Узлы опирания наслонных стропил на прогон и мауэрлат

Наслонная система стропил может быть распорной или безраспорной конструкцией. От правильного выбора узлов опирания и сочленения стропильных ног зависит будут стропила распирать стены или не будут, нужно под них предусматривать различные мероприятия для перехвата распора или не нужно.

На расчетных схемах в узлах конструкций рисуют кружочки, означающие шарнирное соединение. Шарниры лапками соединяются с условными опорами, по которым можно визуально представить степень свободы узла. Шарнир с двумя заделанными в опору лапками предполагает, что узел неподвижен, но балка может крутиться в шарнире, то есть узел обладает одной степенью свободы — поворотом. Шарнир с лапками, стоящими на скользящей опоре или ползуне, показывает, что узел обладает двумя степенями свободы — возможностью поворота балки и горизонтального смещения. Три степени свободы узла позволяют горизонтальное, вертикальное смещение и поворот, такой узел рисуется просто кружочком и может быть врезан в стержень, обозначающий балку. Если узел врезан в балку, то ее называют разрезной, то есть балки, находящиеся слева и справа от шарнира, с некоторыми допущениями могут рассматриваться как отдельные элементы. Если кружочек (шарнир) нарисован под балкой, то балка, лежащая на нем, называется неразрезной. Шарнир с тремя степенями свободы, врезанный в балку, во многих случаях, делает ее мгновенно изменяемой системой, то есть довольно неустойчивой конструкцией. Узел с нулевой степенью свободы означает жесткое защемление конца балки и запрещает ей всякие смещения: горизонтальное, вертикальное и поворот (рис. 19).

рис. 19. Примеры схематического изображения узлов

В расчетных схемах могут применяться и другие схематические изображения узлов, но все они в общем-то понятны, а если вдруг возникнут неясности, надо просто мысленно представить в какую сторону может «пойти» узел при приложении к нему нагрузки. Поперечные размеры балок относительно их длины малы, поэтому балки (стропила и пр.) рисуются как стержни, а нагрузка в них распределяется как бы только вдоль продольной оси элемента и расчет всей конструкции ведется для стержневой схемы.

Необходимо отметить, что слова: горизонтальное смещение и поворот совсем не означают, что, например, ползун — узел с двумя степенями свободы произвольно передвигается в горизонтальном направлении. На самом деле, этот узел достаточно хорошо закреплен, но допускает возможность перемещения конца балки от нагрузки, температурных и влажностных изменений без чрезмерного развития в нем внутренних напряжений. Этот узел просто не передает распора, а поворот при изгибе балки возможен только в нормативных пределах. По настоящему ползун поползет (простите за тавтологию) только при нагрузках превышающих предельно допустимые. Слово «шарнир» тоже не нужно понимать буквально. Да, концы балок могут соединяться болтом или настоящим специально спроектированным шарниром, но, чаще всего, это обычное гвоздевое соединение. Например, можно взять доску и приколотить ее одним концом 3-4 гвоздями, предположим, к деревянной стене. Ничто не мешает нам взять ее за другой конец и преспокойно повернуть на некоторый угол. В данном случае, гвоздевое крепление выступает как шарнир. Однако если количество гвоздей увеличить и рассчитать их на нагрузку не допускающую среза (изгиба), то поворот становится невозможном, здесь мы получаем балку с защемленным концом, но при нагрузке превышающей расчетную, узел опять становится шарниром. Поэтому очень важно изначально определить нагрузку под которой будет работать система. Поскольку превышение фактической нагрузки сверх расчетной, приводит к изменению схемы работы узлов и разрушению всей конструкции.

Сопряжения наслонных стропил относящиеся к различным схематичным изображениям узлов представлены на рисунке 20.

рис. 20.1. Узлы опирания стропил на прогон и мауэрлат. Шарнир с одной степенью свободы (только поворот)

рис. 20.2. Узлы опирания стропил на прогон и мауэрлат. Ползун — шарнир с двумя степенями свободы (поворот и сдвиг)

рис. 20.3. Узел опирания стропил на прогон. Жесткое защемление

В зависимости от решаемой задачи при проектировании крыши узловые сочленения стропил могут быть отличными от представленных на рисунках 20. Главное, это запроектировать в узлах с двумя степенями свободы: поворот, возникающий от изгиба стропил и сдвиг в горизонтальном направлении. А в узлах с одной степенью свободы — поворот стропила. Как правило, сдвиг верха или низа стропил обеспечивают горизонтальные врубки, а ограничение сдвига — упор стропил друг в друга и/или в стыкуемый элемент: мауэрлат либо прогон.

