Опорные крепления металлических прогонов. Расчет и монтаж деревянных стропильных ферм Крепление прогонов к металлическим фермам

1. Нарезка толя на ленты и укладка лент под мауэрлаты и подкладки. 2. Укладка мауэрлатов. 3. Укладка угловых прогонов. 4. Укладка опорных элементов. 5. Изготовление и укладка подкладок. 6. Установка опорных ферм. 7. Установка нижних стропильных щитов. 8. Укрепление опорных ферм, нижних стропильных щитов и стропил проволочными скрутками с забивкой в кладку ершей. 9. Установка верхних ферм. 10. Установка обрешеточных щитов. 11. Установка кобылок. 12. Обрешетка карнизных свесов по углам. 13. Снятие диагональных расшивок. 14. Постановка стяжек. 15. Изготовление и установка подкосов. 16. Изготовление и установка стоек под диагональные стропильные ноги. 17. Изготовление и постановка нарожников. 18. Обрешетка стропил брусками. 19. Установка коньковой доски. 20. Устройство слуховых окон с прорезкой проемов в обрешетке. 21. Устройство рассечек возле труб.

Таблица 3

Нормы времени и расценки на 100 м2 ската крыши

В. Монтаж ферм и устройство покрытий по фермам Состав работ

1. Строповка конструкций. 2. Подъем конструкций при помощи башенного крана и установка в проектное положение. 3. Временное крепление. 4. Расстроповка и окончательное закрепление.

Таблица 4

Таблица 5

Нормы времени и расценки на 1 ферму или балку

Г. Укладка прогонов, устройство настилов и каркасов фонарей Состав работ

При укладке прогонов

1. Изготовление и пригонка сопряжений стыков в брусьях или составных прогонах из досок. 2. Изготовление сопряжений прогонов с фермами. 3. Сверление отверстий для постановки болтов. 4. Укладка прогонов по фермам с постановкой креплений.

При устройстве настилов по прогонам

1. Прием пакетов с материалами. 2. Раскладка досок или реек по прогонам с прирезкой в стыках и на свесах. 3. Прибивка гвоздями. 4. Обрезка концов досок или реек, выступающих за кромки скатов.

При устройстве каркасов фонарей

1. Разметка и изготовление элементов по шаблонам с изготовлением всех сопряжений. 2. Разметка и сверление болтовых отверстий. 3. Сборка каркаса с пригонкой сопряжений между собой и с опорами. 4. Провеска, выверка и расшивка установленного каркаса. 5. Соединение болтами и крепление гвоздями.

Покрытие здания состоит из кровли (ограждающих конструк­ций), несущих элементов (прогонов, стропильных ферм), на кото­рые опирается кровля, и связей по покрытию. Кроме того, для осве­щения помещений верхним светом и их естественной вентиляции в системе покрытия многопролетных зданий устраивают фонари, опи­рающиеся на фермы. В зависимости от назначения помещений кров­ли могут быть теплыми или холодными. По конструкции различа­ют покрытия с прогонами и без них.

Покрытие с прогонами состоит из стальных прогонов, устанав­ливаемых в узлы стропильных ферм, по которым укладывают для холодных кровель асбестоцементные волнистые листы, для теп­лых кровель - оцинкованный стальной профилированный настил (рис. ниже). Отечественная промышленность выпускает настилы вы­сотой 40,60 и 80 мм из листов толщиной 0,8-1 мм. Размер поперечно­го сечения профилированных настилов (рис. ниже) зависит от нагрузки на покрытие, ширина составляет 680-845 мм, длина до 12 м. Заводы могут выпускать настил неограниченной длины, но по условиям транс­портировки и удобства монтажа длина ограничивается.

Профилированный стальной настил в пакете (а) и поперечное сечение профилированного настила (б)

Профилированный настил укладывают по прогонам, расположенным обычно в узлах стропильной фермы через 3 м. Листы настила крепят к прогонам самонарезающими болтами диаметром 6 мм, между собой листы соединяют вдоль длинной стороны специальными комбинированными заклепками диаметром 5 мм (рис. ниже).

Крепежные детали

Оба вида соединений позволяют производить крепежные работы, находясь с одной стороны настила. Расход стали на 1 м 2 покрытия 10-16 кг (только от настила).

Основное достоинство профилированного стального настила - малая собственная масса кровли. Это достигается в сочетании с при­менением эффективного легкого утеплителя (фенольный пенопласт, пенополиуретан, пенополистирол), имеющего плотность до 50 кг/м 3 . На рис. ниже показан узел кровельного покрытия с профилирован­ным настилом.

Узел кровельного покрытия с применением профилированного стального настила

1 - профилированный настил; 2 - пароизоляция; 3 - утеплитель;

4 - гидроизоляционный ковер; 5 - комбинированные заклепки;

6 - самонарсзающися болты

Беспрогонную теплую кровлю выполняют, как правило, из круп­нопанельных железобетонных плит, непосредственно укладываемых на верхние пояса стропильных ферм.

Размер таких плит 3x6 или 3x12 м (редко 1,5x6 или 1,5x12 м). Он зависит от расстояния между фермами (шага ферм). Плиты име­ют закладные детали, которые привариваются к поясам ферм. По железобетонным плитам укладывают пароизоляцию, утеплитель, выравнивающую асфальтовую стяжку и гидроизоляционный ковер из нескольких слоев рубероида на битумной мастике. Основной не­достаток покрытия из крупнопанельных железобетонных плит - большая нагрузка от собственного веса (до 2,5 кПа), увеличиваю­щая общий расход металла на несущие конструкции здания.

