Каркас крыши: Каркас крыши своими рукамиСтройкод

Крыша и кровля

Очень важно различать слова «кровля» и «крыша». Крыша — состоит из стропилы, кровельного покрытия, изоляционных деталей, ограждает дом сверху. Стропила — балка, которая создаёт уклон, несущая система скатной крыши.

Кровля — это верхняя оболочка крыши, которая делается из различных строительных материалов. Именно от крыши зависит надёжность и практичность эксплуатации дома.

Требования к системе

Для эффективного монтирования стропильной системы нужно действовать согласно определённых норм, без которых строение не будет практичным.

Особое внимание стоит обратить на прочность системы, которая должна выдержать полную нагрузку. Для проверки стропильной системы на прочность нужно провести ориентировочный расчёт.

Вторым условием является жёсткость. Система крыши здания не должна сильно прогибаться. Стропильная система не должна иметь большой вес, нагрузка на фундамент и стены должны быть минимальной. В качестве базового материла чаще всего выбирают древесину так, как она сравнительно легче с другими материалами и достаточно прочная.

Так же важной особенностью является выбор материала для кровли, который не должен быть тяжёлым. Сейчас всё реже выбирают черепицу, которую изготавливают из керамики. Под данный материал все элементы строения дома должны быть хорошо усилены.

Деревянную конструкцию делают только из качественного сырья. Для изготовления базовых элементов используют дерево 1 или 2 сорта. Хвойную древесину чаще всего используют для монтажа скатных крыш. Данный вид дерева содержит смолу, поэтому меньше гниёт.

Обязательно использовать антисептические средство перед стартом работ. Это поможет избежать различных неприятностей. Чаще всего закупают древесину в северных областях. Именно такая древесина считается самой лучшей.

Элементы стропильной системы крыши

Конструкция стропильной системы состоит из различных элементов. Основными составляющими крыши есть: скаты, карниз и конёк. Верхним элементом крыши является конек. Свес (карниз)- это нижний элемент, а скат — находится между карнизом и коньком. Так же к стропильной системы относят несущие элементы.

К несущим элементам стропильной системы относят:

Мауэрлат — является основой для крепления стропил, он укладывается по периметру стен. Он укладывается для того, чтобы нагрузка была равномерной. Для изготовления мауэрлата берётся брус 20см*20 см или 15 см*15см (для небольших конструкций).

Наклонные балки, с помощью которых передаётся нагрузка от крыши, ветра и снега на конструкцию мауэрлата – это стропильные ноги. Их чаще всего монтируют от конька до карниза.

Балка, на которую опираются детали крыши- это прогон. На диаметр прогона влияет его пролёт, чаще всего берётся 20*20 см.

Также в состав стропильной системы деревянной крыши входят: подкосы, стойки и затяжки. Их основная функция — уменьшение тяжести на базовые элементы.

Элементом стропильной системы так же является ферма. В состав данной конструкции входят: затяжки, стропилы, стойки, подкосы. Ферма строится в форме треугольника, благодаря чему имеет хорошую устойчивость.

Узлы соединения стропильной системы бывают таких категорий: узел соединения мауэрлата и ног, узел соединения элементов деревянной фермы и ног.

Способ соединения мауэрлата и стропил есть скользящий и жёсткий.

Не всегда можно применять жёсткие углы, потому что от влияния окружающей среды деревянные элементы подвергается деформации и применять жесткую сцепку наслонных систем не всегда является уместным.Для постройки наслонных стропил используют систему скользящих углов.

Наличие чертежа стропильной системы, где указаны все элементы конструкции, эффективно поможет в работе над системой.

Чертёж представлен ниже.

Формы крыш

Кровля на скатных крышах бывает таких форм:

• односкатные;
• двухскатные;
• вальмовые;
• ломаные.

При стропильной системе односкатной крыши изготовляется самая простая конструкция, её уклон составляет 14-26 градусов, тут наслонные стропилы опираются на несущие стены.

Крыша в двускатной стропильной системе должна быть с уклоном ската до 60 градусов.

Крыша при стропильной системе вальмовой кровли так же должна находиться под наклоном до 60 градусов. Данный тип крыши более сложный при монтаже, но стоимость будет гораздо ниже так, как фронтовые стены отсутствуют. Для монтажа вальмовой кровли используют стропильные фермы или наслонные стропила.

При мансардной(ломаной) формы крыши пролёт делают 10м, а нижняя площадь крыши расположена под наклоном 60 градусов, благодаря этому можно увеличить размер мансарды. Пролёт между наружными стенами по рекомендации делают не больше 10 м.

Различия между формами крыш показаны на фото стропильных систем в галерее в конце статьи.

Для конструкции мансардных крыш чаще всего используют соединения деталей. Главные функции, которые выполняют соединения деталей:

• обеспечение передачи нагрузки в нужном направлении
• выдерживают физические нагрузки
• обеспечении гарантии эксплуатации

На данный момент используют для соединения элементов в стропильной конструкции такие строительные материалы: шпильки, металлические накладки, болты, саморезы.

Для крепления деталей, которые изготовлены из сырого дерева чаще всего используют шпильки или болты.

Вентиляционная система крыши

Из тёплого помещения на чердак очень часто проходят потоки водяного пара, который создаёт конденсат на покрытиях кровли. От конденсата страдают деревянные детали и утеплитель.

Вентиляцию делают для устранения влаги в стропильной системе и на чердаке.

Водяной пар, который попадает на чердак должен без препятствий выходит через окна и особенные отверстия, которые делают в коньке крыше.

В домах, где используют плоские крыши и мансарды должно быть пространство с вентиляцией.

Укладка кровельного покрытия крыши

Скатные крыши покрывают жёсткими (асбоцементный лист, полимерная или керамическая черепица, профнастил и т.д.) или мягкими материалами (битумная черепица). Чаще всего жёсткие материалы монтируют на деревянный каркас.

Жесткие листы кровельного покрытия чаще всего укладывают на обрешетку из деревянных брусков

При монтаже каждой стропильной системы собственноручно обязательно нужно крепко монтировать все узлы и соединения. Важно изготовить не только правильный каркас, но и практично выбрать материал для кровли. Крыша-это самая главная защита дома от различного ненастья.

Фото стропильной системы

Пост опубликован: 29.11

Деревянная крыша — конструкция, устройство деревянной кровли своими руками

Для увеличения жесткости всей конструкции стойки дополнительно связывают досками шириной 0,2м. Для большей стойкости к ветровым нагрузкам наслонную стропильную систему фиксируют проволокой, которая крепится к деревянным элементам с помощью анкеров. Данная стропильная конструкция на сегодня является самой популярной и подходит домам любых форм.

Важно: для установки наслонной стропильной системы потребуется одна несущая стена посередине сооружения. Ширина дома не может быть меньше 7 м.

Если конструкция дома не предполагает наличие поперечной несущей стены, то рекомендуется строительство деревянной крыши из висячих стропил. Главная особенность данных стропил – это отсутствие верхней опоры как у наслонных стропил. Допустимая ширина дома ни менее 8 м. Чаще всего такая система применяется для небольших хозяйственных построек. В нижней части стропила опираются на наружную верхнюю часть стены, в результате чего на нее оказывается значительное давление. Для придания большей жесткости стропила стягиваются. Все части конструкции соединяются болтами, строительными гвоздями или металлическими скобами.

Важно: если чердачное помещение в дальнейшем будет использоваться, как жилое стропильные стяжки рекомендуется располагать как можно выше.

Деревянные фермы сегодня редко используются в частном строительстве. Такие конструкции подойдут зданиям с большими пролетами – до 20 м. Сама система сложная в реализации. Состоит из нескольких узлов, которые образуют балки с сечением до 150 мм.

Выбор кровельного материала

Для покрытия деревянной крыши рекомендуется использовать:

• Гонт. Деревянный кровельный материал, состоящий из небольших пластин, стыкующихся между собой шипами и пазами. Гонт изготовляется из особо прочных пор дерева.

• Лемех – это разновидность шинделя. Его форма сложнее – верхняя часть выполнена в лопатной форме, нижняя – ажурная.

• Тес – представляет собой обрезную доску из хвойных пород дерева.

Важно: важное отличие деревянной кровли от любой другой – это высокая ремонтопригодность. Произвести работы по замене элемента кровли можно быстро и самостоятельно.

Устройство деревянной кровли своими руками

Прежде чем приступить к возведению деревянной крыши необходимо обработать весь брус, доски специальными антисептиками и антипиренами для защиты от грибка, гнили и огня.

Начинается кровельная работа с укладки мауэрлата. Для его монтажа рекомендуется использовать брус шириной 15 см и толщиной от 5 до 10 см. Установка может быть произведена двумя способами:

• Проложить в кирпичную стену дома проволоку катанового типа, затем с помощью ее закрепить мауэрлат на стене дома. Для этого необходимо будет продеть проволоку сквозь ранее сделанные в брусе крепежные отверстия и прочно закрепить.

• Установить в стену вертикально стальные прутья с сечением не менее 1,5 см или монтировать на стену бетонную балку, на которой уже есть вертикальные стальные шпильки. Допустимый шаг между прутьями не более 12 см. На данные шпильки надевается брус, через крепежные отверстия. Полученные отверстия крепятся гайками.

Важно: недопустимо чтобы брус соприкасался с кирпичными или бетонными поверхностями! Чтобы защитить дерево от данных материалов необходимо проложить защитную прокладку из рубероида.

Далее устройство деревянной крыши своими руками продолжается по следующему плану:

• Укладка лежней из бруса. Устанавливаются параллельно боковым стенам дома, сечение бруса 15*15 см. Укладка происходит строго по линиям стен бедующего чердака. Если длина бруса будет недостаточной можно нарастить его с помощью соединения нескольких отрезков шипами.

• Установка стоек на лежни. Сечение бруса 5*15 см. Шаг стоек равен выбранному шагу стропил.

• Установка крайних стропил. Монтируются на мауэрлат с опорой на стойки. Место, где стропила фиксируются с мауэрлатом должно иметь фигурный запил с усилением соединения накладками из металла.

• Установка конькового прогона на полученные верхние углы фронтона.

• Монтаж рядовых стропил с необходимым шагом. Опираются на мауэрлат, коньковый элемент и опорные стойки.

• Зашивка фронтона. Для этого используется доска 5*15 см.

Важно: во время установки стропильных ног нужно всегда помнить, что карнизные свесы будут сформированы концами стропильных ног. Если длины брус не хватит, наращивание необходимо произвести кобылками.

Каркас деревянной крыши фото

После того как стропильная система будет собрана начинается следующей этап сборки крыши:

• Укладка кровельного «пирога».

• Монтаж обрешетки.

• Установка кровельного покрытия.

Кровельный «пирог» может состоять из разных слоев. Все зависит от того будет крыша теплой или нет. Если дом постоянного проживания или чердак в будущем будет использоваться как жилое помещение крышу лучше сделать теплой.

Если крыша будет теплой, то рекомендуется такая последовательность укладки слоев:

• Слой пароизоляции. Материал крепится со стороны чердака строительным степлером. После того как крыша будет окончательно собрана пароизоляция зашивается досками. Пленки укладываются обязательно с нахлестом, швы закрывают скотчем.

• Утеплитель. Чаще всего — это базальтовая вата. Плиты укладывают между стропильными ногами в место распора.

• Гидроизоляция. Укладывается на утеплитель, фиксируется степлером.

Конструкция деревянной кровли: видео

Стропильная система крыши — конструкция, устройства и виды (фото, видео)

Кровельные конструкции – один из сложнейших в проектировании, монтаже узлов жилого сооружения. Кровля первой принимает на себя «удар», защищая дом от осадков, ветра и холода, поэтому от ее герметичности, долговечности, качества зависит комфорт всех домочадцев. Основа надежной крыши – стропильная система, которая придает конструкции форму, задает оптимальный уклон, а также служит для крепления гидроизоляционного материала. Состав и взаимное расположение элементов каркаса зависят от конфигурации кровли. В этой статье мы расскажем, какие виды стропильных систем бывают, а также чем они отличаются друг от друга.

Содержание статьи

Функции

Стропильная система – совокупность опорных элементов, поддерживающих геометрию крыши, каркас кровельной конструкции, придающий ей жесткость, нужный уклон. Состав, толщину сечения, расположение частей «костяка» кровли определяют с помощью расчетов, учитывающих постоянные и временные нагрузки. Стропильный каркас выполняет следующие функции, определяющие функциональность крыши:

1. Задает геометрию, уклон. Стропильные ноги каркаса придают крыше необходимый угол наклона и форму, способствующие облегченному сходу снега или атмосферных осадков с поверхности. Именно от каркаса зависит, сколько щипцов или скатов будет иметь кровля, а значит именно этот элемент конструкции определяет ее внешний вид.
2. Служит основанием для крепления гидроизоляционного материала. Обрешетка стропильного каркаса используется для фиксации финишного покрытия крыши.
3. Равномерно распределяет вес крыши. Взаимосвязанные элементы стропильной системы равномерно распределяют, а затем перенаправляют нагрузку от финишного покрытия и вес снежной массы между несущими стенами сооружения, не допуская перекоса или деформации конструкции.
4. Обеспечивает функционирование кровли. Строение каркаса, учитывающее особенности устройства крыши и кровельного покрытия, обеспечивает поддержку, аэрацию и защиту от конденсата.

Учтите, что грамотно спроектированная стропильная система – залог долговечности, надежности и механической прочности крыши, поэтому ее проектирование и монтаж доверяют профессиональным архитекторам. Опытные мастера считают, что качественный каркас намного важнее финишного кровельного покрытия, поэтому экономить на нем не стоит.

