Методы и способы соединения деревянных деталей. Как сделать расчёт деревянных балок перекрытия Соединение деревянных балок на уголках

Все фото из статьи

В этой статье нам предстоит выяснить, как выполняется расчет деревянных балок перекрытия. Кроме того, мы познакомимся с общими принципами сооружения утепленных перекрытий и узнаем, каким образом рассчитывается их утепление.

Деревянное перекрытие — типичное решение для частного дома.

Как все устроено

Дерево хвойных пород является наиболее востребованным материалом для строительства межэтажных и чердачных перекрытий в частном доме. Основная причина очевидна — невысокая по сравнению с монолитным железобетоном или готовыми плитами цена.

Кроме того: перекрытие по деревянным балкам, в отличие от плитного, может быть смонтировано без услуг погрузочной техники, что тоже обеспечивает существенную экономию.
От монолитного оно выгодно отличается тем, что не требует сооружения опалубки.

При необходимо:

  1. Обеспечить их достаточную несущую способность при расчетных долговременных нагрузках;
  2. Выполнить эффективную межэтажную шумоизоляцию;
  3. Если речь идет о перекрытии над неотапливаемым подвалом или под неэксплуатируемым чердаком — организовать достаточно эффективную теплоизоляцию, соответствующую требованиям климатической зоны, в которой вы проживаете.

Первая задача решается подбором оптимальных сечения и шага балок. Максимальная длина деревянной балки перекрытия обычно ограничена 6 метрами — длиной поставляемого производителями бруса камерной сушки; при большем пролете сооружаются промежуточные несущие стены или опорные колонны.

Для решения второй и третьей задач межбалочное пространство заполняется утеплителем — стекло- или минеральной ватой, пенополистиролом, эковатой и прочими материалами. Их выбор — тема для отдельного исследования; на нем мы не станем заострять свое внимание.

Типичная конструкция утепленного перекрытия такова:

  • На боковые поверхности балок в их нижней части набиваются черепные бруски сечением от 40х40 мм .

  • По ним без крепления укладываются доски толщиной от 25 мм.
  • По настилу расстилается пароизоляционная пленка . Она перекрывает и доски настила, и балки.
  • Между балками укладывается утеплитель .
  • Сверху он застилается гидроизоляцией (чаще всего в этой роли выступает обычный полиэтилен с проклеенными швами между полотнами).
  • По гидроизоляции настилается черновой пол — непосредственно по балкам (при достаточной толщине половой доски) или по перпендикулярным им лагам. В первом случае между балками и настилом набивается контробрешетка — рейка толщиной 20 мм, оставляющая под настилом просвет для вентиляции.

Расчет несущей способности

Общая информация

Максимальный пролет нами уже упоминался: он ограничен длиной поставляемого бруса. Однако оптимальным значением пролета для деревянных несущих конструкций считаются 2,5 — 4 метра. Среди прочего, меньший пролет позволяет обойтись брусом меньшего сечения, что удешевляет конструкцию перекрытия.

Оптимально использование в качестве балок бруса с прямоугольной формой сечения. Его высота должна относиться к ширине как 1,4:1. В этом случае мы получаем максимальную несущую способность при опять-таки минимальных расходах.

Однако: реальные заставляют несколько отклоняться от оптимальной пропорции размеров.

Балка должна опираться на стену как минимум 12 сантиметрами свой длины от края.

Опирающийся на стену край гидроизолируется со всех сторон, кроме торца. При заделке торца непроницаемым для влаги материалом торцы рано или поздно загниют из-за отсутствия естественной сушки.

При расчете межэтажных перекрытий обычно используют расчетное значение полной нагрузки (собственный вес перекрытия и эксплуатационная нагрузка) в 400 кгс/м2. Однако для неэксплуатируемых чердаков это значение может быть уменьшено.

Таблицы сечений

Начнем с подбора сечения прямоугольного бруса для нагрузки 400 кгс/м2 при разных значениях пролета и шага между балками.

При сооружении чердачного перекрытия под неэксплуатируемым чердаком расчетная нагрузка может лежать в пределах 150 — 350 кгс/м2. При шаге между балками в один метр их сечения в сантиметрах должны быть следующими:

Еще одна таблица содержит минимальные диаметры круглых балок (оцилиндрованного бревна) при нагрузке 400 кгс/м2 и шаге 1 метр.

Сращивание и усиление

Как нарастить деревянную балку перекрытия, если приобретенный вами брус имеет длину меньше необходимого пролета?

Первое и основное: при любом способе сращивания полученная балка будет иметь намного меньшую прочность, чем цельнодеревянная. Идеальным решением будет строительство дополнительной несущей стены с уменьшением пролета. Как вариант — под места сращивания устанавливаются подпорные колонны.

Как удлинить деревянную балку перекрытия, если нагрузка на нее незначительна (например, наверху находится неэксплуатируемый чердак)?

Наиболее надежный способ — соединение двух брусьев без уменьшения толщины каждого из них. Элементы просто соединяются стальными шпильками с широкими шайбами внахлест; дополнительно усилить соединение можно, проклеив его казеиновым, альбуминовым клеем или обычным ПВА.

Важно: места сращивания при о
тсутствии подпорных стен или колонн располагаются вразбежку, со смещением от балки к балке. В этом случае несущая способность перекрытия будет максимальной.

Еще одно неплохое решение — сооружение сборных балок из трех широких досок небольшой толщины (25 — 50 мм). И в этом случае соединения досок встык внутри каждой балки и между смежными балками располагаются вразбежку; доски проклеиваются по длине и дополнительно стягиваются шпильками.

Как усилить деревянные балки перекрытия при возросших требованиях к их несущей способности (например, при превращении холодного чердака в мансарду)?

Способов не так уж много:

  1. Возведение подпорных колонн или стен с уменьшением пролета;
  2. Подшивка к каждой балке дополнительной доски или бруса по всей длине, от стены до стены.