Попробуем объяснить принцип закрепления стропилины на примере. Все мы легко можем представить себе обычную приставную лестницу. Лестница, как лестница, ничего особенного: две жерди (тетивы) и поперечные палки–ступени. Мысленно приставим такую лестницу к стене, а для чистоты эксперимента сведем к минимуму силы трения — обольем пол и стену маслом. Что будет если нагрузить лестницу — залезть на нее? Лестница рухнет. В нижней и верхней опоре у нее по две степени свободы. В нижнем, у нее есть поворот и горизонтальное смещение, в верхнем — поворот и вертикальное смещение. Что нужно сделать, чтобы лестница стала устойчивой и держала нагрузку (вес человека)? А нужно всего-то лишить ее одной (из четырех) степени свободы: горизонтальной в нижней либо вертикальной в верхней опоре. Иными словами нужно закрепить низ или верх лестницы. Получаем устойчивую и стабильную систему. Мысленный эксперимент с лестницей вы можете додумать сами, ставя ее в различные ситуации, например, если лестница длинная и опирается на стену сверху, тетивами с горизонтальными запилами или без запилов. Как она будет себя вести? Такой мозговой штурм, помогает в понимании работы наслонных стропил с различными способами опирания, при котором совсем не обязательно представлять себе вектора сил и степени свободы узлов, а нужно просто спрогнозировать покатится лестница под нагрузкой или останется неподвижной.

Установка мауэрлата

Мауэрлат изготавливают из досок 50× 150 или бруса 100× 150 (150× 150) мм. Его назначение принять нагрузку от веса крыши, равномерно распределить ее и передать на стены.

Сначала приведем две цитаты. В. Е. Шишкин в своем знаменитом учебнике «Примеры расчета конструкций из дерева и пластмасс», по которому училось не одно поколение строителей, пишет: «Наслонные стропила при правильном их конструировании и устройстве — безраспорная конструкция. Чтобы стропила не вызывали появления распора, Надо опорные плоскости врубок в местах опирания стропильных ног на мауэрлаты и прогоны делать горизонтальными и погашать распор, вызываемый продольными усилиями, которые возникают в стропильных ногах, устройством горизонтальных парных схваток или ригелей». А вот, что говорит Карл Мёлер в главе «Основы строительства с применением деревянных конструкций» в книге «Атлас деревянных конструкций». «Особенно важны условия на опорах, которые в статической системе принимаются за основу. Они должны соответствовать заданным возможностям исполнения. Как правило, встречаются неподвижно шарнирные и скользящие в продольном направлении опоры балок и брусьев, в то время как жесткое защемление деревянных конструкций на опорах из-за сминаемости древесины и гибкости соединений встречается очень редко. Работающая на изгиб балка, опертая двумя концами, встречается, например, в виде стропил, прогонов, нижних поясов ферм. При этом одна опора бывает закрепленной, но свободно вращающейся, другая свободно вращающейся и подвижной в направлении оси балки».

Выделим ключевые фразы из этих двух цитат: Наслонные стропила при правильном их конструировании и устройстве — безраспорная конструкция. При этом одна опора бывает закрепленной, но свободно вращающейся, другая свободно вращающейся и подвижной.

А теперь еще одна цитата Филипова Н. А. из практического пособия для проектировщиков «Примеры расчета и проектирования деревянных конструкций» « Наслонные стропила являются распорной конструкцией; опорные реакции в наслонных стропилах направлены под углом, где горизонтальная составляющая (распор) передается на мауэрлат».

Иными словами, если наслонные стропила запроектировать, а затем установить соответствующим образом, то они не будут передавать распора на мауэрлат и стены. И наоборот, их можно запроектировать и установить, так, что на стены будет передаваться распор. Оба варианта имеют свои преимущества и недостатки. В первом варианте (без распора) мауэрлат не требует жесткого закрепления на стене, но вся стропильная система при неравномерной нагрузке становится статически неустойчивой и требуются меры по ее закреплению. Во втором варианте (с передачей распора на стены) получаем стабильную устойчивую систему (до определенных нагрузок, конечно), но требующую дополнительных работ по закреплению мауэрлата.

И еще одно пояснение с цитатой из курса лекций профессора Залесского В. Г: «Стропильные ноги в наслонной системе рассчитывают, как наклонные балки, нагруженные равномерно, причем, принимая за пролет горизонтальное расстояние между опорами, наибольший изгибающий момент выражается той же самой формулой, как и для балки, лежащей горизонтально ». Перефразируя слова профессора можно сказать так: наслонное стропило, установленное под углом к горизонту, рассчитывается как обычная горизонтальная балка длиной равной горизонтальной проекции стропилине. Доказательство опускаем, кому интересно скачайте весь документ. В общем, на начальном этапе сбора вертикальных нагрузок и определения схемы узлов опирания стропил не нужно зацикливаться на угол наклона скатов крыши и делать из этого разного рода умозаключения. Следует принимать нагрузки действующими на горизонтальную поверхность, а сами стропилины считать горизонтальными балками (рис. 21).

рис. 21. Схема загрузки наслонной стропилины

Таким образом, из всего выше сказанного получается, что мауэрлатная обвязка стены может быть установлена двумя способами: принимающим и отдающим на стены распор и не принимающим распор ввиду его отсутствия.

Условия работы мауэрлата, не принимающего и не передающего распора:

• если низ стропильных ног делается «ползунами» — по схемам с двумя степенями свободы (рис. 20.2), то верх стропильных ног обязательно выполняется по узловым схемам с одной степенью свободы (рис. 20.1) или жестким защемлением (рис. 20.3);
• если низ стропил делается по узловым схемам с одной степенью свободы (рис. 20.1), то верх обязательно выполняется с двумя степенями свободы (рис. 20.2).

Иными словами, если низ стропил опираем на мауэрлат сверху без дополнительных упоров, то верхнюю часть стропил упираем друг в друга и надежно закрепляем либо вообще делаем жесткое защемление. Если же низ стропил упираем в мауэрлат запилом или пришивной опорной планкой, то вверху стропила друг в друга не упираем, а кладем горизонтальной врубкой на прогон, рядом друг с другом и конструктивно крепим к коньковому прогону. В обоих вариантах в точках опоры стропильной ноги на прогон и мауэрлат будут только вертикальные реакции опор, а распора не будет. Доказательство найдете в лекциях профессора Залесского В. Г. Обратим особое внимание на то, что если во втором варианте низ стропил упереть в мауэрлат врубкой, а верх стропил положить на прогон рядом друг с другом, но без горизонтальной врубки, как это часто бывает, то стропило покажет в нижней части распор!

При установке мауэрлатов не передающих распор на стены их крепление к стене производится конструктивно. Скобами или гвоздями к деревянным пробкам, предварительно уложенным в стены либо проволочными скрутками (рис. 22). Обязательное условие: мауэрлат укладывается ближе к внутренней стороне стены и защищается снаружи хотя бы невысоким выступом стены. Здесь при принятой безраспорной расчетной схеме хоть и нет распора, все равно желательно подстраховаться от горизонтальной подвижки низа стропил и мауэрлата (за счет сил трения) при возникновении на крыше неравномерных нагрузок. Выступ не позволит сбросить мауэрлат со стены.

рис. 22. Схема укладки мауэрлата не передающего распор на стену

Если стропила верхними концами уперты друг в друга, а нижними упираются в мауэрлат посредством врубки зубом или нашивного опорного бруска, то мауэрлат принимает и передает на стены горизонтальный распор. Иными словами если и вверху, и внизу стропильной ноги изготовить узловые соединения с одной степенью свободы (рис. 20.1) или сделать защемленные концы (вообще без степеней свободы, рис. 20.3), то мауэрлат нуждается в закреплении к стене.

Возможны два варианта устройства мауэрлатной обвязки, принимающей распор от стропил (рис. 23):

• брусья мауэрлата связываются в единую жесткую раму по всему периметру здания. Сращивание брусьев производят косым прирубом с креплением болтами, гвоздевым боем или винтами (саморезами или глухарями), а углы рамы — скобами или пластинами. Таким образом, на стене получается жесткая рама, принимающая распор и работающая на растяжение и изгиб. Крепление такой рамы к стене производится либо скобами к антисептированным деревянным пробкам, предварительно заложенным в стену, либо анкерами. Применяться этот способ может только для небольших в плане зданий;
• в стене по всему периметру производится заливка железобетонного пояса с выпуском анкеров для крепления мауэрлата. Такой способ рекомендуется для легких стен из газосиликатных, пенобетонных и им подобных блоков. Мауэрлатные брусья, прикрепленные анкерами, распределяют вертикальную нагрузку и передают распор на нижний монолитный железобетонный пояс. Здесь на растяжение и изгиб мауэрлат работает частично, а основное напряжение принимает армированный пояс.

рис. 23. Два способа закрепления мауэрлата принимающего и предающего распор на стены

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: