Гроздов В.Т. Деревянные наслонные стропильные системы

Общероссийский общественный фонд

«Центр качества строительства»

Санкт-Петербургское отделение

В.Т. Гроздов

Деревянные наслонные стропильные системы

Санкт-Петербург

Издательский Дом KN+

2003

Гроздов В.Т. Деревянные наслонные стропильные системы.—СПб., Издательский Дом KN+, 2003. - 69 с,

Рассмотрены деревянные наслонные стропильные системы, применяемые в современном малоэтажном строительстве, а также имеющиеся в старых зданиях, конструкции узлов сопряжения элементов друг с другом и со стенами, дефекты стропильных конструкций, вопросы ремонта и усиления элементов стропильных систем.

Книга рассчитана на инженерно-технических работников, производящих проектирование, возведение и эксплуатацию стропильных систем, а также осуществляющих надзор за строительством и эксплуатацией зданий с деревянными стропилами.

Рецензент

Кандидат технических наук В.И. .Шагаев (ВИТУ)

ISBN 5-94034-016-4

© Гроздов В.Т. 2003.

Введение

Деревянные стропильные системы широко применялись в строительстве зданий с чердаками до начала шестидесятых годов прошлого столетия.

С массовым внедрением сборного железобетона объем применения деревянных стропил резко снизился. В девяностых годах прошлого столетия деревянные стропильные системы стали вновь возрождаться в малоэтажном жилом строительстве. Однако, за несколько десятилетий был утрачен опыт их проектирования и возведения. Начиная с пятидесятых годов XX века простейшие конструкции крыш — наслонные стропила в учебниках по деревянным конструкциям вообще не рассматривались /13/.

Конструкции важных частей стропильных систем — сопряжений элементов друг с другом, можно встретить только в старых учебниках, справочниках и альбомах типовых деталей /1, 11, 12,21,22, 24, 26 и др./.

Почти не осталось специалистов по деревянным стропилам ни в проектных, ни в строительных организациях. Это привело к массовому появлению дефектов в деревянных стропильных системах. Трудности возникают и при создании новых конструкций и при ремонте и усилении старых. Автору на личном опыте хорошо известно положение в строительстве, которое было в пятидесятых годах, и состояние с деревянными конструкциями на стройках теперь в связи с экспертизой проектов стропильных систем и обследованием строящихся зданий.

Автор делает попытку изложить основные принципы проектирования, возведения, ремонта и усиления элементов деревянных стропильных систем с показом основных дефектов этих систем и последствий, к которым они могут привести.

Автор учитывает то обстоятельство, что в старое время стропильные системы делались как из бревен, так и из брусьев, а в настоящее время материалом для них служат в основном доски и брусья.

При этом в строительстве часто применяют пиломатериалы укороченной длины. Если прежде длина бревен и пиломатериалов была, как правило, 6,5 м, то теперь она обычно не превышает 5,5-6 м. Это создает определенные трудности при проектировании и возведении стропил.

Следует также учитывать, что древесина поступает на строительство повышенной влажности, пиломатериалы и готовые конструкции могут длительное время находиться на открытом воздухе. Все это следует иметь в виду при проектировании деревянных стропильных систем.

1. КРЫШИ И ИХ СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ

Конструкция стропильной системы зависит от формы крыш, ее размеров и материала кровли. В состав крыши входят: кровля, стропила с обрешеткой и чердачное помещение, расположенное между кровлей и чердачным перекрытием.

При проектировании и устройстве крыши следует учитывать то, что она представляет собой важную ограждающую и образующую облик здания конструкцию. Прочность и долговечность крыши должна соответствовать прочности и долговечности здания.

Наклонные плоскости крыши называют скатами. Пересечение скатов кровли образуют двугранные углы. Исходящие двугранные углы называют ребрами, а входящие — разжелобками или ендовами. Горизонтальное ребро называют коньком, угол наклона скатов определяется материалом кровли и архитектурными соображениями.

Отношение высоты двухскатной крыши (с равными скатами) к ее ширине называют подъемом крыши. Проектируя крыши, следует стараться выполнить условие равенства уклонов всех ее скатов. При этом крыша получает более красивый вид, большую пространственную жесткость и лучшие условия для стока дождевых и талых вод.

