бруса или бревна, нагрузку на которые от диагональной ноги
передает через стойку.
Укороченные стропильные ноги, опирающиеся одним
концом на диагональную (накосную) ногу, а другими — на
мауэрлатный брус или на прогон называют нарожниками.
Опорами для прогонов являются стойки, опирающиеся на
лежень или подкладки.
10
Для уменьшения пролета стропильных ног (в том числе и
диагональных) применяют подкосы и ригели. Подносы и ригели
ставят у каждой пары стропильных ног.
Подкосы должны иметь угол наклона к горизонтальной
плоскости не менее 45’.
Сечение изгибаемых элементов стропильной системы (всех
видов стропильных ног, прогонов и шпренгелей) определяются
требованиями прочности и жесткости.
Опорные плоскости стропильных ног должны быть
горизонтальными (рис.4). Наклон опорных площадок приводит
к появлению распора или сползанию стропильной ноги.
Не рекомендуется делать врезки в мауэрлатном брусе и в
прогоне для опирания на них стропильных ног, так как это
вызывает ослабление мауэрлата и прогона и повышает
возможность их загнивания при попадании влаги во врезки.
Шаг стропильных ног определяется их расчетом. Он не должен
превышать 2 м. Желательно такое расположение основных опор
для стропильных ног, которое приводит к симметричному и
уравновешенному решению стропильной системы (рис.З).
Стропильные конструкции могут изготавливаться из
бревен, брусьев или досок.
По конструктивным требованиям /21/ сечение
элементов стропил не должны быть менее приведенных в
Рис. 4. Опирание стропильной ноги на мауэрлат при стропилах: а — из
брусьев и досок; б — из бревен. 1 — кобылка; 2 — стропильная нога; 3 — гвозди
5x150: 4 — угловая скоба; 5 — мауэрлат; 6 — гидроизоляционный рулонный
материал; 7 — скрутка из проволоки диаметром 4-6 мм; 8 — стеска
11
Таблица 2.1
Минимально допустимые сечения элементов стропил
Наименование Наименьшие размеры, сечения, мм
Бревен(диаметр в верхнем отрубе) Досок (попереч- ное сечение)
1 .Стропильные но- ги, подкосы.стойки 2.Г1рогоны, мауэр- латы 120 160 50x100 50x100
табл. 2.1 .Учитывая характер работы мауэрлатов и прогонов,
по мнению автора, не следует назначать их поперечное
сечение менее, чем 100x150 мм.
Под стойками устанавливают лежни или подкладки,
размеры которые можно принять/21/по табл.2.2.
Таблица 2.2
Размеры лежней и подкладок под стойками.
Система стропил Материалы внутрен- них стен, служащих опорами для стоек Тил лежней и подкладок
1 .Бесподкоспая 2. 3. Подкосная Стена из сплошной кладки. Стена из облегчен- ной кладки Стена из сплошной и облегченной кладки Коротыши из пластин d= 150-180 мм, или бру- са 150x100 мм длиной 500-700 мм. Сплошной лежень из пластин d= 160-180 мм или бруса 150x100 мм Сплошной лежень из пластин d= 160-180 мм или бруса 150x100 мм.
12
Мауэрлаты в зданиях с наружными стенами из
облегченных кладок, а также в случаях частого расположения
стропил (шаг стропильных ног менее 700 мм) устраиваются
непрерывными. На стенах из сплошной кладки при шаге
стропильных ног более 700 мм мауэрлаты можно устраивать из
коротышей длиной 500-700 мм.
Мауэрлаты и другие части стропил, соприкасающиеся с
кладкой, изолируются прокладками из рулонных гидроизо-
ляционных материалов. Это предохраняет их от возможности
отсыревания и загнивания.
Чтобы избежать смещение кровли ветром, концы наслои-
ных стропильных ног, уложенные на мауэрлат, соединяют с
мауэрлатом угловыми скобам, а через одну стропильную ногу
ставят скрутку из проволоки d 4-6 мм, связывающую
стропильную ногу с кладкой (рис.4) через ерши, забитые в
кладку на 300 мм ниже обреза стены под мауэрлатом. С этой
же целью желательно стропильную ногу прикреплять к прогону
также угловой скобой.
Расстояние от верха чердачного перекрытия до низа
мауэрлата не следует делать более 500 мм, до низа среднего
лежня — не более 400 мм.
Высота от чердачного перекрытия до низа ригелей для удо-
бства передвижения по чердаку не должно быть менее 1800 мм.
Практикой строительства выработаны наиболее рацио-
нальные схемы наслонных стропил в зависимости от формы
крыши и расположения внутренних опор.
При односкатных крышах в зданиях шириной до 4,5 м
стропильная система представляет собой стропильные ноги из
целых брусьев, досок или бревен, опирающихся на два
мауэрлата, установленных на разной высоте (рис. 5, а). При
ширине здания от 4,5 до 6 м (рис. 5, б) стропильные ноги обычно
изготавливают составными подлине. Для уменьшения пролета
стропильных ног ставят подкосы, упирающиеся нижним концом
в лежень. Подкос должен упираться в стропильную ногу в
пределах средней трети ее длины.
При наличии внутренней продольной стены вводится про-
гон, устанавливаемый на стойках, опертых на лежень.
При двух внутренних продольных стенах ставят два ряда
прогонов по стойкам (рис.5, г).
В двускатных крышах при расположении продольной стены
посередине здания под коньком кровли укладывается прогон,
опирающийся на стойки. Стойки устанавливают на лежень или
подкладки.
13
Рис. 5. Схема наслонных стропил односкатных крыш: а — при пролетело
4,5 м.; 6 — при пролетело 6 м; в — при наличии одной внутренней продольной
стены; г — при наличии двух внутренних продольных стен. 1 — стропильная нога;
2 — мауэрлат; 3 — подкос; 4 — прогой; 5 - стойка; 6 — лежень; 7 — распорка
Для обеспечения пространственной жесткости
стропильной системы делаются подкосы жесткости (ветровые
подкосы), упирающиеся у каждой стойке.
Если требуется усиление каждой стропильной ноги, то
подкос ставят у каждой ноги. Низ подкосов в этом случае
опирается на лежень.
Для обеспечения жесткости стропильной системы в
продольном направлении между стойками в пределах пролетов
прогона делают перекрестные связи из досок (рис. 6,а) или
применяют подкосные системы (рис. 6, б и в).
При пролетах прогона до 4,5 м ригель выполняют в виде
консольно-балочной многопролетной схемы (рис.6,а).
При шаге стоек 4,5-6 м устанавливают подкосы,
упираемые в прогон в третях пролета. В этом случае стыки
прогона располагают посередине пролета (рис.6,6). При шаге
стоек 3,5-5,0 м подкосы ставят через одну стойку (рис. 6,в).
При наличии двух продольных внутренних стен делают два
прогона на стойках(рис.З). Для обеспечения пространственной
жесткости стропильной системы в поперечном направлении
ставят у каждой стойки ригель жесткости или подкосы
жесткости.
14
Рис.6. Схема продольных рам стропильной системы: а — с прогоном в
виде консольно-балочной системы при 1=3-4,5; б — с подкосами в третях
пролета у каждой стойки при 1=4.5-6 м; в — с подкосами в половине пролета
у каждой стойки при 1=3,5-5 м. 1 — прогой; 2 — стойка; 3 — вертикальные
связи из досок; 4 — лежень; 5 — подкосы
Если при наличии двух прогонов у стропильных ног ставят
подкосы, то для восприятия создаваемого ими распора между
лежнями располагают распорки.
Если стропильные ноги опираются на два прогона, то в
коньке прогоны не ставят. Тогда концы стропильных ног
опираются друг на друга. Выше прогонов в этом случае
возникает распор, который воспринимают с помощью ригелей.
Аналогично поступают при внутренней продольной стене,
смещенной с середины здания (рис. 7). Диагональная нога из-
за значительной ее длины должна иметь промежуточную опору
в виде стойки, опираемой на шпренгель, уложенный
перпендикулярно биссектрисе угла, образованного наружными
стенами (рис. 3) или в виде подкоса.
15
Рис. 7. Схема стропил при внутренней продольной стене смещенной с оси
здания: 1 — стропильная нога; 2 — подкос; 3 — прогон; 4 — стойка; 5 — ригель;
6 — лежень
В ребре диагональная (наносная) стропильная нога
стесывается на два канта углом кверху, а в ендове — желобком,
для укладки на нее обрешетки. Угол в ребре или желобке при
равных углах наклона скатов определяется из формулы:
0 = 180° - 2 arcsin(y[2 slna)/2;
где а - угол наклона скатов к горизонту.
При устройстве стропильных ног из досок диагональная
стропильная нога делается из бруса или бревна. Изготовление
диагональных стропильных ног из пакета досок не
рекомендуется.
На рис. 3, 5 и 7 показаны места возможных стыков в
стропильных ногах из бревен или брусьев. Стыки стропильных
ног из пакета досок, равнопрочные целому сечению пакета,
можно устраивать в любых местах.
В старой литературе /1,2,3/ систему, состоящую из стропи-
льных ног, стоек, ригелей подкосов и распорок, расположенных в
одной плоскости и соединенных друг с другом называют фермой.
По современным представлениям это не совсем корректно.
Фермой следует называть вися1гую конструкцию, состоящую из
верхнего и нижнего пояса, раскосов и стоек.
Прочность и долговечность стропильной системы во многом
зависит от правильного решения узлов сопряжения элементов
системы друг с другом. Соединение элементов друг с другом должно
обеспечивать передачу расчетных усилий, обеспечивать работу
узлов при высыхании древесины, появлении трещин от усушки.
16
На рис. 4 показан узел опирания стропильной ноги на
мауэрлат, а на рис. 8 — на коньковый прогон. Стропильные ноги
при опирании на коньковый прогон могут упираться друг в друга
скошенными торцами (рнс. 8, а), либо располагаются вразбежку
рядом друг с другом (рис. 8, б и в). Площадки опирания
стропильных ног на прогон должны быть горизонтальными. При
упирании стропил скошенными торцами друг в друга их концы
соединяют накладками, прикрепляемыми к стропильным ногам
гвоздями или болтами.
При укладке стропил на коньковый прогон вразбежку
концы стропильных ног соединяют болтом и прикрепляемой к
прогону угловыми скобами.
Опирание стропильных ног на промежуточный прогон
показано на рис. 9. В стропильной ноге вырезается
горизонтальная площадка и стропильная нога прикрепляется к
прогону угловой скобой. Врезку в прогоне не следует делать.
На рис. 10 изображен узел прикрепления подкоса к стропильной
ноге. При стропильной ноге из бруса и бревна подкос можно
установить с врубкой (рис. 10, а и г). Одна из упорных площадок
подкоса делается перпендикулярной к оси подкоса. Подкос
прикрепляется к стропильной ноге скобами.
Чтобы не ослаблять стропильную ногу врубкой подкос из
бруса можно прикрепить к стропильной ноге с помощью
упорной планки (рис. 10, б). При стропильных ногах и подкосах
из досок прикрепить подкос к стропильной ноге можно с
помощью накладок и подкладок, прибиваемых гвоздями к ноге
и подкосу, как это изображено на рис. 10, в. Ригель прикрепляют
к стропильной ноге болтами (рис. 11, а и б). В старое время
примыкание ригеля к стропильной ноге осуществлялось врубкой
полусковороднем (рис. 11. в).
Стык стропильных ног в коньке при отсутствии конькового
прогона осуществляется упором друг в друга скошенных торцов
стропильных ног(рис. 12). Стык крепится парными накладками,
прибиваемыми к ногам гвоздями или соединяемые с помощью
болтов. На рис. 13 изображены узлы опирания прогона на
стойку и стойки на лежень. В прежнее время в прогоне и лежне
вырубались гнезда, а на торцах стоек делались шипы. Гнезда
ослабляют прогон, а в лежнях образуют места возможного
скопления влаги. В настоящее время вместо шипов и
выдолбленных гнезд применяют стальные штыри,
установленные в просверленные гнезда.
17
Рис.8. Опирание стропильных ног на коньковый прогон при стропилах :
а —из брусьев и досок; б — из бревен; I — стропильная нога; 2 — накладки; 3 —
гвозди 5x150; 4 — прогон; 5 — болт Ml 6; 6 — угловая скоба; 7 — стеска
Рис.9. Опирание стропильной ноги на промежуточный прогон при
стропилах: а — из брусьев и досок; б — из бревен; 1 — стропильная нога; 2 —
прогон; 3 — угловая скоба; 4 — стеска
18
Рис. 10. Опирание стропильной ноги на подкос при стропилах: а — из
брусьев с врубкой; б — тоже без врубки; в — из досок; г — из бревен; I -
стропильная нога; 2 — прямая скоба; 3 — подкос; 4 — накладки; 5 — прокладка;
6 — упорная планка; 7 — гвозди 5x150
Рис. 11. Прикрепление ригеля к стропильной ноге при стропилах: а - из
брусьев; б — из бревен; в — тоже врубкой полусковороднем 1— стропильная
нога; 2 — ригель; 3 — болты М16; 4 — стеска; 5 — гвозди 5x150
19
Рис. 12. Стык стропильных ног в коньке прн отсутствии конькового
прогона и стропилах: а — из брусьев н досок: б — нз бревен; 1 — стропильная
нога; 2 — накладка; 3 — гвозди 5x150; 4 — болт Ml6; 5 — стеска
Рис. 13 Опирание прогона на стойку н стойки на лежень при стропилах;
а — нз брусьев: б — из бревен; 1 — прогон; 2 — стойка; 3 — стальной штырь
0 16 длиной 150 мм; 4 — лежень; 5 — прямая скоба; 6 — часть скважины,
заполненная антисептической пастой; 7 — стеска
Опирание подкосов продольных рам изображено на рис. 14.
Подкосы должены плотно примыкать к стойке и лежню.
Подкосы со стойкой и стойка с лежнем соединяются скобами.
20
Рис. 14. Опирание подкосов продольных рам на лежень при стропилах:
а —из брусьев; б — нз бревен: 1 — подкос; 2 — стойка; 3 — прямая скоба; 4 —
лежень; 5 — стальной штырь 016 длиной 150 мм; 6 — стеска
В местах опирания подкосов, расположенных в плоскости
стропильных ног, на лежень в последнем делается вырезкой
площадки, перпендикулярные к оси подкосов. Подкосы
соединяют друг с другом скобами, а с лежнем стальными
штырями (рис. 15 и 16).
Рис. 15. Опирание подкосов на лежень в плоскости стропильных ног при
отсутствии стоек и стропилах; а — из брусьев; б — из бревен; 1 — подкос; 2 —
прямая скоба; 3 — лежень; 4 — стальной штырь 016длиной 150 мм; 5 — стеска
Диагональная (накосная) стропильная нога опирается на
мауэрлат через короткий шпренгель. В концах шпренгеля
делается выемка в воловину высоты сечения шпренгеля (17, а).
21
Рис. 16. Опирание подкосов на лежень в плоскости стропильных ног при
наличии стоек и стропил: а — нз брусьев; б — из бревен; 1 — подкос; 2 — стойка;
3 — прямые скобы; 4 — стальные штыри 0 16 длиной 150 мм; 5 — лежень
В старые времена врубка шпренгеля в мауэрлат осуществлялась
полусковороднем (рис. 17, б).
Рис. 17. Схема опирания диагональной (накосной) стропильной ноги на
мауэрлат при стропилах: а — из брусьев; б — из бревен; 1 — мауэрлат; 2 — малый
шпренгель; 3 — диагональная (накосная) стропильная нога; 4 — кобылки; 5 —
стальной нагель 016 мм;. 6 — гвозди 5x150 мм; 7 — угловая скоба; 8 — скрутка
22
Шарнирный стык стропильных ног и прогонов из брусьев
и бревен осуществляется косым прирубом (рис. 18). Стык
крепится одним болтом, М 16.
Рис. 18 Шарнирный стык стропильной ноги и прогона косым прирубом
при стропилах: а — из брусьев: б — нз бревен; 1 — стропильная нога или прогон;
2 - болт М 16
Равнопрочный стык стропильной ноги из досок
осуществляется прибивкой гвоздями накладки в месте
стыковки досок (рис. 19). Соединение нарожников из брусьев
и бревен с диагональной (накосной) стропильной ногой в
ребрах осуществляется врубкой нарожника полусковороднем
(рис. 20, а и в). Нарожник из досок можно прикреплять к
диагональной стропильной ноге в ребрах и разжелобнахс
помощью опорных и упорных брусков (рис. 20, б).
Рнс. 19. Стык стропильных ног из досок: а — из одной доски; б — из двух
досок; 1 - стыкуемая доска стропильной ноги; 2 — накладки; 3 — гвозди 5x150 мм
В разжелобках (ендовах) нарожники из брусьев и бревен
соединяются с диагональной (накосной) стропильной ногой
врубкой в последнюю (рис. 21).
23
При наличии конькового прогона диагональные (накосные)
стропильные ноги опираются на его консоль (рис. 22).
Диагональная стропильная нога соединяется с рядовыми
стропильными ногами скобами. При отсутствии конькового
прогона диагональные (накосные) стропильные ноги опираются
в коньке на опорный брус, врезанный в рядовые стропильные
ноги (рис. 23).
Рис. 20. Соединение нарожников сдиагональной (накосной)стропильной
ногой при стропилах: а — из брусьев полусковородием; б — из брусьев ндосок
с опорным бруском; в — из бревен полусковородием; 1 — иарожники; 2 —
диагональная (иакосная) стропильная нога; 3 — прямая скоба; 4 — упорный
брусок; 5 — опорный брусок
Рис. 21. Опирание нарожников па диагональную (наносную) стропильную
ногу разжелобка (ендовы) при стропилах: а - из брусьев; б — из бревен; 1 —
диагональная (накосная) стропильная нога; 2 — иарожники
24
Рис. 22. Опирание диагональных! накосных) стропильных ног на коньковый
прогон при стропилах: а — из брусьев; б — из бревен; 1 — прогон; 2 — стропильная
нога; 3 — диагональная(накосная) стропильная нога; 4 — стоика; 5 — стальной
штырь 0 16 длиной 150 мм; 6 — прямая скоба; 7 — болтМ 16; 8 — стеска
Рис. 23. Опирание диагональных (накосных) стропильных ног в коньке при
отсутствии конькового прогона и стропилах: а — из брусьев; б — из бревен; 1 —
стропильная нога; 2— опорный брус; 3 — подкос; 4 — прямые скобы; 5 —
диагональная (накосная) стропильная йога; 6 — болт М 16; 7 — гвозди 5x150;
8 — стеска
3. РАСЧЕТ ДЕРЕВЯННЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ КРЫШИ ПРИ
НАСЛОННЫХ СТРОПИЛЬНЫХ
СИСТЕМАХ
При расчете наслонных стропильных систем необходимо
выполнять расчеты прочности и деформативности обрешетки,
стропильных ног, прогонов, ригелей, узлов их наращивания и, в
некоторых случаях, прочности узлов сопряжения элементов друг
с другом. Согласно Норм /16/ опорные стойки и подкосы должны
иметь гибкость Ат не более 150 (l/b<44; l/d<3 7,5), элементы
связей не более (1/Ь< 58; l/d<50). Это, как правило, и
определяет размеры поперечного сечения этих элементов.
Предельные прогибы элементов наслонных стропильных
систем нс должны превышать для прогонов и стропильных ног
(кроме накосных) 1/200 их пролетов, для консольных выпусков
прогонов — 1/150 длины консоли; для диагональных (накосных)
стропильных пог — 1/400, для обрешетки и настилов — 1/150 их
пролетов.
3.1. Расчет обрешетки и настилов
Нагрузкой для обрешетки и настилов являются: их
собственный вес, вес кровельного покрова и снега.
Вес 1 м- обрешетки из брусков составляет
g=9,81h6b6p'yf/s6, (3.1)
26
где h6 и b6 — высота и ширина сечения бруса обрешетки;
s6, — шаг брусков обрешетки;
р — плотность древесины, которую можно принять
равной 500 кг/м3;
Т' — коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,1.
Шаг брусков обрешетки зависит от типа кровли. Для стальной
кровли он обычно равен 250 мм, для металлочерепицы в
зависимости от типа листов - 350-400 мм, для цементно-песчаной
черепицы, производимой группой БраасСкандинавия — 375 мм.
Рис. 24. Схемы к расчету обрешетки: из брусков (а), в виде сплошиного
настила (б), расчетная схема и эпюра изгибающих моментов при загруженип
собственным весом и снегом («), тоже при загружеини собственным весом и
сосредоточенной силон (г)
Для сплошных настилов над стенами и в разжелобках вес
1 м2 определяется по формуле
gt=9>81hHP7f
(3.2)
где hH — толщина досок настила.
Вес кровельного покрытия зависит от материала кровли.
Расчетный вес 1 м2 кровли g2 из оцинкованной стали можно принять
равным 75 Н, а 1 м2 кровли из глиняной черепицы 450-700 Н.
27
Расчетная снеговая нагрузка определяется по формуле
P=s0Wp (3.3)
где sg — нормативное значение веса снегового покрова на 1м2
горизонтальной поверхности земли, определяемое по
Нормам /19/ в зависимости от района строительства;
д — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли
к снеговой нагрузке на покрытие. При угле наклона
ската крыши а<25° Д=/; а при a£60° р=0. а при
промежуточных значениях д определяется по
интерполяции.