Функции стропильных систем

Критерии выбора

Устройство стропильной системы отличается большим количеством вспомогательных элементов и повышенной сложностью. Оно составляется согласно расчету постоянных и временных нагрузок, действующих на конструкции, проекту, учитывающему выбранный кровельный материал, а также факторы внешней среды. При выборе вида стропильного каркаса принимают во внимание следующие критерии:

• Климатические условия в регионе, где ведется строительства. Чтобы кровля выдержала вес снега и воды во время обильных ливней, определяется среднегодовое количество осадков в зимний и летний период.
• Ветровая нагрузка. Для выбора оптимальной конструкции кровли определяют преобладающую розу ветров в районе строительства, а также учитывают среднюю скорость воздушных порывов.
• Характер использования пространства под кровлей. На этом этапе определяется, будет ли оборудоваться жилая мансарда в подкровельном помещении или неотапливаемый чердак.
• Разновидность финишного покрытия. Для каждого материала рассчитывается оптимальный угол наклона скатов, учитывающий его форму и способ крепления.
• Бюджет застройщика. Стропильная система – одна из самых затратных по материалу и работе часть конструкции крыши, поэтому вид определяют финансовые возможности застройщика.

Опытные мастера считают, что бороться с природой бесполезно, вы все равно останетесь в проигрыше, поэтому во главу угла при выборе типа стропильного каркаса ставят климатические условия в местности, где ведется стройка. Если регион ветреный, то угол наклона скатов делают пологим, а если снежный – более крутым.

Зависимость высоты мансарды от уклона

Влияние климатических факторов

Влияние кровельного материала

Материалы

Стропильная система – обязательный элемент скатных кровель любой формы и конфигурации, состоящий из вертикальных опор, горизонтальных затяжек и стропильных ног, обеспечивающих поддержку и надежное крепление кровельному материалу. Материал, используемый для изготовления каркаса, должен обладать легким весом, высокой прочностью, несущей способностью, а также устойчивостью к воздействию влаги. Наиболее подходящими вариантами считают:

1. Древесина. Дерево – природный, экологически безопасный материал, который отличается легким весом и прочностью. Для изготовления каркаса применяют бруски квадратного сечения 100х100 мм или 150х150 мм, доски сечением 50х150 мм твердых пород. Существенным недостатком деревянных элементов каркаса является то, что они прогибаются под собственным весом при большой длине, а также обладают слабой устойчивостью к воздействию влаги.
2. Металл. Металлические стропильные системы дороже деревянных, они используются в основном при большой площади скатов и большом весе кровельного материала. Высокая несущая способность металлического профиля или уголка позволяет увеличивать шаг между элементами каркаса без потери прочности конструкции. Чтобы снизить вероятность распространения ржавчины, применяются коррозионностойкие виды металла.

Обратите внимание! Дерево считается наиболее подходящим материалом для изготовления стропильного каркаса крыши жилых построек, так как оно обладает 3 важными качествами: легким весом, прочностью, воздухопроницаемостью. Чтобы увеличить устойчивость древесины к воздействию влаги, нужно провести обработку элементов стропильной системы глубоко проникающим антисептиком.

Устройство

Устройство стропильной системы крыши состоит из множества взаимосвязанных элементов, которые поддерживая друг друга, придают конструкции жесткость, необходимую прочность, а также распределяю вес кровельного материала равномерно между несущими опорами. Состав каркаса, величина сечения отдельных элементов и их размещение зависят от типа финишного покрытия, уклона ската и способа использования подкровельного пространства. Обычно каркас состоит из:

• Мауэрлата. Мауэрлатом называют подстропильный брус, который крепится поверх верхнего венца или ряда несущих стен дома. Он изготавливается из прочной, твердой древесины хвойных пород. Крепят мауэрлат с помощью длинных металлических шпилек или анкерных болтов.
• Леженя. Лежнем называют мауэрлатный брус, расположенный не на внешних несущих стенах, а на внутренних перегородках. На лежень устанавливают центральные стойки, поддерживающие конек крыши.
• Стоек. Стойками называют вертикальные опорные элементы, которые поддерживают коньковый прогон или центральную часть стропильных ног каркаса.
• Стропил. Стропильные ноги опираются на мауэрлат и коньковый прогон, располагаясь под углом к основанию кровли.
• Ригеля и затяжки. Эти терминами называют горизонтальные элементы каркаса, стягивающие между собой попарно стропильные ноги. Ригель располагается в верхней части стропил, прямо под коньком, он толще и прочнее затяжки, размещающейся гораздо ниже.
• Подкосов. Подкос устанавливают под углом к стропилам, чтобы предотвратить их прогибание под действием собственного веса. Одним концом они упираются в ногу, а вторым – в стойку или затяжку.

Важно! Самая простая стропильная система состоит только из мауэрлата, стропил и конькового прогона. С увеличением сложности кровли повышается количество дополнительных элементов, упрочивающих конструкцию, а также компенсирующих нагрузки на прогиб и распирание.

Устройство каркаса

Виды

Конфигурация каркаса крыши зависит от архитектурных особенностей перекрываемого сооружения. Кровля должна учитывать количество несущих опор внутри или снаружи дома, чтобы равномерно распределить ложащуюся на них нагрузку. Различают следующие виды стропил:

1. Наслонные. Наслонными стропилами называют каркас крыши, который опирается как на наружные несущие стены, так и на внутренние. В роли внутренних пор может выступать ряд колонн или капитальная перегородка между комнатами, предусмотренная проектом. Дополнительная внутренняя опора используется в качестве поддержки под коньковый прогон. С помощью наслонных стопил можно перекрывать сооружения большой площади без потери жесткости.

   Наслонные стропила

2. Висячие. Стропила висячего имеют опору только в одной точке – в месте стыковки с мауэрлата. Другим концом они опираются друг на друга без поддержки конькового прогона. Такая система подходит для сооружений, в которых не предусматривается внутренняя капитальная стена. Стропильные фермы такого типа имеют устойчивую форму в виде равностороннего треугольника, поэтому не нуждаются в стабилизирующих элементах.

   Висячие стропила

Учтите, что финальный вид стропильного каркаса из деревянных или металлических элементов зависит от количества скатов и разновидности крыши. Наиболее простыми вариантами считают односкатную и двухскатную кровлю, а сложными – вальмовую, полувальмовую, шатровую.

Виды крыш

Зависимость устройства каркаса от уклона

Видео-инструкция

Основы каркаса крыши

Иллюстрированное руководство по конструкции крыши, включая основные типы крыш и глоссарий кровли На этой схеме каркаса крыши показано, как строится вальмовая крыша. Эта крыша имеет горизонтальные обрешетки под черепицу или металл. CocoDesign999 / Shutterstock.com

Проезжайте практически по любому району, и вы увидите, что крыши имеют разные формы. Дома имеют двускатную, шатровую, мансардную, двускатную, плоскую и односкатную крыши. Многие дома сочетают типы крыш на одной крыше.Нередко, например, можно увидеть шатровую крышу с двускатными мансардными окнами.

Форма крыши — один из ключевых факторов, определяющих архитектурный стиль дома. Форма крыши также определяет, насколько сложно и дорого будет построить крышу и как она будет служить дому. Например, плоские, односкатные и, в некоторых случаях, двускатные крыши, как правило, относительно доступны по цене.

Мансардные крыши и мансардные крыши обеспечивают большую высоту головы для мансардных помещений.Односкатные крыши, как правило, проще всего соединить с существующей крышей при надстройке.

Каркас крыши может быть простым или сложным, в зависимости от кровли. Свесы, бедра и мансардные окна значительно усложняют обрамление.

Каркас крыши с палками и фермами

Почти все крыши имеют один из двух методов: стандартное «палочное» обрамление или более новое «ферменное» обрамление.

Крыши с решетчатым каркасом используют отдельные стропила, простирающиеся от верха внешних стен до конька.Крыша с решетчатым каркасом строится по одному. © HomeTips

Фермовые крыши строятся из готовых ферм треугольной формы. Фермы изготавливаются готовыми к установке. © HomeTips

Двускатные и шатровые крыши могут быть выполнены преимущественно из ферм; крыши других форм, особенно крыши со слуховыми окнами или дома с высокими потолками, чердачные помещения или складские помещения на чердаках, изготавливаются из палок. Каркас из прутьев создает треугольник между стропилами и балками потолка.Пучок воротника добавляет силы треугольнику посередине.

Подобно стойкам стен и балкам перекрытий, стропила и фермы располагаются через каждые 16 или 24 дюйма от центра к центру. Для большей прочности и жесткости в большинстве крыш используется расстояние в 16 дюймов. Стропила обычно располагаются непосредственно над стойками стены.

Ферма — это одна смежная двойная балка из балок перекрытия / потолка. Конструкция фермы такая же прочная, но имеет меньший вес и использует меньшие размеры пиломатериалов, чем каркас из прутьев.

Поскольку фермы — это тщательно спроектированные элементы, которые нельзя разрезать, они не являются хорошим выбором для крыш, которые могут быть изменены в будущем. И поскольку у них есть несколько промежуточных опорных членов, они не позволяют использовать чердак.

Сложные крыши, подобные показанной ниже, обычно имеют каркасный каркас. Схема каркаса крыши

Рекомендуемый ресурс: Получите предварительно отобранного местного подрядчика по установке каркаса дома

Позвоните, чтобы получить бесплатную оценку от профессионалов кровли:
1-866-342-3263

О Доне Вандерворте

Roof Trusses | Лучший способ каркаса

Фермы крыши — это тщательно спроектированные куски пиломатериалов, соединенные металлическими пластинами, чтобы сформировать перемычку, поддерживающую конструкцию крыши.

Преимущества фермы крыши

• Конструкции могут быть закрыты быстрее при использовании ферм, что позволяет сэкономить время на стройплощадке и, возможно, избежать задержек, связанных с погодными условиями.
• Наружные стены и многие крыши можно возводить без внутренних несущих перегородок, создавая одно большое открытое жилое пространство.
• Эта открытость позволяет полностью отделать потолки и стены листами гипсокартона длиной до 1 фута, установленными неразрезанными. Черновой и чистовой пол можно укладывать по всей площади. Исключается обрезка и подгонка перегородок.
• Способность ферм иметь большие и четкие пролеты обеспечивает полную гибкость в использовании внутреннего пространства в соответствии с более прогрессивным подходом к проектированию зданий.Перегородки под прозрачными перемычками можно перемещать без нарушения структурной целостности здания.
• Предварительно спроектированная конструкция стропильных ферм исключает догадки, обеспечивает более однородный внешний вид крыши и ускоряет процесс строительства.
• Уменьшены отходы из-за ошибок резки при традиционной конструкции каркасной крыши.
• Уменьшается количество краж на стройплощадке, потому что спроектированные фермы, как правило, нелегко использовать в других проектах.
• Для установки ферм можно использовать менее дорогие столярные работы, что снижает затраты на рабочую силу.
Фермы
• уменьшают вероятность задержек из-за нехватки материала, поскольку каркас крыши поставляется в одной упаковке.
• Фермы, изготовленные из сухих пиломатериалов, не коробятся, не перекручиваются, создавая систему каркаса, которую легко правильно разместить и обшить.
• За счет отказа от внутренних несущих стен, фермы также экономят затраты на внутренние фундаментные стены, верхние плиты внутренних перегородок и коллекторы.

Элементы, составляющие ферму крыши

• Опора: Конструктивная опора, обычно балка или стена, которая спроектирована проектировщиком здания для того, чтобы выдерживать нагрузки реакции фермы на фундамент.
• Нижний пояс: Наклонный или горизонтальный элемент, устанавливающий основание фермы, обычно несущий комбинированные напряжения растяжения и изгиба.
• Консоль: Часть фермы, выходящая за пределы ее опоры, за исключением свеса.
• Непрерывная боковая распорка (CLR): Линия непрерывных конструктивных элементов к поясу или перемычке фермы для уменьшения длины элемента фермы без опоры в поперечном направлении. CLR должен быть правильно закреплен, чтобы предотвратить одновременную боковую деформацию и / или коробление ряда элементов фермы, к которым он прикреплен, из-за боковых нагрузок на элементы фермы и / или накопления сил продольного изгиба внутри элементов фермы.
• Каблук: Точка на ферме, где пересекаются верхний и нижний пояса.
• Общая высота: Расстояние по вертикали между азимутом и самой верхней точкой пика.
• Свес: Выступ верхнего пояса фермы за пределы опоры подшипника.
• Длина панели: Расстояние по горизонтали между осевыми линиями двух последовательных точек панели вдоль верхнего или нижнего пояса.
• Пункт панели: Место на ферме, где элементы перемычки и верхние или нижние пояса пересекаются и соединяются металлическими соединительными пластинами.
• Пик: Точка на ферме в месте пересечения наклонных поясов.
• Уклон / уклон: Наклон крыши описывается как дюймы подъема на дюймы спуска. Например, 5/12 — это 5 дюймов подъема на 12 дюймов пробега.
• Пролет: Расстояние по горизонтали между внешними краями внешних подшипников.
• Соединение: Место, в котором два элемента пояса соединяются вместе, образуя один элемент. Это может произойти в точке панели или между точками панели.
• Верхний пояс: Наклонный или горизонтальный элемент, который устанавливает верхний элемент фермы.
• Триангуляция: Акт формирования твердых треугольников с объектами, должным образом скрепленными между собой.
• Пластина фермы: Пластина фермы изготавливается из стали, защищенной покрытием из цинка или цинк-алюминиевого сплава или их эквивалента из нержавеющей стали. Они предназначены для поперечной передачи нагрузок в древесине и изготавливаются различных размеров, толщины и толщины.
• Web: Элементы, которые соединяют верхние и нижние пояса, образуя треугольные узоры, типичные для ферм. Эти элементы обычно несут осевые силы.
• Клин: Треугольный кусок пиломатериала, одна сторона которого равна стандартной ширине пиломатериала размером 2 дюйма, и вставляется между верхним и нижним поясами, обычно для того, чтобы ферма могла быть консольной. Его использование определяется посредством инженерного анализа.

Кадр за кадром: Крыша

В настоящее время широко используются два типа кровельных систем:

Рама рукояти .Это процесс, с помощью которого ваш подрядчик будет использовать обычные или габаритные пиломатериалы для создания каркаса крыши.

Каркас фермы . В этом процессе для изготовления каркаса крыши используются готовые деревянные формы. Независимо от того, какой тип конструкции крыши используется, они оба содержат один элемент, с которым вам нужно быть знакомым, и это «наклон» крыши. Под наклоном крыши понимается угол наклона или крутизна кровельного каркаса.

«Вы можете найти в горных районах, что поля очень крутые, поэтому на них будет снегопад», — сказал Род Брюстер, генеральный подрядчик.«И они получат очень высокие чердаки — и иногда они также будут размещать там комнаты».

Примечание: Поле зависит от высоты здания и типа климата.

Чтобы создать наклон крыши, по всей длине дома укладывается цельный кусок дерева, называемый «коньковой балкой». Стропила кладут на верхнюю плиту второго этажа и присоединяют к коньковой балке. Полученный угол образует скат крыши.

Примечание: Чем круче уклон крыши, тем тоньше должны быть стропила из-за давления вниз.

В отличие от каркасной конструкции, которую строительный подрядчик и его команда собирают по частям, готовая часть каркаса, используемая в каркасе фермы, применяется сразу. Обычно это делается с помощью крана или другого тяжелого подъемного оборудования. Поскольку для крыш требуется самое тяжелое количество пиломатериалов, фермы стали предпочтительной системой кровли, поскольку они обеспечивают большую гибкость и позволяют строить более сложные крыши.

Эти фермы предварительно изготавливаются производителем фермы, и они специально разработаны на основе чертежей вашего дома в соответствии с уклоном крыши.

Как и во многих других частях дома, стиль крыши зависит от вас. Например, вам может понадобиться крутая скатная крыша или, возможно, плоская. Независимо от вашего выбора, обязательно принимайте во внимание региональный климат. Плоские крыши отлично подходят для климата с небольшим дождем, но если у вас скатная крыша, у вас будет преимущество в том, что вода будет легче стекать.

Совет: Еще одна вещь, о которой следует помнить при выборе угла наклона крыши, — это то, что высокая скатная крыша позволяет использовать чердак. Фактически, чердак и есть крыша — пространство между стропилами крыши и балками перекрытия.

Другой тип фермы, которая позволяет немного увеличить гибкость чердачной полости, — это ферма чердака. Он спроектирован так, чтобы на чердаке оставалось свободное пространство от 12 до 14 футов в ширину и примерно 8 футов в высоту.Это позволяет получить доступ к механическим устройствам на чердаке или в складских помещениях.

Односкатная крыша: стили, терминология и советы

Для большинства мастеров возведение крыши — самая сложная часть строительства сарая. Но при небольшом понимании стилей крыш, терминологии и конструкции конструкции крыши вполне под силу любому плотнику выходного дня.

Существует два основных способа обрамления односкатной крыши. Традиционный метод заключается в разрезании и установке всех частей — стропил, коньковой доски, воротниковых стяжек и потолочных балок — по одной доске за раз.Преимущество такого подхода в том, что один человек может легко поднять и прибить доски на место. Однако вы будете тратить много времени на подъем и спуск по лестнице, что может быть утомительно.

Второй вариант: построить каркас крыши на земле , чтобы сформировать отдельные стропильные фермы. Ферма крыши — это сборная секция каркаса крыши, состоящая из пары угловых стропил и одного горизонтального нижнего пояса, образующего балку перекрытия.После сборки фермы поднимают и прикрепляют к вершинам стен. Строительство и установка ферм происходит быстрее и проще, чем сборка по частям, но вам понадобится помощь, чтобы поднять ферм на место.

Что такое односкатная крыша

Односкатная крыша, также известная как односкатная или односкатная крыша, представляет собой крышу, которая наклоняется в одном направлении. Пологий с крутым уклоном. В зависимости от конструкции здания уклон может быть разным. Раньше он использовался только для навесов, но теперь он стал более популярным в домах.Конструкция проста и экономична. Кровельщику проще и быстрее построить крышу такого типа, что требует меньших затрат на рабочую силу. Очень важно правильно утеплить эту крышу, так как в разное время года может быть очень жарко или холодно.

Откидная крыша

Односкатная крыша имеет одну наклонную плоскость, что делает ее наиболее простой в строительстве из всех каркасов крыши. Крыша этого стиля может быть использована на отдельно стоящей пристройке, но особенно хорошо подходит для навесов, которые построены напротив другой конструкции, такой как дом, гараж, конюшня или сарай.В таких ситуациях к существующей стене крепится горизонтальная балка для поддержки верхних концов стропил. Односкатные крыши обычно имеют относительно пологий уклон, обычно от 4 до 12 (18º) до 8 дюймов-12 (33º).

Совет: Принимая решение о наклоне односкатной крыши, учитывайте положение дверей. Круто скатная крыша спускается в дверной проем ниже, чем чуть менее крутая крыша, и это может

Двускатная крыша

Двускатная крыша — безусловно, самый распространенный вид односкатной крыши.Его легко узнать по знакомому А-образному профилю с двумя наклонными плоскостями одинаковой длины. Двускатные крыши образованы парами общих стропил, идущих под углом от вершин стен до пика крыши. Коньковая доска, если она используется, проходит горизонтально между парами стропил в месте их пересечения на вершине.

Проверьте планы навеса на предмет точного размера и расстояния между бревнами, используемыми для обрамления крыши. Большинство навесов для хранения обрамлены стропилами 2 × 4 или 2 × 6, расположенных на расстоянии 16 дюймов по центру.Доска коньковая часто вырезается из 1х6 или 1х8. При обрамлении кровли строительными фермами не требуется коньковая доска. Стропила плотно прилегают друг к другу на козырьке и крепятся фанерными косынками.

Совет: Двускатные односкатные крыши лучше всего смотрятся с уклоном крыши 11 дюймов 12 (40 °) или 12 дюймов 12 (45 °).

Крыша соляного ящика

Крыша соляного ящика похожа на двускатную крышу, за исключением того, что одна плоскость крыши немного длиннее другой. Этот уникальный дизайн смещает вершину крыши не по центру, так что она приближается к передней стене, создавая характерную крышу соляной коробки.При обрамлении соляной крыши важно следовать двум простым рекомендациям, чтобы сохранить правильные пропорции крыши: во-первых, установите стропила под углом 45 °, чтобы создать уклон крыши 12 на 12. Во-вторых, расположите козырёк крыши на расстоянии одной трети от передней стены.

Совет: При обрамлении крыши сарая обязательно установите каждое стропило прямо над стеновой стойкой, которая будет передавать нагрузку с крыши на фундамент.

Gambrel Roof

Эту конструкцию часто называют крышей сарая, и ее легко узнать по характерному двускатному профилю.У него две короткие неглубокие плоскости крыши, идущие под углом вниз от пика, а затем он резко обрывается на два более крутых склона, которые спускаются к вершинам стен. Каркасную крышу немного сложнее обрамить, чем крышу других стилей, просто потому, что она содержит намного больше деталей. Преимущество, однако, состоит в том, что двускатные крыши создают очень просторный интерьер с большим пространством над балками потолка, которые можно использовать как чердак для хранения вещей. Как и большинство стилей крыш, гамбрель можно обрамлять по частям, по одной доске за раз, или вы можете построить фермы на земле, а затем поднять их на место.

Совет: При строительстве сарая с двускатной крышей лучше всего размещать двери на торцевой стене, потому что боковые стенки обычно слишком короткие, чтобы обеспечить достаточную высоту над головой.

Вальмовая крыша

Вальмовая крыша — это крыша со скатом со всех сторон сарая. Все они имеют одинаковую длину и образуют гребень. У этой крыши нет фронтона или козырька наверху. Они могут быть прочной крышей из-за четырех наклонных сторон. Они хорошо себя чувствуют при сильном ветре и заснеженных районах из-за наклона крыши.Однако строительство шатровых крыш может быть дорогостоящим. При более сложной конструкции требуется больше строительных материалов.

Какая крыша лучше всего подходит для сарая?

Мы рассмотрели несколько различных стилей крыш. Какой из них лучше всего подходит для сарая? Наши рекомендации — либо двускатная крыша, либо односкатная крыша. Вот несколько причин, по которым нам нравятся эти двое.

Фронтон

• Обычный тип кровли
• Имеет дополнительное пространство над потолком для чердака, кладовой или перемычки
• Легко проливает дождь и снег, особенно на крутых склонах
• Простая сборка для новичка

Наклон

• Недорого построить
• Стены, защищенные от влажной погоды свесом крыши
• Дождь и снег легко соскальзывают, особенно на крутых склонах
• Большая высота стены дает место для хранения вещей на чердаке или чердаке
• Хорошее место для солнечных батарей
• Простая сборка для начинающих

Сборка основания односкатной крыши

Подложка — это поверхность, на которую укладывается кровля.Во многих случаях кровельная доска — лучший вариант для этого, и существует несколько видов. Как правило, это тонкие подложки, которые устанавливаются между изоляционным и мембранным слоями крыши. Они могут помочь вам избежать образования пузырей в кровельной системе из-за выделения газа из изоляции при контакте с определенными клеями, используемыми для кровли.

Различные типы кровельного основания или покрывающих плит:

• Фанера / OSB
• Минеральное волокно
• Цемент
• Древесное волокно
• Гипсоволокно
• Гипс
• Полиизо высокой плотности
• Перлит
• Асфальт

Основание устанавливается путем прикрепления к несущему настилу или к нижележащему основанию.Многие из лучших методов установки включают в себя смещение балок облицовочной плиты в каждом ряду и до стыков изоляции под ней. Это уменьшает перемычки и промежутки между слоями.

Какая древесина лучше всего подходит для моей односкатной крыши?

Приобретая древесину для односкатной крыши, вы должны учесть несколько моментов:

• Уклон вашей крыши
• Снеговая нагрузка, которую может выдержать ваша крыша
• Ветер, который может повлиять на навес
• Какая будет отделка крыши
• Расстояние между стропилами — 12, 16 или 24 дюйма
• Размер вашей крыши
• Ваш кровельный бюджет

Для кровли можно использовать разные виды фанеры.

Ориентированно-стружечная плита (OSB)

Это наиболее дешевый вариант обшивки из дерева. Это делается путем склеивания щепы хвойных пород вместе в полуслучайном порядке и поставляется в виде листов, обычно 4 фута. X 8 футов. и толщиной 7/16 дюйма. Несмотря на то, что это будет делать то, для чего оно предназначено, OSB не так прочна, как фанера, и не прослужит так долго при воздействии определенных погодных условий.

Внешняя фанера (CDX)

Аналогичен OSB, но сделан более прочным и устойчивым к погодным условиям.Это делается путем склеивания тонких кусочков дерева слоями. В большинстве случаев для кровли подходит фанера толщиной ½ дюйма. C и D (в CDX) относятся к классам фанеры, а X означает выдержку.

Отличия

Самая большая разница между этими двумя видами древесины заключается в том, насколько они выдерживают воду. CDX (выдержка) не выдерживает воды так же долго, как OSB. Поэтому CDX обычно используют внутри, если он не обрабатывается давлением. Однако OSB удерживает воду, а CDX — нет. Это может привести к повреждению OSB.

— хороший выбор для обшивки. Клей и смола, используемые для смешивания древесной стружки, делают ее менее проницаемой, чем CDX, что увеличивает ее стойкость.

вообще намного дешевле CDX. Итак, если вы хотите гораздо более экономичную древесину, это то, что вам нужно.

2 × 4 и 2 × 6 стропила: в чем разница?

В зависимости от наклона односкатной крыши вы можете выбрать стропила 2 × 4 или 2 × 6. Но в чем разница? Проще говоря, все сводится к тому, что нужно для вашего сарая.Первое, что вам нужно знать, это то, имеет ли ваша крыша уклон меньше или больше 3:12. Это означает, что на каждые 12 дюймов горизонтального пробега крыша поднимается на 3 дюйма. Для тех, что меньше 3:12, стропила 2х4 недостаточно прочны. Это низкие крыши, и всегда следует выбирать из пиломатериалов стропила 2 × 6.

Если вы хотите сделать ферму, вы всегда будете использовать перепонки 2×4, соединенные вместе для прочности.

Хотя пиломатериалы 2 × 6 обойдутся вам дороже, их можно использовать практически для любого типа сарая.Их можно разнести дальше, чем 2×4. Но если вы живете в месте, которое не подвержено сильным ветрам или сильным снегопадам, вам подойдут стропила 2 × 4. Они не могут выдерживать большую нагрузку, как 2 × 6, но могут сделать вашу крышу более универсальной.

Кровельные материалы сарая

Существуют различные типы кровельных материалов, которые вы можете выбрать, когда готовитесь к завершению кровли.

• Битумная черепица с тремя выступами — Это стандартный и самый недорогой вариант односкатной крыши.Гибкую черепицу легко установить, что делает ее отличным вариантом для самостоятельной сборки. Многие из них будут включать 30-летнюю гарантию.
• Металл — Металлическая кровля имеет массу преимуществ. Они легкие и часто служат дольше, чем другие типы кровельных материалов. Они устойчивы к атмосферным воздействиям, что является большим преимуществом. Единственный реальный недостаток металла заключается в том, что он может быть дорогостоящим, но многие из этих кровельных систем имеют гарантию более 50 лет.
• Cedar shakes — При правильном уходе за кедром он может прослужить до 35 лет.Этот материал от природы устойчив к насекомым, а также к повреждениям от солнца. Он имеет традиционный внешний вид и может стать отличным вариантом для тех, кто хочет платить за свои кровельные материалы по средней цене.
• Битумная черепица — Архитектурная черепица — это два или более слоев асфальта, склеенных вместе. Они намного тяжелее черепицы с тремя язычками, но на них дается пожизненная гарантия. Этот вид черепицы может привнести художественный элемент в крышу сарая.Их обычно используют в жилых домах, что делает их популярным вариантом и для сараев.
• Рулонная кровля из стекловолокна с минеральной поверхностью (MSR) — Этот тип кровли представляет собой армированный стекловолокном асфальт. Он покрыт керамической гранулированной поверхностью для защиты от ультрафиолета, погодных условий и физических повреждений. Дно покрыто минеральным разделительным материалом. Обычно это используется для зданий с низким уклоном, таких как навесы, подъезды и навесы для автомобилей. Этот материал универсален, прочен и экономичен.
• Доска и планка — Это кровельное и сайдинговое покрытие существует уже давно. Раньше его делали из деревянных реек, накладываемых на стыки деревянных панелей. Это обеспечило дополнительную защиту от непогоды. Для кровельных работ в качестве дренажных путей использовались рейки, что позволяло соединять панели вместе. Для этого теперь используются разные металлы, что придает старому стилю обновленный современный вид.
• Кровельная панель из поликарбоната — Поликарбонат — это прочный и эластичный термопластический материал.Легкий материал, поликарбонат, выдерживает экстремально высокие или низкие температуры. Это хороший кровельный материал для навесов, настилов, террас, гаражей и других небольших строений. Это также доступный вариант, устойчивый к ультрафиолетовому излучению и защищающий от обесцвечивания.

Какой самый дешевый способ перекрыть крышу сарая?

Самый бюджетный кровельный материал — МСР. Он похож на обычный асфальт, но поставляется в широких рулонах. Помимо того, что он дешевле черепицы, он также тоньше и проще в установке.Если у вас крыша скатная, то рулонную кровлю можно установить с помощью гвоздей. Для плоских крыш используется метод факельного опускания.

Как сделать гидроизоляцию односкатной крыши?

Каждый хочет иметь возможность хранить вещи в своем сарае, не беспокоясь о том, что дождь или снег попадут внутрь. Защита крыши от атмосферных воздействий — очень важный шаг при строительстве сарая. Вот несколько важных шагов, о которых следует помнить:

• Шаг 1: Выберите конструкцию крыши, позволяющую легко спадать с нее в сырую погоду, например, двускатный или односкатный.
• Шаг 2: Используйте войлок на крыше перед укладкой черепицы. Это просто дополнительный слой защиты фанеры под ним.
• Шаг 3: Имейте подходящий выступ. Если вы этого не сделаете, воду можно сбросить обратно на стену сарая и стечь по наружным стенам.
• Шаг 4: Немедленно устраните повреждения крыши.
• Шаг 5: Добавьте желоба.

Гидроизоляция односкатной крыши продлит срок ее службы.

Как продвигается ваш дизайн односкатной крыши?

При наличии подходящих материалов, знаний и руководства любой может построить односкатную крышу. Мы надеемся, что это руководство было полезно для вас при строительстве сарая. Мы хотели бы услышать, как продвигается ваша односкатная крыша! Дайте нам знать об этом в комментариях!

Джозеф Труини — ведущий телешоу Today’s Homeowner и один из ведущих еженедельника Today’s Homeowner Radio Show . Он написал три самых продаваемых книги о строительстве сараев и живет в Роксбери, штат Коннектикут.

Стоимость каркаса крыши за квадратный фут, направляющая

Если вы начинаете знакомиться с крышами — либо с целью замены или ремонта собственного дома, либо просто для того, чтобы узнать немного больше о том, как работает процесс строительства, то вы попали в нужное место.

Прежде чем вы начнете думать о плиточном покрытии или гидроизоляции готовой крыши, вам нужно это сделать. И обычно вы начинаете с каркаса крыши. В этой статье мы рассмотрим стоимость каркаса крыши на квадратный фут каркаса, а также выясним, сколько на самом деле стоит каркас крыши и что может повлиять на эту стоимость.

Итак, давайте посмотрим…

Каркас крыши — это первая каркасная конструкция, на которую опирается вся остальная часть вашей крыши. Часто это похожая форма, и если у вас не установлена ​​плоская крыша, вам понадобится каркас, прежде чем вы сможете перейти к следующему этапу строительства крыши.
Даже если вы нанимаете подрядчика по кровельным работам, который сделает работу за вас, как и должно быть, — все же неплохо знать, что именно влечет за собой процесс каркаса и какие расходы могут быть с ним связаны.

Как мы скоро увидим, не существует единой стоимости, которую можно было бы экстраполировать на все различные ситуации с кровлей. Стоимость квадратного фута работы по обрамлению может сильно варьироваться, и есть ряд разных факторов, которые могут повлиять на эту стоимость.

Позже мы рассмотрим это подробнее. Но, во-первых, вы, вероятно, захотите узнать немного больше о самом процессе устройства крыши…

Хотя большинство крыш на расстоянии могут выглядеть одинаково, в наши дни они обычно бывают пяти разных форм.Это двускатный, шатровый, двускатный, мансардный и навесной. Каждый тип кровли имеет свои особенности конструкции, и для их проектирования и выполнения обычно требуется квалифицированный плотник.

В конце концов, если это еще не было очевидно — эти кровельные рамы в основном всегда делаются из дерева. И для выполнения таких работ требуется высококвалифицированный и профессиональный плотник.

В то время как настоящая основная крыша может следовать аналогичному образцу, все более популярными становятся элементы в виде ферм и слуховых окон, которые добавляют немного изящества и индивидуальности вашей отделке крыши.

Не все из них должны быть построены плотником на месте. Вы можете заказать фермы, которые будут построены на заводе и доставлены на место. Им может потребоваться дополнительная помощь для установки на месте.

Некоторые из этих типов крыш потребуют опытных столярных и кровельных работ. Тем не менее, несколько типов конструкции, в частности навес и общий фронтон, немного проще в установке, и их даже можно выполнить своими руками.

Но только если у вас есть необходимый уровень навыков и опыта.Даже если вы решите нанять внешнего кровельщика или плотника — это, очевидно, будут два самых дешевых типа крыш для установки, поскольку они наиболее просты по конструкции.

Каковы преимущества каркаса крыши?

Если вам не нужна плоская крыша, вам понадобится каркас. Уровень сложности зависит от вас и повлияет на стоимость каркаса крыши за квадратный фут. А вот плоские крыши для жилых домов не рекомендуются. Скопление воды может привести к протечкам и сырости, скатная крыша может даже потребоваться планировщикам в вашем районе.

В зависимости от строительных законов в вашем регионе, у вас может быть вариант выбрать более дешевую или более сложную крышу. В некоторых местах крыши могут подходить к тем, которые находятся в вашем районе, что может ограничить ваши возможности.

Сколько стоит каркас крыши в расчете на квадратный фут и в целом?

Как вы, наверное, уже догадались, стоимость каркаса крыши может сильно варьироваться. Мы рассмотрим подробнее, что именно влияет на стоимость каркаса крыши за минуту, но такие вещи, как материалы и форма, очевидно, играют важную роль.

Общая смета для большинства крыш составляет от 9000 до 13 500 долларов за крышу площадью 1500 квадратных футов. Получается от 6 до 9 долларов за квадратный фут. Более низкая оценка может составить около 4 долларов за квадратный фут для самых простых и легких в установке вариантов кровли.

Высокая оценка может достигать примерно 12 долларов за квадратный фут для самых сложных крыш в самых дорогих районах или 18 000 долларов за крышу площадью 1500 квадратных футов.

Что может повлиять на стоимость каркасной крыши?

Как видите, эти оценки довольно сильно различаются.Фактически, самый дорогой вариант кровли выходит в 3 раза дешевле самого дешевого. Так что же влияет на эту разницу в стоимости?

Во-первых, независимо от типа и размера вашей крыши — местоположение будет иметь значение. Некоторые районы просто дешевле, а некоторые дороже — как вы, наверное, уже знаете. Хотя это часто может коррелировать с более дорогими районами недвижимости и местами с гораздо более высокой стоимостью собственности и средним доходом, это не всегда так просто.

В некоторых местах может просто быть избыток кровельных компаний или вариантов кровли, и все они конкурируют за ваш бизнес.Это может значительно снизить затраты по сравнению с областями, где ваши возможности могут быть ограничены.

Помимо местоположения, еще одним важным фактором является форма крыши, которую вы хотите. Двускатные и односкатные крыши считаются самыми простыми в строительстве и, следовательно, самыми дешевыми. Более сложные конструкции крыши займут больше времени и также будут стоить дороже. Добавление таких вещей, как фермы и другие украшения, также может значительно увеличить стоимость.
Хотя все крыши должны быть обрамлены прочным и долговечным деревом, вы также можете потратить здесь немного больше, если хотите.

Как снизить затраты на каркас крыши на квадратный фут

Если вы можете сделать это безопасно и правильно, самый дешевый способ каркасной крыши — это сделать это самостоятельно. Это будет проще с односкатной крышей. Если вы решите обратиться к профессионалу, вы также можете сократить расходы, купив более дешевый дизайн и используя немного более дешевые материалы. Очевидно, что чем меньше ваша крыша, тем ниже будет общая стоимость — так что это тоже может иметь значение.

границ | Разрушение каркаса в скатных крышах с деревянным каркасом при экстремальных ветровых нагрузках

Введение

Устойчивость домов во время экстремальных ветровых явлений имеет важное значение для обеспечения безопасности жителей, минимизации ущерба внутреннему содержимому и уменьшения финансового бремени для сообществ и страховых компаний.На сегодняшний день проделана значительная работа по устранению часто наблюдаемых видов отказов в жилых домах. Это в первую очередь связано с системами кровли и стен, а также с вертикальной нагрузкой между конструктивными элементами (van de Lindt et al., 2013). Большая часть жилья в Северной Америке состоит из деревянных домов на одну семью (Amini and van de Lindt, 2014; Standohar-Alfano and van de Lindt, 2016). Разрушения кровли жилых домов, а именно разрушение соединений между кровлей и стеной (RTWC) и потеря обшивки крыши, были тщательно изучены из-за их высокой частоты возникновения во время экстремальных ветровых явлений.Плотность домов относительно других построек в любом населенном пункте приводит к высоким затратам, связанным с авариями жилых домов. Например, в Оклахоме с 1989 года две трети из 32 миллиардов долларов застрахованных убытков от торнадо связаны с жилыми постройками (Simmons et al., 2015).

Работа по устранению повреждений жилых крыш с деревянным каркасом важна, потому что потеря одной панели обшивки, которая может произойти при относительно низких скоростях ветра, приведет к проникновению воды. Это часто приводит к потере всего содержимого из-за сильных дождей, сопровождающих ураганы (Sparks et al., 1994). Наблюдения, записанные во время обследований повреждений после урагана, ранее привели к выявлению важных тенденций отказов в различных компонентах здания. Повторяющиеся отказы аналогичных компонентов предполагают, что повсеместное смягчение последствий возможно за счет улучшенных подходов к проектированию и инновационных решений.

Стандартизованным методом оценки скорости ветра в торнадо является расширенная шкала Фудзита (EF), которая основана на наблюдениях за повреждениями, поскольку обычно невозможно напрямую измерить скорость ветра в торнадо (Kopp et al., 2012). Текущая версия шкалы EF (Центр ветроэнергетики и инженерии, 2006 г.) предоставляет оценки скорости ветра для 28 категорий обычных конструкций и растительности, называемых индикаторами ущерба (DI). Для каждого DI шкала EF использует концепцию степеней повреждения (DOD). DOD описывают последовательные режимы повреждения, которые обычно наблюдаются для определенных DI. Каждый DOD связан с минимальной, максимальной и ожидаемой скоростью ветра. Эти значения представляют собой диапазон расчетных скоростей ветра, необходимых для нанесения указанного ущерба (Центр науки и техники ветра, 2006; Mehta, 2013).Их можно связать со скоростями ветра по шкале EF, чтобы оценить интенсивность торнадо, от EF0 до EF5. В настоящем исследовании особый интерес представляет DI для резиденций на одну и две семьи (FR12). DOD-4 и DOD-6, которые имеют отношение к разрушениям кровли FR12, описаны в таблице 1. DOD-7, относящийся к обрушению стены, также включен, потому что он происходит в том же диапазоне скоростей ветра, что и DOD. -6 и часто может возникать в результате обрушения кровли.

Таблица 1 .Описание степени повреждения (DOD) и оценки скорости ветра для рассматриваемых видов отказов в индикаторе ущерба для одно- и двухквартирных домов (FR12).

На рисунке 1 показан пример типичного разрушения оболочки, а на рисунке 2 показан отказ RTWC. Как уже упоминалось, большинство прошлых исследований повреждения кровли сосредоточено на этих двух режимах отказа. Очевидно, что оценки скорости ветра для повреждения кровли в шкале EF в значительной степени основаны на этих хорошо изученных режимах. Хотя DOD-6 охватывает все возможные режимы серьезных разрушений кровли, обзор доступной литературы показывает, что текущее понимание DOD-6 ограничивается исследованиями, сфокусированными на отказах RTWC.DOD-6 может произойти при ожидаемой скорости ветра 122 миль в час (Таблица 1). Эта скорость ветра соответствует относительно слабым торнадо EF2 (Wind Science and Engineering Center, 2006). DOD-4 возникает при более низких скоростях ветра. Было замечено, что двускатные крыши плохо работают в этих режимах, особенно DOD-6, по сравнению с соседними шатровыми крышами аналогичной конструкции. Фактически, в списке FR12 по канадской шкале EF (Environment Canada, 2013) отмечается, что для домов с шатровыми крышами можно предположить верхнюю границу скорости ветра для DOD 4 и 6.Это противоречит исходной документации EF-Scale (Wind Science and Engineering Center, 2006), в которой указывается, что нижняя граница DOD-6 связана с неадекватной конструкцией или большими выступами, а верхняя граница связана с улучшенной конструкцией, такой как использование ураганных ремней. Разница между этими двумя версиями шкалы EF является важным моментом, который требует дальнейшего исследования, как указали Гаванский и Копп (2017).

Рисунок 1 .Пример разрушения обшивки крыши, соответствующий DOD-4 (источник изображения: доктор Дэвид Преватт из Университета Флориды).

Рисунок 2 . Пример отказа соединения крыши со стеной, соответствующий DOD-6 (источник изображения: д-р Дэвид Преватт).

Крыши жилых домов могут быть построены с использованием различных форм и уклонов. Многие включают слуховые окна или другие дефекты для покрытия домов неправильной формы. Из различных форм крыш, возможных при строительстве деревянных каркасов, наиболее распространенными в Северной Америке являются двускатные и шатровые крыши или их композиты (Canada Mortgage and Housing Corporation, 2014).Обследования повреждений после ураганов и последующие исследования часто выявляли несоответствие в повреждениях между различными геометрическими формами жилых крыш (Meecham, 1992). Как правило, шатровые крыши работают лучше, чем крыши других форм. Анализ хрупкости, проведенный Kopp et al. (2016) и Gavanski and Kopp (2017) даже предположили, что единый DI для жилых конструкций в шкале EF может быть неадекватным из-за значительных различий в оценках скорости ветра для разной формы крыши, хотя это не было количественно оценено. в обследованиях повреждений.

В нескольких прошлых исследованиях изучались превосходные характеристики домов с шатровой крышей (Meecham et al., 1991; Meecham, 1992), с некоторыми более поздними работами, непосредственно исследующими поведение шатровой крыши в отношении обшивки крыши (DOD-4) и RTWC ( DOD-6) (Henderson et al., 2013; Kopp et al., 2016). Meecham et al. (1991) провели испытания в аэродинамической трубе для улучшения технического понимания характеристик вальмовой крыши и обнаружили, что существует важная взаимосвязь между распределением давления и базовой конфигурацией каркаса в крышах с деревянным каркасом.Несмотря на значительные различия между распределениями давления, зарегистрированными для моделей двускатной и шатровой крыши, общие моменты подъема и опрокидывания крыши оказались весьма схожими. Это подтвердило, что предпочтительная аэродинамическая геометрия — не единственная причина улучшения характеристик вальмовых крыш.

Meecham et al. (Meecham et al., 1991) показали, что ориентация элементов каркаса в шатровой крыше относительно распределения подъема обеспечивает дополнительную устойчивость.Напротив, форма двускатной крыши вызывает более высокие локальные пиковые давления, а ориентация элементов каркаса приводит к менее благоприятному распределению нагрузки. В дополнение к этому, вальмовые крыши имеют RTWC по всему периметру, в то время как двускатные крыши соединяются со стеновым каркасом только по двум противоположным стенам. Считается, что в сочетании с улучшенным распределением нагрузки в стропильных шатровых крышах эти факторы делают шатровые крыши значительно более устойчивыми к повреждениям в результате обычных видов разрушения кровли.Это также подтверждается анализом хрупкости (Kopp et al., 2016; Gavanski and Kopp, 2017).

Один из вопросов, который возникает из-за высоких скоростей ветра, полученных при анализе хрупкости конкретных видов отказов, заключается в том, становятся ли другие режимы слабым звеном в шатровых крышах. Другими словами, разрушится ли структура по-другому, а не RTWC? Цель данной статьи — изучить, возможны ли дополнительные неизученные режимы отказов, и, если они есть, понять условия, необходимые для их возникновения.В данной статье представлен анализ и результаты двумерных численных моделей для стропильных и рамно-скатных крыш с целью изучения этого момента. Анализ результатов обследования также используется для подтверждения гипотезы о том, что другие виды отказов достаточно распространены для вальмовых крыш.

Анализ обследования повреждений

Данные недавних событий в Соединенных Штатах были получены для изучения в настоящем исследовании. Эти данные были собраны после разрушительных торнадо на юге США, включая торнадо в Мур, Оклахома в 2013 году (EF5) и торнадо в Таскалузе, Алабама (EF4) и Джоплин, штат Миссури (EF5) в 2011 году.Их предоставил авторам доктор Дэвид Преватт из Университета Флориды. Группы судебно-медицинской экспертизы, состоящие из исследователей, инженеров и студентов, провели дни после этих событий, исследуя пострадавшие районы и документируя наблюдаемые повреждения. Их отчеты об этих торнадо можно найти в литературе (Prevatt et al., 2011, 2013; Graettinger et al., 2014). Объединенная база данных предоставляет тысячи изображений повреждений домов, от потери обшивки до полного разрушения.

Торнадо в Мур, штат Оклахома, было определено как событие EF5 с повреждениями в диапазоне от EF0 до EF5, наблюдаемых на пути торнадо.В результате этого события погибли 24 человека и, по оценкам, был нанесен экономический ущерб до 3 миллиардов долларов (Graettinger et al., 2014). Ветры EF0 – EF2 обычно составляют около 85% площади повреждения сильного торнадо EF4 или EF5, и поэтому можно выделить так много этапов развития повреждений. Обследование, проведенное после этого события, дало информацию для последующих исследований, включая выявление новых методов для улучшенных обследований повреждений, анализ хрупкости компонентов дома и разработку улучшенного лабораторного моделирования торнадо (Graettinger et al., 2014). Это также привело к изменениям в строительном кодексе Мура, штат Оклахома, таким образом, что к деревянным каркасным домам предъявляются новые предписывающие требования для смягчения последствий ущерба до DOD-6 (Ramseyer et al., 2014).

Необработанная база данных фотографий, сделанных после торнадо Мура, Таскалуса и Джоплина, используется в настоящем исследовании для изучения природы разрушения вальмовой крыши. В данных выявляется множество случаев частичного разрушения вальмовой крыши. Как и в случае результатов анализа хрупкости, проведенного Kopp et al. (2016), наблюдаемые разрушения вызывают дополнительные вопросы относительно вероятности и условий, при которых могут произойти частичные разрушения вальмовой крыши.Отдельные примеры наблюдаемых отказов от Мура показаны на рисунке 3 и обсуждаются ниже.

Рисунок 3 . Разрушение вальмовой крыши в Мур, штат Оклахома, после торнадо EF5 21 мая 2013 года. (A) Разрушение передней стороны вальмовых крыш соседних рам с рамой. (В) Отказ передней стороны вальмовой крыши рамочного каркаса с видимым неповрежденным обрамлением противоположной стороны. (C) Разрушение каркаса и обшивки комбинированной вальмовой / двускатной крыши (источник изображения: Dr.Дэвид Преватт).

На рис. 3А показаны соседние дома с шатровыми крышами, которые демонстрируют аналогичные повреждения передней поверхности крыши. RTWC, по-видимому, не повреждены по остальному периметру крыши, и очевидно, что несколько элементов каркаса крыши вышли из строя или были удалены, в дополнение к обшивке, покрывающей эту часть. Справа на фото оставшаяся часть крыши провисает, что дополнительно указывает на то, что нижележащая рама вышла из строя. Дома, показанные на рисунке 3A, были расположены вдоль Кайл Драйв на западной окраине Мура, штат Оклахома.Несколько домов на этом коротком участке имели аналогичные дефекты каркаса вальмовой крыши и были построены примерно в 2006 году (Graettinger et al., 2014). Осмотр фотографий повреждений в этом районе показывает, что из домов с повреждениями крыши DOD-4 или DOD-6, 40% оказались разрушенными из-за аналогичных частичных повреждений. В этих случаях кажется, что рама вышла из строя из-за прибитых соединений между элементами, поскольку сломанных пиломатериалов не видно. В следующем разделе будут представлены дополнительные статистические данные и наблюдения из двух выбранных районов после торнадо в Джоплине, штат Миссури.

На рис. 3В показан отказ, аналогичный показанному на рис. 3А, но с гораздо более крутой крышей. RTWC выглядят целыми, и видна большая открытая полость, где элементы каркаса и оболочка были удалены. Как и на рисунке 3A, очевидно, что эта крыша не страдала исключительно от потери обшивки, хотя следует отметить меньшую площадь потери обшивки в правой части фотографии. Отсутствие видимых внутренних элементов в полости, особенно тех, которые поддерживают неповрежденную противоположную поверхность крыши, убедительно свидетельствует о том, что эта крыша была построена как конструкция из стержневого каркаса, в отличие от той, которая содержала сборные фермы.По имеющимся данным, многие из неудачных вальмовых крыш использовали каркас из палок.

На рис. 3С показано частичное разрушение комбинированной вальмовой / двускатной крыши. Этот отказ отличается от тех, что показаны на рисунках 3A, B, поскольку очевиден отказ материала деревянных элементов. RTWC, по-видимому, целы, нижняя часть крыши потеряла только обшивку с правой стороны и элементы каркаса, помимо обшивки, слева. Возле пика крыши каркас разрушился с обеих сторон.Эта структура, по-видимому, содержит либо фермы, либо стержневой каркас с прочными соединениями. Как показано на рисунке чуть выше RTWC, элементы были соединены или усилены иным образом с помощью деревянных пластин, прибитых гвоздями.

При осмотре повреждений, показанных на Рисунке 3, и аналогичных повреждений на доступных фотографиях становится очевидно, что возможны частичные разрушения каркаса, повторяющиеся режимы разрушения, возникающие в вальмовых крышах. При сравнении этих отказов вальмовой крыши с близлежащими конструкциями на основе данных было определено, что разрушения каркаса могут определяться в некоторых шатровых крышах при скорости ветра EF2, а не разрушениями RTWC или потерей обшивки.Также отмечается, что конструкция крыши может иметь значение. Наблюдаемые отказы рамных рам особенно подсказывают, что характеристики крыш с рамными каркасами следует отличать от характеристик стропильных конструкций при анализе и проектировании, а также в настоящем исследовании.

Статистический анализ возникновения отказов

Для полного анализа возникновения частичных отказов каркаса крыши все наблюдаемые повреждения в пределах диапазонов DOD-4 и DOD-6 должны быть классифицированы, чтобы определить, связаны ли наблюдаемые отказы с обшивкой, RTWC или каркасом крыши.Сортировка данных по районам предлагает дополнительную информацию о тенденциях в небольших регионах по сравнению со всем треком ущерба от события. Как уже упоминалось, данные опроса, предоставленные Университетом Флориды, включают базу данных фотографий. Также предоставляется список всех фотографий, которые использовались для оценки события, включая долготу, широту и рейтинг EF-Scale в каждом месте. Эти данные были нанесены на карту и помечены цветными метками, чтобы представить рейтинг EF-Scale. Образец полученной карты показан на рисунке 4.На этой карте показаны две области, проанализированные для получения представленных здесь предварительных статистических данных. Эти районы были расположены на западном конце пути разрушения. Анализируются только данные, соответствующие повреждениям EF1, EF2 и EF3, поскольку эти рейтинги соответствуют скоростям ветра DOD-4 и DOD-6 для крыш жилых домов. На рисунке рейтинги EF1, EF2 и EF3 представлены желтыми, оранжевыми и красными булавками соответственно.

Рисунок 4 . Западный конец пути повреждения торнадо после торнадо 22 мая 2011 г. в Джоплине, Миссури; регионы настоящего исследования обведены белым.

Анализируются две области исследования, обведенные белым цветом на Рисунке 4, и оценивается возникновение различных видов отказов. Фотографии повреждений в отмеченных местах были изучены, и отмечен предполагаемый тип отказа. При этом просмотре данных каждое отдельное жилище оценивалось на предмет того, было ли повреждение вызвано RTWC, обшивкой или повреждением каркаса. Помимо повреждений кровли, включаются разрушения стен, соответствующие DOD-7. Районы исследования были выбраны на основе характеристик домов.Исторические снимки из Google Earth используются для определения первоначальной формы изученных крыш. В области 1 в левой части рисунка 4 обнаружены дома, которые выглядели более новыми, большинство из них с крутыми шатровыми крышами и большими строениями. Дома в Районе 2 в основном выглядят более старыми каменными домами с неглубокими крышами с деревянным каркасом.

Результаты статистического анализа показаны в Таблице 2. Как показано, в Районе 1 56% домов с соответствующим повреждением вышли из строя из-за частичного разрушения каркаса, в то время как 35% показали признаки отказа RTWC.На Рисунке 5 показан пример крутых вальмовых крыш, видимых повсюду в этом районе, с аэрофотоснимком, показывающим, как повреждение повлияло на площадь поверхности крыши. Во многих случаях были удалены самые большие поверхности крыши, в то время как части конструкции, закрывающие меньшие пространства, остались на месте. Многие из этих построек, по-видимому, также были построены из рамок.

Таблица 2 . Возникновение режимов разрушения кровли жилых домов в отдельных районах Джоплина, штат Мичиган.

Рисунок 5 . Пример типичного разрушения вальмовой крыши в Районе 1, включая аэрофотоснимок, показывающий след частичного разрушения (источник изображения: д-р Дэвид Преватт, Google Earth).

Возникновение типов отказов в Районе 2 отличается от такового в Районе 1; Распределение отказов кровли более равномерно по трем режимам, в то время как в Районе 1 наблюдается более высокая частота отказов, которые могут рассматриваться как серьезные отказы кровли, т. е. подпадающие под DOD-6.В Районе 2 33% показали частичные разрушения каркаса, в то время как 37 и 30% пострадали от отказов RTWC и обшивки соответственно. Чтобы понять прогрессию повреждения, дома, в которых обрушились стены, подсчитываются на основе наблюдаемого режима разрушения крыши, который, как предполагается, предшествует повреждению стены. Например, в Районе 1 10% домов пострадали от частичного разрушения каркаса крыши и обрушения стен, в то время как 8% пострадали от разрушения RTWC и обрушения стен. Это приводит к 18% случаев обрушения стен в регионе. Взаимосвязь между режимами разрушения стен и кровли требует дальнейшего изучения для определения причинных эффектов каждого режима разрушения крыши.

Сдвиг в возникновении определенных видов отказов между двумя регионами может быть результатом нескольких факторов; однако следует отметить, что многие дома в Районе 2 оказались более старой постройки, чем в Районе 1, и имели пологую крышу. Хотя это наблюдение может предполагать, что наклон крыши способствует возникновению разрушения каркаса, неясно, какие другие факторы могли иметь дополнительное влияние. Например, отсутствие боковых ограждений в старых домах могло привести к учащению случаев обрушения стен.В примере, показанном на Рисунке 6, произошел частичный отказ каркаса крыши. Однако этот сбой мог произойти из-за обломков деревьев, видимых на вершине разрушенной крыши. Другие случаи частичного отказа в Районе 2 также неоднозначны, и, поскольку Район 2 находился с подветренной стороны от Района 1, обломки, вероятно, играли большую роль. В любом случае, в обоих регионах частичные отказы возникают по крайней мере так же часто, как и другие виды отказов кровли. Требуется дополнительная работа для получения полного набора статистических данных об этих сбоях и более точного определения региональных условий, которые могут способствовать их возникновению.

Рисунок 6 . Частичное обрушение вальмовой крыши в районе 2 (источник изображения: д-р Дэвид Преватт).

Аналитический метод

Подход и предположения

Разработан и верифицирован метод численного моделирования для анализа эффектов внутренней нагрузки и прочностных характеристик компонентов деревянной каркасной крыши при ветровом подъеме. После разработки модели для получения сил стержня рассчитываются возможности элемента. Результаты выбранного метода моделирования методом конечных элементов объединяются с расчетными значениями пропускной способности элементов.Это позволяет оценить прочностные характеристики структурных компонентов в форме относительных соотношений спроса и мощности (D / C) и определить возможные места уязвимости. В настоящей работе термин «элемент» относится как к элементам деревянного каркаса, так и к соединениям между ними. Оба типа элементов составляют звенья на вертикальном пути нагрузки, и потенциальные отказы могут возникать в любом из них. Подробное объяснение этой работы можно найти в исследовании Стивенсона (2017).

Различия между методами строительства крыши, такими как фермовый каркас и стержневой каркас, оцениваются для определения относительной вероятности разрушения каркаса каждого типа. Возможности элементов каркаса крыши также сравниваются с мощностью RTWC, чтобы обеспечить точку отсчета для соотнесения настоящих результатов с обычно наблюдаемыми видами отказов с хорошо установленными скоростями ветра (т. Е. DOD-6). Предположение о правильной конструкции в анализах позволяет выявить пробелы в текущем проекте, если будет обнаружена вероятность отказа.В противном случае результаты подтвердили бы ненадлежащее строительство в домах с наблюдаемыми неисправностями.

Анализ спроса и мощности секций стропильной и рамной крыши

Чтобы понять возможность выхода из строя элемента или соединения в каркасе вальмовой крыши, необходимо определить воздействие нагрузки от ветрового подъема на элементы каркаса и сравнить их со способностями элементов противостоять этим воздействиям. Точный анализ деревянных конструкций должен учитывать анизотропные свойства древесины, сложное поведение соединений и многочисленные возможные виды отказов.В опубликованной литературе представлена ​​подробная информация о моделировании нелинейного поведения и установлении критериев отказа для определенных компонентов крыши, но имеется ограниченная информация о других элементах и ​​конструкции с рамой. Чтобы получить сопоставимые результаты и использовать согласованные методы для различных типов конструкций, анализ всех конструкций для настоящего исследования ограничен линейным диапазоном поведения материала. Элементы, которые могут выйти из строя первыми, идентифицируются на основе относительных линейных соотношений D / C.Этого достаточно, чтобы проверить гипотезу о частичных отказах каркаса, хотя для построения кривых хрупкости потребуется дальнейший анализ.

Для наблюдения за эффектами линейной нагрузки на элементы и соединения системы крыши, силы элементов рассчитываются посредством моделирования методом конечных элементов с использованием SAP2000. Отдельные фермы и компоненты крыш с решетчатым каркасом моделируются при равномерном отрицательном внешнем давлении, и полученные осевые силы и моменты используются для оценки требований к каждому элементу.Как уже упоминалось, дополнительные сведения о методе проверки и анализа модели предоставлены Стивенсоном (2017).

Конструкции вальмовых крыш, используемые в анализе

При строительстве деревянных каркасов в Канаде и США используются аналогичные подходы, в которых преобладают предписывающие или традиционные конструкции (Canada Mortgage and Housing Corporation, 2014). Для конструкции крыши эти подходы состоят из следующих документов, таких как Международный жилищный кодекс или Часть 9 Национального строительного кодекса Канады, чтобы определить размер элементов, расстояние между ними и требования к крепежным элементам.В Канаде эти требования взяты из табличных значений, основанных на расчетных снеговых нагрузках.

Предписательный проект включает в себя как крыши с рамой, так и фермы, хотя сами фермы должны быть спроектированы и поставляться с инструкциями по уходу, обращению и установке. Фермы, соединенные металлическими пластинами (MPC), спроектированы компаниями, специализирующимися на их производстве, на основе распределения вторичной нагрузки. Они становятся преобладающей формой строительства крыш новых жилых домов, по крайней мере, в Канаде (Canada Mortgage and Housing Corporation, 2014).Тем не менее, рамная конструкция все еще используется, и большая часть стареющего жилищного фонда состоит из конструкции палки-каркаса. Как ферменные, так и каркасные конструкции требуют рассмотрения в настоящем исследовании, поскольку согласно имеющимся данным обследования, оба типа кровли не работают.

Двухмерный анализ D / C в этой работе использует одну ферму MPC, основанную на тех, которые использовались в полномасштабной вальмовой крыше, испытанной Хендерсоном и др. (2013). Рисунок 7 иллюстрирует схему фермы; из-за симметрии показана только половина фермы.После анализа фермы была спроектирована вальмовая крыша с рамной рамой, которая соответствовала профилю и геометрии плана ферменной крыши от Henderson et al. (2013), чтобы провести сравнение.

Рисунок 7 . Половина смоделированной фермы с маркированными соединениями и элементами.

Для крыши с решетчатым каркасом, Раздел 9.23 NBCC (Канадская комиссия по строительным и противопожарным нормам, 2010) используется для определения соответствующих требований к размещению и размеру элементов в дополнение к минимальному количеству и направлению гвоздей в каждом стыке.Результирующая структура проиллюстрирована на Рисунке 8 с обозначенными размерами элементов и расстоянием между ними. Компоновка элементов крыш с решетчатой ​​рамой способствует разделению нагрузки между гранями и отдельными элементами крыши. Вальмовые стропила переносят нагрузки между элементами на смежных гранях крыши, а обшивка играет роль в эффектах системы между элементами на одной стороне. Из-за такой схемы невозможно извлечь двумерное поперечное сечение крыши для анализа, как это было сделано в случае ферменной крыши.Вместо этого настоящий анализ крыши с прямоугольной рамой упрощается путем изучения одного типичного домкрата. При осмотре стропила, ближайшие к центру крыши, считаются наиболее востребованными из-за давления на крышу из-за самых длинных безопорных пролетов. Ожидается, что центральные домкраты будут испытывать самые высокие моменты и внутренние силы сдвига, а их соединения должны будут выдерживать самые большие опорные реакции. Грани крыши идентичны, поэтому выбранный домкрат-стропила, показанный на Рисунке 9, представляет собой четыре разных домкрата внутри крыши.

Рисунок 8 . Вид сверху спроектированной рамной вальмовой крыши.

Рисунок 9 . Иллюстрация стропила домкрата, выбранных для анализа стержневой рамы.

Численное моделирование шатровых крыш с деревянным каркасом

Стратегия разработки модели в этом исследовании заключается в том, чтобы оценить, можно ли использовать более одного упрощенного аналога модели в комбинации, чтобы получить максимально возможное влияние нагрузки на каждый элемент фермы. Такой подход к огибающей был сочтен подходящим для настоящих целей, потому что, сравнивая емкость каждого элемента с его наихудшим сценарием нагрузки, все уязвимые элементы могут быть идентифицированы без траты вычислительных или экспериментальных ресурсов на получение достаточных данных, чтобы сделать возможным нелинейное моделирование.Еще одно преимущество использования максимальных сил состоит в том, что они могут выявить критические условия, которые возможны, но, возможно, не учитывались ранее.

Установлено, что максимальный спрос на каркас фермы постоянно достигается за счет комбинации двух аналогов модели. Одна из моделей использует все шарнирные соединения, а другая — все жесткие соединения. Геометрический аналог моделируется таким образом, что элементы пояса фермы воздействуют на их нижние грани, а элементы перемычки моделируются вдоль их центроидов.Для корпуса фермы результаты усилий стержня и шарниров извлекаются из обеих моделей и обрабатываются для получения максимальных значений нагрузки на элементы фермы. Максимальный спрос на стропильную планку с рамой также получают от двух моделей; один с шарнирными опорами, а другой — с жесткими опорами. В случае каркасной конструкции расчет отдельного стропила можно легко выполнить с помощью ручных расчетов. Тем не менее, SAP2000 используется для того, чтобы выбранные стропила можно было смоделировать с закрепленным и жестким шарниром на опорах, и чтобы можно было получить результаты максимального усилия в обоих случаях, аналогично методу, используемому в анализе фермы.

Анализ D / C выполняется с использованием результатов спроса по моделям фермы с равномерным подъемом 3,25 фунта / дюйм (0,57 Н / мм). Поднимающие силы ветра моделируются как отрицательное внешнее давление, действующее перпендикулярно поверхности крыши, а вес конструкции учитывается как статическая нагрузка. Эта нагрузка рассчитывается на основе процедуры определения направления из ASCE 7-10 (Structural Engineering Institute, 2010) с использованием базовой скорости ветра 71,5 миль в час (115 км / ч). Путем предварительного моделирования было установлено, что эта скорость ветра соответствует точке, в которой отношение D / C для RTWC равно 1.Считается, что это представляет собой подъемную силу, при которой ожидается выход из строя первого элемента фермы. Для случая стержневой рамы давление, соответствующее 71,5 миль в час, умножается на площадь притока, поддерживаемую стропилами, в результате чего получается равномерно распределенная нагрузка 2,17 фунта / дюйм (0,38 Н / мм).

Важно отметить, что базовая скорость ветра 71,5 миль в час не отражает скорости ветра торнадо и требует корректировки, чтобы можно было провести прямое сравнение с DOD-6 для жилых построек.Однако на основании этого результата из литературы можно сделать некоторые наблюдения. Моррисон и Копп (2011) протестировали соединения ногтей на пальцах ног при реалистичной ветровой нагрузке и аналогичным образом связали результаты прочности с основной системой сопротивления ветровой нагрузке, а также с расчетными скоростями ветра компонентов и обшивки, используемыми в ACSE 7-05. Скорость ветра 71,5 миль в час согласуется с оценками, приведенными в Таблице 5 Моррисона и Коппа, которые не учитывают распределение нагрузки между соседними соединениями. При рассмотрении распределения нагрузки расчетные скорости ветра по Моррисону и Коппу (2011) увеличиваются.

Применяемая скорость ветра 71,5 миль в час намного ниже, чем скорость ветра разрушения, оцененная по результатам анализа хрупкости, проведенного Коппом и др. (2016) и Гаванский и Копп (2017). Оба исследования рассматривали распределение нагрузки и обнаружили, что при средней вероятности отказа скорость ветра, вызывающая отказ RTWC в откидной крыше, составляет почти 155 миль в час (250 км / ч). Помимо несоответствия из-за распределения нагрузки, различные предположения относительно внутреннего давления, формы крыши и направления ветра могут привести к значительным различиям в расчетных скоростях ветра.Важно напомнить, что настоящее двумерное исследование сосредоточено на относительной уязвимости в пределах каркаса вальмовой крыши и не претендует на определение скорости ветра при разрушении. Согласие между скорректированной скоростью ветра и оценками ASCE 7-05 Моррисона и Коппа подтверждает точность методологии.

Расчет мощности

Минимальные мощности каждого элемента в моделях рассчитываются для сравнения с максимальной потребностью в анализе D / C. Фермы в Henderson et al.(Henderson et al., 2013) вальмовая крыша использовала пиломатериалы SPF № 2, соединенные между собой анкерными плитами MiTek MII-20. Паспорта прочности плит, подготовленные производителем в соответствии с канадскими требованиями к испытаниям анкерных плит (Институт исследований в строительстве, 2009 г.), были получены и используются при расчетах грузоподъемности. По сравнению с оценкой потенциала участников, которая проводится на основе табличных значений в Канадском справочнике по дизайну древесины (Canadian Wood Council / Canadian Standards Association, 2010), совместные мощности требуют значительных усилий для точной оценки.Для расчета пропускной способности соединений в этом исследовании используются проектные спецификации Канадского института решетчатых пластин (2014 г.) для ферм MPC, в дополнение к уравнению, предложенному в Lewis et al. (2006) по моменту подключения мощности.

Расчеты совместных нагрузок включают определение пропускной способности стальной пластины, деревянного элемента и взаимодействия между ними в соответствующих направлениях (Институт опорных пластин, 2007; Канадский институт опорных пластин, 2014). В случае стержневой рамы возможности соединения двух опор с помощью гвоздей оцениваются на основе расчетных значений без учета факторов и уравнений из Справочника по дизайну древесины Канады (Канадский совет по древесине / Канадская ассоциация стандартов, 2010).В зависимости от направления нагрузки, необходимые расчеты опорной способности включают в себя сопротивление выдергиванию гвоздя и поперечное сопротивление.

Уравнения пропускной способности кода обычно включают коэффициенты сопротивления материала, которые не учитываются в этом анализе постоянного тока. Уравнение из исследования Lewis et al. (2006) не включает факторы сопротивления, но обсуждение и результаты их исследования показали, что предложенное уравнение было скорректировано с учетом коэффициента безопасности, равного 1.5. Этот запас прочности исключен в текущем анализе. Примеры расчетов мощности и примечания, включая соответствующие кодовые уравнения и пункты, для всех требуемых режимов совместной мощности предоставлены Стивенсоном (2017). Для справки, на Рисунке 7 показаны соединения и элементы фермы, помеченные в соответствии с условными обозначениями, используемыми в анализе, а на Рисунке 9 показано, что это для смоделированного домкрата для стропил.

Результаты спроса и мощности

Отдельные таблицы результатов максимального спроса и минимальной мощности приведены Стивенсоном (2017).В настоящей статье предельные отношения D / C для каждого элемента моделей фермы и стропила показаны в таблицах 3 и 4 соответственно. «Уязвимые» элементы — те, у которых отношение D / C ближе всего к 1 — выделены жирным шрифтом. Соединения со значениями D / C «N / A» либо развивают сжатие в результатах модели, либо содержат элементы, которые являются непрерывными и, следовательно, передают нагрузку через элемент, а не соединение. Результаты из таблицы 3 также схематично показаны на рисунке 10. Как видно, отношения D / C для элементов и соединений сильно различаются по всей ферме.

Таблица 3 . Соотношения нагрузки и мощности (D / C) и определяющие режимы отказа для смоделированной фермы при подъеме на 3,25 фунта / дюйм (0,57 Н / мм).

Таблица 4 . Соотношения между стержнями и совместными нагрузками (D / C) для смоделированной секции рукояти-рамы при подъеме на 2,17 фунта / дюйм (0,38 Н / мм).

Рисунок 10 . Схема расположения неисправностей в ферме, основанная на результатах анализа потребности в мощности (D / C).

Предварительные результаты, полученные при анализе фермы вальмовой крыши, показывают, что RTWC с опорой на пальцах имеет самую низкую относительную прочность с разницей в 40% при соотношении D / C, равном 0.981 по сравнению со следующим по величине отношением 0,695 в элементе верхнего пояса в сочленении 3. Возможные изменения в пути нагрузки, возможностях элементов, геометрии и допусках фермы могут привести к сдвигам в любом из соотношений D / C; однако, поскольку анализ основан на взятии значений экстремального спроса для элементов каркаса, маловероятно, что отклонения в двух самых низких соотношениях D / C приведут к изменениям в текущих результатах. Ожидается, что RTWC с опорой на пальцы почти всегда выходят из строя первыми в случае плоской фермы.Однако этот вывод не верен в случае, когда ураганные ремни используются в RTWC. В этом случае отношение D / C ремня RTWC урагана составляет 0,470, что снова сравнивается с 0,695 D / C в верхнем поясе. Применение даже самых простых ремней для защиты от ураганов может привести к повреждению компонентов каркаса фермы.

Результаты показывают, что при том же ветровом подъеме, что и ферма, стропила домкрата также наиболее уязвима при RTWC с опорой на пальцы. Анализ стержневой рамы не включает подъемную способность RTWC с ураганными ремнями.Однако ожидается, что установка перемычек на RTWC приведет к отказу на стыке 1, так как это место имеет относительно высокое отношение D / C. Следующее самое слабое соединение в стыке 2 состоит из семи гвоздей, соединяющих стропило с балкой потолка. Его емкость намного выше — около 5000 Н.

Результаты стержневого каркаса аналогичны результатам анализа фермы по двум причинам. Во-первых, они подтверждают общее ожидание того, что RTWC с опущенными пальцами, вероятно, будет наиболее уязвимым элементом вальмовой крыши на этом склоне.Результаты стержневой рамы также указывают на то, что соединение на коньке крыши является следующим наиболее уязвимым элементом. В обеих ситуациях изменчивость поведения крыши и параметров соединения делает возможными другие отказы. Это особенно правдоподобно, если принять во внимание ошибки в строительстве, ухудшение характеристик элементов и устаревшие стандарты проектирования, по которым строились старые дома с каркасным домом.

Ограничения

Настоящий статистический анализ и анализ D / C успешно доказывают гипотезу о том, что разрушения каркаса вальмовых крыш возможны (и распространены), и предполагают некоторые условия, которые могут повлиять на режим, при котором может выйти из строя шатровая крыша с деревянным каркасом.Помимо этого вывода, важно отметить ограничения метода двумерного моделирования. Чтобы понять проблему отказов каркаса в деталях, необходимо разработать трехмерные модели, которые учитывают распределение нагрузки и эффекты обшивки. Из-за отсутствия данных и опубликованной информации, помогающей в моделировании соединений металлических пластин и структур стержневой рамы, создание подробных трехмерных моделей в текущем исследовании было сочтено неэкономичным.

Дополнительная работа должна также оценить возможные вариации, существующие в компонентах спроса и мощности текущих результатов.На уровне элементов существует множество параметров, которые могут привести к значительному изменению поведения конструкции крыши. Эти параметры связаны с конфигурациями соединений и допусками, изменчивостью свойств древесных материалов и различиями в крепежных изделиях, предоставляемых разными производителями. В более широком масштабе методы проектирования различаются по регионам, компаниям и даже отдельным инженерам, и строительство домов обычно не подлежит тщательному контролю качества. Вероятность ошибок конструкции и различий в конструкции может быть высокой.Эти изменения могут значительно изменить возможные результаты. Понимание отказов каркаса, помимо признания их теоретически возможными, является важным следующим шагом в улучшении строительных норм и правил, а также EF-Scale.

Дополнительное обсуждение наблюдаемых отказов рулевой рамы

Неисправности каркаса крыши, представленные в этой статье, описывают несколько различных случаев и факторов, которые могут привести к уязвимостям каркаса. Результаты анализа D / C подтверждают, что возможна потеря элементов или поверхностей вальмовой крыши с рамной рамой; тем не менее, прогрессирование разрушения больших секций крыши точно не определено.При повторном просмотре данных обследования повреждений и отчета о торнадо в Мур, штат Оклахома (Graettinger et al., 2014), был отмечен дополнительный вид отказа, связанный с корпусом ручки-рамы. Этот режим может указывать на неправильную конструкцию наружного каркаса крыши или на потенциальное влияние каскадных отказов, вызванных разделением нагрузки в конструкциях с рамой из стержней.

На Рисунке 11, похоже, произошло частичное разрушение каркаса и удаление больших секций крыши. Однако при ближайшем рассмотрении становится очевидно, что балки потолка и потолок под ними целы.Сняты или повреждены только внешние стропила и прикрепленная обшивка. Судя по результатам анализа D / C для каркаса с рамой, этот тип отказа маловероятен из-за относительно прочного соединения между стропильной балкой и потолочной балкой. RTWC и соединение вдоль конька крыши кажутся гораздо более уязвимыми при анализе по сравнению с ранее упомянутым соединением с семью гвоздями. Изображенные на фотографиях отказы могли возникнуть из-за неправильного или отсутствующего крепежа между стропильной балкой и балкой на верхней плите стены или возникли в результате разрушения верхнего стропильного соединения.Кроме того, системные эффекты могли привести к постепенному, каскадному разрушению соседних стыков, что привело к удалению всех поверхностей крыши после инициирования в одной точке.

Рисунок 11 . Примеры частичного обрыва каркаса, вальмовой крыши с неповрежденными балками перекрытия. (A) Полное снятие внешнего каркаса крыши. (B) Частичное удаление нескольких сторон крыши (источник изображения: доктор Дэвид Преватт).

Как уже упоминалось, анализ D / C для случая стержневой рамы не предсказал, что соединение стропил со стеной будет уязвимым из-за его относительно прочного соединения с балкой потолка.Согласно расчетам несущей способности стропил, соединение стропила с верхней пластиной должно иметь нагрузку 5000 Н, в результате чего соотношение D / C равно 0,2. При более внимательном рассмотрении фотографий можно предположить, что на концах неповрежденных балок были прибиты соединения; однако похоже, что гвоздей было не больше нескольких. Принимая во внимание, что эти дома не были спроектированы в соответствии с теми же правилами, что и гипотетическая крыша в настоящем исследовании, необходимо изучить региональные нормативные требования к проектированию в США, чтобы определить, предназначены ли эти соединения для включения большего количества гвоздей.

Отказ, показанный на рисунке 11, и многие другие подобные отказы интересны тем, что они объективно классифицируются в пределах DOD-6 для крыш жилых домов; однако это может быть неточным предположением. Это важный момент для дальнейшего изучения, поскольку он может повлиять на уточнения шкалы EF для различных методов проектирования жилых домов или даже предложить новый DOD для структур с рамой из стержней.

Заключение

Наблюдения за повреждениями и статистические оценки, представленные здесь, расширяют текущее понимание отказов крыш жилых домов и вводят ранее неисследованный вид отказов, характеризующийся повреждением компонентов каркаса крыши.Статистические данные о наблюдаемых повреждениях в типовых кварталах из Мур, Оклахома и Джоплина, штат Мичиган, показали, что отказы каркаса могут происходить так же часто, как хорошо изученные режимы отказа RTWC и обшивки при скоростях ветра EF1 и EF2. В то время как дома с шатровой крышей обычно считаются более устойчивыми к ветру, чем дома с двускатной крышей, наблюдения за частичными повреждениями каркаса показывают, что шатровые крыши могут быть более уязвимыми, чем предполагалось ранее.

Разработан метод численного моделирования и анализа для дальнейшего исследования поведения обычных компонентов каркаса вальмовой крыши.И фермы, и каркасные конструкции оцениваются для проведения сравнительного исследования двух методов строительства. Результаты двумерного D / C-анализа для случаев стропильных и рамных рам были использованы для понимания вероятных мест уязвимости в конструкции каркаса и проверки гипотезы обрушения крыши, происходящего внутри конструкции каркаса. Упрощенный метод моделирования «нагрузка-огибающая» и анализ D / C показали способность определять уязвимые места в секциях крыши с фермами и рамой при ветровом подъеме.Наблюдательные и численные исследования дали следующие основные результаты:

• В районах, изученных с использованием фотографий повреждений с географической привязкой, до 56% домов в диапазоне повреждений EF1 – EF3 имели частичные разрушения конструкции крыши.

• Тип конструкции может иметь важные последствия для типа разрушения крыши, которому подвергнется дом. В микрорайонах, где 56% повреждений крыш жилых домов произошло из-за частичного разрушения каркаса крыши, дома оказались более новой конструкции с решетчатым каркасом, с большими следами и крутыми крышами.Другой регион, который показал 33% частичных отказов, — это дома, которые выглядели более старыми, с пологими крышами и каменными стенами. Также отмечается, что некоторые из частичных отказов, наблюдаемых в этом регионе, могли быть связаны со ударами обломков.

• Следует отметить, что на наблюдаемых крутых крышах многие из наблюдаемых отказов произошли асимметрично, то есть одна из больших поверхностей крыши разрушилась, а противоположная осталась нетронутой. В отличие от смоделированной крыши, которая в настоящем анализе подвергается воздействию равномерного подъемного давления, крыши с более крутыми уклонами, вероятно, будут испытывать дисбаланс ветровых нагрузок на наветренной и подветренной сторонах.Влияние изменения уклона крыши, формы плана и направления ветровой нагрузки будет изучено дополнительно, в дополнение к изменениям прочности и жесткости материала на более поздних этапах этого исследования.

• Выявлен дополнительный вид отказа, связанный с полным или частичным удалением всей наружной оболочки рам каркасных крыш. Эти отказы предполагают, что стропила, составляющие наклонную часть крыш с решетчатым каркасом, могут не иметь надлежащего крепления на коньке крыши или к балкам перекрытия и стенам под ними.Потеря внешней оболочки кровли из-за этого режима разрушения при осмотре классифицируется как повреждение DOD-6; однако на самом деле это может произойти при более низких скоростях ветра, чем те, которые требуются для отказа RTWC, как показывает текущий анализ D / C. Этот режим отказа требует дальнейшего изучения, и дополнительная статистика его возникновения будет включена в будущую работу.

• При использовании RTWC с опорой на пальцы, фермы MPC при равномерном подъеме, скорее всего, выйдут из строя через RTWC, что приведет к потере всей конструкции каркаса и потолка.Когда поставляются ураганные ремни, начало разрушения может перейти на элементы фермы и соединения (или на обшивку). Было обнаружено, что критические режимы разрушения в ферменной конструкции связаны с моментами элементов и соединений при подъеме. А именно, соединения верхнего пояса (Соединение 3) и горизонтальный элемент верхнего пояса (TC2) в моделируемой ферме оказались относительно уязвимыми, с отношениями D / C 0,70 и 0,66, соответственно, в то время как соотношение D / C RTWC на ​​пальцах ног был равен 1. Требуемый момент в элементах верхнего пояса увеличивается из-за растягивающих осевых сил, наведенных на эти элементы из-за типичного поведения фермы.

• Случай анализа рамок также показал, что RTWC с ограниченными возможностями являются наиболее уязвимым компонентом в двумерном анализе. Отношение D / C RTWC стержневой рамы составляет 1,129 при той же приложенной высоте, что и ферма. Тем не менее, верхнее стропильное соединение также имеет относительно высокое отношение D / C, равное 0,66. Изучение фотографий, сделанных при обследовании повреждений, показало, что разрушенные крыши с решетчатым каркасом могли иметь менее прочные соединения, чем требовалось при проектировании.

• Сравнение двухмерных анализов для случаев стропильных ферм и рам с прямоугольным каркасом позволяет предположить, что крыши с прямоугольным каркасом содержат более уязвимые элементы.При эквивалентном ветровом подъеме D / C RTWC фермы составляет 0,98, в то время как RTWC стропильного домкрата с стержневой рамой составляет 1,12. Это как и ожидалось; тем не менее, влияние распределения нагрузки является важным фактором, особенно для случая стержневой рамы, который не рассматривается в данном исследовании.

Авторские взносы

СС — доктор философии. студент под совместным руководством Г.К. и А.А. Это исследование является частью работы, выполненной над магистерской диссертацией СС. Гипотеза и подход к работе были разработаны авторами совместно.SS выполнил весь анализ, интерпретировал данные, а также подготовил, оценил и подготовил рукопись для подачи под непосредственным контролем GK и AA. Г.К. и А.А. рекомендовали дизайн анализа, интерпретацию результатов и оценку рукописи для публикации. Авторы соглашаются нести ответственность за все аспекты работы, чтобы вопросы, связанные с точностью или целостностью любой части работы, были надлежащим образом исследованы и решены.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта работа финансировалась Канадским советом по естественным наукам и инженерным исследованиям в рамках программы совместных исследований и разработок в сотрудничестве с Chaucer Syndicates Ltd. и Институтом сокращения катастрофических потерь (ICLR). Выражаем признательность за постоянную поддержку со стороны г-на Геро Мишеля (Чосер) и г-на Поля Ковача (ICLR). Авторы также благодарны докторам. Дэвиду Преватту (Университет Флориды) и Дэвиду Руче (Университет Оберна) за предоставление данных обследования ущерба, ценные предложения и соответствующую литературу, а также Национальному научному фонду (NSF) за оказание финансовой поддержки полевым исследованиям, приведшим к нанесению ущерба. данные опроса.Вышеупомянутые исследования ущерба были поддержаны исследовательским грантом NSF 1150975 и программой грантов NSF RAPID.

Список литературы

Амини, М. О., и ван де Линдт, Дж. У. (2014). Количественное понимание рациональных расчетных скоростей ветра торнадо для деревянных каркасных конструкций жилых домов с использованием подхода хрупкости. J. Struct. Англ. 140. doi: 10.1061 / (ASCE) ST.1943-541X.0000914

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Канадская ипотечная и жилищная корпорация.(2014). Канадское деревянное каркасное домостроение , 3-е изд. Канада: Правительство Канады.

Google Scholar

Канадская комиссия по строительным и противопожарным нормам. (2010). Национальный строительный кодекс Канады , 13-е изд. Оттава: Национальный исследовательский совет Канады.

Google Scholar

Канадский совет по древесине / Канадская ассоциация стандартов. (2010). Руководство по деревянному дизайну: полный справочник по деревянному дизайну в Канаде . Оттава, Онтарио: Канадский совет по древесине.

Google Scholar

Гаванский Э., Копп Г. А. (2017). Оценка уязвимости повреждений примыкания кровли к стене каркасных домов при сильном ветре. J. Risk Uncertainty Eng. Syst. 3. DOI: 10.1061 / AJRUA6.0000916

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Graettinger, A.J., Ramseyer, C.C., Freyne, S., Prevatt, D.O., Myers, L., Dao, T., et al. (2014). Оценка ущерба от торнадо после торнадо Мура 20 мая 2013 г. .Таскалуса, штат Алабама: Университет Алабамы.

Google Scholar

Хендерсон Д. Дж., Моррисон М. Дж. И Копп Г. А. (2013). Реагирование прибитых гвоздями соединений крыши к стене на экстремальные ветровые нагрузки при полномасштабной шатровой крыше с деревянным каркасом. Eng. Struct. 56, 1474–1483. DOI: 10.1016 / j.engstruct.2013.07.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Институт исследований в строительстве. (2009). Оценочный лист CCMC 11996-L: MT-20 и MII-20 .Оттава, Онтарио: Национальный исследовательский совет Канады.

Google Scholar

Копп Г. А., Хонг Э., Гавански Э., Стедман Д. и Силлс Д. М. (2016). Оценка скорости ветра на основе наблюдений за ущербом от торнадо в Ангусе (Онтарио) 17 июня 2014 года. Can. J. Civil Eng. 44, 37–47. DOI: 10.1139 / cjce-2016-0232

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Копп Г. А., Моррисон М. Дж. И Хендерсон Д. Дж. (2012). Натурные испытания малоэтажных жилых домов при реалистичных ветровых нагрузках. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 104–106, 25–39. DOI: 10.1016 / j.jweia.2012.01.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Льюис, С. Л., Мейсон, Н. Р., Крамер, С. М., Верт, Д. К., О’Реган, П. Дж., Петров, Г. и др. (2006). «Расчет металлических пластин, соединяющих стыки деревянных ферм на момент», в 9-я Всемирная конференция по деревообрабатывающей промышленности (Портленд, штат Орегон). Доступно по адресу: http://support.sbcindustry.com/Archive/2006/aug/Paper_322.pdf

Google Scholar

Мичем, Д.(1992). Повышенная эффективность вальмовых крыш при сильном ветре — пример из практики. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 43, 1717–1726. DOI: 10.1016 / 0167-6105 (92)

-V

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мичем Д., Сарри Д. и Давенпорт А. Г. (1991). Величина и распределение ветровых нагрузок на вальмовые и двускатные крыши. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 38, 257–272. DOI: 10.1016 / 0167-6105 (91)
-Y

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мехта, К.С. (2013). Разработка шкалы EF для интенсивности торнадо. J. Disaster Res. 8, 1034–1041. DOI: 10.20965 / jdr.2013.p1034

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Моррисон, М. Дж., И Копп, Г. А. (2011). Эффективность соединения гвоздя и пальца при реалистичной ветровой нагрузке. Eng. Struct. 33, 69–76. DOI: 10.1016 / j.engstruct.2010.09.019

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Prevatt, D.O., Coulbourne, W., Graettinger, A.J., Pei, S., Гупта, Р., Грау, Д. (2013). Джоплин, Миссури, Торнадо от 22 мая 2011 г .: Обследование структурных повреждений и аргументы в пользу устойчивых к торнадо строительных норм . Рестон, Вирджиния: Американское общество инженеров-строителей.

Google Scholar

Prevatt, D.O., van de Lindt, J. W., Graettinger, A.J., Coulbourne, W., Gupta, R., Pei, S., et al. (2011). Исследование повреждений и будущее направление структурного проектирования после торнадо Таскалуса 2011 года . Гейнсвилл, Флорида: Университет Флориды.

Google Scholar

Ramseyer, C., Floyd, R., Holliday, L., and Roswurm, S. (2014). «Влияние систем крепления поперечной нагрузки на повреждение и живучесть жилых конструкций, пострадавших от торнадо в Мур, Оклахома, 20 мая 2013 г.» в материалах Proceedings of the Structures Congress 2014 (Бостон, Массачусетс: ASCE), 1484–1507.

Google Scholar

Симмонс, К. М., Ковач, П., Копп, Г. А. (2015). Снижение ущерба от торнадо: анализ выгод и затрат улучшенных строительных норм и правил в Оклахоме. Клим. Soc. 7, 169–178. DOI: 10.1175 / WCAS-D-14-00032.1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Спаркс, П. Р., Шифф, С. Д., и Рейнхольд, Т. А. (1994). Повреждение ограждающих конструкций домов ветром и последующие страховые убытки. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 5, 145–155. DOI: 10.1016 / 0167-6105 (94) -X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стандохар-Альфано, К. Д., и ван де Линдт, Дж. У. (2016). Анализ риска торнадо для повреждения деревянных каркасных крыш жилых домов в Соединенных Штатах. J. Struct. Англ. 142. DOI: 10.1061 / (ASCE) ST.1943-541X.0001353

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стивенсон, С. А. (2017). Анализ разрушения каркаса деревянных каркасных крыш жилых домов при ветровой нагрузке . Дипломная работа. Лондон, Онтарио: Университет Западного Онтарио.

Google Scholar

Инженерно-строительный институт. (2010). ASCE 7-10 Минимальные расчетные нагрузки для зданий и других конструкций . Рестон, Вирджиния: Американское общество инженеров-строителей.

Google Scholar

Институт анкерных плит. (2007). Национальный стандарт проектирования деревянных ферм, соединенных металлическими пластинами . Александрия, Вирджиния: Американский национальный институт стандартов (ANSI).

Google Scholar

Канадский институт анкерных плит. (2014). Процедуры проектирования и спецификации ферм для деревянных ферм, соединенных с легкими металлическими пластинами . Брэдфорд, ON: TPIC.

Google Scholar

ван де Линдт, Дж. У., Пей, С., Дао Т., Греттингер А., Преватт Д. О., Гупта Р. и др. (2013). Философия дизайна торнадо, основанная на двойной цели. J. Struct. Англ. 139, 251–263. DOI: 10.1061 / (ASCE) ST.1943-541X.0000622

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Центр ветроэнергетики и инженерии. (2006). Рекомендация по усовершенствованной шкале Fujita . Лаббок, Техас: Техасский технический университет.

Google Scholar

Обрамление свесов двускатной крыши

Свесы двускатной крыши обеспечивают затенение и защиту от элементов, а также могут считаться желательными с эстетической точки зрения.Свес двускатной крыши снижает количество дождя, попадающего на внешнюю часть дома, обеспечивая дополнительную защиту от повреждений водой. Он также защищает двери и подъезды, затеняет окна и защищает фундамент от избыточного стока воды, что помогает поддерживать подвал и подвал в сухом состоянии. Хотя это важная конструкция дома, она также является одним из наиболее уязвимых компонентов во время сильных ветров.

Во время урагана, торнадо или сильного ветра свесы двускатной крыши подвергаются значительному подъемному давлению (рис. 1) и могут быть повреждены или оторваны, что приведет к серьезным повреждениям крыши и других конструктивных элементов дома.Открытая крыша может пропускать дождевую воду в здание, вызывая серьезные повреждения, включая насыщение изоляции и гипсокартона потолка, что потенциально может привести к обрушению потолков и значительному повреждению внутренней отделки и домашнего имущества.

Два распространенных метода обрамления свесов двускатной крыши — это лестничный каркас и каркас выносных опор. Новое строительство и модернизация крыши — это возможность обновить свес двускатной крыши в соответствии со стандартами и строительными нормами и решить, является ли выбор вышеперечисленной стратегии для дополнительного уровня защиты правильным выбором для проекта.

Каркас лестницы состоит из двух длинных параллельных досок, соединенных короткими блоками, как ступеньки лестницы. Этот каркас крепится гвоздями через обшивку фронтальной стены в последнюю ферму или стропило. Обшивка крыши устанавливается над свесом и обеспечивает структурную поддержку и сопротивление ветровым подъемам. Каркас лестницы обычно ограничивается более короткими свесами от 8 до 12 дюймов.

Обрамление выносных опор обычно используется для вылетов более 12 дюймов.Размер ферм фронтона, стропил или стропил регулируется таким образом, чтобы верхний уровень концевой фермы или стропила был меньше, чем верхний уровень остальных ферм или стропил, чтобы обеспечить достаточно места для прохождения выносных опор над концевыми стропилами. или фермы. Затем наверху фермы или стропила устанавливаются выносные опоры, которые могут быть элементами 2×4 или 2×6, так, чтобы они встали встык напротив фермы или стропила рядом с фермой фронтона и выдвинулись наружу, чтобы поддержать облицовочную доску вдоль края фермы. свес.См. Рисунки 2 и 3.