В последнем случае полезно знать одну тонкость:

  • Подшивка бруса того же сечения сбоку увеличивает несущую способность балки вдвое.
  • Увеличение высоты балки в 2 раза (подшивка такого же бруса снизу или сверху) увеличит несущую способность уже вчетверо.

Так как укрепить деревянные балки перекрытия путем подшивки к ним дополнительной доски или бруса?

  1. Ставим в середине пролета под каждую вторую балку временные подпорки из бруса, убирая прогиб перекрытия.
  2. Свободные от колонн балки усиливаем накладками из бруса или доски. Расположение и толщина накладки выбирается с учетом расчетных нагрузок и высоты помещения; способ крепления — клеевой шов с дополнительной фиксацией шпильками с широкими шайбами или оцинкованными накладками.
  3. Переставляем подпорные колонны и повторяем операцию с оставшимися балками.

Любопытно, что значительно увеличить жесткость балок можно с помощью обыкновенной фанеры толщиной 18 — 22 миллиметра. Она нарезается полосами шириной, равной высоте балок, и после устранения прогиба перекрытия подпорными колоннами приклеивается к каждой балке с обеих сторон с фиксацией гвоздями или саморезами с шагом 15 — 25 сантиметров.

Разумеется, и здесь обязательна разбежка поперечных швов — и на каждой отдельной балке, и между смежными балками.

Утепление

Инструкция по сооружению утепленного перекрытия нами уже приведена; однако расчет утепляющего слоя в зависимости от применяемого материала и климатических условий нуждается в комментариях.

Основное свойство любого утеплителя — его теплопроводность. Чем она ниже, чем лучшее утепление обеспечивается слоем фиксированной толщины.

Для каждого региона страны в зависимости от зимних температур в нем российским СНиП 23-02-2003 предлагаются собственные нормы теплового сопротивления ограждающих конструкций.

Тепловое сопротивление складывается из сопротивления каждого из слоев стены или перекрытия; однако именно для перекрытий свойствами настила, паро- и гидроизоляции можно пренебречь, поскольку их теплоизолирующие качества серьезно уступают таковым у любого современного утеплителя.

Толщина слоя утеплителя рассчитывается по простейшей формуле: она равна произведению расчетного теплового сопротивления и коэффициента теплопроводности выбранного теплоизоляционного материала.

Важный момент: все значения приводятся в единицах СИ; соответственно, результат мы получим в метрах.
Для вычисления слоя утеплителя в сантиметрах его достаточно умножить на 100.

Очевидно, для расчета не хватает только справочных данных. Чтобы избавить читателя от их поиска, приведем эти значения здесь.

Город Нормированное тепловое сопротивление перекрытия, (м2*С)/Вт
Архангельск 4,6
Калининград 3,58
Москва, Пенза, Саратов 4,15
Краснодар 2,6
Астрахань 3,6
Оренбург 4,49
Пермь 5,08
Тюмень 4,6
Омск 4,83
Екатеринбург 4,38
Сургут 5,28
Красноярск 4,71
Чита 5,27
Хабаровск 4,6
Владивосток 4,03
Петропавловск-Камчатский 4,38
Магадан 5,5
Анадырь 6,39
Верхоянск 7,3

Уточним: реальные значения теплопроводности могут меняться в зависимости от плотности материалов и атмосферной влажности.
Зависимость в обоих случаях линейная: рост плотности и влажности ведет к увеличению теплопроводности.

Давайте в качестве примера своими руками выполним расчет утепления перекрытия над холодным подполом для дома, построенного в Астраханской области.

Утеплитель — базальтовая вата.

На фото — плитный утеплитель на основе базальтовой ваты.

  1. Нормированное теплосопротивление из верхней таблицы берется равным 3,6 (м2*С)/Вт.
  2. Теплопроводность базальтовой ваты равна 0,042 Вт/(м2*С).
  3. Минимально необходимая толщина утеплителя, таким образом, равна 3,6*0,042=0,1512 метра, или 15 сантиметров.

Заключение

Надеемся, что нам удалось ответить на все накопившиеся у читателя вопросы. Дополнительную информацию о строительстве перекрытий по деревянным балкам можно получить из видео в этой статье. Успехов!

Стыки элементов балок


Особенности заводских, укрупнительных и монтажных стыков. Необходимость в устройстве стыков элементов, составляющих балку, может возникнуть, во-первых, из-за недостаточной длины листов и уголков, прокатываемых на заводах, по сравнению с длиной балки и, во-вторых, вследствие того, что общий вес балки или общие размеры ее не позволяют транспортировать или поднимать целые балки имеющимся на стройке оборудованием.
В первом случае стыки отдельных элементов устраивают при изготовлении балки на заводе и потому называют заводскими. Во втором случае стыки частей балок выполняют на укрупнительных монтажных площадках, а при недостаточной грузоподъемности монтажного оборудования - на месте постоянного расположения сооружения. Первые из них называют укрупнительными стыками, а вторые - монтажными.
Положение стыков отдельных элементов, выполненных на заводе, зависит главным образом от длины этих элементов. Длина широких листов, употребляемых на стенку, и узких, идущих на пояса, а также уголков различна, поэтому заводские стыки устраивают в разных местах балки, или, как говорят, россыпью. Независимое стыкование отдельных элементов при изготовлении балки не вызывает особых затруднений. Заводские стыки листов в поясах и стенках сваривают до наложения поясных швов, что обеспечивает свободу деформаций при остывании стыков, а также простоту устройства самих стыков и последующую их обработку, если таковая потребуется. В целях уменьшения числа шаблонов для изготовления отдельных элементов полезно располагать стыки их симметрично относительно середины пролета балки. Это создает большую повторяемость элементов.
В укрупнительных и монтажных стыках соединяют все продольные элементы балки. Взаимное расположение этих элементов к моменту устройства стыков строго фиксировано. Повороты соединяемых частей вследствие больших размеров и веса их при укрупнительной сборке затруднены, а при монтажной - совсем невозможны. Поэтому при проектировании таких стыков следует тщательно учитывать условия производства работ и доступность отдельных элементов для производства сварки или постановки болтов (заклепок).
Кроме того, для удобства транспорта отдельных секций балок и уменьшения опасности повреждения их элементов желательно, чтобы последние не образовывали выступающих частей (свесов).
Крепление каждого элемента балки в стыке должно быть рассчитано на силовые факторы, действующие в этом элементе (N, Q или М).
Стыки в сварных балках. При проектировании стыков необходимо учитывать порядок сварки элементов балки. Этот порядок должен быть таков, чтобы обеспечить наибольшую свободу деформаций и перемещений отдельных соединяемых элементов и тем уменьшить величину усадочных напряжений. С этой целью, как отмечено выше, заводскую сварку лент поясов и стенки ведут отдельно, а затем уже соединяют пояса со стенкой; в укрупнительных и монтажных стыках балок поясные швы не доводят до места стыка примерно на 50 см (рис. IV-18, б, в). Там же показана рекомендуемая последовательность устройства сварных швов в стыке балки для уменьшения вредного влияния усадочных напряжений.

В балках переменного сечения стыки поясных листов обычно используют для изменения их ширины или толщины. В многолистовом пакете стыки отдельных лент следует располагать вразбежку.
Наиболее рациональным типом и единственно допустимым в балках, работающих под динамической нагрузкой, является стык листов без накладок (рис. IV-18, а). Стыки в стык, усиленные накладками, требуют больше металла (основного и наплавленного), больше времени и рабочей силы, а предел выносливости стыков с накладками ниже, чем без накладок. Стыки, перекрываемые только накладками, имеют особенно низкий предел выносливости.
В сжатом поясе балки все стыковые швы устраивают под прямым углом к продольной оси. Если качество растянутых стыковых швов может быть проверено просвечиванием γ-лучами или другими повышенными способами контроля, то такие швы можно устраивать прямыми в любом месте балки. Просвечивать стыковые швы в случае расположения их в местах с растягивающими напряжениями σ>0,85R следует в растянутом поясе и в примыкающей к нему части стенки на длине около 1/10 высоты стенки. При невозможности использовать повышенные средства контроля растянутые стыки устраивают прямыми в местах с напряжениями σ≤0,85R или косыми с углом σ=65° между направлением шва и продольной осью элемента (отношение катетов 2,1:1).
Если у прямого стыкового шва стенки получаемое по расчету напряжение растяжения более Rр св=0,85R, но растянутый пояс в этом месте не имеет стыка или сварной стык его равнопрочен поясу, то шов стенки будет работать в условиях стесненной деформации. Поэтому в ограниченной зоне, прилегающей к такому поясу, можно не опасаться вредных последствий расчетных перенапряжений и оставлять шов стенки прямым.
При изготовлении балок, предназначенных под статические нагрузки, в мастерских, не имеющих оборудования для точной обрезки листов и подготовки кромок под швы в стык, а также при больших зазорах между стыкуемыми частями балок на монтаже, допустимо перекрывать стыки листов стенки и поясов только накладками. Стык листов стенки перекрывают двумя накладками прямоугольной формы (рис. IV-18, г), приваривая их угловыми швами. Толщину накладок у стенки назначают обычно такую же, как и толщину стенки. В этом случае два пологих лобовых шва (1:1,5), уложенных вдоль длинных сторон накладок, имеют большую несущую способность, чем стенка:

Поэтому необходимость в устройстве фланговых швов отпадает. Устраивать фланговые швы трудно, если к стенке приварены пояса. Ширину накладок назначают около 10 толщин их (для уменьшения влияния усадочных напряжений и для более плавного отклонения силовых потоков).
Проверять прочность угловых швов следует потому, что длина накладок меньше полной высоты стенки.
Пояса перекрывают накладками. Односторонние накладки вызывают резкое отклонение силовых потоков и ухудшение работы поясов. Толщина накладок определяется требуемой высотой угловых швов; при этом площадь поперечного сечения накладки должна быть не менее площади поперечного сечения перекрываемого листа. В местах крепления односторонних накладок к поясу следует несколько увеличивать высоту поясных швов, чтобы уменьшить неблагоприятное влияние эксцентриситета в стыке.
Расчет угловых швов, прикрепляющих накладки к поясным листам, ведут или по усилию, действующему в листе в месте стыка N=Fσ, или по несущей способности листа [N]=FR:

где ΣFш - расчетная площадь угловых швов, расположенных с одной стороны стыка.
Учитывая наличие эксцентриситета в стыке с односторонней накладкой, полезно расчетное усилие увеличить примерно на 20%.
Швы, прикрепляющие накладки к стенке, рассчитывают по изгибающему моменту Мст, действующему в стенке:

где ΣWш - сумма моментов сопротивления угловых швов, расположенных с одной стороны стыка.
Величину изгибающего момента Мст, приходящегося на стенку балки, определяют из пропорциональности между изгибающими моментами, приходящимися на отдельные части составной балки, и жесткостями этих частей:

где Iст, Iп и Iб - моменты инерции стенки, пояса и всей балки относительно нейтральной оси балки;
Mб - изгибающий момент, действующий на балку в месте стыка.
Швы, присоединяющие накладки к стенке, должны быть, кроме того, проверены на воздействие поперечной силы, действующей в месте стыка. Вследствие малой жесткости поясов балок по сравнению со стенкой полагают (в запас прочности), что вся поперечная сила воспринимается швами у накладок стенки. Среднее скалывающее напряжение в швах:

