Узлы стропильной системы: способы крепления

В данной статье будут рассмотрены основные узлы стропильной системы и способы их крепления на мауэрлат и прогон.

Прежде чем рассматривать отдельные узлы стропильных конструкций, стоит уточнить, какие именно факторы определяют надежность системы стропил:

• Правильный выбор типа стропильной системы;
• Прочность соединений в узлах системы стропил;
• Правильность расчета планируемых нагрузок на кровлю;
• Грамотный выбор материала кровли;
• Мастерство и квалификация работников.

Отсюда следует, что оборудование стропильной системы требует тщательного выполнения требуемых расчетов и проекта, грамотного составления плана и наличия у работников, выполняющих ее монтаж, требуемых знаний и навыков.

Самостоятельное строительство стропил может быть не лучшим выбором, поскольку при этом может снизиться надежность полученной в результате конструкции.

Основные узлы системы стропил

Стропильная система – узлы, тип и конструкция – определяется с учетом следующих факторов:

• Предполагаемая форма кровли;
• Размеры пространства, которое планируется перекрыть;
• Наличие и расположение внутренних опор или несущих стен.

В качестве примера рассмотрим стропильные схемы стандартных двускатных кровель, где несущие стены располагаются на разных расстояниях.

В случае, если длина перекрываемого пролета не превышает шести метров, рекомендуется строить систему наслонных стропил, когда стропила из бруса, бревен или доски опираются на опорный брус (мауэрлат), расположенный по периметру здания.

Это позволяет существенно снизить расход используемых для строительства системы стропил материалов.

Полезно: в случае, если расстояние между двумя несущими стенами составляет до 8 м, противоположные стропила из бревен, брусьев или досок следует связывать при помощи ригеля.

Другой вариант использования системы наслонных стропил заключается в применении промежуточных стоек, которые опираются на расположенные внутри столбы или стены.

Такая система способна перекрыть 12-метровое расстояние между стенами в случае монтажа одной дополнительной опоры, или 16 метров – при установке двух опор.

Если же расстояние между несущими стенами составляет до 12 метров, а внутренние опоры отсутствуют, рекомендуется выбирать систему висячих стропил, когда точка опоры стропил находится на сплошной (или, в редких случаях – на составной) затяжке, которая, в свою очередь, располагается на мауэрлате.

Сборка стропил из бревен, брусьев или досок в данном случае будет включать в себя следующие основные узлы:

• Узел конька;
• Узел опирания стропил;
• Узел «подкосы-стойка-балка»;
• Узел «стойка-подкос-стропило».

В зависимости от того, имеются ли в конструкции стропил дополнительные элементы, такие как ригели, затяжка и т.д., могут также использоваться и другие узлы.

После разработки общей конструкции и основных узлов следует составить план системы стропил, входящий в состав проекта.

Рассмотрим в качестве примера основные узлы опирания для наслонной стропильной системы.

Узлы опирания наслонных стропил на прогон и мауэрлат

Различают распорные и безраспорные наслонные стропильные системы.

От того, насколько правильно подобраны стропильные узлы и соединение ног стропил, зависят такие моменты, как распирание стен стропилами, необходимость предусматривать перехват распора и т.д.

Составляя расчетные схемы, для обозначения шарнирных соединений в конструкционных узлах используют кружки.

Шарниры при помощи лапок соединяются с условными опорами, позволяющими представить степень свободы какого-либо узла визуально:

1. Две вделанные в опору лапки шарнира предполагают неподвижность узла, допускающую при этом вращение балки в шарнире. Такой узел имеет одну степень свободы – поворот.
2. Если лапки шарнира установлены на ползуне или скользящей опоре, данный узел имеет две степени свободы – помимо поворота балки имеется еще и горизонтальное смещение.
3. В случае обеспечения трех степеней свободы узла (горизонтальное и вертикальное смещение, а также поворот), узел обозначается на схеме просто кружком. Такой узел можно врезать в стержень, который обозначает балку.

В случае врезки узла в балку она называется разрезной. Балки, которые находятся от шарнира слева и справа, можно условно рассматривать в виде отдельных элементов.

Если же кружок, обозначающий шарнир, нарисован ниже балки, такая балка, лежащая на шарнире, называется неразрезной.

При врезании шарнира, у которого три степени свободы, в балку, чаще всего превращает ее в мгновенно изменяемую систему, такая конструкция довольно неустойчива.

Существуют также узлы, обладающие нулевой степенью свободы, при этом конец балки жестко защемляется, запрещая любые ее смещения как по горизонтали, так и по вертикали.

Важно учитывать, что понятия горизонтального смещения и поворота не подразумевают, например, произвольного передвижения по горизонтали ползуна – узла с двумя степенями свободы.

Данный узел закреплен достаточно надежно, но позволяет перемещаться концу балки под воздействием нагрузок, изменений температур и влажности, причем в самом узле при этом не возникают чрезмерные внутренние напряжения.

Данный узел не выполняет передачу распора, а в случае изгиба балки поворот выполняется только в пределах, соответствующих нормативам. «Поползти» этот узел может только в том случае, если действующие нагрузки будут превышать максимально допустимые.

Термин «шарнир» также не следует воспринимать в буквальном смысле. Несмотря на то, что для соединения концов балок могут использоваться как болты, так и специально разработанный настоящий шарнир, в большинстве случаев под шарниром понимают обычное соединение при помощи гвоздей.

Например, прибитая одним концом к стене при помощи нескольких гвоздей доска может быть повернута на небольшой угол путем нажатия на другой конец. При этом крепление гвоздями выступает в роли шарнира.

Но увеличение количества гвоздей, рассчитанное на такую нагрузку, которая не допускает изгиба (среза), делает невозможным поворот и доска становится балкой с защемленным концом. Превышение же расчетной нагрузки снова превращает узел крепления в шарнир.

В связи с этим необходимо заранее рассчитать, под какой нагрузкой планируется эксплуатировать систему.

Ситуация, когда текущая нагрузка превышает рассчитанную в проекте, может привести не только к изменению режима работы различных узлов, но и частичному или даже полному разрушению стропильной конструкции.

Схематические изображения некоторых вариантов узлов сопряжений наслонных стропил приведены на рисунке. В зависимости от конкретного проекта крыши, узлы сочленений стропил могут отличаться от изображенных на рисунке.

Наиболее важным является проектирование в узлах двух степеней свободы:

1. Возникающий в результате изгиба стропил поворот;
2. Сдвиг, направленный по горизонтали.

В узлах с одной степенью свободы важно спроектировать поворот стропила.

Чаще всего для сдвига верхней или нижней части стропил предусматриваются горизонтальные врубки, а для ограничения сдвига стропила упирают либо друг в друга, либо в элемент, с которым они стыкуются (прогон или мауэрлат).

Рассмотрим пример, поясняющий принцип крепления стропила. Приставим мысленно к стене стандартную лестницу, состоящую из двух жердей (тетивы) и поперечных палок – ступенек.

Стену и пол зальем маслом, чтобы сделать трение минимальным.

Теперь лестница будет падать при попытке залезть на нее, поскольку обладает двумя степенями свободы как в верхней, так и в нижней точках опоры:

• Поворот и смещение по горизонтали в нижней точке опоры;
• Поворот и смещение по вертикали – в верхней.

Для того, чтобы придать ей устойчивость, позволяющую выдерживать нагрузку в виде человеческого веса достаточно лишить ее всего одной степени свободы из четырех: горизонтального смещения в нижней части или вертикального – в верхней.

Достаточно произвести крепление верха или низа данной лестницы, в результате чего получится стабильная и устойчивая система.

Можно продолжать мысленно экспериментировать с различными вариантами исполнения лестницы, например – изменяя ее длину или добавляя на тетивы горизонтальные запилы и анализируя ее устойчивость.

Это помогает лучше понять принцип действия наслонной стропильной системы, когда может учитываться различный настил на стропилах, а также разнообразные методы опирания.

При этом не требуется представлять в голове различные векторы и степени свободы, достаточно представить – останется лестница стоять или скатится на пол под действием нагрузки.

Вот и все, что хотелось рассказать о различных узлах системы стропил. Следует помнить, что правильность их расчета и качество исполнения напрямую влияют на способность крыши выдерживать различные нагрузки.

Поэтому, во избежание повреждения или разрушения кровли проектирование и строительство системы стропил должны выполнять квалифицированные специалисты.