ц — коэффициент надежности по нагрузке для снега
принимается равным 1,4. При отношении
нормативного значения нагрузки от обрешетки или
настила и кровли (gln+g2n)/cosa к нормативному
значению веса снегового покрова £0Д менее 0,8
принимают ц = 1,6.
Кроме усилия, вызываемого действием собственного веса
обрешетки, кровли и снега,(рис 24, в) определяют усилие от
расчетной сосредоточенной монтажной нагрузки Р=/,2кЯ(вес
человека с инструментом) /16/. (рис 24, г)
В качестве расчетной схемы обрешетки и настила
принимается двухпролетная неразрезная балка. Сосредото-
ченная расчетная сила Р—1,2кНприкладывается на расстоянии
0,4321 от крайней опоры (где I — шаг стропильных ног).
Расчетная нагрузка на брусок обрешетки, действующая
перпендикулярно к плоскости ската кровли, определяется
формулой
Я=1(ё^ё2) cosa+ р cos2a] s6 (3.4)
Расчетная нагрузка на брусок обрешетки, действующая
параллельно скату кровли, определяется выражением
Я=1(gt+g2) sina + pcosasina]s6 (3.5)
Изгибающие моменты на средней опоре, действующие в
плоскости, перпендикулярной и параллельной плоскости ската
кровли,(рис 24,в) определяется формулами:
Ч = - «//«;
(3.6)
28
(3.7)
где I ~ пролет бруса обрешетки или настила, равный шагу
стропильных ног.
Условия прочности бруска обрешетки имеет вид
ст = Г„(М/IF + My/Wy) <Ru (3.8)
где уг ~ коэффициент надежности здания по назначению,
принимаемый равным для большинства зданий
0,95] 19];
IF и IF — моменты сопротивления поперечного сечения бруска
обрешетки относительно осей соответственно
параллельной и перпендикулярной плоскости ската
кровли;
Ru — расчетное сопротивление древесины бруска обрешетки
изгибу, принимаемое по Нормам /16/.
Сплошной дощатый пастил над наружной стеной делается
из досок толщиной равной высоте сечения бруска обрешетки,
поэтому расчет его прочности не требуется.
Если устраивается сплошной дощатый настил по всему
скату кровли, то его расчет производится на действие
изгибающего момента, определяемого формулой (3.6). При
этом нагрузка вычисляется по формуле (3.4) при s= 1 м.
Изгибающим моментом, действующим в плоскости
параллельной скату кровли, пренебрегают.
Условие прочности сплошного дощатого настила имеет вид:
^=Wif>/?„,
(3.9)
где IF =h2H/6 (3.10)
Сплошной дощатый настил в разжелобках (ендовах)
устраивают из досок, расположенных параллельно ендове. Угол
наклона разжелобка (ендовы) к горизонту при одинаковых
наклонах скатов составляет
а = arctg (sin а/уГ2 ) (3.11)
Пролет дощатого настила в разжелобке при одинаковых
наклонах скатов равен ^21, где I — шаг нарожников.
29
Ширина дощатого настила в разжелобках при стальных
кровлях зависит от длины разжелобка и его уклона аг
При длине разжелобка 10 м и угле его наклона а; больше
16° ширину дощатого настила делают равным 800 мм, а при
длине разжелобка более 10 м или значении аг менее 16° ширина
дощатого настила делается равной 1500 мм. Это объясняется
тем, что размеры стандартного кровельного л иста 710x1420 мм,
и в первом случае лист укладывается вдоль разжелобка, а во
втором — поперек разжелобка.
При кровлях из глиняной и цементно-песчаной черепицы,
а также из металлочерепицы ширина дощатого настила в
разжелобках 6 должна быть не менее ширины ендовой планки.
Согласно рекламным листам ширина ендовой планки в кровле
системы PROFILPLAT равна 600 мм, в кровлях системы Rannila
— 500 мм.
Нагрузка, действующая на настил разжелобка в плоскости
перпендикулярной скату кровли, определяется формулой (3.4)
с подстановкой s6 = 1 и заменой а па аг а изгибающий момент,
действующий в той же плоскости, вычисляется по формуле
Mx = -2qJ‘/8 (3.12)
Условие прочности сплошного настила в разжелобке
имеет тот же вид, что и условие прочности сплошного настила
на скатах (3.9).
При обрешетке из брусков и разреженном настиле при
расстоянии между осями досок или брусков более 150 мм,
сосредоточенный груз Р = 1,2 кН передается на один брусок
или одну доску.
Нагрузки при расчете прочности бруска обрешетки или
разреженного настила на действие сосредоточенной силы
Р= 1.2кН с учетом того, что эта сила распределяется на один брусок
обрешетки или на одну доску настила определяется по формулам
Qx—(gt^'g2) cosasg,; (3.13)
q,r(gt+g2) sinasy (3-14)
P=Pcosa; (3.15)
Py= P sina; (3.16)
Соответствующие изгибающие моменты в пролетах
вычисляются по формулам:
30
M=0,07qxl2 + 0,21 Pxl; (3.17)
M=0,07qyl2 + 0,21 PX1; (3.18)
Прочность бруска обрешетки при этом определяется
формулой
(3.19)
При расстоянии между осями брусков обрещетки или досок
разреженного настила не более 150 мм сосредоточенный груз
Р = 1,2 кН передается на два бруска или две доски. При этом в
формулу (3,19) следует подставлять моменты сопротивления Wx
и W двух брусков или двух досок.
Расчет прочности сплошного настила на действие
монтажной сосретодоченной силы Р =1,2кН иа скатах кровли
с учетом того, что нагрузка Р распределяется на две доски,
производится по формулам:
Q=2(g,+g2) cosabd;
Р = 0,5Р cosa;
Mx=0,014qxl2 + 0.21PJ ;
(3.20)
(3.21)
(3.22)
О’ — по формуле (3.9),
где Ьд~ ширина доски. Можно принять Ьд — 0,15 м;
W =bJi2/3
х д •
(3.23)
Расчет по прогибам обрешетки производится на действие
постоянной и снеговой нормативных нагрузок. Расчетной схемой
обрешетки будет являться двухпролетная неразрезная балка,
загруженная постоянной нормативной нагрузкой в обоих пролетах
и нормативной снеговой нагрузкой в одном пролете.(рис. 25)
V е и
Рис. 25. Расчетная схема к определению прогиба обрешетин
31
Относительный прогиб брусков и досок обрешетки при
этом будет определяться из выражения
f/l = l3[0,0052(g"+g2n) + 0,00906paicosaJcosa/(EJx) ,
(3.24)
где gIn — нормативное значение нагрузки от веса обрешетки.
Для обрешетки из отдельных брусков
gllt = 9,81htbjr/se; (3.25)
а для сплошного настила
gln = 9,81hi<P; (3.26)
g2n — нормативное значение нагрузки от 1м2 кровли. При
обрешетке из отдельных брусков вес 1 м2 кровли
умножается на шаг брусков;
рсп — нормативное значение снеговой нагрузки. При обрешетке
из отдельных брусков значение умножается на шаг
брусков;
Е— модуль упругости древесины, ддя сосны равен 10 000 МПа;
J. — момент инерции поперечного сечения обрешетки. При
обрешетке из отдельных брусков
J. = bcl^/I2, (3.27)
а при сплошном настиле
Л = (3.28)
Относительный прогиб сплошного настила разжелобков
(ендов) определяется по формуле
f/l = 4l3[0,0052(g}+g2n) + 0,00906 рсп cosafcosa, /(EJx).
(3.29)
Практические расчеты показали /12/, что определяющим
для брусков обрешетки является расчет их прочности, а для
сплошных настилов — расчет по прогибам.
32
3.2. Расчет стропильных ног
3.2.1. Рядовые стропильные ноги и нарожники
Стропильные ноги, опирающиеся только на мауэрлат и
коньковый прогон, работают как свободно опертые
однопролетные балки. Нагрузкой для них являются: вес
обрешетки, вес кровли, собственный вес стропильной ноги и
снеговая нагрузка при угле наклона ската не более 60° и
ветровая при больших углах наклона ската крыши. Расчетная
нагрузка на стропильную ногу, действующая перпендикулярно
скату, определяется при угле наклона ската крыши менее 45°
выражением (рис.26,а)
4tK1r(4^gtKcosa); (3.30)
где qx — нагрузка на обрешетку, определяемая по формуле (3.4),
умноженная на шаг брусков
g — погонный расчетный вес стропильной ноги;
I — шаг стропильных йог.
Рис. 26. Расчетная схема сропильной ноги при угле наклона к
горизонту» < 45" (а) и при а>45" (б)
33
При угле наклона ската крыши более 45° расчетная нагрузка на
стропильную ногу определяется по формуле (рис. 26,6)
+gclt/1)1 cosa + pw; (3.31)
W gt и g2— то же, что и в формуле (3.4)
— расчетное значение ветровой нагрузки.
Положительное давление на кровлю ветра бывает при
отношении высоты стены к ширине здания равным единице
только при углах наклонов скатов более 44°, а при отношении
высоты стены к ширине здания равном два и более при углах
наклона скатов более 47°. Таким образом, учитывать действие
ветровой нагрузки при расчете прочности стропильных ног
практически надо только при расчете мансардных,
пирамидальных, конических крыш и византийских куполов, углы
наклона скатов в которых могут достигать 76°. Так как при угле
наклона скатов крыши 44° коэффициент перехода от веса
снегового покрова на земле к снеговой нагрузке на покрытие у.
= 0,46, составляющая снеговой нагрузки перпендикулярной оси
стропильной ноги равна 0,52 от ее вертикальной составляющей,
и при совместном действии снеговой и ветровой нагрузки нужно
вводить коэффициент сочетания нагрузок у.=0,9, то значение
снеговой нагрузки в расчетах прочности стропильной ноги
составит не более 22 % от ее значения на поверхности земли.
Поэтому, при расчете стропильных ног мансардных крыш на
действие ветровой нагрузки снеговую нагрузку можно не
учитывать, если наклон скатна крыши превосходит 45°.
Расчетное значение ветровой нагрузки, действующей пер-
пендикулярно к оси стропильной ноги, определяется по формуле
Pw = w0kclcosa,
(3.32)
где wu — нормативное значение ветрового давления,
определяемое по Нормам/19/;
к — коэффициент, учитывающий изменение ветрового
давления по высоте, определяемый по Нормам /19/;
с — аэродинамический коэффициент, определяемый по
Нормам /19/;
I — шаг стропильных ног.
34
Изгибающий момент в стропильной ноге будет равен
М =0,l25q I2 ,
снх ’ ^снх • са *
где I — пролет стропильной ноги.
Условие прочности стропильной ноги имеет вид
(3.33)
<т= уМ / W <Ru
•п СНХ' X
(3.34)
где Wx — момент сопротивления поперечного сечения
стропильной ноги.
Прогиб стропильной ноги определяется от действия
нормативного значения постоянных нагрузок (обрешетки,
кровли, стропильной ноги) и снеговой нагрузки.
Относительный прогиб стропильной ноги, не опирающейся
на подкос, вычисляется по формуле
f/l = 5cosa [ (g,+g2„ + рсп cosa) I gCHn ]l’H /( 384EJx)
(3.35)
где Jx — момент инерции поперечного сечения стропильной ноги
относительно горизонтальной оси, проходящей через
центр тяжести сечения;
g — номативное значение погонного веса стропильной
&СНП г
НОГИ.
Если стропильную ногу, опирающуюся на мауэрлат и
коньковый прогон, не имеющую стык подлине, подпирает подкос
или промежуточный прогон, то изгибающий моменте стропильной
ноге в точке опирания подкоса или над промежуточном прогоне
можно определить по приближенной зависимости
М = -0,1258q I2
СНХ ’ • СНХ * I т
(3.36)
где 8 = 12/1,<1\
— расстояние по длине стропильной ноги от мауэрлата до
места опирания на подкос;
— расстояние по длине стропильной ноги от конькового
прогона до места опирания на подкос (/2 <7,).
35
Рис. 27. Расчетная схема стропильной ногн прн опирании ее на поднос
или промежуточный прогон (а) и эпюра изгибающих моментов и поперечник
сил (б): 1 —стропильная нога; 2—подкос; 3—промежуточная опора; 4—эпюра
изгибающих моментов; 5—эпюра поперечных сил.
В месте опирания на подкос в стропильной ноге обычно
делается врубка глубиной 30 мм (по нормам]16] глубина врубки
должна быть не более 0,25 высоты сечения элемента, в котором
делается врубка). Это следует учитывать при расчете прочности
стропильной ноги. Положительное значение изгибающего
момента в пролете 1{ ориентировочно можно вычислить из
выражения
Мснх = (0,125 - 0,05566)qCHX // (3.37)
По этому значению изгибающего момента проверяют
прочность пролетного сечения по формуле (3.34)
Для определения прогиба наслонной стропильной ноги,
опирающейся на подкос или промежуточный прогон,нужно
решить задачу со статически неопределимой системой с одним
лишним неизвестным. Однако приближенный относительный
прогиб такой стропильной ноги можно определить по формуле
///, = (0,0130 - 0,00788) /(EJJ (3.38)
где qcttnx — погонная нормативная нагрузка действующая
перпендикулярно к скату крыши, включающую
постоянную и временную нагрузки.
Чснпх = [(ё,+ё211 + Рс„ cosa) /+ gcHn ] cosa. (3.39)
8 — то же,что и в формуле (3.36)
36
При наличии стыка подпине стропильной ноги, выполненных
по шарнирной схеме (рис. 18), с опиранием стропильной ноги на
подкосили промежуточный прогон (рис. 28) изгибающий момент
определяется по формуле
М =0,125q l2-0,5q LL, (3.40)
снх ’ “сих * I ’ ‘снх 2 3 ' '
где qcHX, lt и 12~ тоже, что и в формуле (3.36);
I — расстояние подлине стропильной ноги от места
опирания на подкос до середины стыка
стропильной ноги (вылет консоли).
Относительный прогиб такой стропильной ноги можно
вычислить приблизительно по формуле (3.38), если принять
значение
8 = 0,5 l2l3 /12 . (3.41)
Рис. 28. Расчетная схема стропильной ноги при опирании ее на
промежуточный прогон и наличии шарнирного штыка по длине погн: 1 —
стропильная нога; 2—подкос; 3—эпюра моментов; 4—эпюра поперечник сил.
3.2.2. Диагональная (накосная) стропильная нога
Диагональная (накосная) стропильная нога, опирающаяся
только на мауэрлат и коньковый прогон или в коньке на опорный
брус, прикрепленный к стропильным ногам, рассчитывается на
37
действие распределенной по треугольнику нагрузке (рис. 29).
Вершина треугольной нагрузки располагается в ендове (рис.29)
на расстоянии 0,75 1ин cosa (где I — пролет диагональной
стропильной ноги) от конькового прогона и в ребре от мауэрлата.
Составляющая нагрузка, перпендикулярная кдиагональной ноге
в вершине треугольника в обоих случаях ориентировочно можно
определить по формуле
=0,5(gt+g2 + gjl + gHJl + р cosa) cosa,l
(142)
где a, — угол наклона к горизонту диагональной стропильной
ноги;
gCH — расчетный вес погонного метра стропильной ноги;
gHH — расчетный вес погонного метра диагональной ноги.
Рис. 29. Схема грузовой площади накосной стропильной ноги в
ендове (а) и расчетная схема накосной стропильной ноги (б): 1 - прогон;
2 - накосная стропильная нога; 3 - нарожники; 4 - грузовая площадь;
5 - стропильная нога; 6 - эпюра изгибающих моментов.
Максимальный изгибающий момент в диагональной
стропильной ноге с небольшим запасом можно определить как
в балке с треугольной распределенной нагрузкой с
максимальным ее значением посередине пролета балки.
М =а Г /12 (3.43)
СНХ “ НИХ * НН I \ г
где — пролет диагональной стропильной ноги.
Условие прочности диагональной стропильной ноги имеет
такой же вид, как и для рядовой стропильной ноги (3.34) с
заменой М на М
СНХ них
38
Относительный прогиб диагональной стропильной ноги
определяется по формуле
//С = °>5(ё,„+ё2п + geJ1 +
х cosa ,1^1^ /(120EJJ (3.44)
Если диагональная стропильная нога опирается на шпренгель
(рис. 30), то расчет ее прочности можно производить по формулам
(3.36) и (3.34), (3.36) и (3.37) с заменой М нх на Мннх.
При I, < 12ь формулах (3.36) и (З.З/) следует значение I,
заменить на значение 12. Относительный прогиб диагональной
стропильной ноги, опирающейся на шпренгель, можно прибли-
женно вычислить по формуле (3.38) при замене значения Qmnx на
QHHnx = °>64 (g^,.+ ScJl +ённ„ /1сК + Pcl,cosa) cosa, 1сн
(3.45)
5С-
Рис. 30. Расчетная схема накосной стропильной ноги при
наличии шпренгеля: 1 — эпюра изгибающих моментов; 2 — эпюра
поперечных сил.
3.3. Расчет прогонов
Расчет по прочности прогонов производят из условия
G = yM/Wnp <Ru (3.46)
39
где M — максимальное значение изгибающего момента в
вертикальной плоскости в прогоне;
Wnp — момент сопротивления поперечного сечения прогона
относительно горизотальной, проходящей через центр
тяжести его нормального сечени.
3.3.1. Прогоны, выполненные по
консольно-балочной системе (рис 6, а)
В коньковом прогоне изгибающий момент в пролете при
наличии двух консолей (рис. 31) и опирании стропильных ног
только на мауэрлат и коньковый прогон (рис. 32,а)определяется
по формуле
М = qnp (0,12512пр -0,251пр1к-0,325 Рк), (3.47)
где q — погонная нагрузка на прогон
Япр = (g,+g2 + gCH/l + Рс cosa) 1сн +grip (3.48)
gnp — расчетный вес погонного метра прогона;
g; g2H рс ~то же, что и в формуле (3.4);
1сн — длина стропильной ноги;
/ — длина прогона (расстояние между концами консолей);
I — вылет консоли.
Рис. 31. Расчетная схема консольно-балочного прогона: 1 —
эпюра изгибающих моментов.
40
Изгибающий момент над стойками при этом определяется
по формуле
M = -0,5qnpP (3.49)
Во вкладыше между консольными выступами прогона
изгибающий момент вычисляют по формуле
М = 0,125 qnpl26 (3.50)
где 1б~ пролет вкладыша.
Рис. 32. Расчетная схема стропильных ног с промежуточными
прогонами без стыка по длине ноги (а) и со стыком по длине ноги (б).
При наличии кроме конькового прогона промежуточных
прогонов (рис. 32,а) изгибающие моменты в коньковом прогоне
можно определить по формулам (3,47) и (3,49), подставив
значение qnp, вычисленное по формуле
Qnp = °>75b(g,+g2 + g„p/lt + Pccosa) I, +gnp. (3.51)
где 5 — то же, что и в формуле (3.36);
Во вкладыше в этом случае изгибающий момент
вычисляется по формуле (рис. 3.50) со значении q опреде-
ленным по формуле (рис. 3.51)
41
В промежуточном прогоне при наличии конькового прогона
(рис. 32,а) изгибающие моменты можно вычислить по формулам
(3.47) и (3.49), подставив значение q определенное по
формуле
Япр= (0,5+0,758) (g,+g2+gJl+Pccosa)l1+gnp. (3.52)
В промежуточном прогоне при отсутствии конькового
прогона (рис.32,б) изгибающие моменты определяются по
формулам (3.47) и (3.49), при подстановке значения qnp,
вычисленного по формуле
q = [(l,+l )2/2+(8l —t )(t,+ l )l
(g,+g2+gjl +pcosa) +gnp (3.53)
где 8 — то же, что и в формуле (3.36);
1ксн — вылет консоли стропильной ноги.
Относительный прогиб прогона при наличии двух консолей
можно определить по формуле
f/l = q (0,0131 < 0,0625 11 2) /[(EJ (I -21 ) J,
J' • npn ' ’ np ’ к np' fix 3^4 K'
где q — нормативное значение погонной нагрузки для расчета
прогибов;
1к — то же, что и в формуле (3.48)
J ~ момент инерции поперечного сечения прогона
относительно горизонтальной оси х, прихидящей через
центр тяжести поперечного сечения.
Нормативное значение погонной нагрузки для конькового
прогона при отсутствии промежуточных прогонов определяют
по формуле
о = (g,+g. + g /l+g // +p cosa) I (3.55)
“ npn \^In &2n &снп' &ПрП' CH *cn 'ch }
где ghl g2rr и Pcn ~ то же’ чт0 и в Ф°РмУле (3 24);
то же, что и в формуле (3.35);
gnpn — нормативный вес погонного метра прогона.
Нормативное значение погонной нагрузки q для
конькового прогона при наличии промежуточных прогонов
(рис. 32.а) вычисляют по формуле
42
QnPn = °>75S(S1+g2n + gCHn/t +pcncosa) l,+qnpn (3.56)
Значение qnp для промежуточного прогона при наличии
конькового ( рис.^2,а)прогона можно определить из выражения
Япрп = (0>5+0’758)(g,+g2,: + gcJl + Pcncosa) l,+gnpn
(3.57)
Значения q для промежуточного прогона при отсутствии
конькового прогона (рис. 32,6) можно вычислить по формуле
я.г.
(£,+£„,+S„,/l,+P„ (3 58)
3.3.2. Прогоны, выполнение с подкосами в третях
пролета у каждой стойки (рис. 6, б).
Прогон представляет собой в этом случае двухпролетную
неразрезную балку с консолями.
Рис. 33. Расчетная схема прогона с подкосами в третях прогона
у каждой стойки: 1 — эпюра изгибающих моментов
При наличии только конькового прогона изгибающий
момент в коньковом прогоне над стойкой и в месте опирания на
подкос можно вычислить по формуле:
М = -0,0046 q I2
' пр пр,
(3.59)
43
где q — погонная нагрузка на прогон, определяемая по формуле
(3.48);
I — длина прогона от конца одной консолидо конца другой
консоли (шаг стоек).
Изгибающий момент в пролете определяется по формуле:
М = 0,0093 q I2
, л ‘Пр пр,
(3.60)
где q и I — то же, что и в формуле (3.59).
При наличии кроме конькового прогона промежуточных
прогонов (рис. 32, а) изгибающие моменты на опорах и в пролете
определяются по формулам (3.59) и (3.60) с подставкой
значения qnp , вычисляемого по формуле (3.51).
Изгибающие моменты в промежуточном прогоне в этом
случае определяются по формулам (3.59) и (3.60) с подставкой
значения qnp, вычисляемого по формуле (3.52).
Изгибающие моменты в промежуточном прогоне при
отсутствии конькового прогона и наличии стыка стропильной
ноги (рис.32, б) можно вычислить по формулам (3.59) и (3.60)
с подставкой значения qnp, определяемого по формуле (3.53).
Относительный пригиб прогона можно определить по
формуле:
7, = 0,000483 q,pJs,„/(EJppp), (3.61)
где qnpn — для конькового прогона при отсутствии промежу-
точных прогонов вычисляется по формуле (3.55), а
при наличии промежуточных прогонов — по формуле
(3.56);
q ~ лпя промежуточных прогонов при наличии конькового
прогона вычисляется по формуле (3.57), а при
отсутствии конькового прогона — по формуле (3.58).
3.3.3. Прогоны, выполнение с подкосами в половине
пролета через одну стойку (рис. 6, в)
В этом случае прогон можно представить как
трехпролетную неразрезную балку (рис. 34).
44
пр
Рис. 34. Расчетная схема прогона с подкосами в половине пролета
через одну стойку: 1 — эпюра изгибающих моментов
При наличии только конькового прогона изгибающий
момент в коньковом прогоне над стойкой и в месте опирания на
подкос можно вычислить по формуле:
М =-0,0111 а I2 (3.62)
где q — погонная нагрузка на прогон, определяемая по формуле
ПР (3.48);
/ — длина прогона, равная полуторному расстоянию между
стойками.
При наличии только конькового прогона изгибающий
момент в коньковом прогоне над стойкой можно вычислить по
формуле:
М = 0.0089 q_pt’v, (3.63)
где qnpu 1пр — тоже, что и в формуле (3.62).
При наличии кроме конькового прогона промежуточных
прогонов (рис. 32, а) изгибающие моменты па опорах и в пролете
определяются по формулам (3.62) и (3.63) с подставкой
значения qnp, вычисляемого по формуле (3.51).
Изгибающие моменты в промежуточном прогоне в этом
случае определяются по формулам (3.62) и (3.63) с
подстановкой значения qnp, вычисляемого по формуле (3.52).
Изгибающие моменты в промежуточном прогоне при
отсутствии конькового прогона и наличии стыка стропильной
45
ноги (рис. 32, б) можно вычислить по формулам (3.62) и (3.63)
с подстановкой значения q, определяемого по формуле (3.53).
Относительный прогиб прогона можно определить по
формуле:
V = 0,000245 q I3 / (EJ ),
• I ’ • прп пр» ' прх' *
(3.64)
где qnpn — для конькового прогона при отсутствии
промежуточных прогонов вычисляется по
формуле (3.55), а при наличии промежуточных
прогонов — по формуле (3.56);
q ~ Для промежуточных прогонов при наличии
конькового прогона вычисляется по формуле
(3.57), а при отсутствии конькового прогона —
по формуле (3.58).
3.4. Расчет шпренгеля под диагональной
(накосной) ногой
Шпренгельпод диагональной накосной ногой в виде простой
балки (рис. 3) загружен через стойку диагональной стропильной
ногой. Нагрузку на стойку от диагональной стропильной ноги
можно ориентировочно определить по формуле
Л’^^^,5 + 0,755,)/^ (3.65)
r(g,+g2+gCH/l+gHH/lc+pccosa) 1сн; (3.66)
1нн /^2ия’
11нн — расстояние по длине диагональной стропильной ноги от
конькового прогона до стойки;
/2нн — расстояние по длине диагональной стропильной ноги от
стойки до мауэрлата;
Расчет прочности шпренгеля под диагональной
стропильной ногой производится из условия
0=0,25? F I /W <R ,
9 вп С Ш» ш и’
(3.67)
где 1ш — пролет шпренгеля;
Жш — момент сопротивления поперечного сечения шпренгеля,
относительно горизотольной оси, проходящей через
центр тяжести сечения.
Относительный прогиб шпренгеля определяется по
формуле
= (3.68)
где Fcn = 0,437(glr+g2n + gcJl +gHJlCH + pcncosa)
I (0,5+0,75d ) I ;
CH' 9 9 /Z HH
(3.69)
Jw — момент инерции поперечного сечения шпренгеля.
3.5. Расчет подкосов и стоек стропильной системы
Прочность подкосов и стоек определяется из условия
ynN/(pA <Rc
(3.70)
где N — усилия сжатия в подкосе или стойке;
(р — коэффициент продольного изгиба, определяется по
Нормам /16/;
А — площадь поперечного сечения подкоса или стойки;
— расчетное сопротивление древесины сжатию, опреде-
ляется по Нормам /16/.
Сжимающее усилие в подкосе (рис 35) определяют по
формуле
Рис. 35. Схема к определению
усилий в подкосе:
1 — стропильная нога; 2 - подкос.
47
= I(S,+g, + g../l + P,cosa)t 1,(0,5+0,756)]/
f (1+8) sina.J, (3.71)
где 8 — то же, что и в формуле (3,36);
а2~ угол наклона подкоса к горизонтальной плоскости.
Сжимающее усилие в стойке, подпирающей коньковый
прогон, при отсутствии промежуточных прогонов вычисляется
но формуле
m = (g,+g2 + gCH/l +gnp/lCH pccosa)lCH lnp. (3.72)
Сжимающее усилие в стойке, подпирающей коньковый
прогон при наличии промежуточных прогонов (рис 32)
определяется из выражения
Nm = 0J58(g,+g2 + gjl +gnp/lI+pccosa)ll I
Сжимающее усилие в стойке, подпирающий промежу-
точный прогон, при наличии и отсутствии конькового прогона
можно вычислить по формуле
N m = (g,+g2 + gm/l +gnp/l, + Pccosa)!, (0,5+0,755)^.
Как уже отмечалось выше, сечение подкосов и стоек
регламентируется предельными их гибкостями.
3.6. Расчет узлов сопряжения элементов
стропильной системы
3.6.1. Расчет стыка наращивания стропильной ноги
При недостаточной длине пиломатериалов может
производиться наращивание стропильных ног по длине. Стык
стропильных ног из досок должен быть равнопрочным целому
сечению. Из этого условия стыковые накладки должны иметь
момент сопротивления и момент инерции их поперечного
сечения не меньше, чем соответствующие характеристики
стыкуемого элемента. Поэтому стыковую накладку (рис. 19)
делают такого же поперечного сечения, как и стыкуемая доска,
48
и прикрепляют к стропильной ноге с помощью гвоздей или
нагелей. Соединение накладки со стропильной ногой должно
обеспечивать условие:
Я W <2(Тп к — Q/n )srn,
U CH ' Ш 'f Н' ’
(3.75)
где W — момент сопротивления сечения стыкуемой доски;
Т — расчетная несущая способность гвоздя или нагеля па
один шов, определяемая по Нормам /16/;
п — число расчетных швов (в стыке на рис. 19,а п = 2, а
на 19,6 пш— 1);
к — количество рядов гвоздей или нагелей (обычно к=2);
Q — поперечная сила, действующая в месте стыка;
пн — число гвоздей или нагелей, расположенных в одном
ряду по одну сторону от стыка;
m — коэффициент определяемый в зависимости от числа
п по табл. 3.1
ti
Таблица 3.1
Значения коэффициента m в зависимости от ли
«« 4 5 6 7 8 9 10 11 12
m 1,67 2,50 3,50 4,67 6,00 7,50 9,17 11,0 13,0
Гвозди и нагели не рекомендуется размещать по оси
стыкуемых элементов, так как чаще всего трещины от усушки
древесины располагаются вблизи оси элементов.
Длина накладок должна быть равна 2s(nH+l). Необходимо
соблюдать требование Норм /16/ к минимально допустимым
значениям s/t s2 и (рис. 19).
Стык стропильных ног из брусков и бревен можно
выполнить с применением хомутов (рис.36). Хомуты выполняют
Рис. 36. Схема
стыка стропильной ноги с
применением стальных
хомутов:
1 — стыкуемая стропиль-
ная нога; 2 — накладки; 3
— отрезки швеллеров;
4 — болты
49
г
из отрезков швеллера и болтов. Стыковые накладки
прикрепляют конструктивно к концам стыкуемых элементов
четырьмя болтами или шестью гвоздями и стягивают хомутами.
По каждую сторону от стыка ставят два хомута.
Диаметр одного болта хомута с учетом ослаблением
нарезкой определяют из уравнения
dt > JzJRJK. /7l^J. (3.76)
где Ru — расчетное сопротивление древесины изгибу,
определяемое по Нормам /16/;
W — момент сопротивления поперечного сечения
стыкуемых элементов стропил;
Rhl — расчетное сопротивление болтовых соединений,
определяемое по Нормам /20/;
s — шаг хомутов.
Швеллер хомута подбирается из условия
Wyui >0,5 RbtAen lu/Ry7c (3.77)
где Agn — площадь поперечного сечения болта нетто, можно
принимать Аеп = 0,2 Л(1% ;
1ш — расстояние по длине швеллера между болтами
хомутов;
Ry — расчетное сопротивление стали швеллера, опре-
деляется по Нормам /20/;
7х~ коэффициент условий работы швеллера, равный 0,9.
В соединении хомутами необходимо проверить на смятие
древесины под швеллерами из условия
2 Rbf Аеп <RCM9qA (3.78)
где Rcm90 ~ расчетное сопротивление древесины смятию поперек
волокон стыкуемых элементов и накладок,
определяемое по Нормам /16/;
А — меньшее значение площади швеллера, принимаемой
к стыкуемой стропильной ноге или к двум накладкам.
Усилие в хомутах уменьшается с увеличением шага
хомутов 1х.
50
Расстояние от осей болтов хомутов до стыка стропильных
ног и до торцов накладок 14 рекомендуется делать не менее 150
мм. Длина накладок равна 2sx+4l4 (рис.36).
3.6.2. Расчет врубки подкоса в стропильную ногу
Сжимающее усилие в подкосе N определено уравнением
(3.71). По этому усилию следует рассчитать врубку на смятие
по углом а3 = а + а2 (рис 37). Площадь смятия должна
удовлетворять условие
у N <R , А
•п под смаЗ см
(3.79)
где RCMa3 — расчетное сопротивление смятию древесины в
лобовой врубке под углом а3, определяемое по Нормам /16/;
А — площадь смятия в лобовой врубке.
Рис. 37. Схема к расчету врубки подкоса в стропильную ногу :
1 — стропильная нога; 2 —подкос 3 — скоба;
При врубке бруса в брус
А = b Ji /cosa,, (3.80)
см под вр* 3 ’ ' '
где b од~ ширина поперечного сечения подкоса;
к — глубина врубки подкоса в стропильную ногу.
51
При врубке бревна в бревно /11/
А = 0,8d ,h /cos а.., (3.81)
см ’ под epi 3 J ' i
где d — диаметр бревна подкоса.
3.6.3. Расчет прикрепления затяжки (ригеля) из
досок к стропильным ногам
Затяжка из досок может прикрепляться к стропильной ноге
двумя болтами (рис. 11, а и б). 11есущая способность одного болта
равна меньшему из значений, определяемому по формулам
Т8<0,35 cd k (3.82)
T8<k ad f (3.83)
T < l,8d2A 0,b2 a2; (3.84)
T8<2,5d2b; (3.85)
где с — толщина стропильной ноги, см;
а — толщина доски затяжки при с > а > 0,35 с, см;
d6 — толщина болта, см;
ka — коэффициент, учитывающий угол смятия древесины,
определяемый по 11ормам /1 б/. Угол смятия древесины
стропильной ноги равен углу наклона ее к горизонту;
kH — коэффициент, определяемый по Нормам /16/.
Усилие, которое может воспринять два болта, должно быть
нс меньше усилия в затяжке.
Усилие в затяжке определяется формулой
N3an, = (St+g2 + Рс COSa)1 l2 Ct£a' (3.86)
где l2~ расстояние подлине стропильной ноги от ригеля до конька
Соединение на болтах является ненадежным так как при
усушки древесины ригеля (затяжки) могут образоваться трещины,
совпадающие с болтами. Более падежным является соединение
ригеля (затяжки) со стропильной ногой врубкой полусковородпем
(рис. 11, в). При соединении полусковорднем ригель (затяжка)
крепится конструктивно одним болтом или гвоздями. Условие
прочности присоединения ригеля к стропильной ноге врубкой
полусковородпем определяется неравенством
52
у N <R A
•fi зат сма зат
(3.87)
где RcMa — расчетное сопротивление древесины ригеля смятию
под углом
90° — а3(где а3 — угол наклона площадки смятия к оси
ригеля, см. рис. 11 ,в);
Азат — площадь смятия ригеля
A =h I
зат вр вр
(3.88)
Здесь he — глубина врубки ригеля в стропильную ногу;
I — длина скошенной площадки врубки.
3.6.4. Расчет узла опирания нарожников на
диагональную (накосную) стропильную ногу
При выполнении стропильной системы из брусков и досок
врубку нарожников в диагональную (накосную) стропильную
ногу рекомендовать нельзя. Целесообразно в этом случае к низу
диагональной стропильной ноги прибить опорный брусок, па
который и опирают нарожпики (рис. 20, б).
Опорный брусок должен быть рассчитан на опорную
реакцию нарожника которая, определяется по формуле
= 0,5(g,+g2 + gcH/l + pccosa)l 1яар, (3.89)
где 1нар — длина нарожника.
Прикрепление опорного бруска к диагональной
стропильной ноге осуществляется гвоздями, количество
которых на один иарожник и определяется из условия:
у F <Тп,
•пн
(3.90)
где Т — расчетная несущая способность одного гвоздя на один
шов соединения определяется в соответствии с
Нормами/16/ из условий:
T<0,8ad;
Т <0,8(1 —а —0,2—l,5d) <1;
Т <i”5d2 + 0,01 а2;
Т <4 d2,
(3.91)
(3.92)
(3.93)
(3.94)
53
где а — толщина опорного бруска;
d — диаметр гвоздя, см;
1гв — длина гвоздя, см.
3.6.5. Расчет узла опирания прогона на стойку и
стойки на лежень
Узел опирания прогона на стойку и стойки на лежень
рассчитывается на усилие в стойке Ncm, определяемое по
формулам (3.72), (3.73) и (3.74). Из условия смятия древесины
прогона или лежня под углом 90" получают уравнение для
расчета прочности узла
у N <J? опА ,
•п см см9и см ’
(3.95)
где Асм — площадь торца стойки, упираемой в прогон или
лежень.
4. ДЕФЕКТЫ ДЕРЕВЯННЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ КРЫШИ
Наиболее распространенными дефектами деревянных
элементов крыши являются:
— коробление, растрескивание элементов стропил из-за
применения древесины повышенные влажности;
— отсутствие или недостаточное антисептирование и
обработка антипиренами древесины;
— отступление от проектных размеров конструкций;
— неправильное выполнение соединений элементов друг
с другом;
— поражение древесины гнилыо;
— поражение древесины насекомыми;
— утрата некоторых элементов стропильной системы при
эксплуатации здания.
Во многих случаях в деревянных элементах крыши
применяется древесина естественной или повышенной
влажности. Это приводит к появлению в бревнах, брусьях и
досках продольных трещин от неравномерного высыхания
древесины, вызывает коробление пиломатериалов и
способствует образованию гнили. Продольные трещины в
изгибаемых и сжатых деревянных элементах мало сказываются
на их несущей способности. По-иному дело обстоит с
растянутыми элементами. Продольные трещины в них часто
совпадают с отверстиями для нагелей и местами забивки гвоздей
в стыковых соединениях элементов, с площадками скалывания
во врубках. Это приводит к значительным деформациям стыков
и, иногда, к полному разрушению конструкции. Поэтому
использование древесины естественной и повышенной
влажности для изготовления растянутых элементов
недопустимо.
55
Применение в конструкциях крыши даже высушенной
древесины без соответствующей антисептической обработке
грозит поражением ее гнилыо в местах замачивания. Однако, и
антисептирование древесины нс является гарантией от ее
загнивания, если происходит систематическое увлажнение
древесины и отсутствует должная вентиляция чердачного
помещения.
Гниение древесины происходит в результате деятельности
домовых грибов: настоящего, белого, пленчатого домовых
грибов, а также шахтного или пластинчатого домового гриба.
Грибница домовых грибов питается в основном клетчаткой
древесины(целлюлозой), вызывая деструктивную трухлявую
гниль древесины, приводящую к разрушению деревянных
элементов. Жизнедеятельность домовых грибов протекает при
температуре от + 3 до + 45 С°. Начинается она при средней
влажности древесины не ниже 20 %.
Для возникновения гниения необходимо увлажнение
древесины до появления в ее полостях капельно-жидкой влаги.
Последующее же увлажнение происходит в результате
химического разложения древесины при участии гриба, так как
в результате биохимического процесса гниения выделяется воды
в шесть раз больше, чем потребляется в начале этого процесса.
Однако процесс гниения самостоятельно не может развиваться
при хорошей вентиляции, которая уменьшает влажность
древесины. Таким образом, домовой гриб может поразить даже
просушенную вначале и обработанную антисептиком древесину,
если в процессе эксплуатации конструкция будет периодически
увлажняться без необходимой вентиляции. Это происходит в
местах протекания кровли и при нарушениях теплового режима
чердачного помещения.
Поражение древесины насекомыми в большинстве случаев
оказывается более серьезными, чем поражение грибами.
Насекомые проедают в древесине ходы, которые резко
ослабляют деревянные конструкции. Борьба с насекомыми
труднее, чем борьба с грибами.
При отсутствии или плохом исполнении покрытия
деревянных конструкций антипиренами резко возрастает
скорость распространения огня на чердаке и уменьшается
огнестойкость конструкций.
Уменьшение сечения элементов стропильной системы,
увеличение шага стропильных ног и пролетов приводит к
соответствующему снижению прочности конструкций чердака.
56
Наиболее часто допускается неправильное выполнение
узлов сопряжения элементов друг с другом. Глубина врубки
должна строго соответствовать проекту. При занижении
глубины врубки соединение будет иметь недостаточную
прочность из условия смятия древесины. При увеличении
глубины врубки прочность элемента, в котором сделана врубка,
может оказаться недостаточной из-за уменьшения площади его
поперечного сечения в месте врубки. Упорная площадка во
врубке должна быть перпендикулярна к действующему усилию
в элементе, вставленном во врубку. Это требование часто
нарушается во врубках в подкосах. Очень распространено
неправильное выполнение узла опирания стропильной ноги па
мауэрлат (рис. 38) и на коньковый и дополнительные прогоны.
В узлах примыкания элементов друг к другу нельзя оставлять
зазоры. Должны быть поставлены все скрепляющие и фикси-
рующие элементы узлов соединения (стягивающие болты,
угловые и прямые скобы) (рис. 4, 8-18, 20-23)
Рис. 38. Правильное (а) и неправильное (о) и («) выполнение опирания
стропильной ноги на мауэрлат: 1 — стропильная нога; 2 — угловая скоба; 3 —
скрутка; 4 — мауэрлат; 5 — рулонный гидроизоляционный материал
Диаметр отверстий для нагелей в сопрягаемых элементах
и накладках должен соответствовать диаметру нагелей. Если
диаметр отверстий будет больше, чем диаметр нагелей, то
прочность соединения будет неудовлетворительный, и
соединение получит большие деформации.
57
Если диаметр отверстий будет меньше диаметра нагелей,
то при забивки последних может произойти раскалывание
деревянных элементов.
Необходимо строго соблюдать количество, диаметр и шаг
нагелей и гвоздей в соединениях элементов. При уменьшении
шага нагелей и гвоздей против указанного в проекте в
соединениях могут образоваться трещины вдоль нагелей и
гвоздей.
Утрата некоторых элементов стропильной системы меняет
характер ее работы. Так, при утрате ригелей стропильная
система становится распорной, передающей распор на стены,
на который последние обычно не рассчитаны. При этом
увеличивается также свободная длина стропильной ноги.
Утрата ригелей и подкосов жесткости снижает прост-
ранственную жесткость стропильной системы, уменьшает ее
сопротивление действию ветровой нагрузки.
Гнезда в стропильной ноге, сделанные для прикрепления к ней
ригеля полусковороднем, сильно ослабляют стропильную ногу.
5. ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА
ЧЕРДАЧНОГО ПОМЕЩЕНИЯ НА
СОХРАННОСТЬ ДЕРЕВЯННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ КРЫШИ
Во многих зданиях нарушается требуемый тепловой режим
чердачных помещений. При отрицательный температуре
наружного воздуха внешняя поверхность кровли должна иметь
температуру ниже нуля. В противном случае происходит таяние
снега на кровле. Талые воды замерзают в желобах, на карнизной
части кровли и в водосточных трубах, а на свесах кровли
образуются сосульки (рис. 39). Это приводит к застою талой
воды у образовавшихся ледяных преград и к протечкам кровли,
способствующей разрушению водосточных труб и травмирова-
нию людей падающими при оттепелях сосульками.
Температура наружной поверхности кровли в зданиях с
чердаками зависит от температуры воздуха в чердачном
помещении, сопротивлению теплопередаче снегового покрова
на кровле и самой кровли.
Источниками поступления тепла на чердак являются
теплопотери через чердачное перекрытие, от систем отопления
и вентиляции, размещенных в пределах чердака, через дверные
проемы из лестничных клеток на чердак. Фактором,
благоприятствующим снижению температуры воздуха на
чердаке, является вентиляция через слуховые окна с жалю-
зийными решетками, зазоры между штучными элементами
кровельного покрытия и щели между кровлей и верхом стен.
Обследование зданий показало, что в большинстве случаев
сопротивление теплопередаче чердачных перекрытий для
обеспечения требуемой температуры на чердаке недостаточно,
трубы системы отопления имеют слабую теплоизоляцию и местами
59
Рис. 39. Схема образования льда в желобах и на свесах кровли: 1 - лед;
2 — талая вода
вообще оголены, вентиляционные камеры и каналы имеют щели,
двери на чердак не утеплены или остаются открытыми в зимнее
время, в слуховых окнах отсутствуют жалюзийные решетки
(слуховые окна часто забивают фанерой или досками).
При таком состоянии конструкции чердака обеспечить
нужный тепловой режим на чердаке невозможно, и снег на кровле
будет таять и при отрицательной температуре наружного воздуха.
Теплотехнические расчеты показывают /6/, что даже при
соблюдении требований старых Норм /17/ к минимально
допустимому сопротивлению теплопередаче чердачных
перекрытий на большей части России обеспечить нужный
тепловой режим не представляется возможным. В новых
зданиях, запроектированных в соответствии с требованиями
современных норм /18/, нужный тепловой режим чердака
обеспечивается автоматически при качественном утеплении
труб отопления системы вентиляции и входов из лестниц на
чердак. Следует отметить, что на некоторых новых домах не
соблюдается требования Норм /18/ к сопротивлению
теплопередаче. На таких домах могут возникнуть проблемы с
60
созданием на чердаке нужного теплового режима со всеми
вытекающими отсюда последствиями.
В последнее время получили распространение здания, в
которых воздух из вентиляционных каналов поступает на чердак,
а отсюда через шахты удаляется в атмосферу. В этом случае
необходимо произвести теплотехнический расчет утепленного
совмещенного кровельного покрытия для определения
температуры кровли при отрицательных температурах
наружного воздуха.
Слуховые окна с жалюзями для проветривания чердачного
пространства следует располагать на противоположных скатах
крыши так, чтобы на чердаке не оставалось непроветриваемых
пространств. Площадь живого сечения вентиляционных
приточных и вытяжных отверстий в чердачных крышах
(жалюзийных решеток, карнизных и коньковых вентиляционных
щелей) должна быть не менее 1/250 площади чердачного
перекрытия /28/.
При отсутствии вентиляционных карнизных и коньковых
щелей на каждые 50 м2 площади чердака требуется одно
стандартное слуховое окно с жалюзями. Слуховое окно с лазом
должно располагаться на таком расстоянии от наружной стены,
чтобы верхняя часть окна была выше верха чердачного
перекрытия не менее, чем на 1,75 м.
6. УСИЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ
СТРОПИЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
При наличии дефектов, рассмотренных в п.п. 4 и 5,
вызвавших недопустимое снижение несущей способности или
деформации, превыщающие предельно допустимые по Нормам
/16/, возникает необходимость в усилении элементов крыши.
6.1. Усиление обрешетки
Наиболее распространенным дефектом обрешетки из
брусков и сплошного настила является ее загнивание в местах
протечек кровли и образования конденсата. Обрешетка,
пораженная гнилью, должна быть заменена с полным
удалением сгнивших участков. Делается это во время полной
замены кровли и путем частичной разборки кровли над
сгнившими участками обрешетки. Подведение новых брусков
обрешетки между сгнившими не дает нужного эффекта, так
как кровля имеет соединения со старой обрешеткой
(кляммерами, шурупами, гвоздями) и присоединить ее к новым
брускам обрешетки без нарушения кровли практически
невозможно.
Обрешетка из сплошного настила может быть заменена
только с разборкой существующей кровли.
62
6.2. Усиление мауэрлатов и лежней
Сгнившие участки мауэрлатного бруса удаляют,
предварительно вывесив стропильные ноги, опирающиеся на
дефектный участок мауэрлата. Вновь установленный
мауэрлатный брус примыкает к сохранившимся участкам
торцами и соединяется с ними скобами. Стропильные ноги
соединяют с новым мауэрлатом угловыми скобами и скрутками,
прикрепленными к костылям, забитыми в стену.
Сгнившие лежни также заменяют новыми, вывесив
предварительно стойки и прогоны, опирающиеся на заменяемый
лежень.
6.3. Усиление стоек и подкосов
Дефектные стойки под прогонами и подкосы либо заменяют
новыми либо ставят рядом с дефектными новые, обеспечивая
подклинкой включение их в работу. Стойку, пораженную гнилью,
можно не убирать, исходя из того, что при отсутствии причин
увлажнения древесины и нормальной вентиляции чердачного
помещения процесс гниения не может развиваться. Необходимо
только хорошо обрабатывать гнилую стойку антисептиком. При
гибкости стоек и подкосов, превышающей допустимую, на их
боковые поверхности набивают доски или бруски.
6.4. Усиление прогонов
Замена поврежденного прогона, особенно конькового,
всегда вызывает большие трудности. Это связано с
необходимостью вывешивания всех стропильных ног,
опирающихся на дефектный прогон. В большинстве случаев
такие вывешивания можно осуществить только путем
временного опирания стропильной системы на чердачное
перекрытие, а это не всегда возможно. Сложна и подгонка
существующих стропильных ног к новому прогону.
Во многих случаях целесообразно не удалять дефектный
прогон, а выполнить его усиление. Это можно осуществить
63
подводкой под него нового прогона, опирающегося на новые
стойки, установленные рядом со старыми (рис. 40).
Можно дефектный прогон усилить присоединением к нему
болтами с двух сторон досок или брусков (рис. 41) Возможно
также усилить прогон установкой под него подкосов или стоек,
созданием ригельно-подкосной системы (рис. 42).
Рис. 40. Схема усиления прогона подводкой под него нового прогона:
1 — существующий дефектный прогон: 2 — новый дополнительный прогон; 3
- стяжные болты; 4 — старые стойки; 5 - новые стойки.
Рис. 41. Схема усиления прогона наращиванием его сечения с двух сторон:
1 - усиливаемый прогон; 2 - накладки из брусьев илн досок; 3 - стяжные болты;
4 — опорный брус; 5 - гвозди 5/150 мм; 6 — стоика; 7 — стропильная нога
64
Рис. 42. Усиление прогона ригельно-подкосной системой: 1 — усиливаемый
прогон; 2 — подкос; 3 — клиновые прокладки; 4 — ригель; 5 — стойки; 6 — прямые
скобы; 7 - лежень
Несущую способность прогона, усиленного подкосами или
стойкой в середине прогона, с учетом того, что при усилении
прогон не будет снеговой нагрузки, можно определить из
выражений:
Для сечения, расположенного посередине усиливаемого
прогона
а=0,125Гп ^„-OtSp^/N^R,, (6.1)
где gnp = (g,+g2+ gCH/1 + Snp/iM1’0-0’255); (6.2)
Рспр— pccosalt(l,0-0,258). (6.3)
для сечения, расположенного в четвертях усиливаемого прогона
0,07^ (l,34g„p + 0,25 р,^/ WpZRu. (6.4)
При усилении прогона ригельно-подкосной системы (рис. 42)
с упиранием подкосов в третях пролета несущая способность
усиливаемого прогона вычисляют из выражений:
в среднем сечении прогона
а= 0,125 К l1^ (gv + 0,022р,^/ Wnp £R„; (6.5)
65
в третях пролета прогона
<г= ЛШ Г, (g„„ - 0,1 р,„„)/ Wp SR„; (6.6)
в одной шестой пролета
а - 0,069 г, £ (g,p + 0,032 pI np)/ W_p <R„ (6.7)
В уравнениях (6.1) — (6.7) обозначения те же, что приняты
в п. 3.3.
При усилении прогона подводкой снизу или с боков брусьев
несущая способность усиливаемого прогона определяется из
формулы
<7= 0,125 /„ l!pp[g„p/ W,„+p, J (Wp + IT )]<R„
(6.8)
где Wnpy — момент сопротивления поперечного сечения
конструкции усиления
6.5. Усиление стропильных ног
Полностью сгнившие стропильные ноги следует заменить на
новые. Можно также установить заменяющиеся стропильные
ноги с двух сторон от дефектной стропильной ноги. При этом
иногда становится возможным не делать разборку кровли над
дефектной стропильной ногой. Чаще встречаются стропильные
ноги, пораженные гнилью в местах их примыкания кмауэрлатным
брусьям. В этом случае обычно не меняют всю стропильную ногу,
а удаляют сгнивший участок и устанавливают вместо него протез.
Перед удалением сгнившей части стропильной ноги
производят ее вывешивание. Для стропильных ног чаще всего
применяют деревянные протезы в виде парных накладок из досок
или брусьев, опертых на мауэрлат и прикрепленных к целой части
усиливаемой стропильной ноги. Накладки крепят к стропильной
ноге нагелями, гвоздями или с помощью хомутов.
При стропильных ногах из брусьев и досок, имеющих ровные
вертикальные поверхности, накладки крепят нагелями или гвоздями
(рис. 43). При стропильных ногах из бревен накладки прикрепляют
к стропильной ноге с помощью стальных хомутов (рис. 44).
66
Рис. 43. Схема крепления деревянного протеза из досок или брусьев к
стропильной ноге с помощью нагелей: 1 — мауэрлат; 2 — протез; 3 — болты; 4
Рис. 44. Схема крепления деревянного протеза из досок или брусьев к
стропильной ноге с помощью стальных хомутов: 1 — мауэрлат: 2 — протез из
досок или брусьев; 3 — отрезки швеллеров; 4 — болты хомутов; 5 — стропильная
нога; 6 — стеска; 7 - стяжные болты
67
Расчет прочности присоединения накладок к стропильным
ногам с помощью нагелей и гвоздей производят с использова-
нием формул:
7VM <2(Tnk - уп Q/nH)stm, (6.9)
где Г, пш,к, niislHtn — тоже, что и в формуле (3.75) при пш = 2.