где ΣFш - сумма площадей угловых швов, расположенных с одной стороны стыка.
Хотя максимальные напряжения от поперечной силы не совпадают с максимальными напряжениями от изгибающего момента, однако делают условную проверку прочности швов на воздействие обоих силовых факторов:

Соединения балок


Соединять балки между собой можно весьма разнообразными способами. Выбор способа соединения зависит от взаимного расположения балок, от силовых факторов и от применяемых средств соединения.
Пересекающиеся балки могут быть расположены одна над другой или на одном уровне. Кроме того, примыкающие балки иногда располагаются по отношению к главным балкам косо в горизонтальной или в вертикальной плоскости.
Соединения балок, передающие только опорные давления, называют свободными (шарнирными). Соединения, которые передают как опорные давления, так и опорные моменты, называют жесткими (защемленными).
При конструировании соединений главных и второстепенных балок нужно учитывать, что в большинстве случаев последние используют в качестве связей, обеспечивающих общую устойчивость главных балок.
Наиболее просто осуществляется крепление балок при этажном расположении.
Под гайки болтов, примыкающих к полкам двутавров и швеллеров, изнутри следует подкладывать косые шайбы, чтобы устранить изгиб болтов в нарезанной части их.
Места, в которых на составные балки опираются сильно нагруженные вспомогательные, должны быть усилены ребрами жесткости, плотно пригнанными к верхнему поясу, для устранения местных перенапряжений поясных швов и стенки. Прокатные балки в таких случаях следует проверить на сжатие стенки под выкружкой, соединяющей ее с полкой. В случае перенапряжения необходимо поставить ребра.
Соединения балок на одном уровне и пониженные делятся на крепления, не требующие точной обрезки вспомогательных балок и требующие точную резку их. Последние очень трудоемки и потому нежелательны.
Вспомогательные балки, расположенные на одном уровне или пониженно, удобно крепить к поперечным ребрам главной балки с помощью болтов (рис. IV-19, а). При этом одну или обе полки вспомогательных балок и часть стенки приходится срезать. Вертикальную и горизонтальную часть реза сопрягают закруглением радиусом около 20 мм. Такое крепление не требует точного обреза вспомогательных балок и удобно для монтажа, так же как и крепление балок при помощи столика (рис. IV-19, б), который принимает на себя всё опорное давление.

Болты или сварные швы по стенке нужны для удержания вспомогательных балок от опрокидывания, а главной балки от потери устойчивости. В последнем отношении крепление балок к ребру более эффективно, чем к столику.
Крепления свободно примыкающих балок рассчитывают на опорное давление А, увеличенное на 20-30%. Этим учитывают наличие в опорных креплениях незначительных моментов. При большой величине моментов их влияние должно быть учтено расчетом.

Пример жесткого соединения балок на одном уровне, обеспечивающего передачу не только опорных давлений, но и опорных моментов, представлен на рисунке IV-20. Прикрепление верхнего пояса вспомогательной балки к накладке (ее называют «рыбкой») и нижнего пояса к столику должно быть рассчитано на усилие

где M0 - опорный момент балки,
h" - высота вспомогательной балки.
Крепление горизонтала столика к вертикалу рассчитывают на равнодействующую силы N и опорного давления А, если стенка вспомогательной балки не прикреплена непосредственно к главной балке (рис. IV-20, справа), и на часть опорного давления A1, если стенка прикреплена к главной балке (рис. IV-20, слева).
Долю опорного давления - A1, передающуюся через столик, и долю A2, передающуюся непосредственно от стенки на уголки, определяют в предположении прямой пропорциональности между этими усилиями и площадями швов, крепящих стенку вспомогательной балки и консоль к главной балке.
Сварные швы, крепящие столик к главной балке, должны быть рассчитаны на оперное давление А и момент M=Ae-Nz, где е - эксцентриситет приложения силы A; z - расстояние от силы N до центра тяжести рассчитываемых сварных швов.

Пример жесткого сварного соединения в пониженном уровне представлен на рисунке IV-21. Крепление двустенчатых балок осложняется тем, что в опорных сечениях их действуют опорные давления и моменты не только в вертикальной плоскости, но и в горизонтальной, а также крутящие моменты. Пример крепления двустенчатой балки кранового моста к концевой балке представлен на рисунке IV-22. Обе стенки 1 крановой балки приварены к стенке концевой балки при помощи вертикальных накладок 2. В местах примыкания стенок крановой балки к концевой между стенками 3 последней должны быть поставлены диафрагмы 4. Пояса крановой балки в узле заменены или перекрыты узловыми фасонками 5, расширяющимися под углом 45°. В быстроходных кранах свободные кромки узловых фасонок 5 закругляют и обеспечивают плавное примыкание кромок фасонки к поясам соединяемых балок. Пояса крановой балки могут быть приварены впритык со сплошным проваром непосредственно к поясам концевой балки. Для жесткости узла в этом случае между поясами обеих балок помещают вставки в форме равнобедренного треугольника с длиной катета и не меньше ширины более широкого пояса соединяемых балок.

При расчете таких соединений условно считают, что вертикальные швы между стенками и накладками (ш-1 и ш-2) работают на вертикальные опорные давления Ав примыкающей балки. Горизонтальные швы между поясами и узловыми вставками (ш-3) работают на вертикальные и горизонтальные моменты и горизонтальные опорные давления примыкающей балки.
При расчете таких соединений условно считают, что вертикальные швы (ш-1 и ш-2) между стенками (1 и 3) и накладками (2) работают на передачу опорного вертикального давления Ав примыкающей балки. В действительности эти швы воспринимают и некоторые доли изгибающих вертикальных и горизонтальных моментов. Это обстоятельство учитывают, увеличивая опорное давление на 20-30%. При расчете швов необходимо учесть также влияние конструктивного момента М"=Авbн, где bн - ширина вертикальной накладки (расстояние между швами ш-1 и ш-2).