При одинаковых уклонов скатов все ребра и разжелобки в плане направлены по биссектрисам углов, образующих пересекающимися карнизными линиями. Линия конька крыши проходит через точки пересечения ребер и разжелобков.

Часто архитекторы предлагает форму крыши не отвечающую конструктивному решению здания, сильно усложненную. Следует иметь в виду, что чем проще форма крыши, тем она надежнее. Любые переломы, выступы крыши являются потенциальными местами протечек кровли.В зависимости от формы скатов кровли различаются следующие формы крыши (рис. 1): односкатная, двускатная (шипцовая), четырехскатная (вальмовая), двускатная (полувальмовая); шатровая; четырехскатная (вальмовая, с переломом ската), многошипцовая; мансардная (полувальмовая), мансардная (вальмовая); пирамидальная (шипец), коническая (шипец), коническая, сводчатая, купольная.

Двускатные крыши (рис. 1,6) получили название также шипцовых, так как треугольные части стен в пределах чердака называют типцами или фронтонами.

Четырехскатная (вальмовая) крыша (рис.1,в) состоит из двух главных трапецевидных и двух треугольных скатов — вальм. Полувальмовая крыша (рис.1,г) отличатся от вальмовой тем, что в ней боковые скаты — полувальмы — срезают только часть шипца. Полувальмы имеют по линии наибольшего падения меньшую длину, чем главные скаты. Если ребра четырехскатной крыши (рис. 1,е) сходятся в одной точке, то такая крыша называется шатровой. Она состоит из четырех вальм.

Многошипцовая крыша (рис.1,и) представляет собой пересечение двух двускатных крыш одной высоты. Мансардная крыша имеет два ската, из которых верхний пологий, а нижний крутой. Мансардная крыша может быть полувальмовой (рис. 1 ,к) и вальмовой (рис. 1,л).

Пирамидальная крыша (шипец) (рис. 1,м) имеет вил многогранной пирамиды с большим подъемом (высота крыши равна или более ее ширины). Коническая крыша (рис. 1 ,о) перекрывает круглые в плане помещения, имеет коническую поверхность ската и вершину над центром круга. Высокая коническая крыша (рис. 1,н) называется так же, как и пирамидальная, шипцом. Сводчатая крыша (рис. 1, п) имеет вид свода, ограниченного по круговой кривой, эллипсу, коробовой кривой. Купольная крыша или купол перекрывает круглые или многогранные в плане здания.

Различают римские и византийские купола. Римский купол в вертикальном профиле представляет полукруг (или часть, меньшую полукруга)(рис. 1 ,р), полуовал или полуэллипс с вертикальной большой полуосью. Купол может иметь фонарь, перекрываемый вторым, мелким куполом или главкою.

Византийский купол или главка состоит из верхней части — луковицы и нижней части — шейки. Ширина луковицы может быть равна ширине покрываемого пространства вместе с карнизом, или она делается значительно шире перекрываемого помещения. Византийские купола характерны для православных церквей, храмов. Форма здания в плане влияет на форму крыши. Здание сложной формы перекрывается элементами крыши простых в плане зданий (рис.2).

2. СТРОПИЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

2.1 .Виды стропильных систем

В зависимости от того, являются ли стропильная система безраспорной или распорной конструкцией различаются наслонные и висячие стропильные системы. Наиболее простой и надежной является наслонная стропильная система.

Висячие стропильные системы сложнее в изготовлении, требуют более строгий надзор при эксплуатации и их труднее ремонтировать и усиливать. Висячие стропильные системы применяют в том случае, когда отсутствуют внутренние стены, и стропила опираются только на наружные стены. Описание висячих строительных систем приведено во многих литературных источниках, поэтому автор их не рассматривает.

2.2. Наслонные стропильные системы

Наслонные стропильные системы состоят из: стропильных ног, прогонов, лежней, подкладок, стоек, подкосов, распорок, мауэрлатов и шпренгелей (рис. 3). Главными частями» стропил являются стропильные ноги. Основные стропильные ноги располагаются перпендикулярно к карнизу. Они опираются одним концом на мауэрлатный брус. а другим концом на прогон или, на конец другой стропильной ноги. В последнем случае для исключения распора стропильная система должна иметь ригели. При односкатной крыше оба конца стропильной ноги опираются на мауэрлат.

На стыке скатов, расположенных под углом 90° друг к другу, располагают диагональную (наносную) стропильную ногу. Диагональные стропильные ноги длиннее основных. Поэтому для них обычно делают дополнительную опору, называемую шпренгелем. Шпренгель выполняют в большинстве случаев из бруса или бревна, нагрузку на которые от диагональной ноги передает через стойку

Укороченные стропильные ноги, опирающиеся одним концом на диагональную (накосную) ногу, а другими — на мауэрлатный брус или на прогон называют нарожниками. Опорами для прогонов являются стойки, опирающиеся на лежень или подкладки. Для уменьшения пролета стропильных ног (в том числе и диагональных) применяют подкосы и ригели. Подносы и ригели ставят у каждой пары стропильных ног.

Подкосы должны иметь угол наклона к горизонтальной плоскости не менее 45^о. Сечение изгибаемых элементов стропильной системы (всех видов стропильных ног, прогонов и шпренгелей) определяются требованиями прочности и жесткости.

Опорные плоскости стропильных ног должны быть горизонтальными (рис.4). Наклон опорных площадок приводит к появлению распора или сползанию стропильной ноги. Не рекомендуется делать врезки в мауэрлатном брусе и в прогоне для опирания на них стропильных ног, так как это вызывает ослабление мауэрлата и прогона и повышает возможность их загнивания при попадании влаги во врезки. Шаг стропильных ног определяется их расчетом. Он не должен превышать 2 м. Желательно такое расположение основных опор для стропильных ног, которое приводит к симметричному и уравновешенному решению стропильной системы (рис.3). Стропильные конструкции могут изготавливаться из бревен, брусьев или досок.

По конструктивным требованиям /21/ сечение элементов стропил не должны быть менее приведенных в На стыке скатов, расположенных под углом 90° друг к другу, располагают диагональную (наносную) стропильную ногу. Диагональные стропильные ноги длиннее основных. Поэтому для них обычно делают дополнительную опору, называемую шпренгелем. Шпренгель выполняют в большинстве случаев из бруса или бревна, нагрузку на которые от диагональной ноги передает через стойку Укороченные стропильные ноги, опирающиеся одним концом на диагональную (накосную) ногу, а другими — на мауэрлатный брус или на прогон называют нарожниками.

Опорами для прогонов являются стойки, опирающиеся на лежень или подкладки.

Для уменьшения пролета стропильных ног (в том числе и диагональных) применяют подкосы и ригели. Подносы и ригели ставят у каждой пары стропильных ног.

Подкосы должны иметь угол наклона к горизонтальной плоскости не менее 45^о. Сечение изгибаемых элементов стропильной системы (всех видов стропильных ног, прогонов и шпренгелей) определяются требованиями прочности и жесткости.

Опорные плоскости стропильных ног должны быть горизонтальными (рис.4). Наклон опорных площадок приводит к появлению распора или сползанию стропильной ноги. Не рекомендуется делать врезки в мауэрлатном брусе и в прогоне для опирания на них стропильных ног, так как это вызывает ослабление мауэрлата и прогона и повышает возможность их загнивания при попадании влаги во врезки.

Шаг стропильных ног определяется их расчетом. Он не должен превышать 2 м. Желательно такое расположение основных опор для стропильных ног, которое приводит к симметричному и уравновешенному решению стропильной системы (рис.3).

Стропильные конструкции могут изготавливаться из бревен, брусьев или досок.

По конструктивным требованиям /21/ сечение элементов стропил не должны быть менее приведенных в табл. 2.1 .Учитывая характер работы мауэрлатов и прогонов, по мнению автора, не следует назначать их поперечное сечение менее, чем 100x150 мм. Под стойками устанавливают лежни или подкладки, размеры которые можно принять /21/ по табл.2.2.

Мауэрлаты в зданиях с наружными стенами из облегченных кладок, а также в случаях частого расположения стропил (шаг стропильных ног менее 700 мм) устраиваются непрерывными. На стенах из сплошной кладки при шаге стропильных ног более 700 мм мауэрлаты можно устраивать из коротышей длиной 500-700 мм.

Мауэрлаты и другие части стропил, соприкасающиеся с кладкой, изолируются прокладками из рулонных гидроизоляционных материалов. Это предохраняет их от возможности отсыревания и загнивания.

Чтобы избежать смещение кровли ветром, концы наслонных стропильных ног, уложенные на мауэрлат, соединяют с мауэрлатом угловыми скобам, а через одну стропильную ногу ставят скрутку из проволоки d 4-6 мм, связывающую стропильную ногу с кладкой (рис.4) через ерши, забитые в кладку на 300 мм ниже обреза степы под мауэрлатом. С этой же целью желательно стропильную ногу прикреплять к прогону также угловой скобой.

Расстояние от верха чердачного перекрытия до низа мауэрлата не следует делать более 500 мм, до низа среднего лежня — не более 400 мм.

Высота от чердачного перекрытия до низа ригелей для удобства передвижения по чердаку не должно быть менее 1800 мм. Практикой строительства выработаны наиболее рациональные схемы наслонных стропил в зависимости от формы крыши и расположения внутренних опор.

При односкатных крышах в зданиях шириной до 4,5 м стропильная система представляет собой стропильные ноги из целых брусьев, досок или бревен, опирающихся па два мауэрлата, установленных на разной высоте (рис. 5, а). При ширине здания от 4,5 до 6 м (рис. 5, б) стропильные ноги обычно изготавливают составными подлине. Для уменьшения пролета стропильных ног ставят подкосы, упирающиеся нижним концом в лежень. Подкос должен упираться в стропильную ногу в пределах средней трети ее длины.

При наличии внутренней продольной стены вводится прогон, устанавливаемый на стойках, опертых на лежень. При двух внутренних продольных стенах ставят два ряда прогонов по стойкам (рис.5, г).

В двускатных крышах при расположении продольной стены посередине здания под коньком кровли укладывается прогон, опирающийся на стойки. Стойки устанавливают на лежень или подкладки.

Для обеспечения пространственной жесткости стропильной системы делаются подкосы жесткости (ветровые подкосы), упирающиеся у каждой стойке. Если требуется усиление каждой стропильной ноги, то подкос ставят у каждой ноги. Низ подкосов в этом случае опирается на лежень.

Для обеспечения жесткости стропильной системы в продольном направлении между стойками в пределах пролетов прогона делают перекрестные связи из досок (рис. 6,а) или применяют подкосные системы (рис. 6, б и в). При пролетах прогона до 4,5 м ригель выполняют в виде консольно-балочной многопролетной схемы (рис.б.а). При шаге стоек 4,5-6 м устанавливают подкосы, упираемые в прогон в третях пролета. В этом случае стыки прогона располагают посередине пролета (рис.6,6). При шаге стоек 3,5-5,0 м подкосы ставят через одну стойку (рис. 6,в). При наличии двух продольных внутренних стен делают два прогона на стойках (рис.3). Для обеспечения пространственной жесткости стропильной системы в поперечном направлении ставят у каждой стойки ригель жесткости или подкосы жесткости.

Если при наличии двух прогонов у стропильных ног ставят подкосы, то для восприятия создаваемого ими распора между лежнями располагают распорки. Если стропильные ноги опираются на два прогона, то в коньке прогоны не ставят. Тогда концы стропильных ног опираются друг на друга. Выше прогонов в этом случае возникает распор, который воспринимают с помощью ригелей. Аналогично поступают при внутренней продольной стене, смещенной с середины здания (рис. 7). Диагональная нога из-за значительной ее длины должна иметь промежуточную опору в виде стойки, опираемой на шпренгель, уложенный перпендикулярно биссектрисе угла, образованного наружными стенами (рис. 3) или в виде подкоса.