При стропильной ноге, опирающейся только на мауэрлат
и коньковый брус
М = в-5 +»,(л.+')/2/ [t„ -Iv-S, (п+1)/ 2J;
(6.10)
Q = 4„J0.5ln-l,p-s,(n+l)l. (6.11)
При стропильной ноге, опирающейся на мауэрлат,
коньковый и промежуточный прогон
м = о, 5 Чт ll,r +S,(n+l)/2Jft,-0.25<U,-lv-
-n,(n+l)/2J; (6.12)
<? = 4.„IO.5l,-0.125dt,-t,r-S,(n+l)/2]. (6.13)
В формулах(6.10-6.13)
<7си — то же, что и в формулах (3.30) или (3.31)
lt и а — то же, что и в формуле (3.36)
1пр — расстояние подлине стропильной ноги от середины ее
опирания на мауэрлат до места отреза дефектной части
стропильной ноги (рис. 43).
Расчет прочности стыка деревянного протеза со стропильной
ногой можно производить с запасом прочности по формуле (3.75),
приняв М = Значение поперечной силы Q в этом случае
определяется также по формуле (6.11) или (6.13).
Расчет прочности прикрепления деревянного протеза к
стропильной ноге с помощью стальных хомутов выполняется
по формуле
db>^2,5M/(Rbl7tsx) (6.14)
где — при стропильной ноге, опирающейся только на мауэрлат
и коньковый прогон
68
« = «« Чт (l.p + I. /2) (I.. - -1. /2); (6.15)
при стропильной ноге, опирающейся на мауэрлат,
коньковый и промежуточный прогоны
М = 0,5 qcM (0,51, - 0,12581, - 1пр - 1н /2) . (6.16)
В формулах (6.14) - (6.16) значения
</6, se Ясих> kin’ ^сн ~ теже,чтои вформулах(3.76),(6.10)и
(6.12);
1н — длина накладки (рис. 44) 1н = sx +214.
Расчет прочности прикрепления деревянного протеза к
стропильной ноге с помощью стальных хомутов можно с запасом
прочности производить по формуле (3.76). Прочность швеллера
хомута на изгиб проверяется по формуле (3.77), а прочность
древесины на смятие по формуле (3.78).
Стропильная нога может получить по какой-либо причине
перелом. Усиление стропильной ноги в этом случае производят
установкой парных накладок по схеме, изображенной на рис.
36. Расчет такого усиления производят по формулам (3.76),
(3.77) и (3.78).
Перед установкой накладок стропильную ногу выпрямляют
поддомкрачиванием. Стропильные ноги, имеющие прогиб
больше допустимого при удовлетворительном состоянии
древесины можно усилить добивкой дополнительных
стропильных ног между существующими. Делают это при
отсутствии снега на кровле.
Утраченные ригели и подкосы должны быть обязательно
восстановлены. Если ригель был прикреплен к стропильной
ноге врубкой полусковороднем, то нужно новый ригель плотно
подогнать к плоскостям врубки в стропильной ноге.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Стропильные системы крыши являются важнейшими
элементами зданий, которые обеспечивают их надежную
длительную эксплуатацию и играют существенную роль в
архитектурном облике здания.
В последнее время большое распространение при
строительстве домов малой этажности получили деревянные
стропильные системы. Длительное время вопросами
проектирования и устройства деревянных стропильных систем
не уделялось должное внимание. Это привело к тому, что в
настоящее время, как при проектировании, так и при возведении
стропильных деревянных систем, во множестве появляются
дефекты стропильных конструкций.
Необходимо более детально рассматривать деревянные
стропильные системы в учебных заведениях всех уровней.
Архитекторам следует иметь в виду, что стропильная
системы должна иметь в качестве опор, кроме наружных стен,
еще и внутренние стены и столбы и учитывать это при
планировке верхних этажей. Неоправданное усложнение формы
крыши снижает ее надежность, приводит к появлению протечек
кровли. Это нужно доводить до сведения заказчиков.
Литература
1. Архитектурные конструкции /Под ред. А.В. Кузнецова, М.: Гос.
архитектурное изд. Академии архитектуры СССР - 1940. - 742 с.
2. Гроздов В.Т. Дефекты конструкций каменных зданий и методы их
усиления / ВИСИ. - СПб.-1994. - 148 с.
3. Гроздов В.Т. Усиление строительных конструкций . — СПб.,
Издательский Дом KN+, 2000.—232 с.
4. Гроздов В.Т. Вопросы строительства зданий после длительного
перерыва в производстве строительно-монтажных работ СПб.,
Издательский Дом KN+, 2000.-56 с.
5. Гроздов В. Т. Дефекты строительных конструкций и их последствия
/ ВИТУ — СПб., Издательский Дом KN+, 2000. —152 с.
6. Гроздов В.Т. Влияние теплового режима чердаков и бесчердачных
покрытий на сохранность строительных конструкций // Известия
ВУЗов: Строительство. — 1998. — № 4—5. — С. 104—106.
7. Гроздов В.Т. Оценка напряженного состояния изгибаемых
элементов по их прогибу / Дефекты зданий и сооружений.
Усиление строительных конструкций. Материалы III научно-
методической конференции ВИТУ (18 февраля 1999 г.) — СПб.,
1999. - С. 11-14.
8. Гроздов В. Т. Признаки аварийного состояния несуших конструкций
зданий и сооружений / СПб., Издательский Дом KN+, 2000.—48с.
9. [роздов В. Т. Некоторые вопросы ремонта и реконструкции зданий.
СПб., Издательский Дом KN+, 2000.—72с.
10. Иванов В.Ф. Деревянные конструкции. — М., Л.: Гос. изд.
литературы по строительству и архитектуре. 1956. — 317 с.
11. Лесов Н.М. Расчеты конструкций сельских зданий. — М.: Гос.
архитектурное изд., 1949. — 203 с.
12. Линович Е.Е., Линович Л.Е. Расчет и конструирование частей
гражданских зданий. — Киев, Гос. изд. литературы по
строительству и архитектуре УССР 1969. — 687 с.
13. Порывай Г.А. Техническая эксплуатация зданий. — М.:
Стройиздат. 1990. - 369 с.
14. Прокофьев А.С. Конструкции из дерева и пластмасс. Общий
курс. — М.: Стройиздат, 1990. — 219 с.
15. Ремонт и эксплуатация жилых зданий. Справочное пособие /
Под ред. Л. Хикиша. — М.: Стройиздат, 1992. — 365 с.
16. СНиП 11—25—80. Деревянные конструкции. — М.: Стройиздат,
1983.-31 с.
17. СНиП 11—3—79. Строительная теплотехника. - М.: Стройиздат,
1986. - 32 с.
71
18. СНиП II—3—79*. Строительная теплотехника. —М.: Стройиздат,
1995. - 29 с.
19. СНиП 2.01.07—85. Нагрузки и воздействия. — М.: Стройиздат,
1987. - 36 с.
20. СНиП 11—23—81*. Стальные конструкции. — М.: Стройиздат,
1990. - 96 с.
21. Справочник архитектора. Т. VIII. — М.: Изд. Академии архитек-
туры СССР 1946. - 677 с.
22. Справочник по гражданскому строительству Т. 1, — Киев, Гос.
изд. технической литературы УССР 1958. — 867 с.
23. Справочник проектировщика промышленных, жилых и
общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. —
М: Гос. изд. литературы по строительству, архитектуре и
строительным материалам. — 1960. — 1040 с.
24. Стаценко В. Части зданий, гражданская архитектура. — М., Л.:
Госиздат, 1930. — 656 с.
25. Техническое обслуживание и ремонт зданий и сооружений:
Справочное пособие /Под ред. М.Д. Бойко. — М.: Стройиздат,
1993. - 208 с.
26. Типовые детали здания. Раздел II. Покрытия, — М.: Стройиздат,
1947.- 88 с.
27. Физдель И.А. Дефекты в конструкциях, сооружениях и методы их
устранения. — М.: Стройиздат, 1984. — 319 с.
28. Эксплуатация жилых зданий: Справочное пособие / Э.М. Ариевич,
А.В. Коломеецидр. — М.: Стройиздат, 1991. — 510 с.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.................................................3
1. Крыши и их составные части...........................5
2. Стропильные системы..................................9
2.1. Виды стропильных систем.........................9
2.2. Наслонные стропильные системы...................9
3. Расчет деревянных элементов крыши при наслонных
стропильных системах..................................26
3.1. Расчет обрешетки и настилов.....................26
3.2. Расчет стропильных ног..........................33
3.2.1. Рядовые стропильные ноги и нарожники......33
3.2.2. Диагональная (накосная) стропильная нога .37
3.3. Расчет прогонов.................................39
3.3.1. Прогоны, выполненные по консольно-балочной
системе.........................................40
3.3.2. Прогоны, выполнение с подкосами в третях
полета у каждой стойки..........................43
3.3.3. Прогоны, выполнение с подкосами в половине
пролета через одну стойку.......................44
3.4. Расчет шпренгеля под диагональной (надкосной) ногой 46
3.5. Расчет подкосов и стоек стропильной системы.....47
3.6. Расчет узлов сопряжения элементов стропильной
системы ...........................................48
3.6.1. Расчет стыка наращивания стропильной ноги.48
3.6.2. Расчет врубки подкоса в стропильную ногу..51
3.6.3. Расчет прикрепления затяжки (ригеля) из
досок к стропильным ногам.......................52
3.6.4. Расчет узла опирания нарожников на
диагональную (накосную) стропильную ногу........53
3.6.5. Расчет узла опирания прогона на стойку и
стойки на лежень................................54
4. Дефекты деревянных элементов крыши.................55
5. Влияние теплового режима чердачных помещений на
сохранность деревянных конструкций крыши...............59
6. Усиление элементов стропильной системы.............62
6.1. Усиление обрешетки...........................62
6.2. Усиление мауэрлатов и лежней.................63
6.3. Усиление стоек и подкосов....................63
6.4. Усиление пргонов.............................63
6.5. Усиление стропильных ног.....................66
Заключение ............................................70
Литература.............................................71
Содержание.............................................73
Вячеслав Тихонович Гроздов
ДЕРЕВЯННЫЕ
НАСЛОННЫЕ
СТРОПИЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
Рецензент:
кандидат технических наук
В. И. Шагаев (ВИТУ)
ИД №01561. Подписано в печать 14.04.2003.
Формат 84x108/32. Гарнитура Литературная.
Печать офсетная. Печ. листов 2,5. Тираж 500 экз.
Отпечатано с готовых диапозитивов
в типографии Издательства СПбГУ
199061, Санкт-Петербург, В.О., Средний пр., дом 41