Также условно считают, что горизонтальные швы (ш-3 и ш-4) между узловыми фасонками и поясами соединяемых балок работают на опорное горизонтальное давление Aг примыкающей балки (без увеличения на 20-30%) и на изгибающие моменты, действующие в вертикальной и горизонтальной (Мв и Mг) плоскостях. Суммарные краевые напряжения в шве (ш-3) можно приближенно проверить по формуле:

где Fшз - площадь одного горизонтального шва (ш-3) между узловой фасонкой и поясом примыкающей балки;
Wшз - момент сопротивления того же шва;
hп - расстояние между центрами тяжести поясов примыкающей балки.
Пример графического оформления сварной одностенчатой балки представлен на рисунке IV-23.

Прочности несущих систем кровли необходимо уделять особое внимание, поскольку от этого зависит защита здания от непогоды. Ошибки, допущенные при креплении стропил к балкам, чреваты большими неприятностями, вплоть до ремонта крыши или даже ее демонтажа и создания нового каркаса. Стропильные балки - это незаменимая часть всей конструкции крыши. Их изготавливают из древесины и металла, в продаже также имеется балка жб стропильная.

При разработке проекта кровли и при ее создании учитывают множество факторов, создающих нагрузки на стропильные конструкции, среди них:

  • вес покрытия и других элементов кровельного «пирога»;
  • сила ветра;
  • наибольшая возможная толщина снега на крыше;
  • наличие оборудования и других нагрузок на каркас.

К основным элементам кровельной конструкции, на которые ложится больше всего нагрузок, относятся:

  • стропильная система или ферма;
  • составные балки.

Безусловно, качество материала, из которого производятся вышеперечисленные материалы, имеет огромное значение, но не менее важным является прочность и надежность соединения элементов крыши между собой.

Двутавровые деревянные балки

Двутавровые деревянные балки - это конструктивный материал, который применяют для строительства зданий по каркасной технологии, а также для устройства перекрытий. У них отсутствуют недостатки, присущие древесине, а благодаря наличию двутаврового сечения достигнуты высокие прочностные характеристики. Стыковка двутавровых балок производится при помощи плотницкого инструмента.

Способы крепления стропил к стенам

На сегодняшний день основные варианты установки стропил и крепления их к стенам домов следующие:


Крепежные детали для стропил

Для сборки стропильной конструкции используют деревянные элементы и металлические изделия. К деревянным крепежам относятся: бруски; треугольники; нагели и т.д.

Металлические крепежные детали – это гвозди, болты, стальные уголки, шурупы, шпильки, хомуты, скобы, специальные устройства для стропил, называемые салазками или ползунками и многое другое.

Крепления для балок WB используют при монтаже несущих балок для деревянных конструкций при постройке домов из дерева. Его преимущество заключается в том, что не требуется врезка в балку, а крепление выполняется при помощи гвоздей, шурупов или анкерных болтов.

Способы крепления стропил к мауэрлату

Наиболее распространенным способом крепления стропил в нижней части считается их соединение с мауэрлатом (читайте: " "). Несмотря на его популярность, выполнить качественно такую работу получится не у каждого строителя, а это не может не отразиться на прочности и надежности крыши.

До того, как крепить стропила к балкам мауэрлата внизу стропильной ноги делается специальный вырез. Устанавливать без этого стропила нельзя, поскольку при малейшей нагрузке плоская грань бруса соскользнет с поверхности балки. Что касается выемки в мауэрлате, то делать ее или нет, зависит от материала его изготовления.


В случае применения древесины твердых лиственных пород, специалисты рекомендуют делать в балке надрез – она вместе со сделанной в стропильной ноге прорезью будет создавать упорный замок. Когда мауэрлат изготовлен из хвойной древесины, прорези делать нежелательно, так как они приведут к ослаблению конструкции. От способа, каким выполнено крепление балок к мауэрлату зависит состояние кровли в разных погодных условиях (прочтите ещё: " ").

Соединение балки со стропильной ногой

Крыша дома под действием на нее нагрузок стремится разъехаться в стороны и вниз. Чтобы этого не допустить, используют различные конструктивные решения, препятствующие смещению элементов каркаса кровли.

Так было придумано вырезание выемок в ноге стропил, которое можно выполнить с помощью таких соединений как:

  • зуб с одним упором;
  • зуб с шипом и упором;

Крепление стропил к мауэрлату, смотрите на видео:


Врубку с одним зубом используют, когда у крыши большой угол уклона. Это означает, что крепление стропил к балкам перекрытия производится под углом больше 35 градусов. В ноге вырезают зуб с шипом, а в балке для входа шипа создают гнездо. При этом глубина выемки не может быть более 1/3 или 1/4 части толщины балки, в противном случае происходит ослабление элемента. Врубку производят, отступив от края балки 25 – 40 сантиметров, тогда удастся избежать вероятности сколов. Чтобы не допустить сдвига соединения в бок, одинарный зуб необходимо создавать вместе с шипом.

Врубку с двойным зубом выполняют для пологих кровель, когда угол между элементами соединения не превышает 35 градусов, ее выполняют одним из таких способов:

  • два шипа;
  • упор без шипа;
  • упор, дополненный шипом;
  • соединение по типу замка с двумя шипами и другие варианты.

Для обоих зубов глубина врезки обычно одинаковая. Но в ряде случаев первый дополненный шипом зуб врубают на 1/3 толщины балки, а второй – на 1/2.

При создании крыш встречается такой способ устройства стропил, когда соединяют стропильные ноги и деревянные потолочные балки перекрытия, но его используют редко. В данном случае в ноге вырезается зуб-упор так, что одна из его плоскостей ложится на плоский край балки, а другая плоскость упирается в запил, сделанный глубиной в 1/3 часть толщины балки. Для надежности помимо врубки выполняют дополнительное соединение при помощи хомутов, болтов, проволочных петель или полосок металла.

Соединение стропил на коньке крыши

В настоящее время в сфере строительства при создании стропильной системы используется 3 способа соединения стропил на коньке:

  • соединение встык;
  • установка на коньковый прогон;
  • крепление внахлест на коньковый прогон.


Чтобы понять, какой вариант предпочтительнее, необходимо разобраться, как их выполняют.

Соединение встык . Верхнюю часть ноги стропила обрезают под углом, который равен углу наклона кровли и упирают ее в другую стропильную ногу, на которой также выполнена обрезка только в противоположном направлении. Такую работу выполняют согласно предварительно выполненному шаблону. В ряде случаев для обеспечения в упоре большего напряжения, обрезку выполняют при проведении монтажа, при этом пропил делается через оба бруска, в результате чего две плоскости плотно прилегают одна к другой. Затем стропила между собой соединяют при помощи длинных гвоздей.

Когда используется данный способ, для дополнительного крепления применяют металлическую или деревянную накладку – ее устанавливают при помощи болтов или забивают гвозди в месте стыка.


Установка на коньковый прогон . Этот способ во многом похож на предыдущий метод. Отличие заключается в монтаже коньковой балки. Подобная отличается надежностью, но ее не всегда можно использовать, поскольку здесь требуется дополнительный монтаж опорных балок и тогда чердаком не очень удобно пользоваться.

Этот вариант позволяет выполнять работу по установке каждой пары стропильных ног непосредственно на месте без предварительных работ и применения шаблонов. Верхний край ноги в данном случае упирается в коньковую балку, а нижний - на мауэрлат.

Крепление внахлест на коньковый прогон . Выполнение работ проходит аналогично предыдущему варианту, только верхний стык стропил осуществляется внахлест. Они соприкасаются вверху не своими торцами, а боковыми сторонами. Крепежными элементами являются болты или шпильки.

Ремонт стропильной конструкции

Частный дом эксплуатироваться может не один десяток лет и часто возникает ситуация, когда необходимо отремонтировать элементы стропильной конструкции. Состояние каркаса крыши и кровельного покрытия необходимо постоянно контролировать, поскольку их разрушение приводит к большим неприятностям. При обнаружении дефектов надо принимать экстренные меры.

Проблема: начал загнивать конец стропильной ноги , опирающийся на мауэрлат. В такой ситуации на перекрытие чердака помещают бревно, оно должно опираться на несколько балок (установка балок перекрытия должна быть надежной). Под ремонтируемую стропильную ногу подкладывают подкосы – надо, чтобы они упирались в бревно. Между крайним подкосом и местом загнивания расстояние должно превышать 20 сантиметров. После того, как поврежденный отрезок удален путем выпиливания, на его место монтируют предварительно подготовленный вкладыш.

Проблема: в середине стропильной ноги обнаружено гниение древесины . С целью усиления стропильной конструкции по обеим сторонам поврежденного элемента прибивают деревянные накладки из досок толщиной 50-60 миллиметров. Гвозди для крепления забивают по их краям в неповрежденную часть стропила.


Проблема: поврежден мауэрлат . Когда это незначительный участок, специалисты советуют установить подкосы с прикрепленной к ним при помощи скоб стропильной ногой. Подкосы монтируют с опорой на неповрежденную часть мауэрлата. В том случае, если область повреждения мауэрлата значительна, тогда к стропильной ноге прибивают накладку из досок, их в свою очередь крепят в новый мауэрлат, устанавливают который немного ниже поврежденного. Монтируют дополнительный мауэрлат в стену с использованием штырей, при этом выполняют в соответствии проекта.

Проблема: в стропильной ноге появилась трещина , в результате чего произошел прогиб кровли. Для проведения ремонта надо заготовить 2 доски, одна из них станет отжимной стойкой, а вторая - для нее опорой. Опорную доску крепят перпендикулярно несущим балкам перекрытия чердака. Отжимную стойку устанавливают на ранее закрепленную опору и подводят ее под прогиб ноги. Между концом отжимной стойки и опорной доской вбивают 2 клина один навстречу другому. Их продолжают забивать, пока прогиб не будет устранен. На место, где располагается трещина, накладывают две доски, длина которых не менее, чем на метр превышает размер поврежденного участка. Их закрепляют болтами. Затем клинья выбивают, убирают опорную доску и временную стойку.

Проблема: требуется усиление стропильной системы , поскольку новый кровельный материал тяжелее прежнего. Для этого увеличивают основное сечение стропил, наращивая его досками. Какую величину необходимо нарастить (но не более 5 сантиметров) определяют при помощи расчетов (читайте также: " "). Прокладку и стропильную соединяют с использованием гвоздей.

Стальные балки, имеющие в поперечном сечении форму двутавра, сконструированы для универсального применения в машиностроении и строительстве. При изучении характера напряжений, возникающих в нагружаемых изделиях, имеющих сплошное сечение, была выявлена неравномерность их распределения.

Были определены участки сечения деталей, имеющие наибольшие значения напряжения. В результате этого возникла идея создания изделия с такой формой сечения, где масса металла сконцентрирована в наиболее нагруженных участках. Так появилось двутавровое сечение.

Благодаря способности выдерживать большие нагрузки на изгиб в разных плоскостях, на сдвиг и кручение, стальные двутавровые балки составляют основу несущих конструкций быстровозводимых каркасных зданий и потолочных перекрытий.

Внутрицеховые грузоподъемные механизмы (кран-балки и мостовые краны) перемещаются по направляющим, изготовленным из балок двутаврового сечения.

Изготовление двутавровых балок осуществляется двумя способами:

  • методом проката цельных отливок. Такие двутавровые балки называются горячекатаными;
  • электродуговой сваркой предварительно раскроенных листовых заготовок, в результате чего получают сварную сборную двутавровую балку.

