Усиление деревянных конструкций крыши. Усиление и ремонт существующих стропильных конструкций

Усиливать систему стропил потребуется, если во время эксплуатации оказалось, что она не способна выдерживать требуемую нагрузку и начинает деформироваться. Ниже мы детально расскажем о том, как произвести усиление стропильной системы изнутри, чтобы устранить все ошибки, которые были допущены во время расчетов перед монтажом.

Усиливаем стропильные ноги

Вначале стоит отметить, что стропильная система дома, гаража, бани и иных построек должна вовремя проверяться на возможные повреждения и деформацию. Своевременное усиление стропил поможет предотвратить возможные разрушения кровли и огромные затраты на ремонт. Если будет повреждена крыша гаража, то от этого может пострадать автомобиль. Укрепление стропил может потребоваться для системы стропил любой разновидности. Для этого зачастую устанавливают расширяющие балки – «подмоги», подкосы или двусторонние накладки.

Если подбор стропил проводился с учетом прочностных характеристик, то их усилия на прогиб всегда будут соответствовать нужным показателям, которые регламентируются соответствующим СНиПом «Нагрузки и воздействия». Получается, что от нас понадобится увеличить поперечное сечение стропильных ног. Для усиления тонких стропил используют деревянные подмоги. Их крепят к нижнему поясу стропила в промежутке между стропилом и мауэрлатом. В роли крепежей в данном случае выступают стальные зубчатые пластины или хомуты с болтами.

Как укрепить правильно и надёжно - правила усиления конструкции крыши

Особенно тщательно нужно подойти к усилению элемента опирания неразрезной стропильной ноги на подкос. Все потому, что в таком месте не должно быть прогиба, а значит, сечение стропилины увеличивают при помощи накладок, которые устанавливают с двух ее сторон. Размеры накладок определяют, ориентируясь на расчетные параметры сечения с предельным изгибающим моментом. Крепление дощатых накладок осуществляется при помощи болтовых хомутов или гвоздей.

Накладкой может служить и установленная подмога, если увеличить ее длину и вывести ее за границу опирания на подкос. В таком случае она будет не только придавать пролету дополнительной жесткости, но и сможет увеличить опорные возможности данного узла.

В некоторых случаях чтобы улучшить эксплуатационные характеристики кровли, для нее изготавливают более крутые скаты. При этом старый каркас можно не разбирать, а собрать новую стропильную систему и соединить их между собой. Такое усиление стропильных конструкций позволит сделать новую крышу более жесткой, однако подкровельное пространство, которое служит мансардой или нежилым чердаком, при этом не увеличится. Соединить элементы конструкции между собой можно с помощью расшивки стропильных ног с двух сторон, закрепленной крестообразно.

Работы по усилению стропильной системы

Чаще всего разрушению подвергаются балки мауэрлата и стропильные ноги в нижней их части. Происходит это в результате плохой гидроизоляции мауэрлата от кирпичной стены из-за подтекания дождевых осадков и талой воды сквозь кровельное покрытие, либо по причине изначальной укладки недостаточно просушенных пиломатериалов. Кроме того, попадание влаги на деревянные конструкции может происходить вследствие засорения вентиляционных каналов или нарушения целостности пароизоляционной мембраны.

Выполнить усиление стропил крыши в нижней их части можно с помощью вспомогательных подкосов. Эти элементы фиксируются к нижнему краю стропильной ноги с упором в дополнительный лежень или мауэрлат. Придать полученной ферме дополнительную устойчивость можно, если слегка раздвинуть нижние концы подкосов. Если сделать упор подкоса на вспомогательно установленный лежень, можно устранить изгибающие усилия между мауэрлатом и подстропильными элементами.

Ремонт поврежденной системы стропил

Чтобы выполнить ремонт деревянных стропильных ног или мауэрлатной балки, обычно используются дополнительные накладки. Такой способ применяется, если оказались повреждены одиночные стропила. Фиксируют такие элементы гвоздями или болтами, опирая накладку нижней частью на мауэрлат и прикрутив ее вязальной проволокой.

Принимая решение, как усилить стропильную систему при наличии многочисленных повреждений, обычно используют прутковые протезы. При этом все деформированные и пришедшие в негодность деревянные элементы необходимо снять. Прежде всего, стропило фиксируют временными опорами, после чего демонтируют кусок кровельного настила и удаляют поврежденный участок. На его место крепят аналогичный элемент – «протез», изготовленный из свежей древесины. Для надежности он должен опираться на марала.

В случае необходимости замены отдельных участков мауэрлата, работы выполняются в такой последовательности:

• перед тем, как усилить крышу дома, под стропильный каркас устанавливаются временные опорные столбы;
• затем демонтируют поврежденный кусок балки мауэрлата;
• подготавливают балку соответствующего размера (около 1 метра) и надевают на шпильки, расположенные в кладке стены;
• затем на стену или балки перекрытия монтируют кусок лежня такого же размера;
• в конце стропила дополнительно фиксируют двумя подкосами, которые опираются на новую балку.

Вопрос, как укрепить стропила, возникает в тех случаях, когда необходимо устранить дефекты деревянных конструкций, которые появились в результате естественного износа или утраты жесткости деревянного каркаса и повреждения отдельных его элементов. Как правило, в первую очередь деформации подвергаются стропильные ноги, которые начинают прогибаться. Такое явление может возникать, если во время строительства дома или гаража установка стропил двухскатной крыши на сруб не была выполнена по всем правилам.

Место стыковки стропильных ног с коньковой балкой крыши является одним из самых важных. Если обнаружены малейшие отклонения, в этом месте следует укрепить стропила крыши как можно быстрее. Иногда для того, чтобы притянуть стропила к прогону или друг другу, используют домкрат. После этого стык как следует укрепляют перфорированной металлической полосой или деревянной накладкой с толщиной от 2 см. Устанавливают такую накладку под коньком.

На следующем этапе переходят к выравниванию стропил. Для этого применяется гидроцилиндр. Перед тем как усилить стропила и выполнить их выравнивание, изнутри к ним саморезами прикрепляют треугольные деревянные упоры. После их установки можно выпрямить стропильную ногу гидроцилиндром и установить распорку, которая в будущем защитит каркас крыши от воздействия внешних нагрузок.

Перед тем как укрепить крышу дома с помощью наращивания дополнительных брусьев, следует закупить материал необходимой ширины (она должна соответствовать или слегка превосходить сечение стропил) и длины. Сначала подготовленный брус крепится на стропильной ноге на саморезах. После этого просверливают ряд отверстий сквозь брус и стропило, чтобы эти элементы можно было зафиксировать шпильками.

Рассверливать отверстия следует с отступом в 30-50 см в шахматном порядке. Таким образом, достигается усиление сопротивляемости каркаса изгибающим усилиям. Сечение отверстий и крепежных шпилек должно соответствовать. Шпильки с резьбой продевают в подготовленные отверстия, надевают шайбы и закручивают самозатягивающиеся гайки. Они обеспечат качественное крепление и эксплуатацию кровли без необходимости подтягивать крепеж. Завинчивать гайку нужно до тех пор, пока не появится характерный скрип древесины.

Довольно часто домовладельцы сталкиваются с проблемой прогиба стропил. Это происходит вследствие излишней экономии либо неправильного проектирования. Если своевременно не произвести укрепление стропил, то они могут сломаться, что приведёт в итоге к дорогостоящему ремонту кровли.

Понятие усиление стропил подразумевает комплекс работ по исправлению прогиба и их укрепление для дальнейшей беспроблемной эксплуатации. Также необходимо обработать узел прихода "ног" к коньку, что дополнительно снимет нагрузку с их средней части.

Укрепление стропил – выбираем стратегию, готовимся к работе

Есть два способа укрепления конструкции . Первый заключается в увеличении толщины брусьев, а второй – в увеличении их ширины. Первый вариант используется лишь тогда, когда нельзя по каким-либо причинам увеличивать ширину брусьев, так как при одинаковом количестве использованного материала конструкции, усиленные по второму способу, обладают гораздо большим сопротивлением изгибающим нагрузкам.

Также существуют и различные способы крепления усиливающих брусьев к стропилам: проволокой, гвоздями, саморезами, при помощи резьбовых шпилек. Наиболее надёжен способ увеличения ширины брусьев, именно его мы и рассмотрим.

Для подготовки к работе освобождаем всю рабочую поверхность от обшивки, открываем узлы крепления стропил и собираем следующий инструмент : набор гаечных ключей, набор торцовочных головок с трещоткой, дрель, шуруповёрт, гидроцилиндр, болгарка. Так как данные работы очень ответственны и трудоёмки, их нельзя выполнять одному человеку.

В первую очередь обращаем внимание на крепление стропил к коньку. Если они там разошлись, то сперва усилиями нескольких человек, при необходимости пользуясь домкратом, стыкуем верхние концы.

Затем с помощью перфорированных металлических полос, фанеры или, в крайнем случае, двухсантиметровой доски, используя саморезы, укрепляем место стыка балок с обеих сторон. Если же стропила стыкуются на коньке, то укрепляем соединения под ним.

Далее нам необходимо убрать прогиб стропил. Для этого воспользуемся гидроцилиндром. Перед началом этих работ необходимо упрочнить места стыковки конструкции к мауэрлату, для чего снизу к стропильному брусу (при наращивании толщины) или сбоку (при наращивании ширины) прикручиваем доску, которая будет упираться в мауэрлатный брус и не даст разъехаться ногам при работе гидроцилиндром.

Для хорошего упора гидроцилиндра изнутри в торцы противоположных стропильных брусьев в местах наибольшего прогиба прикручиваем саморезами самодельные треугольные деревянные упоры.

Далее, аккуратно работая гидравликой, выпрямляем стропила и фиксируем их в этом положении любой подручной доской толщиной не менее 3 см с помощью саморезов. То есть, если посмотреть сбоку, получается что-то наподобие большой буквы “А”.

Как укрепить стропила – наращиваем брус

Для того чтобы нарастить стропила, поступаем следующим образом. В первую очередь подготавливаем брус, идентичный существующему по габаритам (ширина может немного отличаться). Для удобства последующей работы фиксируем его к уже имеющемуся брусу несколькими саморезами.

Затем с помощью дрели просверливаем через 30-50 см сквозные отверстия сразу через два скреплённых друг с другом бруса. Отверстия располагаются не на одной линии, а идут в виде “змейки” для улучшения сопротивления изгибу данной конструкции.

Далее вставляем в отверстия шпильки, предварительно нарезанные под размер, на концы которых наживляем самоконтрящиеся гайки, предварительно подложив под них шайбы. Затяжка стропил производится до характерного потрескивания дерева.

Для усиления стропил по второму способу производим те же работы и в таком же порядке за исключением того, что укрепляющий брусок должен фиксироваться к внутреннему торцу бруса и отверстия располагаются на одной линии.

По статистике каждый второй домовладелец построил свое жилье самостоятельно. Согласно их отзывам, самостоятельное возведение крыши – один из самых сложных этапов для непрофессиональных строителей. Поэтому очень важно подойти к этому этапу, имея в голове полное представление о всех нюансах процесса. Чтобы разобраться в том, как сделать крышу своими руками, необходимо изучить устройство, технологию монтажа, порядок работ и особенности крепления всех составляющих конструкции.

Виды крыш

Для начала необходимо определиться с формой. На сегодняшний день наиболее популярными видами являются:

Особенности форм

Перекрытие крыши одним единым скатом позволит сэкономить нервы и материалы, поскольку конструктивно это самый простой вариант. Если сделать такой каркас самостоятельно, то трудоемкость работы будет наименьшей, а скорость монтажа высокой. Но такая форма имеет недостаток – отсутствует возможность обустройства полноценного чердака или мансарды, поскольку подкровельное пространство получается слишком низким.

Двухскатная крыша монтируется намного чаще. Она чуть сложнее в изготовлении, но позволяет получить больше пространства. По сравнению с четырехскатной она обладает меньшей сложностью и массой, однако потребуется сделать треугольные фронтоны по торцам здания.

Двускатная – самая популярная форма

Перед тем как приступить к самостоятельному возведению крыши с четырьмя скатами, потребуется серьезно подготовиться. Такая система имеет больше элементов по сравнению с двумя предыдущими. Кроме того, на мансарде нет возможности сделать полноценные окна, поскольку конструкция крыши лишена фронтонов и монтажа сложных или не избежать.

Четырехскатная сложна в устройстве, но экономия достигается за счет отсутствия фронтонов

Для мансарды отличным вариантом будет комбинированная конструкция с . В этом случае в нижней части кровля имеет больший уклон, чем на верхнем участке. Такая сборка позволяет поднять потолок в помещении и сделать построенный дом более комфортным.

Ломаная – не самая “архитектурная”, зато очень эффективная в плане используемого пространства

Расчет

Перед началом работ нужно сделать расчет конструкции. Вычислять сечения всех элементов не имеет смысла. В большинстве случаев их можно принять конструктивно:

• мауэрлат - 150х150 мм;
• стойки - 100х150 или 100х100 мм в зависимости от сечения стропил;
• подкосы - 100х150 или 50х150 мм с учетом удобства соединения со стропилами;
• затяжки - 50х150 мм с двух сторон;
• прогоны - 100х150 или 150х50 мм;
• накладки толщиной от 32 до 50 мм.

Расчет обычно выполняют только для стропильных и накосных ног. Требуется подобрать высоту и ширину сечения. Параметры зависят от:

• материала кровельного покрытия;
• снегового района;
• шага стропил (подбирается так, чтобы было удобно укладывать утеплитель, для минеральной ваты между элементами в свету должно оставаться 58 см);
• пролета.

Подобрать сечение стропил можно с использованием общих рекомендаций. Но в этом случае рекомендуется делать небольшой запас.

Расчет обычно выполняют для стропильных ног

Если не хотите вникания в тонкости вычислений, можно воспользоваться специальными .

Если вы предполагаете сделать теплую крышу, то высоту сечения ног подбирают с учетом толщины утеплителя. Смонтировать его нужно так, чтобы он не выступал выше несущих балок. Также нужно учесть, что для минеральной ваты делается вентиляционный зазор 2-4 см между ней и покрытием. Если высоты стропил для этого недостаточно, предусматривается установка контробрешетки (контррейки).

Пошаговая инструкция по выполнению работ

Последовательность этапов возведения крыши выглядит следующим образом:

1. выполнение замеров коробки здания (размеры могут немного не соответствовать проектным);
2. подготовка материалов и инструментов, обработка древесины антисептиком;
3. крепление мауэрлата к стене;
4. установка конькового ригеля, если он нужен (для наслонных стропил);
5. монтаж каркаса;
6. усиление кровли с помощью стоек, подкосов и затяжек;
7. гидроизоляция;
8. обрешетка;
9. обеспечение вентиляции;
10. установка капельников;
11. монтаж покрытия.

Закрепление мауэрлата

Чтобы крыша была надежно закреплена, нужно позаботиться о ее надежном соединении со стеной здания. Если возводится деревянный дом, то мауэрлат не потребуется – в качестве этого элемента выступает верхний венец из бруса или бревна. В этом случае крепление к стене выполняют при помощи специальных “плавающих” крепежей. Они продаются уже готовыми, чаще всего их называют салазками. Такой вариант устройства крыши позволяет всей конструкции слегка смещаться при усадке стен без разрушений и деформаций.

“Скользящее” крепление в деревянном доме

Похожая ситуация возникает и с каркасным домом. В этом случае мауэрлатом будет верхняя обвязка стен. Она крепится к стойкам каркаса с запилом при помощи уголков, скоб или гвоздей.

Способы крепления стропил к обвязке в каркасном доме

Конструкция крыши из кирпича, бетонных блоков или бетона подразумевает крепление через мауэрлат. В этом случае есть несколько способов.

Поставить мауэрлат на стену можно четырьмя способами:

• на скобы;
• на шпильки;
• на анкерные болты.

Мауэрлат можно закрепить на скобы. В этом случае в кладку с внутренней стороны закладывают деревянные бруски. Они должны располагаться на расстоянии 4 рядов от обреза. Одна сторона скобы крепится к мауэрлату, а вторая к тому самому бруску в кладке. Способ тоже можно отнести к простым. Он не рекомендован для больших зданий с высокими нагрузками.

Крепление мауэрлата на скобы. В кладке стены предусматриваются антисептированные деревянные бруски с шагом 1-1,5 м

Крепление при монтаже крыши своими руками может осуществляться через шпильки или анкерные болты диаметром 10-12 мм. Крепеж закладывают в кладку. На обрез временно укладывают мауэрлат, по нему нужно легонько стукнуть молотком. После этого на брусе остаются углубления в местах крепежа. По ним нужно сделать отверстия под шпильки. После этого брус надевают на крепеж и закручивают гайки. Метод идеально подходит для стен из легких бетонов при наличии монолитного армопояса.

Крепление стропил к мауэрлату

В домах из кирпича или камня разумнее выполнять с помощью жесткого крепления стропил к мауэрлату. В этом случае можно использовать как наслонную, так и висячую систему. Конструкция предполагает два способа:

• с врубкой;
• без врубки.

В первом случае стропила подрубаются с уклоном так, чтобы они плотно примыкали к мауэрлату. Для выноса карниза предусматривают кобылки. Их крепят к ноге с нахлестом не менее 1 м. Жесткая фиксация узла должна делаться с помощью саморезов, гвоздей или скоб. Но большей надежностью собранный каркас будет обладать, если для фиксации использовать металлические уголки с отверстиями под саморезы.

Способ без врубки часто не предполагает использование кобылок. В этом случае вылет каркаса обеспечивают сами балки. Такой вариант проще, чем предыдущий, поскольку не требует высокой точности. Он подойдет для новичков. Для плотного прилегания к мауэрлату в этом случае используют упорные бруски или доски. Жесткая фиксация, как и в предыдущем случае, выполняется металлическими уголками с двух сторон.

Крепление стропил к стене

Сделанный каркас нужно закрепить к коробке здания – это не даст сильному порыву ветра сорвать крышу. Для этого за правило нужно взять использование скрутки из двух проволочек диаметром 4 мм. Их оборачивают вокруг ноги в месте опирания на мауэрлат, а после проволоку крепят к стене на анкер или ерш примерно за 4-5 рядов до обреза. Элемент нужно заранее заложить в кладку.

Защита от срывания ветром

Для деревянного дома можно упростить задачу. Собирать каркас можно с использованием скоб. Такой вариант ускорит процесс. Но важно помнить, что такой способ подойдет, только если изготовление стен выполняется из дерева.

Усиление системы

Как усилить каркас при пролетах более 6 метров? Нужно уменьшить свободный пролет стропил. Для этого используют подкосы и стойки. Делать усиление нужно с учетом планировки, важно, чтобы эти элементы не мешали пребыванию людей и гармонично вписывались в интерьер.

Подкосы обычно располагают под углом 45 или 60 градусов к горизонтальной плоскости. Стойки нельзя опирать на пролет перекрытия. Их допускается устанавливать на нижележащие стены или балки и шпренгели, перекинутые между стенами.

Затяжка необходима для уменьшения распора. Из-за него стропила могут просто разъехаться. Особенно эта актуально для систем с висячими балками. Чтобы собрать каркас, используют две затяжки, которые крепят с двух сторон от стропил. Фиксацию осуществляют на саморезы, гвозди или шпильки.

В верхней точки стропила опираются на промежуточный или коньковый прогон. В зависимости от выбранной системы, расположения и ширины пролета, его изготавливают из бруса сечением от 50х100 до 100х200 мм. Крепление осуществляется на соединительные металлические пластины, болты или гвозди.

Обрешетка

Перед началом работ на этом этапе требуется настелить гидроизоляционный материал. Строители рекомендуют использовать пародиффузионную влаговетрозащитную мембрану. Она стоит дороже, чем полиэтиленовая пленка, но гарантирует более надежную защиту. Свой дом - это не повод для экономии.

Крыша требует закрепления обрешетки. Тип зависит от выбранного кровельного материала. Для металла достаточно будет разреженной обрешетки из досок толщиной 32-40 мм. Под битумную черепицу нужна сплошная обрешетка из доски 25-32 мм или влагостойкой фанеры.

Вентиляция подкровельного пространства

Перед тем приступить к этапу укладки кровли, стоит продумать вентиляцию подкровельного пространства. Это позволит уберечь конструкции от плесени, грибка и разрушения.

Правильное обустройство вентиляции под крышей предохранит конструкцию от появления грибка

Для вентиляции нужно предусмотреть:

• поступление воздуха через карниз (подшивку карниза при этом делают разреженной доской или специальными перфорированными софитами);
• движение воздуха под покрытием (между утеплителем и кровлей должен быть зазор 2-3 см);
• выход воздуха в районе конька (для этого на кровлю устанавливают коньковый и/или точечные аэратор).

Кровельное покрытие

Тип кровли выбирается из эстетических и экономических соображений. Также стоит изучить предложения производителей и выяснить допустимый уклон. Например, битумную черепицу не рекомендуют настилать при уклоне более 45°.

Фальцевая кровля – это легкое пожаробезопасное и долговечное покрытие

Настеленный материал должен обеспечивать надежную гидроизоляцию. Его монтаж осуществляют в строгом соответствии с инструкцией производителя. Существуют пять наиболее распространенных типов покрытия:утеплении крыши .

К сожалению вы не указали какую именно систему стропил (висячую или наслонную) использовали ваши родители при устройстве крыши. Узлы креплений этих систем немного отличаются друг от друга. Разберем вкратце каждую из них.

Висячая система стропил позволяет не укладывать мауэрлат при устройстве холодного (не жилого) чердака (на этом можно сэкономить). Крепление нижней части стропил выполняется к затяжке одинарным или двойным зубом:

Дощатым зубом и зубом на стальных пластинах:

А вверху стропила соединяются между собой болтами, металлическими пластинами или деревянными накладками:

При наслонной системе стропильная нога впирается в мауэрлат и крепится уголками, гвоздями или скобами:

В верхней части стропила крепятся к коньковому прогону гвоздями, болтами, деревянными накладками или металлическими пластинами без врубок или с врубками, упертыми в прогон:

Все приведенные выше способы крепления довольно надежны. При креплении стропильных систем нужно придерживаться принципа, при котором один конец стропильной ноги имеет скользящую опору (для висячих стропил это верхний узел) и при изменении величины временных нагрузок (снег, ветер) конструкция не трещит. Другой конец стропил закрепляется жестко и имеет возможность работать при боковых нагрузках (поворотный режим).

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

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

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

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

Всего-то и нужно: изменить расчетную схему.

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

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

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

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

Сначала рассмотрим наиболее простой вариант:

стропила - наклонная однопролетная балка с жестким защемлением

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

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

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

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

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

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

Р = 169.844/05 = 339.7 кг

А значит для крепления вертикальной схватки достаточно:

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

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

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

Тогда требуемый момент сопротивления для затяжки:

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

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

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

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

Проверяем. Расчетная длина вертикальной схватки равна:

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

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

a" = tg35°l в сх = 0.7·0.2887 = 0.2 м

Тогда изгибающий момент, действующий на затяжку, составит:

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

Увеличение нормальной силы, действующей на затяжку составит:

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

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

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

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

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

При наклонных захватках количество гвоздей также следует увеличить:

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

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

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