Архитектура и устройство крыши

(Рис. 15) Крепление стропильной ноги в затяжку. 1 – стропильная нога, 2 – затяжка, 3 – шип.

При установке стропильная нога врубается в затяжку. Чтобы ее конец не скользил по затяжке и не скалывал ее, врубать ногу надо зубом, высота которого составляет 1/3, высоты затяжки, шипом или с использованием обоих способов.

Кроме того, затяжка будет оставаться целой и не скалываться, если установить стропила на расстоянии примерно 300–400 мм от края. Стропильная нога врубается в конец затяжки, а зуб при этом отодвигается как можно дальше.

Для усиления крепления стропила используют двойной зуб. Высота зубов может быть одинаковой, но чаще всего их делают так, чтобы высота первого составляла 1/5 толщины затяжки, второго – 1/3. Для первого зуба на затяжке делается упор и шип, а на стропиле – проушина; для второго – только упор.

(Рис. 16) Крепление стропильной ноги двойным зубом. 1– стропильная нога, 2 – затяжка.

Окончательно размеры сечений устанавливаются расчетом, но, независимо от результатов его, сечение стропильных ног должно иметь размеры: из бревен – не менее d = 12 см, из пластин – не менее d/2 = 14/2 см, из досок – не менее 4х15 см.

Стропильные ноги соединяют с ригелем врубкой сковороднем вполдерева. Чтобы соединение было прочным, необходимо закрепить его болтом, нагелем и скобой (рис. 16). Для того чтобы соединить между собой составные части затяжки, применяются зуб, болты и накладки из металла. Бабка соединяется с затяжкой при помощи хомута. Крыша должна защищать стены здания от пагубного воздействия дождя и снега. Для реализации данной функции используется карнизный свес, который должен иметь длину не менее 550 мм.

(Рис. 17) Соединение ригеля и стропильной ноги: 1 – стропильная нога; 2 – ригель; 3 – скоба.

(Рис. 18) Скос крыши: 1 – стропильная нога; 2 – затяжка; 3 – скоба.

Концы стропильных ног присоединяются к стенам здания с помощью скруток. Это необходимо для того, чтобы предохранить крышу от разрушения при сильном ветре. В деревянных рубленых домах вместо скрутки целесообразно применять скобу из железа. Она призвана соединить стропила со вторым венцом сруба.

Для уменьшения рабочего пролета стропильных ног ставятся подкосы, воспринимающие сжимающие усилия. Иногда подкосы ставят для увеличения жесткости всей системы стропил; в этом случае их называют подкосами, жесткости.

Подкосы выполняют из бревен или брусьев, реже – из досок. Сечение подкосов должно иметь следующе размеры:

Для восприятия распора, возникающего в некоторых конструкциях наслонных стропил, ставятся ригели (повышенные затяжки). Ригели ставятся также для увеличения жесткости всей системы стропил; в этом случае их называют ригелями жесткости. Ригели выполняются большей частью из досок и пластин.

Таблица Сечение ригелей

Своими концами прогоны опираются на торцовые стены здания, на поперечные стены лестничных клеток и на брандмауэрные стены, которые из пожарных соображений выводятся на всю высоту чердака, а в промежутках между поперечными стенами – на деревянные стойки, подкосы или, наконец, на небольшие шпренгели. Опорами стоек и подкосов служат внутренние стены или столбы. Иногда опорой прогона служат кирпичные или железобетонные столбы, которые продолжаются на всю высоту чердака. Прогоны делаются из бревен диаметром в 20–26 см или из брусьев сечением от 18х18 см до 26х26 см.

Обычно прогоны являются самым мощным элементом наслонных стропил, так как при сравнительно больших пролетах они несут нагрузку от нескольких стропильных ног. Стойки делаются из кругляка диаметром в 13–20 см или из брусьев сечением в 12х12 см и более.

Конструктивная схема прогона выбирается в зависимости от расстояния между опорами. При пролетах l =3,0–4,6 м применяется консольно-балочная схема. Консоли уменьшают изгибающий момент в прогоне и потому позволяют уменьшить и его сечение. Стыки прогонов располагают на расстоянии 0,15-0,20 l от опоры. Для уменьшения прогиба прогона устанавливаются подбалки. Стойку врубают в подбалку шипом, а подбалку соединяют с прогоном болтами. Для придания этой конструкции продольной жесткости рекомендуется через 4–5 пролетов между стойками ставить шпренгели. Конец прогона желательно закреплять анкером в кладку торцовой стены.

Прогон без подбалок опирается на стойки, расположенные над столбами. Посредине пролета прогон подперт продольными подкосами, расположенными попарно, через одну стойку. В местах сопряжения подкосов и стоек с прогонами забиваются скобы из круглого железа (d = 10–12 мм).

Наслонные стропила двускатных крыш

При наличии одной промежуточной опоры, расположенной по середине пролета, стропильные ноги опираются концами на мауэрлаты наружных стен и на средний продольный прогон – коньковый. Если пролет можно перекрыть без дополнительных подкосов, то в местах стоек ставятся только подкосы или ригели жесткости.

Если подкосы необходимы, их ставят у каждой стропильной ноги и упирают внизу на лежень. При наличии промежуточных опор в виде отдельных столбов подкосы обычно ставят только у стоек, а стропильные ноги опирают на продольные прогоны, уложенные поверх подкосов.

При двускатной симметричной крыше и наличии одной промежуточной опоры, смещенной относительно середины пролета, левую стропильную ногу опирают на мауэрлат, уложенный на стойки, и на подкос, а правую стропильную ногу – на мауэрлат и на подкос. При одной средней опоре наслонные стропила можно конструировать и без продольных элементов. Для восприятия распора примерно на уровне верха подкосов ставится ригель.

При устройстве промежуточного опирания стропил все рабочие элементы, для обеспечения свободного проветривания их во избежание загнивания, не должны засыпаться утеплителем.

В этом случае на железобетонную балку в местах расположения подкосов укладывают антисептированные подкладки, на которые и опирают лежень; между подкладкой и железобетонной балкой прокладывается несколько слоев толя. Во избежание сдвижки лежень врубается в подкладку, а последняя, в месте примыкания ее к железобетонной балке, имеет врезку.

Для утепления железобетонных балок к подкладкам с двух сторон прибивают доски толщиной в 25–30 мм, между которыми поверх железобетонных балок насыпают шлак или другой утеплитель.

В случае несовпадения промежуточных опор стропил с колоннами, стропила опирают на кирпичные столбики размером 25х25х30 см, располагаемые над балками или прогонами железобетонных перекрытий. В каменных зданиях с деревянными чердачными перекрытиями наслонные стропила опирают на внутренние кирпичные стены или столбы; в рубленых зданиях – на верхний венец рубленых стен.

Наслонные стропила вальмовых крыш

Наслонные стропила вальмовых крыш состоят из следующих основных элементов: 1) диагональных (накосных) стропильных ног и 2) стропильных ног (нарожников), опирающихся на диагональные ноги.

Диагональные стропильные ноги, опирающиеся на углы наружных стен и на промежуточные опоры внутри здания, имеют обычно большую длину (более 6,5 м) и несут значительную нагрузку. Промежуточной опорой диагональных стропильных ног могут служить:

Диагональная стропильная нога может быть оперта на угол здания (непосредственно на сопряжение двух мауэрлатов или на балку (накосный ригель).

Недостатком последней конструкции является непосредственная врубка диагональной стропильной ноги в ослабленное сопряжение (врубка вполдерева) двух мауэрлатов в углу. В обоих случаях для прикрепления обрешетки карниза к диагональным ногам, прибиваются кобылки.

Опирание диагональной стропильной ноги в коньке зависит от расположения и количества промежуточных опор и конструкции основных наслонных стропил. При наличии одной промежуточной опоры по середине пролета диагональную стропильную ногу следует опирать на консоли продольного прогона.

При невозможности прикрепления диагональных стропильных ног к основным стропилам (например при легких дощатых стропилах в среднем пролете) их опирают в коньке на стойку, которая передает давление на балку, уложенную на продольные прогоны.

В случае опирания диагональной стропильной ноги на стойку (бабку) треугольной фермы, на бабке нарубается шип, на который и насаживается диагональная стропильная нога с выбранным в ней гнездом. Помимо этого, диагональная нога скрепляется со стойкой хомутом. Затяжка фермы опирается на стены ниже мауэрлата.

Подкосы с бабкой соединяются врубкой, при этом в бабке долбится гнездо, а в подкосе вырубается шип. Такое соединение в висячих стропилах укрепляется дополнительно болтами или хомутами.

(Рис. 19) Соединение врубкой подкосов с бабкой. 1 – затяжка, 2 – болт, 3 – подкос, 4 – бабка, 5 – скоба, 6 – хомут.

Висячие стропила

Висячие стропила используются в том случае, когда пролет крыши составляет 7-12 м при отсутствии промежуточных опор, когда устройство наслонных стропил практически невозможно или экономически невыгодно, а также в домах со стенами из сырцовых материалов применяют висячие стропила. Висячие стропила можно заменить на стропильные фермы. Простейшие висячие стропила состоят из стропильных ног (верхнего пояса) и затяжки (нижнего пояса), соединенных между собой врубками, поковками и гвоздями. Для предупреждения прогибов стропильных ног (при недостаточной их толщине) между ними вводят ригель. При пролетах более 6 м висячие стропила делаются со стойкой (бабкой) посредине, к которой на стальном хомуте подвешивается затяжка. Висячие стропила изготовляют из бревен, брусьев или досок. Подстропильные лежни (мауэрлаты), лежни под стойки и другие части стропил, соприкасающиеся со стенками из каменных и сырцовых материалов, изолируются от них посредством осмолки, прокладки толя и т. п. Для мауэрлата, который устраивается с целью равномерного распределения веса от крыши по всей стене, отбирают бревна толщиной не менее 18 см. В местах прохождения дымовых труб расстояние от стропильных ног до дымового канала должно быть не менее 40 см.

Висячие стропила устанавливают при устройстве двускатной крыши. При этом нижние концы их опираются на стены, а верхние сходятся в коньке друг с другом.

Стропильная ферма состоит из системы стержней (верхний пояс, нижний пояс, стойки, раскосы), шарнирно (теоретически, условно) соединенных между собой по концам. Места соединений (шарниров) называются узлами ферм.

При пролетах более 7–8 м балки перекрытий должны иметь чрезмерно большое сечение и сложные стыки по длине, так как стандартная длина лесоматериалов не превышает 6,5 м. Избежать этих неприятностей можно путем подвески этих балок в пролете к нижнему поясу стропильной фермы в узлах примыкания к нему стоек или «подвесок».

Стропильные фермы экономически целесообразно располагать с шагом 3–5 м, над узлами верхнего пояса располагать прогоны, а по ним – устанавливать наслонные стропила с шагом 0,8–1,2 м.

Висячие стропила изготавливают в основном из дерева в виде досок, брусьев, бревен. Растянутые элементы могут быть выполнены из стальных стержней.

В редких случаях, для перекрытия больших пролетов (спортивные залы и т. п.) используют стальные фермы со стержнями из спаренных уголков или стальных труб.

Применение стропильных ферм имеет ряд преимуществ по сравнению с наслонными стропилами. Во-первых, они могут быть изготовлены полностью на земле (на верстаке или на стеллаже) и в готовом виде подняты на крышу и установлены в проектное положение. Во-вторых, они образуют жесткий треугольник с затяжкой у основания (нижний пояс фермы), связывающий между собой наружные стены, на которые фермы опираются. В третьих, висячие стропила дают возможность устройства мансардных помещений в пределах чердачного пространства.

Чтобы крышу не подняло ветром, стропила обязательно скрепляют со стеной. Если стены выполнены из камня, кирпича и т. д. на стропила надевают хомут из проволоки толщиной 4–6 мм или вьют из тонкой проволоки тросики и закрепляют концы за штырь или ерш, вбитый в стену.

Конструктивные решения крыш зависят, в основном, от применяемых материалов. Использование для устройства крыш круглого леса, хотя и имеет многовековую историю, в современных условиях не является эффективным. Обработанная древесина в виде досок и брусьев позволяет не только применять более совершенные и экономичные конструкции крыш, но и значительно упрощает процесс их устройства, сокращает сроки строительства. На рис. 4 показаны варианты наиболее часто применяемых дощатых двускатных крыш.

В одноэтажных однопролетных домах шириной до 6 м крыши можно возводить с использованием простейших стропильных ферм из досок сечением 60х150 мм. Такие фермы легко изготовить, накладывая одну на другую, а затем установить на место, раскрепив диагональными ветровыми связями с внутренней стороны. Стропила и нижний пояс (затяжку) соединяют между собой на гвоздях с помощью двусторонних накладок из досок толщиной 25 мм.

При пролетах более 6 м, а также при больших снеговых нагрузках или при тяжелой кровле (черепица) стропильную ферму необходимо усилить дополнительными внутренними раскосами. По конструктивным соображениям ее удобнее делать с двойными нижним и верхним поясами. В этом случае все элементы фермы (стропила, затяжку, подкосы, концевые вставки) можно делать из досок одинаковой толщины. Места примыкания подкосов к верхнему и нижнему поясам (к стропилам и к затяжке), а также стык досок затяжки следует усилить дощатыми накладками. Соединение отдельных элементов ферм лучше выполнять на болтах или шурупах.

Использование стропильных ферм (а не наслонных стропил) позволяет отказаться от устройства средней несущей стены (вместе с фундаментами) и получить в здании свободную внутреннюю планировку. Но изготовление таких ферм требует грамотного конструирования и тщательного выполнения заготовочных и монтажных работ. Поэтому фермы могут быть рекомендованы лишь при гарантии соблюдения этих требований.