При укладке железобетонных плит на поясные уголки стропиль­ных ферм эти уголки при их малой толщине усиливают накладками t = 12 мм. Это необходимо делать, если толщина поясных уголков менее 10 мм при шаге ферм 6 м и менее 14 мм при шаге ферм 12 м. Для стока воды кровле придают уклон, который зависит от материала кровли. Для рулонных материалов этот уклон равен 1/8-1/12 при условии защиты рулонной кровли слоем из битумной мастики с втопленным гравием уклон может быть равен 1,5% (практически плос­кая кровля). Холодные кровли из металлических листов обычно имеют уклоц 1/5, а из асбестоцементных листов 1/3,5.

Прогоны кровли бывают сплошные (прокатные и холодногну­тые) или решетчатые. Прокатные прогоны из швеллеров или дву­тавров тяжелее решетчатых, но значительно проше и дешевле в про­изводстве, чем и объясняется их преимущественное применение. Наиболее распространенные прогоны при шаге ферм 6 м выполня­ют из швеллеров, которые просто крепятся к поясам ферм (рис. ниже). Они же лучше, чем двутавры, работают при косом изгибе.

Недостаток швеллерного прогона - более узкая полка, чем у дву­тавра того же номера или той же несущей способности. Прогоны, рас­положенные на наклонном верхнем поясе, от действия вертикальных нагрузок подвержены косому изгибу. Расчет их производят на нагруз­ку от веса кровли и снега. Эту нагрузку q раскладывают на составляю­щие по главным осям сечения прогона: q x = qcosa - перпендикулярно скату; q y =qsina вдоль ската (рис. ниже). Из-за малой жесткости про­гона относительно оси y-y, даже небольшой изгибающий момент вдоль ската М у вызывает в нем большие напряжения и создает необходимость в значительном увеличении сечения прогона. Для уменьшения небла­гоприятного влияния скатных составляющих (нагрузки q y) между про­гонами в плоскости ската ставят тяжи (рис. ниже).

При крутых скатах кровли или при тяжелых нагрузках, а также при шаге ферм 12 м обычно ставят два тяжа, а при пологих скатах и шаге ферм 6 м - один. Постановка тяжей превращает прогон в плос­кости ската из однопролетной балки в двух- или трехпролетную не­разрезную, что значительно уменьшает изгибающий момент М у от скатных составляющих q y . В вертикальной плоскости прогон рабо­тает как однопролетная балка.

Таким образом, расчетные изгибающие моменты в прогоне мо­гут быть определены из следующих формул (рис. ниже):

при одном тяже:

M x = q x l 2 /8; M y = q y l 2 /32;

при двух тяжах (в теоретически опасном сечении прогона, совпада­ющем с местом примыкания тяжей):

M x = q x l 2 /9; M y = q y l 2 /90;

где l пролет пpогона (равен шагу ферм).

Тяжи принимают из круглой стали конструктивно диаметром 18 - 22 мм.

Прогиб прогонов проверяют только в плоскости его наиболь­шей жесткости (относительно оси х-х), он не должен превышать 1/200 пролета.

К расчету прогонов

а - общий вид; б - схема действия нагрузки; в - расчетные схемы

Прокатные прогоны прикрепляют к фермам на болтах нормаль­ной точности с помощью уголковых коротышей, приваренных к по­ясу ферм (см. рис. выше).

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.

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 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.

Фермы на основе висячих стропил

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.

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.

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.

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;

• 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.

Второстепенные стропильные пары дощатых крыш опирают на прогоны, которые в свою очередь поддерживаются фронтонами стен и/или главными стропильными фермами. Как в конструкциях крыш из брусьев прогоны могут быть установлены вертикально и наклонно под стропилами и под ригелями (рис. 83). Удерживаться стойками, образуя вертикальные и наклонные стулья, и ригелями (хомутами) главных ферм.

Рис. 83. Расположение прогонов

Прогоны, установленные вертикально работают лучше наклонных прогонов. Доска, поставленная на ребро от правильно приложенной (вертикальной) нагрузки прогибается и выворачивается меньше, чем доска, установленная плашмя или наклонно. Деревянные балки имеют склонность провисать даже под собственным весом (рис. 84). Поэтому прогоны рекомендуется устанавливать вертикально - повышается жесткость и упрощается изготовление врубок на стропилах для обеспечения их горизонтального опирания на прогон.

При сращивании прогона по длине можно получить разрезную и неразрезную балку . Поддержка разрезного прогона делается непосредственно под узлом соединения так, чтобы она поддерживала обе части прогона. Поддержка неразрезного прогона делается под длинным прогоном (рис. 85).

Жесткость прогонов увеличивается:

• увеличением всей высоты сечения на один два шага от проектной величины;
• уменьшением пролетов - введением под них стоек и укосов;
• изменением высоты сечения в местах наибольшего прогиба - введением подпертой подбалки (рис. 86);
• введением консольных балок под опорные концы.

Если прогоны проектируются между брандмауэрами (противопожарными стенами) не допускающими установки деревянных балок в конструкцию стен, то их устанавливают через стальные башмаки (рис. 86).