Расчет стропильных ферм – Стропильная ферма — как сделать схема, план раскладки, уголки и стыковку деревянных стропил для двухскатной крыши, примеры на видео и фото

Содержание

Пример расчета стропильной фермы — Подбор сечений элементов ферм — Фермы

Пример. Расчет стропильной фермы. Требуется рассчитать и подобрать сечения элементов стропильной фермы промышленного здания. На ферме посередине пролета расположен фонарь высотой 4 м.

Пролет фермы L = 24 м; расстояние между фермами b = 6 м; панель фермы d = 3 м. Кровля теплая по крупнопанельным железобетонным плитам размером 6 X 1,6 м. Снеговой район III. Материал фермы сталь марки Ст. 3. Коэффициент условий работы для сжатых элементов фермы m = 0,95, для растянутых m = 1.

1) Расчетные нагрузки. Определение расчетных нагрузок приведено в таблице.

Таблица Определение расчетных нагрузок.

Таблица Расчет узловых нагрузок.

Собственный вес стальных конструкций ориентировочно принят в соответствии с таблицей Ориентировочные веса стального каркаса промышленных зданий в кг на 1м2 здания: фермы — 25 кг/м2, фонарь — 10 кг/м2, связи — 2 кг/м2.

Снеговая нагрузка для III района 100 кг/м2; нагрузка от снега вне фонаря вследствие возможных заносов принята с коэффициентом с = 1,4 (смотрите Требования, предъявляемые к стальным конструкциям).

Суммарная расчетная равномерно распределенная нагрузка:

на фонаре q1 = 350 + 140 = 490 кг/м2;

на ферме q2 = 350 + 200 = 550 кг/м2.

2) Узловые нагрузки. Вычисление узловых нагрузок приведено в таблице.

Узловые нагрузки Р1, Р2, Р3 и Р4 получены как произведение из равномерно распределенной нагрузки на соответствующие грузовые площади. К нагрузке Р3 добавлена нагрузка G1 складывающаяся из веса бортовой плитки 135 кг/м и веса остекленных поверхностей фонаря высотой 3 м, принимаемого равным 35 кг/м2.

Местная нагрузка Рм, показанная пунктиром на фигуре, возникает вследствие опирания железобетонных плит шириной 1,5 м в середине панели и вызывает изгиб верхнего пояса. Ее величина уже учтена при вычислении узловых нагрузок Р

1 — Р4.


К примеру расчета стропильной фермы


3) Определение усилий. Определение усилий в элементах фермы производим графическим путем, строя диаграмму Кремоны-Максвелла. Найденные величины расчетных усилий записываем в таблице. Верхний пояс подвергается, кроме сжатия, также и местному изгибу.

Таблица Даннные для расчета.

Примечание. Расчетные напряжения в сжатых элементах фермы определены с учетом коэффициента условий работы (m — 0,95) с целью сопоставления во всех случаях с расчетным сопротивлением.

Момент от местной нагрузки равен (смотрите Определение усилий в элементах ферм):

в первой панели

 

во второй панели

4) Подбор сечений. Подбор сечений начинаем с самого нагруженного элемента верхнего пояса, имеющего N = — 68,4 т и М2 = 3,3 тм. Намечаем сечение из двух равнобоких уголков 150 X 14, для которого по таблицам сортамента находим геометрические характеристики: F = 2 * 40,4 = 80,8 см2, момент сопротивления для наиболее сжатого (верхнего) волокна сечения Wсм 1 = 203 X 2 = 406 см3; ρ = W/F = 406/80,8 = 5,05см, rх = 4,6 см; rу = 6,6см.

Гибкость: λх = lx/rx = 300/4,6 = 65; λy = 150/6,6 = 23. По табл. 1 приложения II находим: φх = 0,83; φу = 0,96. Эксцентриситет е = 330mсм/68,4m = 4,84см. Расчетный эксцентриситет (смотрите формулу (18.II))

Здесь коэффициент η = 1,3 взят по табл. 4 приложения II. Так как е1 < 4, то проверку сечения производим по формуле (17. II), определив предварительно φвн по табл. 2 приложения II в зависимости от e

1 = 1,4 и = 65 (интерполяцией между четырьмя ближайшими значениями е1 и λ): φвн = 0,45.

Проверка напряжения

Проверку напряжения в плоскости, перпендикулярной плоскости действия момента, производим но формуле (28.VIII), для чего предварительно определяем коэффициент с по формуле (29.VIII)

Напряжение

Производим для подобранного сечения проверку элемента верхнего пояса В4. Усилие в элементе N = — 72,5 т, изгибающий момент отсутствует. Сечение из двух уголков 150 X 14. Гибкость

Коэффициенты: φх = 0,83; φу= 0,68.

Напряжение

Сохраняем принятое сечение пояса по конструктивным соображениям. Первая панель верхнего пояса подвергается только местному изгибу, вследствие чего сечение ее не должно определять выбора профилей уголков пояса, предназначенных в основном для работы на сжатие.

Поэтому, оставляя в первой панели те же два уголка 150 X 14, усилием их вертикальным листом 200 X 12, расположенным между уголками, и проверяем полученное сечение на изгиб.

Определяем положение центра тяжести сечения:

где z0 и zл — расстояния до центров тяжести уголков и листа от верхней, кромки уголков;

Момент инерции

Момент сопротивления

Наибольшее растягивающее напряжение

Расчетные данные подобранного сечения верхнего пояса вписываем в таблице выше.

Далее подбираем сечение нижнего пояса из уголков 130 X 90 X 8 и определяем расчетное напряжение

После этого устанавливаем минимальные уголки для средних наименее нагруженных раскосов; для сжатого элемента Д3 эти уголки определяются требованиями предельной гибкости (для раскосов λпр = 150, смотрите таблицу Предельная гибкость λ сжатых и растянутых элементов).

Для этого находим необходимые минимальные радиусы инерции (учитывая, что l

x = 0,8l):

Равнобокие уголки, наиболее соответствующие полученным радиусам инерции, определяем по табл. 1 приложения III. Можно также использовать, данные табл. 32 для равнобоких уголков:

Этим данным наиболее близко отвечают уголки 75 X 6, имеющие rx = 2,31 см и ry — 3,52 см.

Соответственные значения гибкости будут равны:

 

Эти уголки и приняты для средних раскосов фермы и занесены в таблице выше. Хотя раскос Д4 растянут, но, как указывалось выше, в результате возможной несимметричной нагрузки средние раскосы могут испытывать незначительное сжатие, т. е. изменить знак усилия. Поэтому они всегда проверяются на предельную гибкость.

Первый раскос имеет большое усилие, но меньше, чем нижний пояс; однако вследствие того, что он сжат, профиль нижнего пояса из уголков 130 X 90 X 8 для него недостаточен. Приходится вводить еще один, четвертый, профиль — уголок 150 X 100 X 10.

Наконец, для растянутого раскоса Д2 получаются уголки 65 X 6. Эти же уголки используем для стоек (чтобы не вводить нового профиля). Проверка напряжений, приведенная в таблице выше, показывает, что отсутствуют как перенапряжения в элементах ферм, так и превышения предельных гибкостей.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

При подборе сечений элементов ферм необходимо стремиться к возможно меньшему числу различных номеров и калибров уголковых профилей в целях упрощения прокатки и удешевления транспортировки металла (поскольку прокатка на заводах специализирована по профилям). Обычно удается рационально подобрать сечения элементов стропильных ферм, применяя уголки в пределах 5 — 6 различных калибров сортамента. Подбор сечений начинается со сжатого…

В критическом состоянии потеря устойчивости сжатого стержня возможна в любом направлении. Рассмотрим два главных направления — в плоскости фермы и из плоскости фермы. Возможная деформация верхнего пояса фермы при потере устойчивости в плоскости фермы может произойти так, как показано на фигуре, а, т. е. между узлами фермы. Такая форма деформации соответствует основному случаю продольного изгиба…

Выбор типа уголков для верхнего сжатого пояса стропильных ферм производится с учетом минимального расхода металла, обеспечения равноустойчивости пояса во всех направлениях, а также создания необходимой для удобства транспортировки и монтажа жесткости из плоскости фермы. Так как расчетные длины пояса в плоскости и из плоскости фермы во многих случаях значительно отличаются друг от друга (lу =…

www.ktovdome.ru

Стропильные фермы деревянные:расчет и конструирование, усиление

Стропильные фермы деревянные, через жесткие конструкции которых нагрузка передается на несущие стены строения, пришли к нам из Европы. Расчет и конструирование под каждое здание производится индивидуально. Это не только упрощает устройство крыши и значительно ускоряет процесс, но обеспечивает также отличное качество и прочность.

Решетчатые деревянные фермы сегодня нередко изготавливаются в заводских условиях на деревообрабатывающих предприятиях. Материалом для них служит древесина, соответствующим образом высушенная и заранее обработанная специальными средствами.

Стропильные фермы и балки: что лучше ↑

Основой крыши любой конфигурации является опорная конструкция, состоящая из прямых сплошных балок, стропил либо стропильных ферм. Первыми можно перекрывать лишь ограниченное по величине пространство, примером могут послужить наслонные стропила в малых постройках. Если же необходимо перекрыть большие пролеты, то приходится использовать либо составные балки, либо различного типа. Обыкновенные фермы образуют размещенные с расчетным шагом (1,5–3,5 м) ребра, поддерживающие обрешетку, поверх которой настилают кровлю. Подъем стропил, равный отношению высоты фермы к ее длине, зависит от таких параметров, как материал покрытия и условия устройства сооружения. Из дерева обыкновенно устраивают для пролетов малых и средних размеров. Их устройство с увеличением пролета значительно усложняется и в подобных случаях более предпочтительны стальные.

Преимущества использования ↑

  • их расчет и проектирование сложнее стропильных или балочных опор, однако они предполагают рациональный расход стройматериалов, поэтому экономически выгодны;
  • использование клееного бруса, обеспечивающий им небольшой вес, позволяет применять конструкции в строениях с легким фундаментом, что приводит к снижению затрат и существенному сокращению сроков возведения дома;
  • в отличие от балочных опорных систем, которые можно использовать на пролетах до 4,5 м, фермы приемлемы для перекрытия пролетов до 30 м;
  • они универсальны и подходят для любого типа крыши, бесчердачного или с чердаком.

Виды стропильных ферм ↑

Визуально они похожи на решетку, в которой основная часть в разы больше высоты. По форме это многоугольники, чаще треугольник, или полусфера. Выбор треугольной формы не случаен – она обеспечивает необходимую для конструкции жесткость и неизменяемость. Выполненные в виде набора стержневых треугольников в решетчатой связке они особо эффективны для перекрытия пролетов с большой шириной.

Стропильная ферма висячего типа имеет только две, без промежуточных, точки упора, расположенных по краям на стенах. Верхние концы при этом сходятся на коньке кровли. Все концы, и верхние, и нижние работают на сжатие и изгиб. Они практически рассчитаны на пролет между внешними стенами без дополнительных опор на внутренние стены. Это дает возможность после их монтажа использовать пространство под крышей в качестве одной большой сборочной площадки.

Таким образом, внутренние перегородки можно устанавливать, не учитывая местонахождение несущих стен, то есть появляется полная свобода в планировке внутренней части дома. Однако горизонтальное распирающее усиление, которое передается стенам, получается в итоге достаточно большим. Для устранения прогибов и облегчения пояса (перекрытие в 6–9 м) дополнительно используют ригель. Для больших пролетов обычно оснащают бабкой и подкосами.

Параметры расчета ↑

Ни один из элементов такой конструкции не являются случайным. Каждый из них определяется точными инженерными расчетами с учетом всевозможных нагрузок, постоянных, временных и особых.

К первым относят вес самой кровли, обрешетки, к временным, соответственно, нагрузку на стропила от снега, ветра и полезную, если есть таковая. В СниП оговорены определенные положения, касающиеся временных нагрузок:

  • снеговая нагрузка – ее величину принимают из расчета 180 кг/кв.м в горизонтальной проекции. Снеговой мешок, образовавшийся на крыше, может увеличить снеговую нагрузку до 400-500 кг/кв.м. Для кровель с уклоном больше 60° при расчетах во внимание не принимают.
  • ветровая нагрузка – нормативно ее величина определена как 35 кг/кв. м. Рассчитывают ее для кровель с уклоном больше 30°.

Все указанные величины подлежат корректировке с поправкой на климатические условия местности.

Что же касается полезной нагрузки на стропила, ее учитывают, если установлены баки, вентиляционные камеры, подвешены потолки и т. д.

Особенности крепления узлов ↑

Несущую способность конструкций во многом определяют узлы, их надежность. Рассмотрим варианты креплений некоторых узлов в треугольных фермах пролетом:

Коньковый узел. Стропильные ноги скрепляют скобами или накладками при помощи гвоздей, в половину дерева.

Соединение ноги и ригеля. Ригель ставят на высоте, равной половине высоты фермы и скрепляют с ногами при помощи болтов и гвоздей.

Опорный узел. Строительные ноги опираются прямо на стены.

Подобная конструкция больше подходит для малых строений с достаточно прочными стенами.

Коньковый узел. Крепление ног проводят аналогично, только между ними по середине дополнительно врезают бабку.

Срединный стык. Лучший вариант – закрепление за нижний пояс.

Оси элементов должны пересечься точно над центром подкладки.

Узел необходимо укрепить с помощью стяжного болта.

Должна быть усилена стойками и откосами.

Коньковый узел выполняют аналогично, а стык нижнего пояса перекрывают при помощи двух накладок на болтах.

Монтаж под- и стропильных каркасов ↑

Эти элементы стропильной системы обычно укладывают на весь пролет. Чаще всего их собирают либо на складе, либо прямо у места подъема. В любом случае к подъему их необходимо подготовить, в частности, потребуется временное усиление на время подъема. Дело в том, что элементы конструкции в нормальных условиях и при подъеме или кантовке испытывают противоположные нагрузки. Например, обычно нижний пояс бывает растянут, а при подъеме он сжимается. Чтобы этого избежать проводят усиление при помощи пластин и деревянных бревен, и выполнить его можно двумя способами.

  • Защита от деформации и излома. Поперек к поясам крепят несколько бревен. Рекомендуется устанавливать их в плоскости подвесок и стоек. Подняв ферму из горизонтального в вертикальное положение,усиление снимают.
  • Защита поясов от выпучивания в сторону. Усиление выполняют из горизонтальных труб или бревен. Их попарно прикрепляют к обоим поясам при помощи скруток из отожженной мягкой проволоки или специальных стяжных хомутов. Такое усиление оставляют пока ферма не будет установлена в проектное положение и закреплена прогонами и связями.

Непосредственно монтаж проводят в следующей последовательности.

Первыми ставят фронтонные. Их фиксируют при помощи крепежей или гвоздей. Для облегчения выравнивания промежуточных конструкций между торцевыми натягивают веревку.

После установки, каждую промежуточную конструкцию фиксируют к предыдущей ферме при помощи наклонных временных связок, которые необходимы для стабилизации и сохранения интервала между ними. Для этих целей подойдут доски 20х100 мм.

Для большей устойчивости по диагонали скрепляют металлической лентой, соединяя нижний край свеса первой и конек последней.

© 2018 stylekrov.ru

stylekrov.ru

Устройство и возведение деревянных стропильных ферм для крыши

Стропильная ферма включает в себя несколько конструктивных элементов, представленных раскосами, стойками и обрешётками. Жёсткость такой конструкции обуславливает надёжность кровельного скелета и позволяет передавать общую нагрузку от любого вида крыши на стены сооружения. Чаще всего стропильные фермы выполняются из древесины, а основа такой конструкции базируется на использовании деревянных досок, леса-кругляка или бруса.


[contents]

Разнообразие видов конструкций

Деревянные стропильные фермы долгие годы пользуются заслуженной популярностью. Экологически чистый материал отличается лёгкостью, прочностью и относительной дешевизной, а выполнение технологии возведения позволяет получить долговечный и качественный каркас. Кроме того, есть возможность выбрать конструкцию, которая будет сочетать в себе внешнюю эстетику и функциональность.

Сегодня существует два основных вида стропильных деревянных ферм, которые имеют конструктивные отличия:

Фермы на основе наслонных стропил.

Деревянные наслонные стропила относятся к категории распорных конструкций, которые используются при обустройстве перекрытий пролётов и обладают незначительными размерами. Наличие средней несущей стены позволяет установить стропильную ферму такого вида при длине перекрытия пролёта не более восемнадцати метров.

Смонтированная при таких условиях ферма обладает необходимым запасом конструкционной прочности и устойчивости, что позволяет беспроблемно выдержать не только снеговую и ветровую нагрузки, но и вес самой кровли.

Конструкции стропильных ферм

Фермы на основе висячих стропил

Висячая стропильная конструкция представляет собой систему, которая состоит из нескольких стропил и обладает узлами, соединёнными при помощи врубки или гвоздей.

Она имеет несколько вариантов исполнения. Они могут быть симметричными и несимметричными, а также двускатными или односкатными. Такие фермы базируются на наличии пары стропильных ног, объединённых посредством затяжки, которая позволяет нейтрализовать все образующиеся в процессе эксплуатации распорные силы.

При оформлении кровли с длиной более восемнадцати метров необходима установка ригелей, которые повышают жёсткость, и снижают прогиб стропильных ног. Для сборки применяется метод врубки или крепление посредством металлических скоб.

Классификация стропильных ферм

При выборе конструкции и материала для стропил учитывается материал стен. Опоры для стропильных ферм могут быть представлены железобетонными или металлическими типами колонн, а также стенами из кирпича и подстропильными фермами.

Конструктивные особенности обуславливают классификацию таких конструкций на основе следующих признаков:

  • очертание поясов;
  • конструктивное оформление;
  • статическая схема;
  • тип решётки.

Варианты конструкции деревянных ферм

Самый значимый критерий, на основании которого производится разделение ферм на различные типы, представлен очертанием поясов, что обуславливается не только различными кровельными конструкциями и параметрами перекрываемых пролётов, но и величиной нагрузки.

Область промышленного строительства характеризуется обустройством кровель плоского вида и применением стропильных ферм с параллельным вариантом поясов. Оптимальным вариантом под кровельный материал из асбестоцемента или стали является трапециевидные разновидности несущих конструкций. В области жилого домостроения наиболее востребовано использование стропильных ферм с треугольной формой.

Любая разновидность требует применения оптимального варианта системы решёток. Обустройство ферм с наличием параллельных поясов или обладающих трапециевидной формой нуждается в выполнении решётки треугольной формы с укреплением дополнительными стойками. Кроме того, довольно популярны разрезной тип балочной схемы или решётки, оснащённые шпренгелями.

Устройство и узлы деревянных ферм

Основной задачей для качественного закрепления любых узлов в стропильной ферме является надёжная фиксация стыков двух и более брусьев. В стандартных условиях используются следующие варианты крепления узлов в стропильных фермах:

  • узлы соединений ног с мауэрлатом;
  • узлы соединений ног с элементами деревянной фермы при необходимости увеличить жёсткость и прочность конструкций;
  • узлы соединений стропил с целью их удлинения.

Узлы фермы

Кроме того, в зависимости от способа соединения есть возможность получить жёсткое или скользящее крепление. Следует помнить, что жёсткое крепление требует внимательного подхода. Погодные условия могут спровоцировать расширение или сжимание древесины, что опасно образованием деформационных изменений несущих стен.

Жёсткие узлы соединений

  • врубка на стропильной ноге. Глубина врубки не должна превышать треть по высоте доски, а стропила должны упираться в мауэрлат и фиксироваться парой гвоздей под углом и одним крепежом, вбитым вертикально.
  • выполнение нашивки подпорных брусов на стропильные ноги. Подшивка метрового бруска к стропильной ноге с упором в мауэрлат и боковым закреплением посредством металлических уголков.

Скользящие узлы соединений

Скользящее соединение узлов применяется для конструкций наслонных стропил. Висячий тип стропил обладает упором на коньковый прогон, а несущие стены не испытывают распорных нагрузок. Именно по этой причине такая стропильная система не нуждается в скользящем закреплении узлов.

Скользящее крепление

Как правильно произвести расчёт

Непосредственно перед расчётом следует определиться с эксплуатационными нагрузками:

  • постоянными, включающими суммарный вес предполагаемого кровельного покрытия, кровельного пирога и обрешётки;
  • переменными, зависящими от погодных и других условий;
  • особыми, предполагающими установку любого оборудования на кровле.

Основные этапы расчётов производятся с учётом следующих правил:

  • расчёт нагрузок выполняется на каждый квадратный метр монтируемой кровли;
  • для расчёта деревянных стропильных ферм необходимо учитывать тип и породу древесины;
  • параметры сечения и размеров стропильной конструкции зависят от угла кровельного уклона и размеров строения;
  • следует учитывать разницу в расчётах для наслонных и висячих стропильных систем.
Самой простой деревянной стропильной фермой является конструкция, базирующаяся на соединении треугольником боковых сегментов и основания.

Для пролётов более шести метров конструкцию требуется усилить посредством подкосов и стоек. Их количество, а также параметры сечения и место монтажа также следует учитывать при расчётах.

Для получения качественных расчётов с минимальным уровнем погрешности рекомендуется использовать специальные компьютерные программ.

Изготовление своими руками

Чтобы правильно изготовить, необходимо обратить особое внимание на разметку стропил. Все без исключения детали будущей кровельной конструкции изготавливаются на земле, для удобства формирования фермы целесообразно использовать специальные козлы.

Стропильные фермы рекомендуется предварительно собирать «наживую». Это правило в первую очередь касается торцевых ферм. Готовая конструкция должна устанавливаться параллельно устанавливаемой стене и иметь строго вертикальное положение. Правильность сборки и установки проверяется временным креплением и натягиванием шнура от нижнего угла каждой фермы к вершине противоположной конструкции.

Технология проведения монтажа

Монтаж деревянных стропильных ферм имеет некоторые особенности и выполняется в соответствии с определённой технологией:

  • концы ног деревянных ферм должны опираться на мауэрлат, который расположен сверху несущих наружных стен;
  • при показателях ширины пролёта между стенами меньше шести метров для монтажа систем наслонного типа допускается не выполнять установку промежуточных подпорок;

    Крепление каркаса к стенам и возведение

  • если показатель ширины пролёта находится в диапазоне от десяти до двенадцати метров, требуется монтировать одну промежуточную подпорку, а при больших размерах пролёта устанавливаются две такие подпорки;
  • монтаж ферм следует выполнять снизу вверх, а отправной точкой служит установка промежуточных подпорок, лежней и подкладных досок;
  • следующим этапом самостоятельного монтажа ферм является установка стоек, выверить которые можно отвесом, а фиксируются эти элементы парой специальных раскреплений;
  • далее подготовленные деревянные фермы укладываются с выступом на опорную балку в тридцать сантиметров и фиксируются болтами и скобами.

Установка ферм завершается монтажом подпорок и обрешётки. Следует помнить, что эксплуатационные и технические характеристики готовой кровли полностью зависят от типа деревянных ферм и качества их монтажа.

Подробнее о монтаже и креплении своими руками смотрите в видео.

netosadkam.ru

4. Расчет стропильной фермы

4.1 Выбор геометрической схемы фермы, определение длин стержней

Генеральными размерами фермы являются ее пролет и высота. В нашем случае при­менена ферма трапециидальной формы. Длины стержней решетки определяем графическим способом.

Рис 3. Геометрическая схема фермы

4.2 Определение расчетных узловых нагрузок

Основными нагрузками на стропильные фермы являются: постоянные — от массы не­сущих и ограждающих несущих конструкций покрытия и временные — от снега.

Все нагрузки, действующие на ферму, принимаются приложенными к узлам, на кото­рые опираются прогоны.

Расчетная постоянная нагрузка на узел фермы Fп=qп*d=7,968*3=23,904 кН.

Временная узловая нагрузка от снега FCH = рсн *d = 14,4*3=43,2 кН.

Так как сопряжение фермы с колонной принято жестким, в элементах фермы возни­кают дополнительные усилия от рамных моментов на ее опорах. Вследствие этого в опорных сечениях возникают горизонтальные пары сил H1=Mл/hоп=286,967/2,36=121,6 кН и Н2=Mпр/hоп=4,645/2,36=1,97 кН.

Величины Мл и Мпр принимаем из таблицы расчетных усилий колонны для ее верхне­го сечения (4-4).

4.3 Определение усилий в стержнях фермы

При расчете фермы предполагается, что все стержни в узлах соединены шарнирно, оси всех стержней прямолинейны. Стержни такой системы работают только на осевые силы — растяжение или сжатие. Усилия в стержнях фермы определим графическим методом — по­строением диаграммы Максвела-Кремона. Определим отдельно усилия от постоянной, сне­говой нагрузок и опорных моментов. Вначале определим усилия для единичных воздействий F = 1 и М = +1, а затем вычислим расчетные усилия путем умножения усилий от единичных загружений на их фактические значения.

Рис 4. Расчетные схемы фермы

4.4 Составление таблицы расчетных усилий в стержнях фермы

Элем. фермы

Обознач. стержня

Усилия от узловой вертикальной нагрузки F, кН

Усилия от опорного момента Моп, кНм

Расчетные усилия

Р=1

слева

Р=1

справа

Fп=

23,90

Снеговая нарг.= 43,2

Млев

=1

Мпр

=1

Мп

= — 43,524

Мсн

= — 78,712

Моп мах

= -286,

967

Моп соот

= 4,645

Моп мin

= 151,05

Моп соот

= -140,56

ψ = 1

ψ = 0,9

слева

спр

по прол.

сж

раст

сж

раст

Нижний пояс

Н-1

0

0

0

0

0

0

0,424

0

-18,45

-33,37

-121,67

0

64,045

0

51,83

158,0

39,18

Н-3

2,988

1,195

99,97

129,08

51,62

180,70

0,349

0,050

-17,36

-31,40

-100,15

0,232

52,716

-7,028

231,9

7,32

258,1

Н-5

4,511

2,256

161,73

194,87

97,45

292,33

0,282

0,094

-16,36

-29,59

-80,92

0,436

42,596

-13,212

408,1

408,3

Н-7

4,804

3,203

191,36

207,53

138,36

345,90

0,223

0,134

-15,53

-28,10

-63,99

0,622

33,684

-18,835

493,6

475,2

Н-9

4,054

4,054

193,78

175,13

175,13

350,26

0,169

0,169

-14,71

-26,60

-48,49

0,785

25,527

-23,754

502,7

471,9

Верхний пояс

В-2

-1,542

-0,617

-51,60

-66,61

-26,65

-93,26

-0,386

-0,026

17,93

32,42

110,76

-0,12

-58,305

3,654

94,5

137,6

71,1

В-4

-3,777

-1,743

-131,92

-163,16

-75,29

-238,46

-0,315

-0,073

16,88

30,54

90,39

-0,339

-47,580

10,260

322,9

355,8

В-6

-4,668

-2,746

-177,19

-201,65

-118,62

-320,28

-0,252

-0,114

15,93

28,80

72,31

-0,529

-38,064

16,023

452,7

443,42

В-8

-4,425

-3,644

-192,84

-191,16

-157,42

-348,58

-0,195

-0,152

15,10

27,31

55,95

-0,706

-29,454

21,365

499

474,2

Раскосы

1-2

2,871

1,148

96,05

124,02

49,59

173,62

-0,072

0,048

1,04

1,88

20,66

0,222

-10,875

-6,746

272,6

273,9

2-3

-2,823

-1,129

-94,45

-121,95

-48,77

-170,72

0,071

-0,047

-1,04

-1,88

-20,37

-0,218

10,724

6,606

268,1

269,4

3-4

1,528

1,064

61,94

66,01

45,96

111,97

-0,067

0,044

1,00

1,81

19,22

0,204

-10,120

-6,184

176,7

182,8

4-5

-1,506

-1,048

-61,04

-65,05

-45,27

-110,33

0,066

-0,044

-0,95

-1,73

-18,93

-0,204

9,969

6,184

174,1

180,1

5-6

0,306

0,991

30,99

13,21

42,81

56,03

-0,062

0,041

0,91

1,65

17,79

0,190

-9,365

-5,762

89,6

100

6-7

-0,303

-0,978

-30,61

-13,08

-42,24

-55,33

0,062

-0,041

-0,91

-1,65

-17,79

-0,190

9,365

5,762

88,5

98,99

7-8

-0,817

0,927

2,62

-35,29

40,04

4,75

-0,058

0,039

0,82

1,49

16,64

0,181

-8,760

-5,481

45,0

39,79

55,98

8-9

0,808

-0,917

-2,60

34,90

-39,61

-4,71

0,058

-0,04

-0,87

-1,57

-16,64

-0,176

8,760

5,341

44,65

29,86

55,68

39,22

studfiles.net

Стропильная ферма: металлические, деревянные, расчет, монтаж

Устойчивость крыши напрямую зависит от прочности несущего каркаса, в основе которого находится стропильная ферма. Этот элемент конструкции должен выдерживать серьезные нагрузки.

К таким нагрузкам относится вес кровельного пирога, масса снега в зимний период, а также ветровые нагрузки. Как правило, стропильные фермы изготавливают из древесины, но есть и прочие варианты.

Для их сооружения используют бруски, рейки или лес- кругляк. Некоторые детали ферм из брусьев можно скреплять методом врубки. Изготовленные из реек элементы крепят болтами или гвоздями.

 

 

 Составные элементы стропильной конструкции

 

В состав стропильной системы   входят наслонные и висячие стропила, коньковые прогоны, мауэрлат, боковые подкосы, раскосы, диагональные связи. Связанные друг с другом элементы формируют стропильную ферму. Она имеет форму треугольника, зачастую собранного из нескольких треугольников.

Несущая часть крыши образуется стропильной системой. Угол, под которым их крепят, соответствует углу уклона крыши. Опорой для стропильных ног служит мауэрлат, уложенный на стену.

Вверху соединяются подконьковый брус и другие концы стропил.  В этом месте будет располагаться кровельный конек. Шаг между стропилами выбирают в зависимости от сечения стропил, от кровельного материала и прочего. Этот интервал, как правило, составляет 0,8 — 2 метра.

Расчет стропильного каркаса

При расчете стропильной системы необходимо учитывать все нагрузки, передаваемые на стропильные ноги.

Существуют следующие виды нагрузок:

  1. Постоянные нагрузки, создаваемые весом кровельного пирога;
  2. Временные. Это нагрузки, создаваемые слоем снега, ветром, а также людьми, которые находятся на крыше.
  3. Особые (сейсмические нагрузки и т.д.).

Снеговую нагрузку следует определять исходя из климата в регионе строительства. При расчете ветровой нагрузки необходимо учитывать:

  1. Нормативное значение ветровой нагрузки;
  2. Тип местности;
  3. Высоту конструкции.

В строительных нормах можно найти необходимые расчетные формулы и таблицы. Эти расчеты, как правило, выполняют проектировщики. При самостоятельном расчете стропильной фермы следует учитывать, что даже небольшие погрешности могут привести к тому, что стропильная система будет ненадежной.

Висячие и наслонные стропила

 

Висячие стропила опираются только на внешние стены постройка и не имеют промежуточной опоры. На стропильные ноги данной конструкции воздействует нагрузка на   сжатие и изгиб. Внешним стенам дома передается распирающее усилие.

Для его уменьшения стропильные ноги соединяют металлической или деревянной затяжкой.  Затяжка может находиться у основания стропил либо на определенном расстоянии от него.

Затяжка, расположенная у основания стропил выполняет роль балки перекрытия. Это нередко используется для возведения мансардных крыш. При увеличение высоты монтажа затяжки необходимо применять более толстый и прочный материал, а также усиливать его фиксацию к стропилам.

Наслонные стропила используют реже. Их применяют для зданий, имеющих среднюю несущую стену либо промежуточные опоры (колонны). Крайние концы наслонных стропил опираются на мауэрлат, зафиксированный на внешних стенах, а средние — на располагающуюся внутри опору. Данные стропила испытывают только нагрузки на изгиб.

Преимущество этой конструкции состоит в том, что она более дешевая и легкая, ведь для ее постройки следует меньше материалов. Архитектура здания зачастую допускает сочетание двух типов стропильных ферм. Наслонные стропила применяют в части постройки с промежуточными опорами, а висячие стропила — там, где нет подобных опор.

 

Особенности стропильных ферм из дерева и металла

При выборе стройматериала для изготовления стропильных ферм необходимо учитывать нагрузки, которые будут воздействовать на кровлю, а также назначение сооружения. На крыше постройки могут располагаться водяные баки, солнечные батареи, а также вентиляционные камеры.

Стропильные фермы из дерева

Стропильные фермы, изготовленные из дерева пользуются наибольшей популярностью. Они соответствуют большинству требований, предъявляемых к данной конструкции.

Фото стропильной системы из дерева

Деревянные фермы используются в следующих случаях:

  • При возведении мансардных крыш;
  • При строительстве спортивных, коммерческих, промышленных и сельскохозяйственных объектов;
  • Для восстановления плоских крыш построек различного назначения.

Деревянные стропильные фермы обладают следующими достоинствами:

  • Легкость и автоматизированность процесса изготовления;
  • Работы по проектированию выполняются за довольно короткие сроки;
  • Легкость монтажных работ;
  • Небольшой вес;
  • Возможность реализации дизайнерских идей в плане конфигурации;
  • Легкость выполнения теплоизоляционных работ;
  • Экологическая безопасность материала;
  • Обладает высокими технологическими и эксплуатационными характеристиками;
  • Относится к первой категории пожарной безопасности (стройматериал обрабатывается в заводских условиях).

Конструкции, выполненные из дерева необходимо тщательно обрабатывать антисептиками и антипиренами. Они защитят конструкцию от огня, насекомых, грибков и гнили.

Металлические стропильные фермы

Стропильные фермы из металла используют в случаях, когда необходимо создать конструкцию повышенной жесткости. Такие стропильные системы прекрасно подойдут при обустройстве стропильных ферм длиной более десяти метров. В этом случае из стали должны быть выполнены не только стропила, но и коньковые опоры и мауэрлатный брус. Монтаж осуществляется с помощью швеллера. Стропильные ноги из металла крепят с помощью приваренных уголков.

Стальные стропильные фермы имеют следующие преимущества:

  • Длительный срок эксплуатации;
  • Высокая прочность конструкции;
  • Не подвергается гниению и разрушению;
  • Конструкцию удобно использовать в случаях, когда необходимо перекрыть высокие здания большой площади.

К недостаткам металлических ферм относят:

  • Большой вес конструкции;
  • Необходимость использования специальной техники для подъема металлической конструкции на необходимую высоту;
  • Высокая стоимость;
  • Неустойчивость материала;
  • Достаточно высокая вероятность деформации металла при высоких температурах.

Какие материалы используются для изготовления стропил ?

 

Стропильные фермы могут быть деревянными, собранными при помощи болтовых соединений или металлическими сварными, монолитными железобетонными. При выборе стройматериала для конструирования стропил следует учитывать предназначение постройки, а также и нагрузки, которые будут воздействовать на кровлю.

На крышу также оказывает нагрузку различное оборудование, например, вентиляционные камеры, водяные баки, солнечные батареи. Стропильная ферма для крыши из дерева является наиболее распространенным вариантом. Если дом построен из бревен или брусьев, то мауэрлатом в таком случае может быть верхний венец.

Если же стены здания построены из пенобетонных блоков или кирпича, то деревянные стропильные фермы нужно опирать на брус, установленный вровень с внутренней поверхностью стенки.

Снаружи его нужно оградить дополнительными рядами кладки из кирпича. Под брус следует подложить гидроизоляционный материал. Это может быть рубероид, сложенный вдвое.

Стропильная система из дерева достаточно проста в изготовлении, ее без труда можно подогнать на месте монтажа. При надобности их несложно нарастить, укоротить или подтесать. Следует отметить, что деревянные стропила нужно обработать антипиренами и антисептическими препаратами. Это увеличивает срок службы всей кровельной конструкции.

Второй способ изготовления подразумевает соединение элементов методом «шип-паз». Также применяются гвозди, скобы, хомуты и болты. При высыхании древесины эти крепления слабеют, по этой причине нужно иногда проверять состояние стропильной конструкции и ее укрепление.

Третий способ заключается соединении деревянных частей при помощи стальных фасонных деталей и саморезов. Используя угловые соединительные элементы можно в сжатые сроки и без особых затруднений собрать любую конструкцию.

Стропильные балки из железобетона вообще не нужно обрабатывать. Следует отметить, что установить кровлю на подобных материалах намного сложнее, чем на стропилах из дерева.

Поэтому стальные и железобетонные стропильные фермы обычно применяют при возведении крупных зданий: монолитных железобетонных или больших кирпичных домов. К преимуществам такой кровли можно отнести долговечность и высокую прочность.

Металлические стропильные фермы довольно трудно «подогнать» по месту. Для этого необходим металлорежущий инструмент и сварка. Стальные конструкции можно изготовить двумя способами. Первый способ — заводской.  Специальные компании производят конструкции из оцинкованного тонкостенного проката, обладающего С и Z-образным сечением.

Такие профили в сравнении с черным прокатом значительно более легкие. Это позволяет выполнить установку с использованием маломощной грузоподъемной техники или даже ручным способом.

Части этих стропильных ферм соединяют саморезами, поскольку сварка может вызвать к повреждение защитного цинкового слоя. Собирать их можно в заводских условиях. Собранную конструкцию необходимо перевезти на место и выполнить монтаж с помощью специальных механизмов или грузоподъемной техники.

С помощью сварки можно выполнять конструкции из простого черного проката. В дальнейшем необходимо обработать его ортофосфорной кислотой, а затем покрыть атмосферостойкой эмалью. При изготовлении металлических стропильных систем используются уголки, двутавровые балки и швеллеры.

Похожие статьи :

info-krovlya.ru

Стропильные фермы: виды и расчет

30 ноября 2015

Просмотров: 7575

Устойчивость изготавливаемых крыш будет зависеть от качества ее несущей конструкции, в основе которой находится ферма стропильная. Данное изделие должно выдерживать существенные нагрузки, которые состоят из веса пирога кровли, а также массы снега, который накапливается в зимний период времени. Оказывает влияние и сильный ветер. Фермы нужны для того, чтобы распределять нагрузку, которая передается на кровлю и стенки здания. Данное сооружение изготавливается в большинстве случаев из древесины, однако есть и другие варианты.

Виды стропильных ферм.

Для сооружения ферм можно использовать рейки, бруски или лес-кругляк. Для скрепления некоторых деталей ферм из брусков можно использовать способ врубки, а если элементы изготавливаются из реек, то нужно будет использовать гвозди или болты.

В процессе строительства зданий больших габаритов, длина пролета которых составляет более 16 м, современные мастера используют фермы, которые имеют растянутые металлические стойки. При использовании подобных деталей из дерева проблематично выполнить скрепление узлов, поэтому допускается использовать исключительно металлические детали.

Стропильная ферма из дерева требует существенных трудовых затрат при установке. Если возводить комбинированную ферму, то процесс строительства пройдет гораздо быстрее.

В большинстве случаев в процессе строительства жилых построек не используется метод возведения крыши с открытыми элементами.

Выбор схемы фермы

Рисунок 1. Схема треугольной стропильной фермы.

Выбор формы конструкции нужно делать исходя из таких факторов:

  • материал, который используется для покрытия;
  • тип скрепления деталей фермы;
  • схема расположения деталей.

Если будет устраиваться плоская кровля, уклон которой не превышает 12°, то ферма должна быть прямоугольной или трапециевидной.

При более существенных уклонах крыши и покрытиях с большим весом нужно использовать изделия треугольной формы.

Высоту фермы можно рассчитать по такой формуле:

  • для треугольной конструкции — 1/5*L;
  • для прямоугольной постройки — 1/6*L, где L — длина пролета фермы.

В большинстве случаев в строительстве используется стропильная ферма в форме треугольника. Выбор формы стропил будет зависеть от того, каким способом фермы будут закрепляться к стенкам здания. Если скомбинировать строительную ферму со стропилами под наклоном, то будет возможность создать односкатные или двускатные постройки с различным уклоном.

Чтобы добиться нужной устойчивости односкатной фермы, понадобится установить связывающие приспособления для нескольких поясов. Связки можно сделать из деревянных реек, их надо разместить в основании центральной стойки. Обыкновенная ферма треугольной формы изображена на рис. 1.

Рисунок 2. Варианты установки стропильных ферм.

Элементы, которые нужно будет подготовить:

  • металлические стойки;
  • деревянные бруски;
  • болты;
  • отвес;
  • устройство для сварки;
  • металлические уголки;
  • антисептические средства;
  • профильные трубки;
  • скобы.

Вернуться к оглавлению

Конструкции в форме треугольника

Наиболее простое сооружение используют для частных домов с длиной пролета менее 6 м, в которых нет внутренней несущей стенки. В данном случае ферма будет опираться исключительно на стенки постройки с внешней стороны. Подобная ферма состоит из таких элементов: стропила, затяжки и 2 подкоса. Если ширина пролета превышает 6 м, то понадобится установить подкосы и деталь для опоры. Затяжки, которые закрепляются на фермах, в большинстве случаев затрудняют передвижение по чердаку.

В качестве опорных элементов чаще всего используются не стенки здания, а специально смонтированный брусок. Исключением являются лишь постройки из бревен, при строительстве которых брусок для опоры не будет использоваться, так как его функции будет выполнять верхний венец сруба. Если постройка возводится из железобетона, то установка подстропильной фермы является обязательным условием. Задача подобной конструкции — равномерно распределять нагрузки на стенки. Подстропильные фермы являются прочными постройками, которые сооружаются из металла. Детали фермы скрепляются с помощью болтов. Другой вариант — использование сварочного устройства. В исключительных случаях используются изделия из железобетона.

Вернуться к оглавлению

Как рассчитать систему стропил?

Схема стропильной системы.

Чтобы выполнить расчет системы стропил, понадобится учитывать все нагрузки, которые будут передаваться на стропила.

Нагрузки разделяются на следующие виды:

  1. Непрерывные (вес пирога кровли).
  2. Временные (нагрузка от ветра, вес снега, людей, которые поднимаются на крышу для выполнения ремонтных работ).
  3. Особые. К данному виду можно отнести, к примеру, сейсмическую нагрузку.

Определение нагрузки снега нужно выполнять исходя из климатических условий определенного региона. Понадобится использовать такую формулу: S = Sg * u, где u — коэффициент, который зависит от уклона кровли, а Sg — расчетный показатель веса нагрузки снега на 1 м² покрытия. Данный параметр надо определять по таблицам. В процессе определения нагрузки ветра надо учитывать следующие показатели:

  1. Высота конструкции.
  2. Тип местности.
  3. Нормативное значение нагрузки ветра.

Нужные таблицы и расчетные формулы можно найти в строительных нормах. В большинстве случаев данные расчеты производятся проектировщиками. Если планируется рассчитать ферму самостоятельно, то нужно знать, что малейшая ошибка может привести к тому, что система кровли будет ненадежной.

Вернуться к оглавлению

Как сделать фермы самостоятельно?

Инструменты для установки стропильных ферм.

Раньше фермы подобного типа сооружались на стройплощадках, однако сегодня подобные конструкции изготавливаются в заводских условиях.

Изготовление ферм выполняется на специальном оборудовании.

Если выполняются конструкции из дерева, то они должны пройти обработку защитными средствами, которые способны предотвратить гниение.

Благодаря применению новейших технологий можно соорудить изделия подобного типа для крыш различных форм.

Можно изготовить как фермы полностью, так и их отдельные детали, которые в дальнейшем будут собраны в единую конструкцию на стройплощадке.

Вернуться к оглавлению

Постройки из стали и железобетона

В приватном строительстве достаточно часто применяются и постройки из стали. Типы ферм могут быть следующими:

  • треугольные;
  • полигональные;
  • с несколькими поясами.

Если в планах сооружение мягкой крыши, то можно использовать фермы двух последних типов. Для листовых материалов подходят изделия треугольной формы. В индустриальных условиях изготавливаются конструкции из стали стандартных размеров, которые подходят для пролетов, длина которых составляет 18, 24 и 36 м.

Пояса ферм и решетки изготавливаются из металлических уголков. Рациональной является постройка, пояса которой сооружаются из широкополочных балок. Подобные конструкции легко изготавливать. Чтобы соорудить такие элементы, понадобится лишь небольшое количество материалов. Однако изделия являются прочными и надежными.

Схема устройства фермы из профильной трубы.

Подстропильная ферма из стали отличается от стропильной наличием дополнительного пояса. Они имеют стандартные размеры. В процессе возведения частных домов в большинстве случаев используются стальные изделия, которые сооружаются из профильных трубок прямоугольного сечения. Подобные конструкции имеют меньший вес, чем изделия, которые сооружаются из металлического уголка.

Подобную конструкцию можно соорудить на стройплощадке с помощью сварочного устройства.

Чтобы сделать фермы, рекомендуется использовать гнутые трубки. Сталь должна иметь толщину приблизительно 2-4 мм.

В современных строительных работах используются и железобетонные фермы. Подобные фермы лучше всего монтировать на крыши построек небольшой высоты, которые испытывают существенные нагрузки на покрытия. Фермы из данного материала можно разделить на:

  1. Раскосные и безраскосные изделия.
  2. Конструкции для кровель с небольшим уклоном.
  3. Треугольные конструкции.

При возведении жилых построек изделия из железобетона используются редко. К недостаткам таких ферм можно отнести немалый вес и сложность установки.

Вернуться к оглавлению

Как установить подобные фермы?

Варианты установки ферм для крыши можно увидеть на рис. 2. На начальном этапе нужно рассчитать уровень перепада стенок. Для этого нужно использовать такую формулу: H = Ш * tg L, где H — перепад стенок, Ш — расстояние между стенками для опоры, tg L — тангенс уклона конструкции.

На следующем этапе нужно будет подготовить необходимое количество стропил из древесины и покрыть их специальными средствами для защиты. Далее устанавливается балка для опоры. Толщина планки должна соответствовать толщине стенки, ее нужно жестко зафиксировать и покрыть гидроизоляционным материалом. При закреплении опорной рейки надо следить за тем, чтобы ее основание было горизонтальным. После того как будет выполнена фиксация мауэрлата, на нем следует разметить места монтажа стропил и вырезать специальные углубления соответствующих размеров.

Далее монтируются стропильные ноги. Подготовленные стропильные фермы следует уложить так, чтобы они примерно на 25 см выступали за основание планки для опоры. Элементы рекомендуется укрепить с помощью скоб.

На следующем этапе выполняется монтаж подпорок и каркасной конструкции. Подпоры обязательно нужно установить в случае, если длина стропил превышает 4,5 м. Поверх смонтированных стропильных ног понадобится набить рейки обрешетки.

Фермы являются несущими конструкциями крыши. Поэтому к их сооружению надо отнестись ответственно.

Соблюдение правильной последовательности действий позволит исключить основные ошибки при монтаже подобных элементов крыши.

Автор:

Иван Иванов

Поделись статьей:

Оцените статью:

Загрузка…

Похожие статьи

1pokryshe.ru

Расчет стропил и ферм для вальмовой и двускатной крыши

Расчет стропил выполняется после выбора схемы расстановки, взаимного крепления ног в коньке, способа примыкания к мауэрлату. Это позволит на первом этапе определить направление усилий, передаваемых брусом/доской на стены. Самостоятельные вычисления сложны, требуют практики, знания геометрии, физики. Для удобства застройщиков, решивших сэкономить на изготовлении проекта стропильной системы, в интернете существуют бесплатные сервисы для примерных расчетов.

Устройство стропильной системы.

Безраспорные наслонные стропила

Строители применяют несколько вариантов фиксации наслонных стропил:

  • врубка в мауэрлат с запилом либо крепление в опорный брус, горизонтальная скошенная врубка в коньке;
  • ползун в нижней части, болтовое соединение в коньке с упором в прогон;
  • нижний ползун в сочетании с жестким креплением верхней части.

Рисунок 1. Схема наслонных стропил.

Во всех указанных схемах расчет висячих стропил учитывает минимальный прогиб стропильной ноги, максимальный изгиб в опоре конька. Наслонные стропила являются самыми надежными. Даже если не производится расчет висячих стропил, запас прочности обеспечивается самой конструкцией.

Во всех вариантах один шарнир обеспечивает поворот стропильных ног, второй — поворот ферм с возможностью проскальзывания в опоре. Промышленность выпускает специальные узлы ползунов, облегчающие монтаж на высоте. Для расчета используют идеальную схему — на крышу приходится одинаковая снеговая, ветровая нагрузка (рис. 1).

На практике снег задерживается неравномерно на плоскостях скатов. Однако статическая устойчивость системы двускатной кровли будет сохраняться в каждом указанном случае, если выполнено основное условие — жесткая фиксация в коньке к прогону. Отсутствие смещения горизонтали в коньковом прогоне обеспечивается несколькими способами:

  • обе стороны бруса крепятся к фронтонам вальмовой крыши;
  • изготавливаются накосные стропила на крышу.

Схема расчета стропил.

Щипцовую крышу опереть на фронтоны не получится, поэтому возможно смещение в сторону ската с меньшей нагрузкой. Поэтому применяется горизонтальная схватка, выполняющая аварийную функцию — она не даст завалиться кровле при максимальном смещении конькового прогона. Этот элемент монтируют на высоте 1,7-2 м, соблюдая два условия:

  • как можно ниже к мауэрлату;
  • отсутствие препятствий при хождении по чердаку.

Перед тем как рассчитать стропила, необходимо определиться с наличием в системе конькового прогона. Этим элементом достигается отсутствие горизонтального смещения верхнего сопряжения скатов кровли. Поэтому если стойки для прогона мешают эксплуатации (вариант мансардного помещения), то необходим расчет стропил на статическую устойчивость.

Самостоятельный расчет стропильной системы

Расчеты для вальмовой крыши, двускатных конструкций с фронтонами являются самыми простыми. Устойчивость в этих схемах обеспечивается конструктивно, при монтаже схваток противоаварийный прочностной запас гарантирует максимальный эксплуатационный период.

Простейший расчет стропила с врубкой в мауэрлат, вертикальной подрезкой в коньке (рис. 2) выглядит следующим образом:

Рисунок 2. Простейший расчет стропила с врубкой в мауэрлат, вертикальной подрезкой в коньке.

  • вычисляются нагрузки — к особым относятся ураганные ветры, к переменным — напор ветра, количество снежного покрова в регионе эксплуатации, к постоянным — вес кровельного пирога, стропильной системы;
  • определяется длина стропильных ног — для этого необходимо определиться с материалами кровли, перекрытий;
  • рассчитывается шаг стропил, при этом нужно учесть тип крыши, наличие труб, дымоходов;
  • вычисляется сечение бруса — вместо него может использоваться доска или бревно.

На практике расчет стропил производят по таблицам СНиП для конструкционных, кровельных материалов, нагрузкам по регионам страны.

Вес кровельного пирога двускатной, шатровой, щипцовой, вальмовой крыши складывается послойно. Из таблиц берутся данные для веса квадратного метра материалов, цифры складываются, сумма умножается на коэффициент запаса прочности 1,1. Например, для ондулина с утеплителем, гидроизоляцией, периодической обрешеткой из дюймовой доски вес кровли составит:

15 кг (доска) + 10 кг (базальтовая вата) + 5 кг (гидроизоляция) + 3 кг (ондулин) = 33 кг х 1,1 = 34,1 км2.

Специалисты рекомендуют для легких кровельных материалов брать нагрузку с запасом — 50 кг на единицу площади. Поскольку собственный вес бруса на этом этапе еще неизвестен, сечение выбирается в дальнейшем. С учетом поправочного коэффициента нагрузка составит 55 кг, чем и оперируют в дальнейших вычислениях.

Формулы для расчета кубатуры бруса на стропильную систему дома.

Стропила крыши в разных регионах выдерживают неодинаковые ветровые, снеговые нагрузки. Расчета стропила по снегу производится по формуле:

N1=S×k, где k — коэффициент зависимости от уклона скатов, S — масса снега на квадрате участка в регионе эксплуатации.

Оба значения присутствуют в таблицах СНиП. Например, для уклона 25-60˚ коэффициент равен 0,7; углов 10-25˚ составляет 1. Для Подмосковья вес снежного покрова берется равным 180 кг. Поэтому для 30-градусных скатов нагрузка составит 180×0,7=126 кг.

Ветровая нагрузка вычисляется аналогично:

N2=W×k, где k — коэффициент зависимости от высоты коттеджа, региона эксплуатации, W — ветровая норма местности.

Кроме того, учитывается тип местности в пятне застройки, поэтому для открытых пространств, побережий коэффициент всегда выше, чем для лесного массива, плотной застройки:

  • высота 2-5 м — 0,75или 0,85 ед.;
  • высота 5,1-10 м — 0,65 или 1 ед.;
  • высота 10,1-20 м — 0,85 либо 1,25 ед.

Таблица коэффициентов для расчета элементов стропильной системы.

Таким образом, для подмосковного шале высотой 5 м с ветровой нагрузкой 23 кг/м2 получится:

23×0,75=17,25 кг.

Длина стропильных ног определяется в зависимости от уклона скатов, местоположения конька. Она вычисляется по теореме Пифагора, в которой является гипотенузой треугольника. После определения этой величины из таблицы берется рекомендуемое сечение пиломатериала, которое выдержит все нагрузки с допустимым прогибом (обычно 1/200 от длины).

В нижеприведенной таблице собраны зависимости сечения пиломатериала стропильных ног от длины пролета ферм:

L пролета (см) Сечение (высота/толщина, см)
брус доска
500 20х10 22х8
400 15х10 20х6 либо 18х8
300 12х10 15х8 либо 16х5

Аналогично выбираются сечения стропильных затяжек:

Пролет (м) Сечение материала (см)
6 22х12
5 20х12
4 18х10
3 15х10
2 12х8

Остается разместить на крыше столько стропильных ферм, чтобы они выдержали все нагрузки, нормально распределили их, передали на несущие стены через мауэрлат. То есть вычисляется шаг стропильных ног, который затем корректируется в соответствии с полученным значением. Для этого снова используется таблица, в которой указано рекомендуемое расстояние между фермами (рис. 3).

Рисунок 3. Таблица расстояний стропил.

Длина конька делится на шаг стропильных ног, добавляется единица, получается количество ферм крыши. Значение округляется в большую сторону, после чего вычисляется точное расстояние между центрами. При монтаже вначале устанавливают боковые треугольники, затем промежуточные. Возле дымоходов деревянные конструкции смещаются на 30 см, согласно требованиям пожаробезопасности.

При эксплуатации кровли предполагается периодическое хождение по ней. Особенно актуально данное условие для скатов в пределах 45°, так как с них приходится скидывать снег. Поэтому в имеющиеся нагрузки добавляют вес человека (100-150 кг), обеспечивая дополнительный прочностной запас.

Качество пиломатериала стропильной системы

Расчеты стропил двускатной крыши чаще производят для деревянных конструкций. Поэтому качество пиломатериала существенно влияет на ресурс силового каркаса. Оптимальным вариантом является брус или элементы, собранные из досок. Древесина естественной влажности дает большую усадку, что необходимо учитывать при жесткой фиксации стропил.

Скользящие крепления обеспечивают достаточную подвижность отдельных элементов, однако могут использоваться лишь в определенных схемах.

Рисунок 4. Расчет стропил на шатровую крышу.

Для вальмовой крыши рекомендуется пиломатериал со следующими параметрами:

  • 3 сучка на метр длины;
  • размер сучков в пределах 3 см;
  • отсутствие сквозных трещин.

Монтируя крышу из доски, бруса камерной сушки, застройщик снижает усадку, повышает ресурс конструкции. Обработка антипиренами, антисептиками является обязательной, в эксплуатируемых чердачных помещениях необходимо использовать пароизоляционную мембрану, монтируемую под облицовку стен. Расчет стропил на шатровую крышу не отличается от стандартного, используемого для вальмы, двускатной конфигурации (рис. 4).

Распорные стропила наслонного типа

Для расчета крыши, использующей наслонные стропила, применяются те же методы, что и для висячих. Различия заключаются в способах фиксации ног к мауэрлату, в коньке. В этом случае необходимо наличие двух опор, материал работает на изгиб, конструкция полностью передает нагрузку на капитальные стены.

В расчеты крыши при необходимости могут добавляться вычисления на смятие материала при опирании верхних концов ног через коньковый прогон. В случае наслонных элементов стропила компенсируют распорные нагрузки друг друга. Схватки в этих схемах работают на сжатие, этими деталями снимается излишнее напряжение, сжимающее стены по периметру.

Домашнему мастеру не удастся рассчитать стропила на крышу в профессиональных программах, поскольку для работы в графических редакторах требуется специальное обучение, практика. Онлайн-ресурсы помогут избежать серьезных ошибок, точно подобрать сечение бруса, из которого собрана ферма кровли, шаг, длину. Брус традиционно выбирается с запасом, крепежные элементы заводской готовности значительно облегчают самостоятельное строительство.

1poderevu.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.