Стропильные системы скатных крыш: распорные, безраспорные, пристройки, веранды
- Наслонные или висячие
- Распорные или безраспорные
- Способы крепления
Современные строения подчас поражают наше воображение самыми необычными формами кровель. Своим стильным и эффектным видом они обязаны разнообразию стропильных конструкций. Однако все они в умелых руках архитектора-проектировщика «собраны», как конструктор, соединенный в определенном порядке из стандартных элементов.
Варианты конструкций ↑
Стропильные системы скатных крыш зависят от их особенностей.
Односкатная – наипростейший вариант в изготовлении. Особенность ее конструкции в отсутствии конька, стоек и подкосов. Такими кровлями, как правило, покрывают строения с 6–8-метровыми пролетами. Несмотря на простоту конструкции, При разумном подходе и такая простая конструкция имеет свои преимущества.
К примеру, с южной стороны, направленной на север, можно установить довольно большие окна. Это самая удобная стропильная система пристройки, гаража и т. п., тем более что она позволяет «собирать» кровлю из крупногабаритных листовых материалов.
Еще одной простой и дешевой по конструкции считается двускатная. Однако, и она не лишена недостатков. К примеру, в обычной крыше этого типа слишком мало пространства для мансарды.
Вальмовая – не двух, а четырехскатная. С определенного ракурса она напоминает обычную двухскатную. Однако, ее скаты поверхность дома целиком не закрывают – оставшееся по бокам пространство закрывается боковыми треугольными вальмами. Таким образом, кровля получается четырехскатной и для ее устройства используют стропила двух типов.
Многощипцовая – это конструкция, которая как бы состоит из совокупности двухскатных крыш с разнонаправленными коньками. Стропильная система подобных кровель самая дорогостоящая, но зато дает возможность обустройства дополнительной площади на чердаке.
Шатровая, благодаря своей форме, напоминающей пирамиду, максимально устойчива к ветряной нагрузке. На ней к тому же не задерживается снег. И это при том что система стропил у нее – одна из наиболее простых. Правда, отсутствие фронтонов не позволяет обустроить на чердаке даже небольшое помещение.
Стропильные системы ↑
Наслонные или висячие ↑
Каркас для устройства состоит из элементов треугольной формы, благодаря чему, даже испытывая большое количество переменных нагрузок, конструкция не теряет жесткости. Стропильные системы скатных крыш подразделяют на висячие и наслонные.
В основе выбора того или иного типа, способа крепления лежат следующие параметры:
- размеры самого строения;
- уклон и форма кровли;
- нагрузка.
Наслонные стропила
Для строений с одно- или двускатной крышей более характерно использование наслонных стропил. Это – конструкция, собранная из коротких брусьев либо досок, имеющая две-три точки жесткого крепления.
Висячие
Такая конструкция отличается отсутствием промежуточных опор. Такими стропилами чаще перекрывают пролеты, превышающие 7 м. Единственной опорной точкой для стропильной ноги остается стена. Что же касается второго конца, то в этом случае состыковывают верхние части стропильного бруса и встречной ноги. Для этого используют различные способы: посредством прорезного шипа или пластин из металла, соединение вполдерева.
Распорные или безраспорные ↑
Надежность кровли в первую очередь обеспечивает тщательный расчет нагрузок, под воздействием которых находится ее каркас.
Стропила становятся как бы «проводниками» этих нагрузок на внешние опоры строения. Нагрузка, которую стропильные ноги оказывают на свои опоры, бывает двух видов – распорные и безраспорные .
Распорная
Балки стропил в такой конструкции работают на сжатие и изгиб, что вызывает по горизонтали существенное распирающее усилие. Оно, естественно, передается стенам. При установке горизонтальной затяжки это распор она примет на себя, и это усилие уменьшится. Этот элемент фермы выполняет несколько функций:
- соединяет стропила,
- служит для них опорой,
- не позволяет разъехаться основаниям балок.
Затяжка может быть установлена у основания стропил, тогда она выступит в качестве балки перекрытия. Ее можно установить и выше. При таком устройстве затяжку называют ригелем. Для больших пролетов, как правило, требуется усложнение конструкции ферм, то есть устанавливают не только затяжки, но другие дополнительные элементы.
Безраспорная
Опорой нижних концов стропильных ног в этой системе служат:
- стены, а верхними концами они соединены между собой на прогон, который, в свою очередь, опирается на стойки или
- опорные рамы, образованные верхними и нижними прогонами, стойками и подкосами
Элементы системы функционируют, как балки, то есть исключительно на изгиб.
Способы крепления ↑
Безраспорные системы. Стропила этого типа устанавливают таким образом, чтобы одна опора оказалась закрепленной, а другая – подвижной, причем обе они должны иметь возможность свободного вращения. На практике исключить опасные нагрузки, воздействующие в этом случае на стены, можно тремя способами. Стропильную ногу нижним концом упирают в мауэрлат. Ее подшивают бруском и фиксируют, используя врубку зубом. Желательно также дополнительную застраховать крепление проволокой. Верхнюю часть бруса монтируют на коньковый прогон. Для крепежа пользуются принципом скользящей опоры. Примером может послужить стропильная система веранды.
- Низ стропила фиксируют, используя подвижное соединение. Для фиксации верхней части после ее укладки на коньковый прогон используют болт, гвозди и т. д. Это самый распространенный вариант для двухскатных крыш.
- Жесткое крепление к прогону при помощи гвоздей, шпилек или другого крепежа.
В любом варианте соблюдается следующий принцип: одним концом стропильную ногу фиксируют на опоре, действующей по принципу скольжения, допускающим поворот, другим – на шарнире, позволяющим только поворот.
Распорные. Обе опоры, в отличие от безраспорных, – закрепленные. Установку проводят по тем же строительным схемам, только при этом нижние опоры фиксируют не на ползуны, а на шарнир, допускающий одну степень свободы. К нижней части стропила можно прибивать опорные бруски примерно в метр длиной либо крепят опору на мауэрлат на «зуб».
Для небольших легких крыш можно устраивать без мауэрлата, однако следует учесть, что в этом случае нагрузка по стене распределяется неравномерно.
© 2022 stylekrov.ru
безраспорная стропильная система двухскатной крыши
Содержание статьи
Виды стропильной системы двухскатной крыши: для маленьких и больших домов
В основе каждой крыши лежит большое количество балок, стропил, стоек и прогонов, которые все вместе называются стропильной системой.
За многовековую историю видов и способов ее организации накопилось немало, и каждая имеет свои особенности в построении узлов и врубок. Подробнее о том, какой может быть стропильная система двухскатной крыши и как при этом должны крепиться стропила и другие элементы системы поговорим подробнее.
Конструкция стропильной системы двускатной крыши
В разрезе двухскатная крыша представляет из себя треугольник. Состоит она из двух прямоугольных наклонных плоскостей. Две эти плоскости соединяются в высшей точке в единую систему коньковым брусом (прогоном).
Схема двускатной крыши
Теперь о составляющих системы и их назначении:
- Мауэрлат — брус, который связывает крышу и стены здания, служит опорой для стропильных ног и других элементов системы.
- Стропильные ноги — они образуют наклонные плоскости крыши и являются опорой для обрешетки под кровельный материал.
- Коньковый прогон (бус или конек) — объединяет две плоскости крыши.
- Затяжка — поперечная деталь, которая соединяет противоположные стропильные ноги.
Служит для увеличения жесткости конструкции и компенсации распирающих нагрузок. - Лежни — бруски, расположенные вдоль мауэрлата. Перераспределяют нагрузку от кровли.
- Боковые прогоны — поддерживают стропильные ноги.
- Стойки — передают нагрузку от прогонов к лежням.
Служит для увеличения жесткости конструкции и компенсации распирающих нагрузок.В системе могут еще присутствовать кобылки. Это доски, которые удлиняют стропильные ноги для образования свеса. Дело в том, что для защиты стен и фундамента дома от осадков желательно чтобы кровля заканчивалась как можно дальше от стен. Для этого можно взять длинные стропильные ноги. Но стандартной длины пиломатериалов в 6 метров для этого часто не хватает. Заказывать нестандарт — очень дорого. Поэтому стропила просто доращивают, а доски, которыми это делают называются «кобылки».
Конструкций стропильных систем довольно много. В первую очередь их разделяют на две группы — с наслонными и висячими стропилами.
Разница в конструкции наслонных и висячих стропил
С висячими стропилами
Это системы, у которых стропильные ноги опираются только на наружные стены без промежуточных опор (несущих стен).
Для двускатных крыш максимальный пролет составляет 9 метров. При установки вертикальной опоры и системы подкосов увеличить его можно до 14 метров.
Висячий тип стропильной системы двускатной крыши хорош тем, что в большинстве случаев нет необходимости ставить мауэрлат, а это делает установку стропильных ног проще: не нужно делать врубки, достаточно скосить доски. Для связи стен и стропил используется подкладка — широкая доска, которую крепят на шпильки, гвозди, болты, ригеля. При таком строении большая часть распирающих нагрузок компенсирована, воздействие на стены направлено вертикально вниз.
Виды стропильных систем с висячими стропилами для разных пролетов между несущими стенами
Стропильная система двухскатной крыши для небольших домов
Существует дешевый вариант стропильной системы, когда она представляет собой треугольник (фото ниже). Такое строение возможно, если расстояние между наружными стенами не более 6 метров. Для такой стропильной системы можно расчет по углу наклона не делать: конек должен быть поднят над затяжкой на высоту не менее 1/6 длины пролета.
Но при таком построении стропила испытывают значительные изгибающие нагрузки. Для их компенсации или берут стропила большего сечения или врубку коньковой части делают так, чтобы их частично нейтрализовать. Для придания большей жесткости в верхней части с обоих сторон прибивают деревянные или металлические накладки, которые надежно скрепляют вершину треугольника (тоже смотрите не картинке).
На фото также показано, как дорастить стропильные ноги для создания свеса кровли. Делается врубка, которая должна выходить за пределы линии, проведенной от внутренней стены вверх. Это необходимо, чтобы сместить место надреза и уменьшить вероятность надлома стропила.
Коньковый узел и крепление стропильных ног к подкладной доске при простом варианте системы
Для мансардных крыш
Вариант с установкой ригеля — используется при организации под крышей жилого помещения — мансарды. В этом случае он является основой для подшивки потолка расположенного ниже помещения. Для надежной работы системы такого типа, врубка ригеля должна быть безшарнирной (жесткой).
Лучший вариант — полусковороднем (смотрите на рисунке ниже). В противном случае крыша станет неустойчивой к нагрузкам.
Стропильная система двухскатной крыши с приподнятой затяжкой и узел врубки ригеля
Обратите внимание на то, что в этой схеме присутствует мауэрлат, а стропильные ноги для повышения устойчивости конструкции должны выходить за пределы стен. Для их закрепления и стыковки с мауэрлатом делается врубка в виде треугольника. В этом случае при неравномерной нагрузке на скаты, крыша будет более стабильна.
При такой схеме почти вся нагрузка ложится на стропила, потому их необходимо брать большего сечения. Иногда приподнятую затяжку укрепляют подвеской. Это необходимо для предотвращения ее прогиба, если она служит опорой для материалов обшивки потолка. Если затяжка небольшой длины, ее можно подстраховать по центру с двух сторон досками, прибитыми на гвозди. При значительной нагрузке и длине таких страховок может быть несколько. В этом случае тоже достаточно досок и гвоздей.
Для больших домов
При значительном расстоянии между двумя наружными стенами устанавливается бабка и подкосы. Такая конструкция обладает высокой жесткостью, так как нагрузки компенсированы.
Стропильная система двухскатной крыши для большого пролета и узлы врубки конька и стропил
При таком длинной пролете (до 14 метров) сделать затяжку цельной сложно и дорого, потому ее делают из двух балок. Соединяется она прямым или косым прирубом (рисунок ниже).
Прямой и косой прируб для соединения затяжки
Для надежной стыковки место соединения усиливается стальной пластиной, посаженной на болты. Ее размеры должны быть больше размеров врубки — крайние болты вкручиваются в цельную древесину на расстоянии не менее 5 см от края врубки.
Для того чтобы схема работала нормально, необходимо правильно сделать подкосы. Они передают и распределяют часть нагрузки от стропильных ног на затяжку и обеспечивают жесткость конструкции. Для усиления соединений используются металлические накладки
Крепление подкосов для стропильной системы висячими стропилами
При сборке двухскатной крыши с висячими стропилами сечение пиломатериалов всегда больше, чем в системах с наслонными стропилами: точек передачи нагрузки меньше, следовательно на каждый элемент приходится большая нагрузка.
С наслонными стропилами
В двускатных крышах с наслонными стропилами, концами они опираются на стены, а средней частью опираются на несущие стены или колонны. Некоторые схемы распирают стены, некоторые нет. В любом случае наличие мауэрлата обязательно.
Простейший вариант наслонных стропил
Безраспорные схемы и узлы врубок
Дома, сложенные из бревен или бруса плохо реагируют на распорные нагрузки. Для них они критичны: стена может развалиться. Для деревянных домов стропильная система двухскатной крыши должна быть безраспорной. О видах таких систем поговорим подробнее.
Простейшая безраспорная схема стропильной системы приведена на фото ниже. В ней стропильная нога упирается в мауэрлат. В таком варианте она работает на изгиб, не распирая стену.
Простая безраспорная система двускатной крыши с наслонными стропилами
Обратите внимание на варианты крепления стропильных ног к мауэрлату. В первом, площадку опирания обычно скашивают, ее длина при этом — не более сечения балки. Глубина врубки — не более 0,25 ее высоты.
Верх стропильных ног укладывается на коньковый брус, не скрепляя его с противоположным стропилом. Получаются по строению две односкатные крыши, которые в верхней части примыкают (но не соединяются) одна с другой.
Такую схему без наличия опыта делать не рекомендуется: при малейшей неточности выполнения появляются распорные силы и конструкция становится нестабильной.
Намного проще в сборке вариант со скрепленными в коньковой части стропильными ногами. Они практически никогда не дают распора на стены.
Вариант крепления стропил без распора на стены
Для работы этой схемы стропильные ноги внизу крепятся при помощи подвижного соединения. Для закрепления стропильной ноги к мауэрлату сверху забивается один гвоздь или снизу ставится гибкая стальная пластина. Варианты крепления стропильных ног к коньковому прогону смотрите на фото.
Если кровельный материал планируется использовать тяжелый, необходимо увеличить несущую способность. Достигается это увеличением сечения элементов стропильной системы и усилением конькового узла. Он приведен на фото ниже.
Усиление конькового узла под тяжелый кровельный материал или при значительных снеговых нагрузках
Все приведенные выше схемы двускатных крыш стабильны при наличии равномерных нагрузок. Но на практике такого практически не бывает. Предотвратить сползание крыши в сторону большей нагрузки можно двумя способами: установкой на высоте около 2 метров схватки или подкосами.
Варианты стропильных систем со схватками
Установка схваток повышает надежность конструкции. Чтобы она нормально работала, в местах ее пересечения со стоками крепить нужно к ним гвоздями. Сечение бруса для схватки используют такое же, как и для стропил.
Схемы стропильных систем двускатных крыш со схватками
К стропильным ногам крепятся ботами или гвоздями. Могут устанавливаться с одной или двух сторон. Узел крепления схватки к стропилам и коньковому прогону смотрите на рисунке ниже.
Крепление схватки к стропильным ногам и коньковому брусу
Чтобы система была жесткой и не «поползла» даже при аварийных нагрузках достаточно в таком варианте обеспечить жесткое крепление конькового бруса. При отсутствии возможности его смещения в горизонтали, крыша выдержит даже значительные нагрузки.
Системы наслонных стропил с подкосами
В этих вариантах для большей жесткости добавлены подстропильные ноги, которые еще называют подкосами. Они устанавливаются под углом 45° по отношению к горизонту. Их установка позволяет увеличить длину пролета (до 14 метров) или уменьшить сечение балок (стропил).
Подкос просто подставляется под требуемым углом к балкам и прибивается гвоздями с боков и снизу. Важное требование: подкос должен быть срезан точно и плотно прилегать к стойкам и стропильной ноге, исключая возможность ее прогиба.
Системы с подстропильными ногами. Сверху распорная система, снизу — безраспорная. Узлы правильной рубки для каждой расположены рядом.
Внизу — возможные схемы крепления подкоса
Но не во всех домах средняя несущая стена расположена посередине. В этом случае есть возможность установить подкосы с углом ннаклона относительно горизонта 45-53°.
Система стропил со смещенным относительно центра вертикальным прогоном
Системы с подкосами необходимы если возможна значительная неравномерная усадка фундамента или стен. Стены садиться по-разному могут на деревянных домах, а фундаменты — на слоистых или пучнистых грунтах. Во всех этих случаях рассматривайте устройство стропильных систем такого типа.
Система для домов с двумя внутренними несущими стенами
Если в доме есть две несущие стены, устанавливают две подстропильные балки, которые расположены над каждой из стен. На промежуточные несущие стены укладываются лежни , нагрузка от подстропильных балок передается на лежни через стойки.
Системы с подстропильными балками
В данных системах коньковый прогон не ставят: он дает распорные силы.
Стропила в верхней части соединяются одна с другой (подрезаются и стыкуются без зазоров), места соединения усиливаются стальными или деревянными накладками, которые прибиваются гвоздями.
В верхней безраспорной системе распирающую силу нейтрализует затяжка. Обратите внимание, что затяжка ставится под прогоном. Тогда она работает эффективно (верхняя схема на рисунке). Устойчивость может обеспечиваться стойками, или расшивками — балками, установленными наискосок. В распорной системе (на картинке она внизу) поперечине — это ригель. Он устанавливается над прогоном.
Есть вариант системы со стойками, но без подстропильных балок. Тогда к каждой стропильной ноге прибивается стойка, которая вторым концом опирается на промежуточную несущую стену.
Крепление стойки и затяжки в стропильной системе без подстропильного прогона
Для крепления стоек используются гвозди дляной 150 мм и болты 12 мм. Размеры и расстояния на рисунке указаны в миллиметрах.
Стропильные системы скатных крыш – основа их разнообразия
Современные строения подчас поражают наше воображение самыми необычными формами кровель.
Своим стильным и эффектным видом они обязаны разнообразию стропильных конструкций. Однако все они в умелых руках архитектора-проектировщика «собраны», как конструктор, соединенный в определенном порядке из стандартных элементов.
Варианты конструкций ↑
Стропильные системы скатных крыш зависят от их особенностей.
Односкатная – наипростейший вариант в изготовлении. Особенность ее конструкции в отсутствии конька, стоек и подкосов. Такими кровлями, как правило, покрывают строения с 6–8-метровыми пролетами. Несмотря на простоту конструкции, При разумном подходе и такая простая конструкция имеет свои преимущества. К примеру, с южной стороны, направленной на север, можно установить довольно большие окна. Это самая удобная стропильная система пристройки, гаража и т. п., тем более что она позволяет «собирать» кровлю из крупногабаритных листовых материалов.
Еще одной простой и дешевой по конструкции считается двускатная. Однако, и она не лишена недостатков.
К примеру, в обычной крыше этого типа слишком мало пространства для мансарды.
Вальмовая – не двух, а четырехскатная . С определенного ракурса она напоминает обычную двухскатную. Однако, ее скаты поверхность дома целиком не закрывают – оставшееся по бокам пространство закрывается боковыми треугольными вальмами. Таким образом, кровля получается четырехскатной и для ее устройства используют стропила двух типов.
Многощипцовая – это конструкция, которая как бы состоит из совокупности двухскатных крыш с разнонаправленными коньками. Стропильная система подобных кровель самая дорогостоящая, но зато дает возможность обустройства дополнительной площади на чердаке.
Шатровая , благодаря своей форме, напоминающей пирамиду, максимально устойчива к ветряной нагрузке. На ней к тому же не задерживается снег. И это при том что система стропил у нее – одна из наиболее простых. Правда, отсутствие фронтонов не позволяет обустроить на чердаке даже небольшое помещение.
Стропильные системы ↑
Наслонные или висячие ↑
Каркас для устройства состоит из элементов треугольной формы, благодаря чему, даже испытывая большое количество переменных нагрузок, конструкция не теряет жесткости. Стропильные системы скатных крыш подразделяют на висячие и наслонные.
В основе выбора того или иного типа, способа крепления лежат следующие параметры:
- размеры самого строения;
- уклон и форма кровли;
- нагрузка.
Наслонные стропила
Для строений с одно- или двускатной крышей более характерно использование наслонных стропил. Это – конструкция, собранная из коротких брусьев либо досок, имеющая две-три точки жесткого крепления. В первом варианте это стены строения, в случае двускатной – добавляется конек, причем коньковый брус в данном случае должен быть укреплен стойками. Опорами для последних служат лежни. Длина стропил в постройках, отличающихся большими габаритами, превышает 6 м. Вполне возможно, что здесь понадобится установить дополнительные опорные конструкции.
К примеру, соорудить внутри капитальные стены или столбчатые опоры.
Такая конструкция отличается отсутствием промежуточных опор. Такими стропилами чаще перекрывают пролеты, превышающие 7 м. Единственной опорной точкой для стропильной ноги остается стена. Что же касается второго конца, то в этом случае состыковывают верхние части стропильного бруса и встречной ноги. Для этого используют различные способы: посредством прорезного шипа или пластин из металла, соединение вполдерева.
Распорные или безраспорные ↑
Надежность кровли в первую очередь обеспечивает тщательный расчет нагрузок, под воздействием которых находится ее каркас. Стропила становятся как бы «проводниками» этих нагрузок на внешние опоры строения. Нагрузка, которую стропильные ноги оказывают на свои опоры, бывает двух видов – распорные и безраспорные .
Балки стропил в такой конструкции работают на сжатие и изгиб, что вызывает по горизонтали существенное распирающее усилие. Оно, естественно, передается стенам.
При установке горизонтальной затяжки это распор она примет на себя, и это усилие уменьшится. Этот элемент фермы выполняет несколько функций:
- соединяет стропила,
- служит для них опорой,
- не позволяет разъехаться основаниям балок.
Затяжка может быть установлена у основания стропил, тогда она выступит в качестве балки перекрытия. Ее можно установить и выше. При таком устройстве затяжку называют ригелем. Для больших пролетов, как правило, требуется усложнение конструкции ферм , то есть устанавливают не только затяжки, но другие дополнительные элементы.
Безраспорная
Опорой нижних концов стропильных ног в этой системе служат:
- стены, а верхними концами они соединены между собой на прогон, который, в свою очередь, опирается на стойки или
- опорные рамы, образованные верхними и нижними прогонами, стойками и подкосами
Элементы системы функционируют, как балки, то есть исключительно на изгиб.
Способы крепления ↑
Безраспорные системы.
Стропила этого типа устанавливают таким образом, чтобы одна опора оказалась закрепленной, а другая – подвижной, причем обе они должны иметь возможность свободного вращения. На практике исключить опасные нагрузки, воздействующие в этом случае на стены, можно тремя способами. Стропильную ногу нижним концом упирают в мауэрлат. Ее подшивают бруском и фиксируют, используя врубку зубом. Желательно также дополнительную застраховать крепление проволокой. Верхнюю часть бруса монтируют на коньковый прогон. Для крепежа пользуются принципом скользящей опоры. Примером может послужить стропильная система веранды .
- Низ стропила фиксируют, используя подвижное соединение. Для фиксации верхней части после ее укладки на коньковый прогон используют болт, гвозди и т. д. Это самый распространенный вариант для двухскатных крыш.
- Жесткое крепление к прогону при помощи гвоздей, шпилек или другого крепежа.
В любом варианте соблюдается следующий принцип: одним концом стропильную ногу фиксируют на опоре, действующей по принципу скольжения, допускающим поворот, другим – на шарнире, позволяющим только поворот.
Распорные . Обе опоры, в отличие от безраспорных, – закрепленные. Установку проводят по тем же строительным схемам, только при этом нижние опоры фиксируют не на ползуны, а на шарнир, допускающий одну степень свободы. К нижней части стропила можно прибивать опорные бруски примерно в метр длиной либо крепят опору на мауэрлат на «зуб».
Для небольших легких крыш можно устраивать без мауэрлата , однако следует учесть, что в этом случае нагрузка по стене распределяется неравномерно.
Из каких элементов состоит и каких видов бывает стропильная система двухскатной крыши
Стропильная система — мощный каркас кровли для удерживания кровельного покрытия и других элементов.
Насколько правильно устроен кровельный каркас зависит прочность крыши в целом.
Иначе может ухудшится ее функциональность, способность защищать здание от внешних воздействий и обеспечивать тепло в доме.
Поэтому нужно правильно подойти к выбору стропильных систем и верно составить план стропил двускатной крыши.
А как произвести расчет стропильной системы вы можете прочитаете здесь.
Виды стропильных систем для двухскатной крыши
В зависимости от назначения помещения, размеров двухскатной крыши, устройство стропильной системы двухскатной крыши классифицируются следующим образом: висячая система и наслонная.
Висячая система
Висячая стропильная система двухскатной крыши имеет опору только на несущие внешние стены здания.
В зависимости от ширины пролета, проекта крыши устройство висячих систем имеет особенности.
Для небольших домов
Висячую конструкцию целесообразно возводить для строений, где расстояние от одной стены до противоположной не превышает 6 метров. Каркас имеет вид треугольника.
Чтобы усилить несущую способность граней каркасного треугольника, используют несколько методов:
- Основания стропильных ног в вершине закрепляют накладками;
- Используют на боковые части бруски большего сечения;
- Закрепляют бруски, производя их врубку в коньковый элемент;
- Наращивают скаты для оборудования навеса путем вырубки в наращенных досках проем для каркасного бруса так, чтобы они сводились за линией, проходящей от края внутренней стены к наклону стропила.
Используя данные методы, можно распределить нагрузку по всей конструкции.
Усиление каркасного треугольника
Для мансардных крыш
При обустройстве каркаса под мансарду следует обратить внимание на некоторые моменты:
- Обязательный монтаж мауэрлата, на который каркасный брус устанавливается путем врубки;
- Установка ригеля — основания для потолочного навеса этажа. Самый эффективный вариант крепления — врубка ригеля в стропило полускворднем;
- Длина доски скоса должна быть длиннее линии стены;
- Сечение каркасных брусков должно быть максимальным;
- Затяжку следует закрепить подвеской. При длинной затяжке требуется ее укрепление в центре с помощью прибитых досок сверху и снизу.
Кроме того, стропильная система двухскатной крыши с мансардой оборудуется утеплителями, что увеличивает нагрузку.
Стропильный каркас для мансардных крыш
Для больших домов
При пролете больше 6,5 метров для монтажа висячей системы требуется установить больше закрепительных элементов, чтобы не допустить провиса затяжки, который вызывает ее собственный вес.
Моменты, которые необходимо учесть:
- Затяжку целесообразно изготовить из двух брусьев путем врубки, закрепить металлическими пластинами;
- В центральной части каркаса следует установить бабку;
- Для уверенного распределения тяжести к бабке и стропильным доскам лучше крепить подкосы, а также другие удерживающие элементы.
При установке системы подвесного типа иногда может обойтись без монтажа мауэрлата и ограничиться установкой на гидроизоляционную пленку досок. Кроме того, висячая система отличается отсутствием сложных узлов, что облегчает работы по обустройству кровельного каркаса.
Наслонная система
Отличие конструкции наслонного типа от висячей в том, что конструкция имеет дополнительные точки опоры внутри помещения. Обязательным условием установки наслонной системы является монтаж мауэрлата.
Проект системы предусматривает монтаж как распорного, так безраспорного каркаса.
Безраспорный каркас
Безраспорный каркас следует устанавливать в домах, имеющих бревенчатые стены.
При монтаже стропил, их основания должны крепиться к мауэрлату.
Варианты крепления основания системы к мауэрлату:
- Путем скашивания подошвы стропильной ноги таким образом, чтобы площадь ее с мауэрлатом была одинаковой, а выруб не превышал 0,25 см высоты балки. При этом стропила, не соединяясь между собой, крепятся к коньковому элементу с двух сторон;
- Путем соединения одним гвоздем стропильных брусьев у конька — вверху, и шарнирного соединения гибкой металлической пластиной к мауэрлату — внизу.
При креплении стропильных ног без соединения их в коньковой части следует особое внимание уделить точности расчетов.
Даже при незначительных расхождениях в схеме, на стены здания будет действовать распорное давление, которое может привести к разрушению стен.
Со схватками
Для усиления конструкции и придания ей устойчивости, к стойкам конструкции монтируют схватки.
Следует использовать брус того же сечения, как и для стропил. Для увеличения прочности схватки прибивают с обоих сторон бруса.
Такой же вариант крепления эффективен при прочной фиксации конькового элемента, что препятствует смещению кровли в горизонтальном направлении.
Каркас со схватками
С подкосами
Подкосы усиливают несущую способность деревянного каркаса и обеспечивают прочность стропильной доски.
Важное требование при установке подкоса — правильно вымеренный угол среза, который дает возможность плотно прилегать подкосу к соединяемым элементам.
Каркас с подкосами целесообразно возводить в местах, где есть вероятность посадки фундамента, или в деревянных постройках, где допустима небольшая усадка стен.
Каркас с подкосами
С двумя опорами внутри помещения
Когда имеются две опоры в виде внутренних стен, то при обустройстве стропильных ног под них подкладывают балки.
Если балки не установлены, то к основанию стропил прибивают стойку, опирающуюся на внутреннюю опору.
Подстропильные балки устанавливаются на несущих опорах. На опорах внутри помещения устанавливают лежни, на которые падает нагрузка от подстропильных балок со стоек. Стропилы подрезают таким образом, чтобы они плотно прилегали друг к другу, и закрепляют.
При такой конструкции коньковый прогон не устанавливают.
Для обеспечения безраспорности конструкции крепят затяжки.
Стабильность конструкции обеспечивается с помощью стоек, которые установлены горизонтально от внутреннего основания к стропильной ноге, и расшивок, — деревянных балок, которые соединяют основания стоек наискосок.
Если конструкция распорная, то над прогоном крепится балка, соединяющая каркасные ноги, — ригель.
Виды стропильных систем
Устройство стропил для мансардной крыши
Перед монтажом стропильной системы под мансарду, необходимо правильно рассчитать нагрузку кровли и учесть другие факторы, которые могут повлиять на ее функциональность.
Все деревянные элементы необходимо обработать антисептиками.
Монтаж стропильной системы выполняется поэтапно:
- Устанавливают мауэрлат на гидроизоляционный слой. Крепят доску к стенам скобами или гвоздями и привязывают металлической проволокой к заранее подготовленным в стене крюкам;
- Выпиливаются элементы каркаса;
- Изготавливается основной прямоугольник из затяжки и стоек;
- Монтируются два средних прогона, к которым крепят нижние стропильные брусья;
- Конструкцию можно поднять на крышу, где уже установить верхние стропила, соединив их у верхнего основания, закрепив коньковую балку и боковой прогон;
- Усиливают конструкцию необходимыми элементами: затяжками, стойками, подкосами, дополнительными упорами.
После установки каркаса на него укладывают пароизоляционную пленку, устанавливают обрешетку, элементы кровельного пирога и покрывной материал.
Устройство мансардной крыши
Устройство стропил для чердачного помещения
Чердак двухскатной крыши имеет самую простую висячую систему.
Для чердачного перекрытия целесообразно изготовить готовые фермы на земле, а затем их поднять на крышу, предварительно установив мауэрлат.
Фермы состоят из стропильных ног, прочно закрепленных затяжкой у нижнего основания. Можно дополнительно использовать подкосы или бабки.
Большое значение имеет закрепление затяжек на стропилах. Рекомендуется устанавливать затяжки так, чтобы их брусья располагались за линией стены на полметра, тогда отпадет необходимость дополнительно устанавливать свес.
Как изготовить стропила самостоятельно вы можете прочитать здесь.
Фермы закрепляют с помощью верхних и нижних прогонов.
Стропильная система для чердачного помещения
Стропильная система двухскатной крыши: элементы
При обустройстве каркаса двухскатной крыши используют элементы:
- Мауэрлат. Элемент, который крепится к несущей стене. К нему монтируется вся конструкция стропильного каркаса;
- Прогон. Брус, соединяющий стропильные ноги по бокам и в коньковом элементе;
- Затяжка. Балка, прикрепленная к стропильным ногам, препятствующая их расхождению;
- Бабка. Брус, расположенный вертикально и закрепленный у конька и затяжки;
- Подкос. Планка, соединяющая под наклоном лежень и стропило;
- Стойка. Вертикально упирается в лежень и стропило;
- Конек. Балка соединения верхних оснований стропил;
- Кобылка. Наращиваемая часть стропила для свеса;
- Свес. Дополнительная конструкция, служит для защиты от дождя наружной стены;
- Обрешетка. Решетка, установленная на стропильный каркас для прикрепления покрывного слоя.
Брус, соединяющий стропильные ноги по бокам и в коньковом элементе;Совокупность нескольких элементов (стропил, стоек, раскосов) в одной плоскости называется фермой.
Стропильная система двухскатной крыши, чертежи и фото ниже:
Чертеж элементов стропильной системы
Узлы стропильной системы двухскатной крыши
Надежное закрепление узлов конструкции обеспечивает прочность и выносливость конструкции, способствует увеличению ее срока службы.
Прочность основания двухскатной крыши зависит не только от правильного крепления.
Так же она состоит из правильного расчета всех элементов каркаса, от выверенного определения типа конструкции на этапе проекта.
Стропила для двухскатной крыши соединяются с разными элементами конструкции.
Основные узлы конструкции:
- С балкой: крепят либо шипованным зубом, либо зубом с упором. Дополнительно используют уголки. К балке монтируют, вырезая упор для шипа в балке с гнездом. Одинарный зуб крепят с шипом и упором. Если делают врубку, то расстояние от края бруска должно быть 0,2 — 0,4 м;
- С мауэрлатом: при жестком креплении используют уголки или делают запил, который закрепляется гвоздями или скобами, при шарнирном — двигающийся металлический крепеж, при запиле — гвоздь или скоба;
- С коньком: обрезав край под углом крепят встык с помощью гвоздей, закрепив скобой или накладной доской. Внахлест доски скрепляют болтом или шпильками.
В зависимости от пролета элементы крепят:
- Бабкой. Верх — скобами и хомутом, низ — хомутом;
- Подкосом. Верх крепят к стропило, низ — к бабке;
- Стойками. Крепят деревянными или металлическими накладками, шпильками.
Схема стропильной системы двухскатной крыши представлена ниже:
Схема узлов стропильной системы
конструкция, система, узлы, правила монтажа
Наслонная стропильная система – конструкция, применяемая при сооружении крыш зданий с промежуточными несущими стенами, опорными столбами или колоннами. Опирается она не только на стены снаружи, но и на внутреннюю центральную опору ( в некоторых случаях — на две).
Если говорить про использование, то наслонные стропила – самые распространенные для жилых частных домов, которые, как правило, имеют внутренние стены-перегородки.
Составные элементы наслонной системы: две стропильные ноги, нижние края которых опираются и закрепляются на наружных стенах (мауэрлате), а верхние – на горизонтальном коньковом прогоне.
Прогон, в свою очередь, удерживается вертикальными стойками, упертыми в промежуточную стену.
Это классическая схема устройства наслонной системы, подходящая для двухскатной крыши. С односкатной крышей прослеживаются те же правила, но с иной реализацией. Стропила, входящие в стропильную систему, укладывают с опорой на противоположные несущие стены (выходит, что только на две опоры). Внутренняя перегородка здесь не нужна. По сути, ее функцию выполняет более высокая стена.
Для повышения несущей способности стропильной конструкции, в систему внедряют подкосы. Их наличие позволяет увеличить длину перекрываемых пролетов.
Для односкатных крыш возможно применение наслонных стропил без внедрения подкосов при пролетах до 4,5 м. Наличие подкоса увеличивает эту возможную длину до 6 м. Похожая тенденция прослеживается с двухскатными крышами. Двухскатная конструкция с одной промежуточной опорой используется для пролетов до 9 м. Установка подкосов увеличивает максимальную длину пролета до 10 м.
А комбинация подкосов со схваткой (горизонтальной балкой, соединяющей пару стропильных ног) – до 14 м.
Существует несколько вариантов реализации наслонных систем, среди которых различают безраспорные и распорные конструкции с дополнительными поддерживающими подкосами, схватками, подстропильными балками.
Рассмотрим основные конструкции наслонных стропил.
Данный вид наслонных стропил не дает распор на внешние стены. Нивелирование распирающих нагрузок происходит, благодаря особому сочетанию креплений. Один край стропилины всегда закрепляют жестко, а второй – на скользящей опоре. Это дает отсутствие распора.
Жесткое крепление может означать, что узел закреплен, но допускается поворот балки в шарнире (одна степень свободы). Также существует жесткое защемление стропильной балки, при котором любые смещения невозможны (нулевая степень свободы).
Больше свободы дает скользящее крепление, которое позволяет стропильной ноге не только поворачиваться, но и смещаться горизонтально (две степени свободы).
Безраспорная конструкция характеризуется тем, что в ней всегда присутствует и жесткое, и скользящее крепление. Благодаря этому, под влиянием нагрузки, стропила изгибаются, не передавая распор на стены.
Варианты закрепления стропильных ног
Низ стропилины закрепляют жестко, верх – свободно (скользящая опора)
Нижний край стропилины крепят жестко к мауэрлату (одна степень свободы), путем врубки зубом. В другом случае применяют запил с фиксацией опорным бруском.
На верхнем конце стропилины делают горизонтальный пропил со скосом. Если врубка невозможна, то край стропильной ноги подшивают снизу обрезком балки и скрепляют с двух сторон монтажными пластинами. Крепление верхнего края стропилины к прогону выполняют по типу скользящей опоры. При этом противоположные стропилины укладывают на конек поочередно, без скреплений между собой. Поэтому двускатную крышу, выполненную по этой схеме можно воспринимать, как две односкатные крыши, прилегающие друг к другу.
Сложность схемы в том, что любая погрешность в реализации конькового узла, превращает безраспорную конструкцию в распорную.
Поэтому данный вариант редко используют для двухскатных крыш, чаще – для односкатных.
Низ стропильной ноги закрепляют свободно, верх – жестко
Самая распространенная схема для частных домов.
Нижний край стропилины закрепляют к мауэрлату на ползуне (металлической скобе), благодаря чему она может сдвигаться и изгибаться под нагрузкой. Чтобы стропилина не могла «уйти» в боковом направлении, с двух сторон ее фиксируют металлическими уголками или брусками.
Верх стропильных ног закрепляют на шарнире с допуском поворота (одна степень свободы). При этом коньковые узлы наслонных стропил данного типа выполняют так: края стропилин схлестывают между собой и соединяют болтом или гвоздями. Или же стыкуют предварительно срезанные под углом концы, а затем связывают их металлическими или деревянными накладками.
Низ стропильной ноги закрепляют свободно, верх – жестко защемляют
Эта схема отличается от предыдущей тем, что соединение стропил в коньковом узле выполняется с жестким защемлением.
Стропила скошенными торцами опирают друг в друга, а затем связывают их между собой и коньковым прогоном двумя ригелями-затяжками. Получается узел с защемлением.
Низ стропильных ног соединяют с мауэрлатом свободно, на ползуне.
Данный вариант креплений отличается повышенной несущей способностью, позволяющей применять его в регионах с повышенным уровнем снеговых осадков.
Способы повышения устойчивости безраспорных систем
Все три рассмотренные стропильные системы показывают себя, как устойчивые при неравномерных нагрузках только в случае жесткой фиксации конькового прогона. То есть, когда его концы выводят на фронтоны или подпирают дополнительными накосными стропилами.
Если же коньковый прогон опирается только на стойки, крыша может потерять устойчивость. В рассмотренных втором и третьем вариантах (низ стропильной ноги на ползуне, верх – жестко закреплен) при увеличении нагрузки на один из скатов крыша будет смещаться в сторону увеличившейся нагрузки. Первый вариант сохранит форму, но только при идеально вертикальных стойках (под прогоном).
Чтобы, несмотря на нежесткую фиксацию прогона и неравномерные нагрузки, система стропил наслонная осталась устойчивой, ее дополняют горизонтальной схваткой. Схватка – это балка, обычно с тем же сечением, что и у стропил.
Она скрепляется со стропилами гвоздями или болтами. Пересечение схваток и стоек фиксируется гвоздевым боем. Работу схватки можно охарактеризовать, как аварийную. В случае неравномерной большой нагрузки на скаты, схватка включается в работу и предохраняет систему от перекоса.
Укрепить систему с жестко закрепленным верхом и свободным низом (второй и третий варианты) можно с помощью небольшой трансформации нижнего узла. Стропильные ноги выводят за край стен. При этом само крепление остается скользящим, по типу ползуна.
Еще один вариант повышения устойчивости – жесткое крепление низа стоек, на которых удерживается горизонтальный коньковый прогон. Для этого их врубают в лежень и фиксируют к перекрытиям, например, используя накладки из досок или брусков.
В этом случае стропила опираются на несущие стены и передают им распор. Поэтому такие системы нельзя применять для домов, стены которых выстроены из газобетона. Газобетонные блоки совершенно не противостоят изгибу и разрушаются при распорных нагрузках. А другие материалы, например, кирпич или бетонные панели, легко выдерживают такие нагрузки и не деформируются.
Распорная система стропил требует наличия жестко закрепленного мауэрлата. Причем, чтобы выдержать распор, прочность стен должна быть высокой. Или же по верху стен должен идти неразрывный железобетонный пояс.
Для распорных стропил используют те же, рассмотренные выше для безраспорных систем, варианты креплений. Но с одним нюансом: все имеющиеся скользящие крепления (ползуны) заменяют на шарнирные с возможностью поворота. Для этого к низу стропилины прибивают опорный брус или делают врубку зубом в мауэрлат. Шарнирное крепление в коньковом узле выполняют, наложив стропила друг на друга и скрепив их гвоздевым боем или болтом.
Распорная конструкция – это нечто среднее между наслонными безраспорными и висячими системами. Коньковый прогон в них еще используется, но он уже не играет значительной роли. Ведь стропила уперты нижними краями в стены, а верхними краями – друг в друга. При просадке стен или прогибе конькового прогона под собственным весом, прогон перестает работать вообще. По своей сути такие стропила становятся висячими.
Для повышения устойчивости системы в нее включается схватка, которая работает на сжатие. Она частично, хоть и в небольшой степени, снимает распор на стены. Для того, чтобы схватка сняла распор полностью, она должна соединить нижние края стропильных ног. Но тогда она станет уже не схваткой, а затяжкой.
Также уменьшает распор установка жестко зафиксированного конькового прогона.
Такие системы могут устраиваться как по распорным, так и по безраспорным схемам. Их отличие от уже рассмотренных вариантов состоит в наличие третьей опорной части под стропильной ногой – подкоса (подстропильной ноги).
Подкос меняет систему. Стропилина из однопролетной балки превращается в двухпролетную неразрезную. Это позволяет увеличить перекрываемый пролет, вплоть до 14 м. А также – уменьшить сечение стропил.
Подкос соединяют со стропилиной таким образом, чтобы не допустить ее смещения. Делается это следующим образом: подкос заводят под стропило и фиксируют деревянными накладками по бокам и снизу.
Эта конструкция наслонных стропил подходит для построек с двумя продольными несущими стенами или промежуточными поперечными стенами. Стойки в этом случае расположены не под коньком, а под стропилами. Коньковый прогон отсутствует.
Стропильные ноги в схеме опираются на две подстропильные балки (сквозные прогоны), которые, в свою очередь, уложены вдоль скатов крыши и опираются на вертикальные стойки. Стойки закреплены к несущим промежуточным стенам через лежни.
Сквозные прогоны можно и не включать в схему. Тогда стойки придется подводить непосредственно под каждую стропилину и закреплять с затяжкой гвоздевым боем.
Сверху стропильные ноги стыкуют между собой и связывают накладками из металла или дерева с двух сторон.
Отсутствие конькового прогона автоматически означает, что стропильная система образует распор. Чтобы его нейтрализовать в безраспорном варианте системы, ниже сквозных прогонов закрепляют затяжку. При нагрузках она будет растягиваться и устранит нежелательный распор. Для сохранения устойчивости в системе используется схватка, закрепленная в нижней части сторопильных ног. Также от складывания конструкцию уберегут специальные расшивки, которые закрепляют крест-накрест между стойками.
В распорной системе схватку устанавливают выше сквозных прогонов. Тогда схватка под нагрузкой будет сжиматься и, по сути, превратится в ригель.
Установка стоек под стропильными ногами или сквозных прогонов (и отсутствие центральных стоек!) дает возможность использовать наслонные стропила данного типа для устройства просторных мансардных помещений. Другие схемы подходят только для чердачных помещений и мансард с перегородками.
Имея на руках рассчитанную схему устройства, можно приступать к монтажу стропильной системы. Установка выполняется в несколько этапов, основные из них такие:
1. По верху наружных стен укладывают мауэрлат – доску или брус. Чтобы предупредить загнивание мауэрлата, между ним и стеной прокладывают гидроизолирующий материал – рубероид, толь и т.п.
2. По верху промежуточной стены укладывают лежень, который необходим для крепления вертикальных стоек.
3. На лежне закрепляют стойки с шагом 3-6м.
4. Сверху, на стойки, устанавливают коньковый прогон.
5. Выставляют стропила с шагом 0,6-1,2 м. Снизу стропильная нога крепится к мауэрлату в соответствии с выбранной схемой креплений (на шарнире или на ползуне). Сверху стропильные ноги либо выкладывают отдельно на коньковый прогон, либо соединяют верхние края между собой, опирая на конек.
6. Если схема предусматривает, стропильные ноги соединяют горизонтальными схватками.
7. Опять же, по требованию схемы, выставляют подкосы, опорные элементы.
Выполняя работы по установке стропил нельзя допускать оплошностей. Следует помнить, что стропильная система – это каркас крыши, который должен выдерживать все возможные нагрузки. Неправильно рассчитанная или смонтированная система может запросто привести к перекосу и даже разрушению всей крыши.
Будьте в курсе!
Подпишитесь на новостную рассылку
Теоретическая структурная археология
Большая часть нашего опыта высоты и глубины, оси z пространства, в котором мы живем, исходит из антропогенной среды, которая давно опередила такие вещи, как деревья, как высокие объекты в нашей жизни. Напротив, в доисторической Британии, когда здания строились из дерева, было трудно создавать конструкции выше, чем деревья, из которых они были сделаны, и строители решали практическую проблему создания ширины. Это одна из вечных проблем архитектуры и важная нить в описании застроенной среды. В этой статье мы рассмотрим, как строители решали технические проблемы, присущие широким деревянным постройкам, рассматривая средневековые постройки в конце этого процесса, и как это может быть связано с археологией неолитических построек в начале.
Однако британская археология к нам не присоединится; он уехал на каникулы в Африку, ища вдохновения в более теплых краях колоний, откуда он так и не вернулся. Таким образом, застроенная среда до прибытия римлян представлялась как круглые глинобитные хижины, которые, как и африканцы, не имеют большого значения, поскольку «архитектура» явно возникает из высшей цивилизации колонизирующей державы — подход. археологии, которая больше обязана империализму, чем эмпиризму.
Вообразить трехмерное прошлое может быть сложно из археологического пространства, которое всегда неглубоко. Все надземное давно сгнило, и даже фундаменты обычно перепаханы. Многотысячелетнее архитектурное наследие было сведено к неглубоким элементам в недрах. Единственное возможное понимание этого свидетельства — структурное; это строительные основы, и они имеют смысл только с точки зрения поддерживаемой ими надстройки.
В последней статье было рассмотрено, как работают фонды — без математики и длинных слов.
Я думаю, что мне это сошло с рук, так что теперь мы собираемся посмотреть, как работают здания.
Основы конструкции: A: жесткий треугольник. B: менее жесткий квадрат, подлежит C: вешалке и требует D: распорки , чтобы предотвратить это.
Представьте, что вы скрепляете куски дерева одинаковой длины гвоздями. Самая простая и прочная фигура, которую вы можете сделать, — это треугольник. На самом деле он абсолютно жесткий. Однако, если вы сделаете квадрат, вам потребуются дополнительные гвозди, чтобы сделать форму жесткой. Квадратная форма зависит от жесткости ее четырех углов; иначе будет стойка ’. « Стеллаж » лучше всего предотвратить либо очень жесткими соединениями, либо добавлением « раскоса» между двумя противоположными углами, тем самым « раскоса » квадрат для создания двух треугольников.
Распорки, вероятно, наименее жизнеспособный конструктивный элемент с археологической точки зрения, но это важная часть того, что заставляет здания работать.
Также стоит отметить, что для создания шипового соединения между двумя деревянными элементами из каждого компонента удаляется примерно 50% древесины, что соответственно снижает прочность компонентов. Соединение также является источником физической слабости, а также потенциально менее жестким, чем прямая древесина.
Как создается осевое усилие и как оно ограничивается с помощью тяги
Следующей очень важной концепцией, которую необходимо усвоить, является « тяга ». Представьте себе простую крышу в виде сложенного листа картона, стоящего на вашем столе. Когда вы надавите на нее, имитируя вес крыши, края карты будут выталкиваться наружу. Именно эта направленная наружу сила известна как «тяга », и она будет стремиться вытолкнуть конструкцию, поддерживающую крышу, наружу. Это важный момент при проектировании крыши.
Если вы особенно глупы или неубеждены, или, возможно, хотите произвести неизгладимое впечатление на ребенка, вы можете повторить эксперимент, используя перевернутые лезвия ножниц, положенных на ладонь, чтобы изобразить крышу.
Нажмите вниз, и, если вы осмотрите образовавшуюся рану, вы обнаружите, что лезвие вошло в вашу плоть под углом, представляющим собой разрешение направленной вниз и направленной наружу силы.
По мере того, как здание становится шире, вес крыши увеличивается, а вместе с ним и тяга, которую приходится ограничивать. Ответ заключается в том, чтобы превратить форму крыши в треугольник, добавив между стропилами горизонтальный брус, известный как «9».0013 стяжка ’ балка или как ‘ хомут ’, если он ближе к вершине.
Масса крыши сжимает или сжимает стойки и стропила, поддерживающие ее, но «распор» растягивается или вызывает «напряжение» в анкерной балке. Вы можете сломать прямую деревянную палку, согнув ее; это его принципиальная слабость. Его намного сложнее сломать, растягивая или сжимая. Именно эта прочность « на растяжение » и « на сжатие » делает древесину, такую как дуб, таким хорошим строительным материалом.
Чем больше крыша, тем больше вес и тяга
Наличие анкерной балки у основания крыши позволяет строителям создавать более широкие и тяжелые крыши.
Но по мере того, как крыша становится шире, анкерная балка, проходящая через крышу, будет слишком длинной, чтобы выдерживать собственный вес, и для ее поддержки потребуются дополнительные стойки, а также дополнительная масса большей крыши.
Простое здание со связями и большая конструкция с проходом
Одним из распространенных решений были здания « с проходами » с дополнительными наборами опорных стоек с обеих сторон, называемых «аркадами»; «проходы» — это пространства между стеной здания и аркадой. Любая невеста под венец на самом деле в чем-то вроде тупика.
План дома 32 Элслоо, Нидерланды: длинный дом эпохи неолита [1]
Часть неолитического решения по предотвращению распора заключалась в поддержке конька крыши непосредственно рядом столбов под коньком. Это было в дополнение к двум линиям аркадных постов. Крыша была хорошо поддержана, но интерьер длинного дома представлял собой пост-богатую среду. В неолитическом супермаркете были бы очень узкие проходы.
Теоретическая секция здания эпохи неолита
~.~
«Коньковый столб прогибается до предела.
Это способствует тому, что есть куда идти. Успех» [Да Куо / Преобладание Великого, гексаграмма 28, И Цзин, ~ Книга Перемен, Китай — 1-е тысячелетие до н. , будет точно отражать природу поддерживаемой им надстройки. Ясно, что столбы — это первое, что нужно поставить, но то, поставите ли вы затем поперечные или продольные бревна, важно, и это известно как «порядок сборки».
A: Обычная сборка; B: обратная сборка; C: Перевернутая сборка со смещенными стойками
« Перевернутая сборка» — следующая важная идея, которую необходимо освоить. Если вы посмотрите на свою крышу, вы можете обнаружить «стяжку» деревянной фермы крыши, установленную на ваших основных стенах, потому что ей больше некуда деться.
Это «нормальная» сборка. Однако в деревянном доме, без несущих стен, под балку, поддерживающую конструкцию крыши, можно подложить стяжку: это ‘ перевернутая ’ сборка. В этой форме конструкции связи располагаются поверх стоек, а крыша или стеновая плита — поверх нее. Хотя это, возможно, небольшая техническая проблема в том, что, в конце концов, является полностью теоретической конструкцией, она имеет большое значение для расположения столбов и, следовательно, археологического следа сооружения.
Влияние сборки на археологический след теоретического здания
В «нормальной» сборной конструкции стойки поддерживают стену / плиту крыши и будут находиться по прямой линии под этой древесиной. При «обратной» сборке есть возможность сместить стойку вдоль стяжки, которую она поддерживает, чтобы она больше не находилась прямо под краем крыши. Имеет четыре эффекта:
Перемещает столб с внешней стороны здания.
Упрощает соединение конструкции.
Создает эффект «консоли», поддерживая галстук.
Создает кое-что еще для теоретического структурного археолога.
Этот последний пункт не является незначительным, так как из него следует, что стойки конструкции обратной сборки не обязательно будут образовывать прямую линию вдоль оси крыши, так как они поддерживают балки, проходящие через здание. Хотя это может затруднить идентификацию зданий, теоретически это также может рассказать вам о характере надстройки.
Реконструкция деревянного дома династии Шан, показывающая использование обратной сборки (Китай, позднее 2-е тысячелетие до н.э.) несущиеся на столбах, жесткие несущие стены оказались более склонными к разрушению при землетрясениях. Еще одно существенное отличие от европейских традиций заключается в том, что китайские деревянные постройки не полагаются на треугольные распорки для придания жесткости, а вместо этого используют искусно соединенные консольные кронштейны, известные как «дугуны». Секции традиционных китайских деревянных крыш с обратной сборкой и доугунами В Европе жесткие несущие стены определенно начали появляться к железному веку. Перенос части или всей нагрузки с крыши на стены снижает потребность в опорах, которые раньше загромождали интерьер зданий. Это решение проблемы создания широкого и открытого внутреннего пространства, лежащего в основе развития деревянной архитектуры, как с точки зрения плотницких работ по соединению дерева, так и с точки зрения сборки и поддержки каркасов. У нас все еще есть тысячи средневековых зданий, которые представляют собой конец этой 5000-летней истории, так что мы знаем, чем все закончилось. Типы крыш: A: Молотковая балка, B: Кряк, C: Ферма с центральной стойкой Средневековые деревянные крыши классифицируются по типу используемой фермы, обычно названной в честь богатого словарного запаса ее составных частей. До появления дендрохронологии тип кровельной технологии часто был основным индикатором даты. Было использовано несколько разных подходов. Одним из распространенных и успешных типов была крыша с «молотовой балкой», элегантное и сложное решение для передачи нагрузки с крыши на стены. Крыша типа «cruck» использовала пару подобранных изогнутых бревен, соединенных вверху, чтобы сформировать и поддержать крышу, предлагая совершенно другое решение. Ферма с метким названием «Королевская стойка» вошла в обиход в Южной Англии в 14-м веке и оказалась окончательным техническим решением проблемы распора крыши с единственной королевской стойкой, которая соединяет вершину крыши с центром связи. . Однако, хотя интуитивно кажется, что шкворня поддерживает вершину крыши из анкерной балки, если вы обращали внимание, вы понимаете, что это вершина, которая поддерживает анкерную балку, и что «стойка» можно заменить металлическим стержнем, так как он испытывает растяжение, а не сжатие. 9№ 0004 Ферма шкворня — элегантное и простое решение, являющееся результатом более сложных решений. Ячменный амбар C13th в Крессинг Темпл, Эссекс [3] Если неолитические длинные дома, такие как Элслу, представляют собой начало истории, то начало конца отмечено большими средневековыми амбарами, такими как Ячменный амбар в храме Крессинг в Эссексе, построенным в 489 году.дубы для тамплиеров в начале 13 века. Вестминстер-холл, Лондон [4] Сравнительные секции зданий A: Элслоо, Нидерланды [реконструкция]; B: Ячменный амбар Cressing Temple; C: Вестминстер-холл Археологи и реконструкторы склонны считать доисторические постройки и строительные технологии простыми и минимальными. Однако это, вероятно, является отражением их собственной нехватки ресурсов с точки зрения материалов и культуры. Урок здесь заключается в том, что доисторические здания были перепроектированы, и, хотя ширины трудно достичь, это все же возможно. Самые широкие здания позднего неолита, которые я нашел, имели ширину от 40 до 50 футов (12-15 м). Вот только этого нельзя было добиться, не загромождая интерьер столбами. Однако, что в конечном счете ограничивает ширину и уклон крыши, так это длина бруса, используемого для формирования связей и стропил. Высота, с точки зрения должностей, подлежит такому же ограничению. Что именно это может означать с точки зрения дуба черешчатого, мы обсудим в следующей статье. Источники и дополнительная литература: Существует несколько методов анализа ферм, но наиболее распространенными являются метод соединения и метод сечения (или момента). 5.6.1 Соглашение о знаках При расчете фермы отрицательное осевое усилие на стержне означает, что элемент или соединения на обоих концах элемента испытывают сжатие, а положительное значение осевой силы на стержне указывает на то, что элемент или соединения на обоих концах элемента находятся в состоянии растяжения. 5.6.2 Анализ ферм методом соединения Этот метод основан на том принципе, что если структурная система представляет собой тело, находящееся в равновесии, то любое соединение в этой системе также находится в равновесии и, таким образом, может быть выделено из всей системы и проанализировано с использованием условий равновесия. Метод соединения включает в себя последовательную изоляцию каждого соединения в ферменной системе и определение осевых сил в элементах, встречающихся в соединении, путем применения уравнений равновесия. Подробная процедура анализа этим методом изложена ниже. Процедура анализа • Проверить устойчивость и определенность конструкции. •Определить опорные реакции в ферме. •Определить элементы нулевой силы в системе. Это неизмеримо сократит вычислительные усилия, связанные с анализом. •Выберите соединение для анализа. Ни в коем случае в анализируемом соединении не должно быть более двух неизвестных сил стержня. • Начертите изолированную диаграмму свободного тела выбранного соединения и обозначьте осевые силы во всех элементах, встречающихся в соединении, как растягивающие (т.е. отрывающие от соединения). Если это первоначальное допущение неверно, определенная осевая сила стержня при анализе будет отрицательной, что означает, что стержень находится в состоянии сжатия, а не растяжения. • Примените два уравнения \(\Sigma F_{X}=0\) и \(\Sigma F_{Y}=0\) для определения осевых усилий стержня. •Продолжить анализ, перейдя к следующему соединению с двумя или меньшим количеством неизвестных сил-членов. Пример 5. Используя метод соединения, определите осевую силу в каждом элементе фермы, показанной на рис. 5.10а. \(рис. 5.10\). Ферма. Решение Реакции поддержки. Применяя уравнения статического равновесия к диаграмме свободного тела, показанной на рис. 5.10b, опорные реакции можно определить следующим образом: \(\begin{array}{ll} Анализ соединений. Анализ начинается с выбора соединения, которое имеет две или меньше неизвестных сил стержня. Диаграмма свободного тела фермы покажет, что соединения \(A\) и \(B\) удовлетворяют этому требованию. После завершения анализа соединения \(A\) , соединения \(B\) или \(D\) можно проанализировать, так как есть только две неизвестные силы. Анализ соединения \(D\). \(\begin{array}{l} Анализ соединения \(B \). \(\begin{array}{l} 5.6.3 Члены Zero Force Анализ сложной фермы можно значительно упростить, если сначала определить «элементы с нулевой силой». 1. Если существует неколлинеарность между двумя элементами, встречающимися в стыке, на который не действует никакая внешняя сила, то эти два элемента являются элементами с нулевой силой (см. рис. 5.11а). 2. Если три элемента встречаются в стыке без внешней силы, а два из них лежат на одной прямой, третий элемент является элементом с нулевой силой (см. рис. 5.11b). 3. Если два элемента встречаются в стыке, и сила, приложенная к стыку, параллельна одному элементу и перпендикулярна другому, то элемент, перпендикулярный приложенной силе, является элементом с нулевой силой (см. рис. 5.11c). \(рис. 5.11\). Члены нулевой силы. 5.6.4 Анализ ферм методом раздела Иногда определение осевой силы в конкретных элементах ферменной системы методом соединения может быть очень трудоемким и громоздким, особенно когда система состоит из нескольких элементов. Процедура анализа ферм методом раздела •Проверить устойчивость и определенность конструкции. Если ферма устойчива и детерминирована, переходите к следующему шагу. •Определить опорные реакции в ферме. • Сделайте воображаемый разрез в конструкции так, чтобы он включал в себя элементы, осевые усилия которых нужны. Воображаемый разрез делит ферму на две части. • Прилагайте усилия к каждой части фермы, чтобы удерживать ее в равновесии. •Выберите любую часть фермы для определения сил стержня. • Применение условий равновесия для определения осевых усилий стержня. Пример 5.3 Методом сечения определите осевые усилия в элементах \(CD\), \(CG\) и \(HG\) фермы, показанной на рис. 5.12а. \(рис. 5.12\). Ферма. Решение Реакции поддержки. Применяя уравнения статического равновесия к диаграмме свободного тела на рис. 5.12b, опорные реакции можно определить следующим образом: \(\begin{array}{l} Анализ методом сечения. Во-первых, воображаемое сечение проходит через ферму так, чтобы оно пересекало элементы \(CD\), \(CG\) и \(HG\) и делило ферму на две части, как показано на рис. 5.12c и рис. 5.12г. Все силы, воздействующие на стержень, обозначаются как силы растяжения (т. е. отрыв от соединения). Если это первоначальное предположение неверно, расчетные силы на стержнях будут отрицательными, что указывает на то, что они сжимаются. Любая из двух частей может быть использована для анализа. Осевая сила в стержне \(CD\). Чтобы определить осевую силу в элементе \(CD\) , , найдите момент относительно соединения в ферме, где только \(CD\) будет иметь момент относительно этого соединения, а все остальные разрезанные элементы не будут иметь момента. Внимательное рассмотрение покажет, что соединение, удовлетворяющее этому требованию, является соединением \(G\). Таким образом, взятие момента около \(G\) предполагает следующее: \(\begin{array}{l} Осевая сила в стержне \(HG\). \(\begin{array}{l} Осевая сила в стержне \(CG\). \(\begin{array}{l} Краткое изложение главы Внутренние силы в плоских фермах: Фермы представляют собой конструктивные системы, состоящие из прямых и гибких элементов, соединенных на концах. Допущения при расчете плоских ферм включают следующее: 1.Элементы ферм соединены на концах безфрикционными штифтами. 2. Элементы прямые и подвергаются осевым нагрузкам. 3. Деформации элементов малы и пренебрежимо малы. 4. Нагрузки в фермах действуют только на их соединения. Элементы фермы могут подвергаться осевому сжатию или осевому растяжению. Осевое сжатие элементов всегда считается отрицательным, а осевое растяжение всегда считается положительным. Фермы могут быть внешне или внутренне определенными или неопределенными. Формулировка устойчивости и определенности в фермах следующая: \(\begin{array}{l} Методы анализа ферм: Двумя распространенными методами расчета ферм являются метод соединения и метод сечения (или момента). Метод соединения : Этот метод включает изоляцию каждого соединения фермы и учет равновесия соединения при определении осевой силы элемента. Два уравнения, используемые для определения осевых сил стержня, это \(\Sigma F_{X}=0\) и \(\Sigma F_{y}=0\). Соединения изолируют последовательно для анализа, исходя из того принципа, что количество осевых сил неизвестного стержня никогда не должно быть больше двух в рассматриваемом соединении в плоском доверии. Метод сечения: Этот метод предполагает прохождение воображаемого сечения через ферму, чтобы разделить ее на две части. Силы стержня определяются с учетом равновесия части фермы по обе стороны от сечения. Этот метод удобен, когда требуются осевые усилия в определенных элементах в ферме с несколькими элементами. Практические задачи 5.1 Классифицируйте фермы, показанные на рис. P5.1a–рис. P5.1r. \(Рис. П5.1\). Классификация ферм. 5.2 Определите усилие в каждом элементе ферм, показанных на рис. P5.2–рис. P5.12, используя метод соединения. \(Рис. П5.2\). Ферма. \(Рис. П5.3\). Ферма. \(Рис. П5.4\). Ферма. \(Рис. П5.5\). Ферма. \(рис. П5.6\). Ферма. \(Рис. П5.7\). Ферма. \(Рис. П5.8\). Ферма. \(Рис. П5.9\). Ферма. \(Рис. П5.10\). Ферма. \(рис. П5.11\). Ферма. \(рис. 5.12\). Ферма. 5.3 Используя метод сечения, определите усилия в элементах, обозначенных X, ферм, показанных на рис. P5.13–P5.19. \(Рис. П5.13\). Ферма. \(рис. П5.14\). Ферма. \(рис. П5.15\). Ферма. \(рис. П5.16\). Ферма. \(Рис. П5.17\). Ферма. \(рис. П5.18\). Ферма. \(рис. П5.19\). Эта страница под названием 5.6: Methods of Truss Analysis распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 4.0 и была создана, изменена и/или курирована Рене Альдерлистеном (TU Delft Open) через исходный контент, отредактированный в соответствии со стилем и стандарты платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу. 🕑 Время чтения: 1 минута Консоль — это жесткий конструктивный элемент, такой как балка, прикрепленная одним концом к обычно вертикальной опоре, из которой она выступает. Он также может быть построен из ферм, плит или металлической балки. При воздействии структурной нагрузки консоль переносит нагрузку на опору. Консольная конструкция позволяет навешивать конструкции без внешних связей, в отличие от конструкций, опирающихся на оба конца, с нагрузками, приложенными между опорами, например, свободно опертой балки. В жилой архитектуре консольные конструкции часто используются для создания балконов и других пристроек над уровнем земли. Использование консольных установок также часто можно увидеть в мостах и подобных проектах. Содержимое: Консольные балки — это элементы, которые опираются на один конец и несут нагрузку на другом конце или распределяются по неподдерживаемой части. Для обеспечения статичности конструкции опора должна быть зафиксирована, что означает, что она может воспринимать силы и моменты во всех направлениях. Верхняя половина толщины консольной балки подвергается растягивающим напряжениям, стремящимся удлинить волокна, нижняя половина — сжимающим напряжениям, стремящимся их раздавить. Допускается консольный вылет балок за их опоры на расстояние, равное одной четверти пролета между опорами. Хорошим примером консольной балки является балкон. Балкон поддерживается только одним концом, остальная часть балки проходит над открытым пространством; с другой стороны ничего не поддерживает. Консоли прогибаются больше, чем большинство других типов балок, потому что они поддерживаются только с одного конца. Консольный
ферма поддерживается только с одной стороны, что эффективно
тяжелее, чем неподдерживаемая сторона, поэтому даже добавление веса на неподдерживаемую сторону
не вызывает его провисание. частями фермы являются пояса (верхняя и нижняя) и стенка, в
скатная ферма, есть два верхних пояса. Кусочки паутины в ферме
всегда находятся в оппозиции друг к другу, поэтому, если один находится в напряжении, его сосед
находится в сжатии. верхний пояс всегда сжат, а нижний всегда сжат.
напряжение. Треугольники фермы могут быть самыми разнообразными.
конфигурации, каждая из которых, несомненно, имеет свои преимущества и недостатки, но
все работают на одних и тех же общих принципах. Консольная ферма крыши возникает там, где основная часть фермы выступает за пределы опоры. Все стандартные стропильные профили могут быть консольными с одного или обоих концов. Структурная обработка консольной фермы крыши меняется с увеличением расстояния между консолью. Можно добавить консольную перемычку для усиления нижнего пояса. Максимально допустимое консольное расстояние обычно ограничивается меньшей из четверти размаха выносных точек или первой внутренней узловой точкой. В некоторых случаях консоль вызывает сжатие внешнего нижнего пояса, и может потребоваться боковая распорка.
0004
Из тысячелетнего опыта строители узнали, что непосредственная поддержка вершины не нужна, и они постепенно сокращали количество стоек в интерьере, поскольку опыт уточнял то, что считалось безопасным.
Однако, если английское здание с деревянной крышей имеет «вершину», то это поистине необыкновенная крыша Вестминстер-холла (1394–1402 гг.), построенная архитектором Генри Йевелем. /строитель, и Хью Херланд, плотник/дизайнер. Они заменили конструкцию крыши с проходом на крышу с одинарной балкой с пролетом 68 футов (20,72 м) с использованием молотковых балок толщиной 1 м, выступающих горизонтально на 20 футов, для сужения пролета и передачи нагрузки с крыши на каменные стены.
[1] Startin, W. (1978). «Дома культуры линейной керамики: реконструкция и рабочая сила». Труды доисторического общества 44: 143-59
[2] Clark G & Piggott S 1968, Доисторические общества, Лондон, Хатчинсон, рис. 85, с.273.
[3] http://www.cressingtemple.org.uk/
[4] http://www.parliament.uk/about/history/westminsterhall.cfm 5.6: Методы анализа ферм
Если ферма устойчива и детерминирована, переходите к следующему шагу.
2
+\curvearrowleft \sum M_{A} =0 \\
20(4)-12(3)+(8) C_{y}=0 \\
C_{y}=-5,5 \mathrm{кН} & C_{y}=5,5 \mathrm{кН } \стрелка вниз\\
+\стрелка вверх \сумма F_{y}=0 \\
A_{y}-5,5+20=0 \\
A_{y}=-14,5 \mathrm{кН} & A_{y}=14,5 \mathrm{ кН} \downarrow \\
+\rightarrow \sum F_{x}=0 \\
-A_{x}+12=0 \\
A_{x}=12 \mathrm{kN} & A_{x}= 12 \mathrm{кН} \leftarrow \\
\end{array}\)
Чтобы определить осевые усилия в элементах, встречающихся в стыке \(A\), сначала изолируйте соединение от фермы и обозначьте осевые усилия элементов как \(F_{A B}\) и \(F_{A D}\) 9{\circ}=-7,34 \mathrm{кН}
\end{массив}\)
+\стрелка вверх \sum F_{y}=0 \\
F_{D B}=0 \\
+\стрелка вправо \sum F_{x}=0 \\
-F_{D A}+F_{D C}=0 \\
F_{D C}=F_{D A}=-7,34 \mathrm{kN}
\end{array}\)
+\rightarrow \sum F_{x}=0 \\
-F_{BA} \sin 53.13+F_{BC} \sin 53.13+15=0 \\
F_{B C} \sin 53.13=-15+24.17 \sin 53.13= \\
F_{BC}=5.42 \mathrm{кН}
\end{массив}\)
Элемент с нулевой силой — это элемент, который не подвергается какой-либо осевой нагрузке. Иногда такие элементы вводят в систему ферм, чтобы предотвратить коробление и вибрацию других элементов. Конструкции ферменных элементов, приводящие к элементам нулевой силы, перечислены ниже:
В таких случаях использование метода сечения может сэкономить время и поэтому предпочтительнее. Этот метод включает в себя прохождение воображаемого сечения через ферму так, чтобы оно делило систему на две части и прорезало элементы, осевые усилия которых желательны. Осевые силы стержня затем определяются с использованием условий равновесия. Подробная процедура анализа этим методом представлена ниже.
A_{y}=F_{y}=\frac{160}{2}=80 \mathrm{кН} \\
+\стрелка вправо \Sigma F_{x} =0 \quad A_{x}=0
\end{array}\)
Левая часть будет использоваться для определения сил стержня в этом примере. Применяя уравнение равновесия к левому сегменту фермы, осевые силы в элементах можно определить следующим образом:
+\curvearrowleft \sum M_{G}=0 \\
-80(6)+80( 3)-F_{C D}(3)=0 \\
F_{C D}=-80 \mathrm{кН} и 80 \mathrm{кН} (C)
\end{массив}\)
+\curvearrowleft \sum M_{C}=0 \\
-80(3)+F_{H G}(3)=0 \\
F_{H G}= 80 \mathrm{kN} & 80 \mathrm{kN} (T)
\end{array}\)
Осевая сила в стержне \(CG\) определяется с учетом вертикального равновесия левой части. Таким образом,
+\uparrow \sum F_{y}=0 \\ 9{\circ}=0 \\
F_{C G}=0
\end{массив}\) Внешне детерминированные фермы — это фермы, неизвестные внешние реакции которых можно определить, используя только уравнение статического равновесия. Внешне неопределенными называют фермы, внешняя неизвестная реакция которых не может быть полностью определена с помощью уравнений равновесия. Для определения числа неизвестных реакций, превышающих уравнение равновесия неопределенных ферм, необходимо составить дополнительные уравнения, исходя из совместимости частей системы. Внутренне определенные фермы — это фермы, элементы которых расположены таким образом, что образуется ровно столько треугольных ячеек, чтобы предотвратить геометрическую нестабильность системы.
m+r<2 j \quad \text { конструкция статически неустойчива } \\
m+r=2 j \quad \text { конструкция детерминирована } \\
m +r>2 j \quad \text { структура не определена }
\end{массив}\) Ферма. open.tudelft.nl/textbooks/catalog/book/15 Консольные балки и фермы — использование и преимущества
Что такое консольная балка? Строительство зданий Это означает, что меньше поддержки для передачи нагрузки. Прогиб консольной балки можно рассчитать несколькими способами, например, с помощью упрощенных уравнений консольной балки или с помощью калькуляторов консольной балки и программного обеспечения.
Недостатки
консольных балок и ферм
Приложение
консольных балок и ферм 1.