Горячекатаные двутавровые балки производятся на прокатных станах металлургических предприятий. Такая технология позволяет получить цельное изделие, не содержащее швов и обладающее высокой прочностью.

Сборку и сварку двутавровой балки осуществляют на автоматических линиях. Такая балка незначительно уступает цельнокатаной по прочности, но может быть выполнена по специальному заказу, с учетом требований конкретного проекта.

Производство горячекатаной двутавровой балки осуществляется в соответствии с ГОСТ 26020-83, сварной двутавр производители выпускают по своим собственным техническим условиям (ТУ).

Технология производства

В типовом варианте, двутавровая балка получают из трех листовых заготовок: стенки и двух полок, привариваемых к её торцам под прямым углом. Изготовление осуществляется на специализированных сборочных линиях, настроенных на выпуск балки определенного размера.

Заготовки перемещаются на специальных катках и предварительно закрепляются в нужном положении зажимными устройствами, оснащенными гидравлическим или пневматическим приводом.

На зафиксированном зажимным устройством участке собираемой балки делаются прихватки сваркой по поясному шву. После этого, балка перемещается по каткам, вновь закрепляется, и сваркой прихватывается следующий ее участок.

Поясной шов проваривается окончательно после того, как вся конструкция оказывается предварительно скреплённой сварными прихватками.

Сварка тавровых соединений стенки с полками осуществляется в автоматическом режиме под слоем флюса. Процесс автоматической сварки может выполняться разными приспособлениями. Это могут быть сварочные манипуляторы, горелки которых варят, перемещаясь по заданным траекториям посредством шарнирных соединений с несколькими степенями свободы.

Также могут применяться более простые устройства типа самоходных сварочных тракторов, гораздо больше подходящих для создания прямолинейных соединений.

Еще один класс устройств, способных автоматически сваривать поясные швы двутавровых балок, это консольные или портальные установки. В их состав, кроме собственно сварочного оборудования, входит аппаратура слежения и контроля качества сварного шва, а также устройства подачи флюса и последующей очистки шва от его остатков.

Такие установки осуществляют сварку под оптимальным углом, составляющим 45 °, чем обеспечивается наиболее благоприятное расположение сварочной ванны, и соответственно, высокое качество сварного шва.

Интенсивный нагрев заготовок в процессе сварки приводит к короблению полок. По этой причине процесс сборки двутавровых балок включает процедуру их выравнивания, осуществляемую на специальных машинах для исправления грибовидности.

На завершающей стадии изготовления производится фрезерная обработка торцов изделия.

Замена швеллерами

На практике при возведении строительных конструкций для получения двутаврового сечения иногда используется сварка швеллеров между собой. Если швеллеры применяются взамен предусмотренных проектом двутавровых балок, такая замена должна согласовываться.

Согласование использования альтернативного материала отражается изменениями, вносимыми в соответствующие разделы рабочего проекта. Возможность замены определяется по результатам поверочных расчётов на прочность, выполняемых проектировщиками.

Способ применяемой сварки швеллеров между собой также определяется расчётом. Это может быть сварка непрерывным или прерывистым швом, либо с применением соединительных накладок.

При сварке швеллеров непрерывным швом, в результате температурных деформаций металла, может произойти скручивание профиля. Избежать этого явления можно, применяя специальные струбцины, а также, накладывая сварочные швы небольшими участками, чередуя при этом стороны соединяемых профилей.

При необходимости удлинить такую конструкцию, осуществляют сварку швеллеров встык. Места стыковых сварочных швов швеллеров, образующих двутавр не должны совпадать друг с другом. Для усиления конструкции сварной шов можно укрепить с помощью накладки.

Способы соединения двутавров

При осуществлении монтажа балочных конструкций выполняются сварные соединения элементов в различных сочетаниях. Среди них можно выделить типовые способы соединение двутавровых балок.

Встык

Для соединения способом «встык» свариваемые фрагменты стыкуют предварительно обработанными торцами. Обработка состоит в том, что на торцевых срезах выполняют угловые скосы для более глубокой проварки соединения.

Учитывая несущие функции двутавровых балок, их соединение не ограничивается выполнением торцевых швов. Для усиления участка стыковки обычно применяют четыре накладки – по одной на каждую из полок, и по одной на каждую из сторон стенки.

Накладки представляют собой прямоугольники из листового металла. Они накладываются поверх соединительного шва, затем привариваются по периметру. Накладки на полки делают на всю ширину полки двутавровой балки, накладки на стенку – на всю высоту стенки.

Под прямым углом

Такое соединение осуществляется между главной и второстепенной несущими двутавровыми балками каркасной конструкции, находящимися на одном уровне. В этом соединении главная балка служит опорой второстепенной.

Сварочные работы выполняются в следующей последовательности. В верхней полке главной двутавровой балки делают вырез в форме равнобедренного треугольника с углом, близким к прямому.

Верхняя полка второстепенного двутавра вырезается под вставку в треугольный вырез главнойдвутавровой балки, а нижняя его полка срезается на величину половины ширины.

В результате должно получиться следующее. Плотное совмещение вырезов верхних полок двутавров, стыковка торца стенки второстепенной двутавровой балки с боковой поверхностью стенки главного двутавра и прилегание среза нижней полки второстепенной двутавровой балки к полке главного двутавра.

Полученное таким образом совместное закрепление заподлицо двух перпендикулярных двутавровых балок усиливается привариваемой снизу листовой накладкой.

Сваривание двутавра со швеллером под прямым углом

Это соединение выполняется, если второстепенной двутавровой балкой служит швеллер. Если стенки двутавра и швеллера одинаковы по высоте, можно поступить следующим образом.

Верхняя полка швеллера срезается род углом 45 °, на верхней полке двутавровой балки делается аналогичный по форме вырез. Нижняя полка швеллера отрезается с таким расчетом, чтобы при стыковке срез совместился с нижней полкой двутавра, а стенка швеллера уперлась в стенку двутавра. Так же, как и в предыдущем случае, соединение укрепляется накладкой снизу.

Инженерная мысль не стоит на месте. Кроме описанных технологий сварки могут применяться вновь созданные, на смену устаревающему сварочному оборудованию приходит обновленное, модернизированное или принципиально новое. Не исключено, что и традиционная сварка когда-нибудь уступит место другой технологии неразъемных соединений.

В индивидуальной застройке наибольшей популярностью пользуется деревянная стропильная система – несущее основание подавляющего большинства крыш частного сектора выполнено из дерева.

Каждая кровля имеет индивидуальные размеры и конфигурацию, и зачастую приходится использовать опорные балки с нестандартными параметрами.

Стропила бывают:

  • из бруса;
  • из доски.

Факторы, влияющие на параметры пиломатериала

Древесину для стропильной системы выбирают хорошо просушенную, с малым количеством сучков и других дефектов. Как правило, применяется хвойные породы, легкие в обработке и дополнительно пропитанные антисептиками и антипиренами.

Для каждого элемента системы – подкоса, стойки или стропила – производится расчет сечения и длины.

На параметры опорных брусьев влияет угол наклона крыши, геометрия ската, расстояние между коньком и мауэрлатом, расстояние между стропильными ногами и расчетная нагрузка на стропила, в которую входят вес кровельного покрытия, вес обрешетки, ветровая и снеговая нагрузки.

Грамотный расчет в обязательном порядке должен учитывать все эти показатели.

Способы соединения для наращивания длины

Стропила, длина которых больше обычных шести метров, изготавливают под заказ производственным способом.

Однако в таком случае вместе с длиной увеличивается и толщина бруса, что не всегда оправдано: ведь появление лишнего веса в конструкции крыши нежелательно, да и цена таких стропил будет вдвое выше.

Поэтому чаще всего строители прибегают к сращиванию стропил.

Стыкование брусьев не обеспечивает достаточную жесткость на изгиб, и потому место соединения двух элементов должно располагаться как можно ближе к опоре – на расстоянии, не превышающем 15 процентов длины всего основного прогона.

Удлинение стропильных ног из бруса осуществляют тремя основными способами.

Торцы сращиваемых брусьев должны быть обрезаны строго под углом в 90 градусов, чтобы не допустить прогиба в месте соединения.

С обеих сторон место стыкования закрепляют накладками из пиломатериала. Накладки в свою очередь фиксируют гвоздями.

Широко распространено также соединение с помощью стальной зубчатой пластины.

В случае применения металлических элементов не следует забывать об антикоррозионном покрытии – чтобы не допустить загнивания древесины и не уменьшить надежность всей стропильной системы.

Соединение методом косого прируба

Концы элементов, которые будут стыковаться, распиливают особым способом – под углом в 45 градусов.

Стыкующиеся брусья должны быть плотно подогнаны, нужно добиться максимально ровных соединяемых поверхностей при помощи зачистки наждаком.

Посередине соединения проделывают сквозное отверстие под болт 12 или 14 мм, которым фиксируется стыковка.

Это самый простой в исполнении способ, соединение выходит жестким, надежным. Один стропильный брус накладывается на другой так, чтобы перехлест был не менее
100 см.

Как при этом обрезаны края стропил – значения не имеет.

Фиксируется соединение двумя методами:

  • с помощью гвоздей. Чтобы не расколоть стропила, гвозди вбивают с чередованием – в шахматном порядке;
  • с помощью шпилек. В заблаговременно подготовленные отверстия вставляются шпильки, закрепляемые шайбами и гайками. Такой вариант считается более надежным.

Составные и спаренные доски, усиление стропил

Если чердак планируется сделать холодным, целесообразнее использовать стропильную систему из досок.

Их преимущества – легкость в сравнении с брусьями и более низкая цена при не меньшей прочности.

Чтобы получить составное стропило, две одинаковые доски устанавливают на ребро, а между ними вкладывают третью.

Все деревянные элементы должны быть равными по ширине, длина третьей доски варьируется в зависимости от необходимого размера стропила.

Образовавшийся просвет заполняют обрезками, а закрепляют всю конструкцию гвоздями, вбивая их в шахматном порядке.

Соединенные таким образом стропила запрещается использовать в качестве диагональных.

Более надежными являются спаренные стропила: доски соединяются сразу и встык, и внахлест.

Для наращивания ширины, усиления стропил используют дополнительные доски, добиваясь оптимального соотношения длины и ширины в соответствии с расчетной нагрузкой.

Кровельный свес защищает стены от дождя и снега и отводит воду с крыши. Его стандартный размер – 40 см.

Если стропильная нога не выступает за стену здания на необходимую длину, ее наращивают, прибивая доску – так называемую «кобылку».
«Кобылка» может быть легче и уже основного бруса.

Крепежные детали и сборные стропила

Дополнительно каждое соединение укрепляется металлическими пластинами, скобами или уголками.

Отверстия для креплений делают, следуя такому правилу: диаметр сверла должен быть на 1 мм меньше, чем диаметр болта.

Металлические игольчатые пластины позволяют существенно облегчить строительство крыши, они просто монтируются и надежно скрепляют элементы стропильной системы.

В последнее время заводским способом выпускают сборные стропила, подготовленные к монтажу. Транспортировка таких элементов очень удобна.

Уже на месте строительства с помощью игольчатых пластин из нескольких деталей получают стропильные ноги необходимых параметров.

Сборные элементы могут быть выполнены не только из дерева, но и из металла.

Все работы по возведению стропильной системы, формированию узлов и наращиванию стропил нужно выполнять тщательно, так как ремонт и замена стропил – сложный процесс, требующий серьезных трудозатрат и материальных вложений.

Если строго придерживаться технологии, всех правил и рекомендаций, то крыша получится надежной и прочной.

Статьи по теме: