Стропильная система двухскатной крыши схема: Стропильная система двухскатной крыши, ее конструкция, схема и устройство, фото, видео

Устройство стропильной системы двухскатной крыши

Стропильная система двухскатной крыши предназначена для устройства кровли в виде двух прямоугольников, расположенных под определенным углом друг к другу в верхней части сооружения. Такую конструкцию довольно часто используют при строительстве частных малоэтажных домов, различных строений бытового и хозяйственного назначения. На промышленных и торговых предприятиях двухскатная крыша устанавливается на зданиях различного назначения, имеющих значительную длину, превышающую ширину в несколько раз. Конструкция содержит два ската различной длины. С фронтальной стороны устанавливается короткий скат с большим углом наклона, с тыльной — длинный, с меньшим углом наклона. Такая конфигурация позволяет основную часть атмосферных осадков направлять в нерабочую зону территории предприятия.

Строительство двускатной крыши является одним из малозатратных вариантов, не требует значительных физических усилий.

Исполняется относительно просто при наличии небольшого опыта работы с материалом из древесины.

Содержание

1. Типичные несущие элементы системы, специфические термины
2. Дополнительные элементы системы стропил
3. Два типичных способа устройства стропильных систем
4. Висячая стропильная система
5. Наслонная стропильная система

Типичные несущие элементы системы, специфические термины

При изготовлении деталей стропильной системы двухскатной крыши используется пиломатериал хвойных пород дерева. Древесину твердых пород использовать нежелательно из-за большого удельного веса. Большинство элементов имеет специфические названия, понятные в основном специалистам:

1. Лежень — брус сечением 150х150 мм, 180х180 мм. Укладывается на поверхность внутренней несущей стены. Предназначен для выравнивания поверхности и распределения нагрузок от стоек.
2. Стропильная нога, или стропило, — деталь из бруса или толстой доски. Основной элемент треугольной конструкции крыши, несущий главную нагрузку от снега, дождя, ветра и других атмосферных явлений. Расстояние между стропильными ногами может быть от 0,6 до 1,2 м. Величина шага в основном зависит отвеса кровельного материала, в некоторых случаях следует учитывать особенности материала кровли.
3. Мауэрлат — квадратный брус с размером сторон 150-180 см. Укладывается на поверхность наружных несущих стен. При установке необходимо закрепить при помощи анкерных болтов или другим надежным способом. Распределяет нагрузку от стропильных ног на несущие стены.

Все детали двухскатной крыши соединяются между собой различным способом. Ранее конструкции собирались в основном с использованием скоб, гвоздей, шпилек с резьбой. Сейчас производители строительных материалов предлагают большой ассортимент различных кронштейнов для сборки крыш любой конфигурации. Крепление большинства деталей выполняется саморезами необходимого диаметра и длины с усилением специальными шипами в кронштейнах.

Вернуться к оглавлению

Дополнительные элементы системы стропил

Кроме несущих деталей в конструкциях используются дополнительные усиливающие элементы:

1. Кобылки (рис. 1) — используются для увеличения длины стропильных ног. Устанавливаются в нижней части для устройства карнизного свеса. Толщина кобылок несколько меньше размеров стропил.
2. Свес крыши, или свес карнизный, — элемент крыши, выступающий за край стены примерно на 40-50 см. Предназначен для защиты стен от атмосферных осадков.
3. Конек — элемент, соединяющий в верхней части все стропильные ноги системы. Устанавливается в горизонтальном положении.
4. Обрешетка (рис. 2) — доски или бруски, устанавливаемые для крепления кровли. Располагаются перпендикулярно стропильным ногам, дополнительно выполняя функцию их крепления. Принимают основное усилие от материала кровли, распределяют ее на стропила. Для устройства желательно применять обрезной пиломатериал. При ограниченных средствах можно использовать необрезной, очистив его от коры. Если кровля будет из мягкого материала, обрешетка изготавливается сплошной. Такой вариант можно сделать из досок или фанеры, обработанной защитными материалами от повышенной влажности. Когда применяется профнастил, обрешетку выполняют с определенным шагом, зависящим от веса материала и его конструктивных особенностей.
5. Подкосы — элементы из бруса или толстой доски, усиливающие основную конструкцию. Распределяют усилие от стропильных ног на несущие детали. Собранная конструкция из подкосов и затяжек получила название фермы — укрупненной детали с необходимым запасом прочности.
6. Стойки — изготавливаются из отрезков пиломатериала прямоугольного или квадратного сечения. Устанавливаются в вертикальном положении под сходом скатов. Нагрузка от углового соединения стропил крыши распределяется через стойки на внутреннюю несущую стену.
7. Затяжка — брусок или доска, выполняющие крепление стропил в висячей системе. Создает жесткую форму треугольника между стропильными ногами, компенсируя усилие на расползание.

Для изготовления дополнительных деталей можно использовать пиломатериал с сечением, аналогичным для несущих деталей. В целях экономии можно рассчитать и приобрести изделия меньшего сечения.

Вернуться к оглавлению

Два типичных способа устройства стропильных систем

Стропильную систему двускатной крыши можно устроить двумя основными способами:

• висячая стропильная система;
• система наслонного типа.

Висячая система используется для зданий с расстоянием между наружными стенами меньше 10 м, без внутренней несущей стены в середине постройки. При другой конфигурации здания применяется наслонная конструкция стропил.

Если в здании имеются колонны, расположенные по одной из центральных осей, возможно использование комбинированного варианта. Стропильные ноги, расположенные над колоннами, монтируются с упором на поверхность колонн, между ними устанавливаются висячие стропила.

Вернуться к оглавлению

Висячая стропильная система

В конструкциях этого типа установка стропильных балок выполняется на поверхность наружных стен. Недостатком способа является возникновение усилия, распирающего стены. Для компенсации нагрузки балки стягивают при помощи затяжки. Конструкция принимает вид жесткого треугольника, сохраняющего свою форму под воздействием нагрузок. В некоторых случаях роль затяжек могут выполнять балки перекрытия. Такая схема используется при устройстве в чердачном пространстве мансарды.

Конструкции висячих стропил можно выполнить в различных вариантах:

1. Простой вариант арки с тремя шарнирами (рис. 3) — конструкция представляет собой жесткий треугольник, двумя сторонами которого являются стропильные ноги. Основная нагрузка создает усилие на изгиб деталей. Усилие на третьей стороне направлено на растяжение конструкции, поэтому вместо деревянной детали можно использовать стальную стяжку. Соединение нижних концов деталей можно собрать различными способами (рис. 4), врезкой балок в затяжку, использованием деревянных элементов или металлических кронштейнов.
2. Усиленная конструкция (рис. 5) — двухскатная стропильная система, использующаяся для устройства крыш больших зданий производственного назначения с расстоянием между стенами больше 6 м. Для использования в жилых зданиях небольших размеров эта система не подходит. Особенностью конструкции является распределение веса затяжки на конек. Поскольку цельный пиломатериал необходимой длины (6 м и более) найти практически невозможно, затяжка изготавливается из отрезков. Соединение всех элементов выполняется прямой или косой врезкой. Центральная деталь называется бабкой. Соединение бабки с затяжкой выполняется цанговой скруткой с возможностью регулировки натяжения.
3. Устройство арки с затяжкой в верхней части стропильных балок (рис. 6) используется при оборудовании в чердачном пространстве мансарды. При этом усилие на растяжение в стропильных балках возрастает. Нижние концы балок крепятся к брусьям мауэрлата. Крепление должно ограничивать перемещение балок в стороны по брусу, но допускать скольжение поперек. Этим обеспечивается равномерное распределение нагрузки и устойчивость всей системы. Стропильные балки должны образовывать свес.

https://www.youtube.com/watch?v=fOlIW8FXVP8

Разработано много вариантов устройства систем висячего типа. Большинство используется при относительно небольших размерах строений без несущих конструкций внутри зданий. Для построек большего размера нужно использовать систему стропил наслонного типа.

Вернуться к оглавлению

Наслонная стропильная система

Основным отличием этой системы является установка вертикальной балки, опирающейся на внутреннюю несущую стену, расположенную посередине здания. Такая конструкция необходима, когда двухскатная крыша устанавливается на здание с размером между стенами свыше 10 м.

1. Правильно выполненная система безраспорных стропильных балок позволяет избавиться от распирающих стены усилий. Поверхность скатов подвергается только усилию на изгиб. Существует 3 основных варианта устройства таких систем. При всех вариантах нижние концы стропильных балок крепятся по способу скользящей опоры. Для страховки между опорным бруском и стропильной ногой устанавливается дополнительное крепление.
2. Можно использовать стальную полосу, стяжку проволокой. Варианты различаются по способу соединения верхних концов стропильных балок, стыковки с брусом конька. Один из вариантов предполагает укладку стропил на брус в виде скользящей опоры с устройством выреза. Крепление можно выполнить при помощи кронштейнов или специальных скоб. Двускатная крыша, устроенная по следующему варианту, является самой популярной из-за простоты устройства. Верх стропильных балок можно сделать встык или внакладку с вырезанием пазов. Угол нужно скрепить любым из доступных способов и зафиксировать на брусе конька. Третий вариант предполагает жесткое соединение прогона и стропильных балок. Для крепления на стропильные ноги набивают отрезки досок по двум сторонам. На брусе образуется большое изгибающее усилие, но снижается нагрузка на балки стропил.
3. Двускатная крыша для здания с размерами до 14 м должна иметь усиленную стропильную систему. Одним из вариантов повышения прочности является монтаж подкоса. Деталь принимает на себя нагрузку от стропильной ноги, испытывая усилие на сжатие. Чтобы правильно выбрать положение установки элемента, нужно вымерить угол в 45-53° от горизонтальной плоскости здания. Устройство дополнительной опоры превращает обычную балку в усиленный вариант, состоящий из двух пролетов. Для установки подкосов расчеты не требуются, следует просто закрепить его под стропильной балкой, вырезав с максимальной точностью угол стыковки.

Технология устройства двухскатных крыш несложная, все можно выполнить своими руками. Работы нужно начинать с установки и крепления основания на стены, затем смонтировать фронтоны. Работы по изготовлению стропильных балок и укрупнению конструкций желательно выполнять на земле, собранные элементы поднимать, устанавливать на здании, фиксировать при помощи временных креплений. После сборки и установки всех элементов следует закрепить обрешетку и приступать к монтажу кровли.

Стропильная система двускатной крыши, в том числе ее схема и конструкция, а также особенности монтажа

Самая простая по исполнению двускатная крыша одновременно является и самой надёжной. Доступность исполнения своими руками не даёт повода для самоуверенности — прежде чем приступать к работе, нужно досконально ознакомиться с особенностями конструкции, чтобы квалифицировано принимать решения и исполнять их.

Содержание

• 1 Схема и особенности устройства двускатной крыши

  • 1.1 Фотогалерея: как можно использовать пространство под двускатной крышей

  • 1. 2 Конструкция стропильной системы двускатной крыши

• 2 Расчёт нагрузки на стропильную систему двускатной кровли

  • 2.1 Таблица: поправочный коэффициент для расчёта ветровой нагрузки (учёт высоты здания и типа местности)

  • 2.2 Таблица: весовые показатели некоторых материалов для крыши

  • 2.3 Видео: расчёт стропильной системы

• 3 Виды стропильных систем двускатной крыши

  • 3.1 Особенности устройства висячей стропильной системы

    • 3.1.1 Видео: стропильня система пошагово

  • 3.2 Стропильные системы наслонного типа

  • 3.3 Определение шага стропил двускатной крыши

• 4 Узлы стропильной системы двускатной крыши

  • 4.1 Фотогалерея: виды соединений в узлах стропильной системы двускатной кровли

• 5 Монтаж двускатной стропильной системы

  • 5.1 Сборка стропильных ферм на земле

  • 5. 2 Сборка стропильных ног непосредственно по месту установки

    • 5.2.1 Видео: установка стропил своими руками

• 6 Советы и рекомендации по монтажу двускатной стропильной системы

  • 6.1 Видео: двускатная крыша для металлочерепицы

Схема и особенности устройства двускатной крыши

Двускатной называется крыша, образованная пересечением двух прямоугольных скатов под определённым углом. Такое устройство является самым надёжным и простым, поэтому смонтировать двускатную кровлю самостоятельно может даже человек со средними навыками плотницких работ.

Основанием крыши является стропильная система, выполняющая роль опоры для кровельного пирога и финишного покрытия. От её прочности и надёжности зависит срок эксплуатация кровли и комфортность проживания в доме. Стропильная система, подвергающаяся регулярным ветровым и снеговым нагрузкам, должна быть надёжно закреплена на корпусе здания. Эта задача решается при помощи мауэрлата, который прочно фиксируется к верхней плоскости стен дома. Таким образом создаётся практически монолитная система, надёжно защищающая внутреннее пространство дома от любых проявлений внешней среды.

Фотогалерея: как можно использовать пространство под двускатной крышей

Под двускатной крышей можно устроить жилую мансарду

Двускатная крыша с датской полувальмой облагораживает экстерьер здания и позволяет увеличить размер мансарды

Мансарду над гаражом можно использовать для хранения запчастей, устройства комнаты отдыха или для оборудования склада хозяйственной техники

Площадь мансарды под двускатной крышей зависит от высоты конька и угла наклона скатов

Конструкция стропильной системы двускатной крыши

Крыша с двумя противоположными скатами — самая распространённая конструкция из применяемых в индивидуальном жилищном строительстве. Линия пересечения образует конёк, а боковые проёмы крайних стропильных ног служат для устройства фронтонов — вертикально расположенных стенок, создающих замкнутое подкровельное пространство. Для получения прочной и долговечной конструкции применяется множество подпорных и укрепляющих элементов, придающих дополнительную жёсткость всему сооружению. В основе двускатной конструкции лежит треугольник — наиболее жёсткая геометрическая фигура. Стропильная система состоит из следующих основных элементов:

1. Мауэрлат — это деревянный брус, выполняющий роль связующего элемента между коробкой дома и его стропильной системой. К стенам он крепится резьбовыми шпильками, анкерными винтами или проволочными жгутами. Размер поперечного сечения бруса составляет от 100х100 до 150х150 мм и зависит от размера здания, его этажности и формы крыши.
2. Стропильная нога — деревянный брус размером 50х150 или 100х150 мм, соединяющийся в верхней точке крыши с коньком и опирающийся противоположным концом на мауэрлат. Стропила — основной несущий элемент кровельной системы, воспринимающий все виды внешних нагрузок: ветра, снега, дождя и собственного веса конструкции.

   Стропильные фермы формируют силовой каркас крыши и определяют её геометрическую форму

3. Лежень — брус из древесины, укладываемый горизонтально с опорой на внутреннюю несущую стену. Размер лежня, как правило, равен размеру мауэрлата. Является опорой для кровельных стоек.
4. Затяжка — элемент, применяемый в висячих стропильных системах. Его назначение — компенсация растягивающих усилий, возникающих на нижних концах стропильных ног.
5. Стойки — брусья квадратного сечения, передающие часть нагрузки от стропил на лежни.
6. Подкосы — элементы конструкции, передающие часть нагрузки от стропильных ног на затяжку. Таким образом формируется ферма, обладающая повышенными прочностными характеристиками.
7. Контробрешётка — деревянные бруски размером от 25х50 до 50х50 мм, набиваемые на верхнее ребро стропил. Назначение контробрешётки — образование вентиляционного зазора между обрешёткой и гидроизолирующей плёнкой. Этот элемент обязателен при устройстве кровельного пирога на мансарде.
8. Обрешётка — опорное основание для установки финишного покрытия кровли. Обрешётка бывает сплошной или разреженной и может быть выполнена из доски толщиной 25 мм, водостойкой фанеры, листов ОСП и других подобных материалов. Выбор конструкции обрешётки зависит от характеристик финишного покрытия.
9. Конёк — горизонтально расположенная балка, по которой происходит пересечение противоположных скатов.
10. Свес кровли — является продолжением стропил на расстояние до 40 см от стен здания. Защищает стены от намокания, а также служит для размещения софитов, являющихся составной частью системы вентиляции подкровельного пространства. При недостаточной длине стропила свес формируется дополнительными деталями для их удлинения — кобылками.

    Стропильная система двускатной крыши состоит из ферм треугольной формы, опирающихся на мауэрлат и конёк, обрешётки и нескольких вспомогательных элементов, усиливающих конструкцию

Расчёт нагрузки на стропильную систему двускатной кровли

Стропильная система испытывает определённые нагрузки, которые можно разделить на два вида.

1. Постоянные нагрузки, действующие независимо от любых других факторов. Их величина определяется конструкцией кровельного пирога и состоит из веса гидроизолирующих и парозащитных плёнок, утеплителя, доборных элементов, крепежа и любых других элементов кровельного покрытия, включая финишное. На практике средний вес всех составляющих кровли дома составляет порядка 40–45 кг/м². Более точно эту величину можно вычислить, просуммировав значения удельной нагрузки каждого используемого материала, которые можно взять из справочных таблиц. Рассчитывая вес кровли, рекомендуется заложить запас прочности величиной в 10%.

   При расчёте нагрузки учитывается вес каждого элемента кровельного пирога

2. Переменные нагрузки. К таковым относятся воздействия ветра и снега в зависимости от их интенсивности. По сути, кровля дома представляет собой парус, воспринимающие нагрузку от ветра. Сила непосредственного воздействия на кровлю по нормали зависит от угла наклона ската — чем он меньше, тем ниже нагрузка. Одновременно на подветренном скате возникают завихрения, и появляется нагрузка на крышу с обратным вектором воздействия. При ураганных ветрах усилие на отрыв может достигать 630 кг/м². К переменным нагрузкам относятся и снеговые воздействия. Нужно заметить, что они также имеют чётко выраженные региональные показатели.

   Ветровые нагрузки являются фактором риска для кровель, поскольку они создают большие отрывающие и опрокидывающие усилия

Очевидно, что тщательный расчёт нагрузок от снега и ветра с учётом местных климатических условий жизненно необходим при выборе конструкции и материалов кровли. Эти нагрузки можно определить по карте, составленной на основании СНиП 2.01.07–85.

По карте можно определить величину ветровой и снеговой нагрузки в регионе строительства

Отмеченные на картах значения снеговой и ветровой нагрузки для каждого района называются нормативным. Для того чтобы получить расчётную снеговую нагрузку, нормативную величину нужно умножить на специальный коэффициент, который учитывает угол наклона крыши. Этот коэффициент равен:

• 1 при уклоне менее 25^o;
• 0,7 при угле наклона от 25 до 60^o;
• 0 для более крутых скатов.

Расчётная ветровая нагрузка определяется умножением нормативного значения на коэффициент, учитывающий высоту здания и тип местности, в которой ведётся строительство.

Таблица: поправочный коэффициент для расчёта ветровой нагрузки (учёт высоты здания и типа местности)

Удельную нагрузку наиболее популярных кровельных материалов можно взять из следующей таблицы.

Таблица: весовые показатели некоторых материалов для крыши

Учитывать особенности воздействия разных видов нагрузок можно только в совокупности, поэтому расчёты подобного характера нужно доверить опытному специалисту.

Подробнее о том, как правильно произвести расчёты, читайте в нашей статье — Надёжный косяк: расчёт стропильной системы двускатной крыши.

Видео: расчёт стропильной системы

Виды стропильных систем двускатной крыши

По принципу устройства стропильные системы бывают двух типов:

1. Висячие.
2. Наслонные.

Висячие стропила используются для зданий, в которых несущие опоры расположены на расстоянии до 10 метров при отсутствии промежуточной стены внутри коробки здания. Для других случаев необходимо использовать наслонную стропильную систему.

Особенности устройства висячей стропильной системы

Опорой для висячих стропил являются наружные стены. Поскольку арка имеет соединение в верхней точке, при воздействии на неё вертикальных нагрузок на нижних опорах создаются распирающие нагрузки. Для их компенсации используются затяжки — горизонтальные связки между нижними концами стропильной ноги. В результате получается жёсткий силовой треугольник. При устройстве мансардного помещения в качестве затяжки используются балки перекрытия. Возможны различные конструктивные решения висячей стропильной системы:

1. Простая трёхшарнирная арка. Представляет собой конструкцию в виде треугольника. При этом затяжка работает только на растяжение и не является опорной. Поэтому её можно заменить обычной металлической балкой. Соединение карнизного узла в этом случае выполняется простой ортогональной врезкой с использованием деревянных накладок или металлических пластин.

   Трёхшарнирная арка является самой простой конструкцией стропильной фермы для двускатной крыши

2. Трёхшарнирная арка с усилением. Такая схема применялась ранее при возведении промышленных зданий, когда длина пролёта превышала 6 метров. Затяжка при этом подвешивается на бабке из древесины. Соединение узлов производится с применением металлических деталей и снабжается устройствами для регулировки натяжения. Основная нагрузка в такой системе приходится на конёк кровли. В индивидуальном жилищном строительстве такие стропильные системы не применяются.

   Трёхшарнирная арка с усилением отличается от простой наличием вертикального ребра жёсткости (бабки) и возможностью регулировки натяжения в местах соединений

3. Шарнирная арка с поднятой затяжкой. В этом варианте стропильная нога частично разгружается через конёк крыши подвеской к приподнятой затяжке. Она поднимается на высоту не менее 2,2 м от уровня пола чердака. Такая система идеально подходит для устройства мансардного помещения в подкровельном пространстве. Соединение затяжки со стропилами производится врезкой, в результате чего соединение в узле становится неподвижным.

   Шарнирная арка с поднятой затяжкой идеально подходит для устройства мансардного подкровельного помещения

4. Трёхшарнирная арка с ригелем используется для усиления стропильной системы при помощи создания дополнительного силового треугольника. Система применяется при значительных распирающих нагрузках. Соединение ригеля со стропилом должно быть неподвижным, в противном случае вся система не будет иметь необходимой жёсткости.

   Дополнительный горизонтальный элемент (ригель) придаёт системе большую устойчивость к распирающим нагрузкам

Ригель, в отличие от нижней затяжки, работает на сжатие, а не на растяжение.

Кроме перечисленных используются также и другие элементы для усиления кровельного скелета. Весьма популярными являются подкосы и стойки, располагаемые в системе на местах наибольших нагрузок на стропила.

В наиболее нагруженных местах стропильные фермы могут усиливаться подкосами и стойками

Видео: стропильня система пошагово

Стропильные системы наслонного типа

Наслонные стропила применяются для зданий шириной более 10 метров. Для них характерно наличие несущей стены внутри здания, которая является дополнительной опорой для стропильной системы. Наслонные конструкции бывают нескольких видов:

1. Безраспорные. Стропила в таком варианте подвергаются только изгибу, не производя распорных нагрузок. Нижний конец опирается на мауэрлат или опорный брус врубкой зубом, верхний — на коньковый прогон. Крепление в узлах производится по принципу скользящих опор. Иногда используется глухое крепление стропильных ног к коньковому прогону с использованием деревянных пластин. При этом усиленную нагрузку несёт балка, за счёт чего частично разгружается стропило.

   Скользящее крепление оставляет возможность небольших взаимных перемещений деталей конструкции стропил при деформациях здания

2. Распорные. Такие стропильные системы отличаются глухим креплением стропильных ног к мауэрлату. При этом стропила передают распорные нагрузки на мауэрлат, а через него и на стену. Поэтому при использовании этого варианта конструкции особенно важным является надёжное крепление опорного бруса к стене и изготовление армированного железобетонного пояса под мауэрлат. В распорных конструкциях широко применяются подкосы. Их устанавливают на стойки под прямым углом к стропилу, при этом несущая способность последних заметно возрастает.

В безраспорных наслонных системах основная нагрузка от кровельного каркаса передаётся на мауэрлат

Определение шага стропил двускатной крыши

Задача обеспечения достаточной прочности стропильной системы решается подбором материала для изготовления её элементов и расчётом параметров их установки. Шаг стропил является одним из таких элементов и подбирается в зависимости от веса кровельного пирога. Расстояние между опорными балками обычно устанавливается в пределах 0,6–1,5 м. Реальный шаг между стропилами зависит от геометрии кровли и рассчитывается следующим образом:

1. Определяется количество стропильных ног. Для этого нужно воспользоваться соотношением n = L / d₁ + 1, где n — количество стропильных ног, L — длина кровли по коньку, d₁ — желаемое расстояние между стропилами.
2. Вычисляется расчётное расстояние между стропилами, для чего длина кровли по коньку делится на полученное в предыдущем пункте количество: d = L / n.

Для примера рассмотрим вариант с длиной крыши 13 м при предпочтительном расстоянии между стропилами 750 мм (вариант для кровли с керамической черепицей).

1. Количество стропильных ног n = 13000 / 750 +1 = 18,33. Поскольку число стропил должно сбыть целым, округляем это значение до 19.
2. Шаг стропил d = 13000 : 19 = 684 (мм).

Таким образом, на выбранной нами крыше стропила необходимо устанавливать с шагом 68,4 мм.

Следует помнить, что полученный результат является расстоянием между осями стропил.

Узлы стропильной системы двускатной крыши

Основные типы соединений в узлах несущей конструкции кровли мы уже рассмотрели выше. Но имеет смысл подробнее остановиться на вспомогательных материалах, позволяющих сделать стропильную систему более надёжной и прочной.

Усилить крепление деталей при монтаже стропильной системы можно при помощи металлических пластин и уголков различной формы

Такие изделия производятся из оцинкованной стали толщиной до 1,5 мм. Они имеют различную конфигурацию и могут быть установлены на любом виде соединения.

Фотогалерея: виды соединений в узлах стропильной системы двускатной кровли

В коньковой части стропильные ноги обычно соединяются плоскими пластинами на болтах

Для усиления конструкции стропильной системы нужно подбирать металлические пластины, соответствующие конфигурации крепёжного узла

Скользящие сопряжения узлов разгружают стропильную конструкцию

Узлы примыкания в стропильной системе можно дополнительно усиливать металлическими вставками

В зависимости от типа применяемой стропильной системы существуют разные способы крепления конькового узла

На плоских соединениях, работающих под большими нагрузками, удобно использовать гвоздевые пластины

Все стыковочные узлы стропильной системы несут функцию усиления стропил за счёт перераспределения нагрузок и упрочнения несущих элементов. Так, в нижней части стропило опирают на мауэрлат под прямым углом, для чего выполняют соответствующие врезки.

Для усиления стропильной системы стараются использовать соединения с максимальной несущей способностью, например, врезку стропила в мауэрлат под прямым углом

Кроме того, для дополнительного усиления в стыковочных узлах используются металлические крепёжные пластины. Этот же принцип используется и при установке подкосов к стропилу. В любом случае сопрягаемые детали должны работать «на упор» и не смещаться в процессе эксплуатации.

Любые детали должны нагружаться вдоль своей оси

Можно назвать три основных вида узлов в стропильной системе:

1. Коньковые соединения. Это стыковка двух стропильных ног под заданным углом по линии пересечения скатов. Могут быть шарнирными или глухими. Первые применяются при устройстве стропильной системы на брусовых или бревенчатых домах, которые склонны проседать и приподниматься в зависимости от сезона в течение практически всего срока эксплуатации. Глухие соединения используются в стропильных системах домов из строительного камня. В таких строениях поверх стены устанавливается армированный пояс, который и принимает на себя боковые нагрузки.
2. Крепление нижних концов стропильных ног к мауэрлату. Поскольку они расположены под углом к опорному брусу, создаётся скользящий вектор, направленный во внешнюю от строения сторону. Для его компенсации в мауэрлате производится врезка, а на стропиле — пятка. Стропило вставляется в паз с упором на неё и крепится гвоздём через ребро балки в мауэрлат. Применяются также дополнительные опорные детали из брусков. В тех случаях, когда стропильная балка должна перемещаться (на деревянных срубах), применяются скользящие крепления. Они дают возможность компенсировать сезонные изменения высоты стен.
3. Другие узлы. Все остальные детали стропильных систем являются по сути упорными элементами, работающими на сжатие, редко — на растяжение. Они устанавливаются путём врезки в сопрягаемые детали, чтобы не допустить их смещения под нагрузкой. К таким деталям можно отнести ригели, подкосы, стойки, упоры и другие подобные детали.

Для более прочного соединения используются дополнительные элементы, упомянутые выше.

Монтаж двускатной стропильной системы

В настоящее время строительный рынок предлагает услуги по изготовлению стропильных ферм в индивидуальном исполнении для конкретных построек. Нужно отметить, что такая услуга имеет ряд преимуществ:

1. Гарантированное качество изделий, обеспеченное применением специального оборудования и технологий сборки.
2. Безопасность в противопожарном отношении, поскольку все детали ферм подвергаются антипиреновой обработке.
3. Увеличенный срок службы, который достигается антибактериальной обработкой изделий специальными составами.
4. Простота установки готовых ферм.

Единственным недостатком такого способа установки стропильной системы является относительно высокая стоимость изделий.

Для самостоятельного возведения двускатной крыши можно использовать готовые стропильные фермы, заказанные у профессиональных производителей

Сборка стропильных ферм на земле

Сборка стропил на земле используется в тех случаях, когда непосредственно у дома имеется ровная площадка достаточных размеров для изготовления ферм. При этом монтируются не полные фермы, а жёсткие конструкции из трёх-четырёх деталей, которые могут быть подняты к месту установки усилиями двух-трёх человек. Подъём производится при помощи канатов по слегам. Преимущество такого способа сборки состоит в возможности использования единого шаблона, чем обеспечивается высокая точность изготовления каждого элемента конструкции. Возможный вариант частичного монтажа ферм внизу выглядит следующим образом:

1. Изготовить стапель для сборки ферм. Он представляет собой три площадки, расстояние между которыми соответствует длине сопрягаемых деталей. Их можно собрать из нескольких досок или брусьев, располагаемых в одной горизонтальной плоскости.

   Для удобства сборки стропильной фрмы на земле необходим свободный участок определённого размера и вспомогательные элементы, на которых можно разместить детали конструкции

2. Для сборки первой фермы нужно взять две стропильных ноги и затяжку — нижнюю или верхнюю.
3. Разложив детали на стапеле, разместить их в соответствии с чертежом фермы и скрепить гвоздями. Проверить заготовку фермы на соответствие размерам, указанным в техдокументации. При необходимости поправить расположение компонентов.
4. Выполнить окончательную фиксацию деталей в узлах фермы, используя дополнительные крепёжные пластины. Гвоздевые пластины можно устанавливать с использованием силовой струбцины, применяя дополнительные подкладки из толстолистовой стали под её губки.

   Силовая струбцина позволяет предварительно стянуть гвоздевые пластины, а затем закрепить их любым удобным способом

5. Уложить детали второй фермы поверх первой и зафиксировать струбцинами, точно повторяя контуры нижней фермы, которая играет роль шаблона. После сборки второй фермы убрать её в сторону.
6. Изготовить необходимое количество ферм, повторяя операции из предыдущего пункта. Таким образом обеспечивается полное соответствие всех изготовленных ферм.

   При изготовлении стропильных ферм по одному шаблону они будут в точности повторять размеры и форму друг друга

Монтаж стропильной системы по месту установки производится следующим образом:

1. На крышу поднимаются первые две фермы. Для этого можно использовать наклонный настил из нескольких брусьев и довольно прочные верёвки.
2. Первыми устанавливаются фронтонные фермы по концам крыши. Их нужно выставить строго вертикально и закрепить к мауэрлату временными укосинами.

   Первыми нужно установить фронтонные фермы

3. Между фронтонными фермами натягивается строительный шнур перпендикулярно расположению стропильных ног.
4. Каждая последующая ферма устанавливается с соблюдением ранее рассчитанного шага стропил.

   Для того чтобы все стропильные фермы были установлены ровно, между крайними конструкциями натягивается шпагат

5. После установки последней фермы вся конструкция стропильной системы укрепляется прогонами, после чего временные крепления демонтируются.
6. Далее монтируются остальные элементы конструкции — укосины, коньковый брус, лежни, стойки и прочее, предусмотренное в проекте стропильной системы.

Дополнительную прочность крыше придаёт обрешётка, набиваемая в последнюю очередь.

Сборка стропильных ног непосредственно по месту установки

Сборка стропил по месту применяется на крышах небольшого размера. При этом наверх подаются бруски-заготовки, из которых выпиливаются необходимые детали. Монтаж выполняется снизу вверх, начиная с установки стропильных ног. Горизонтальный уровень стропильной системы контролируется по натянутым шнурам, а вертикальность сборки ферм — строительным отвесом. Порядок монтажа такой же: сначала монтируются фронтонные фермы, затем остальные в любом удобном порядке.

Сборка стропильной системы непосредственно на крыше начинается с установки стоек и конькового прогона, на который укладываются стропила

В точности выполняя требования чертежей, можно смонтировать стропильную систему самостоятельно. В одиночку это сделать практически невозможно, поэтому участие одного или двух помощников обязательно.

Видео: установка стропил своими руками

https://youtube.com/watch?v=_NcWsu4Uubo

Советы и рекомендации по монтажу двускатной стропильной системы

При сборке стропильного каркаса для двускатной крыши важно придерживаться определённых правил:

1. Вся древесина, используемая для монтажа стропильной системы, должна быть обработана антисептическими и противопожарными составами.
2. При работе с ручным электроинструментом необходимо соблюдать требования безопасности, указанные в инструкциях.
3. Установку гвоздевых пластин нельзя производить при помощи заколачивания молотком, это приводит к их деформации. При монтаже нужно использовать зажимающий инструмент.
4. Под мауэрлатом должен быть проложен слой гидроизоляция. Традиционно для этого используется рубероид.
5. При монтаже стропильной системы нужно использовать крепёж с защитным покрытием.
6. Монтаж стропильной системы следует производить в сухую безветренную погоду.

Видео: двускатная крыша для металлочерепицы

Как и всякая кровельная система, двускатная крыша требует внимательного и ответственного отношения. Ошибки при строительстве таких кровель обходятся, как правило, дорого. Важен не только тщательный подбор материалов, но и грамотное их применение. Тем не менее основную часть работ вполне можно выполнить самостоятельно. Успехов вам!

• Автор: Виталий Калугин
• Распечатать

(1 голос, среднее: 1 из 5)

6 Общие стропильные фермы: все, что вам нужно знать

Зачем вам нужно знать о стропильных фермах? Что ж, если вы планируете какие-либо изменения в своей линии крыши или строите новый дом, вам нужно знать, что такое кровельные фермы и зачем они вам понадобятся. Вот краткое изложение распространенных типов ферм и преимуществ их использования.

Кровельные фермы — хороший способ обрамления крыши, к тому же они намного дешевле традиционных стропил, удобны и универсальны.

Подрядчик использует фермы в качестве альтернативы стропилам или так называемому деревянному каркасу. Фермы — это меньшие куски пиломатериалов; тогда как вы обычно видите стропила из досок размером 2×8 или 2×10. Когда вы используете стропила для каркаса крыши, необходимо нанять квалифицированных плотников для сборки и установки стропил для домашнего или коммерческого использования. Этот аспект специализации стропил делает их более дорогостоящими, чем фермы.

Стропильные фермы составляют каркас крыши. Они влияют на форму крыши и ее потолок, а также обеспечивают поддержку крыши. При производстве фермы проходят инженерный процесс и предварительно изготавливаются в заводских условиях. Используемые материалы легкие и компактные (2×4), и их доставляют на строительные площадки по всей стране.

Фермы состоят из трех частей, включая:

• Верхние пояса
• Нижние пояса (другие идентифицирующие названия = двутавровые балки или потолочные балки)
• Лента/стойка

2. Для чего используются фермы?

Фермы обеспечивают поддержку и прочность каркаса крыши. Они также поддерживают дополнительный вес с течением времени. Несущий каркас фермы обеспечивает как поддержку, так и прочность крыши и имеет решающее значение для каркаса крыши. Кроме того, фермы охватывают перегородку или пространство над комнатой, располагаются через равные промежутки и удерживаются на месте для поддержки продольными стойками. По сути, они имеют треугольную форму и предназначены для поддержания целостности крыши.

Существует множество типов ферм практически для любого кровельного проекта. Вот список из 6 распространенных типов ферм для вашего дома или бизнеса. Если вам нужна более подробная информация о типе ферм, которые вы хотите использовать в своем домашнем проекте, обратитесь за ответами к кровельным компаниям в Делавэре.

Ферма с центральной стойкой

Ферма с центральной стойкой обычно используется для пристроек к дому, строительства гаража и других небольших проектов. Это простая обычная ферма, в которой используется наименьшее количество частей каркаса. Требуется два верхних пояса, нижний шнур и вертикальная стойка (король) и два пояса лямки. Поскольку в этой простой конструкции используется меньше материалов, она обычно стоит дешевле, чем другие фермы; однако фермы этого типа не охватывают большие расстояния, поэтому их лучше всего использовать в небольших проектах.

Ферма Королевской Стойки

Фермы Королевской Стойки обычно используются для крупных жилых домов и пристроек к дому. Конструкция фермы похожа на королевский столб. Это простая и надежная конструкция. Ферма имеет две ферзевые стойки в центре с соединением натяжной балки. Добавленные стойки делают его немного дороже, но две вертикальные стойки дают больший пролет, чем королевская стойка, что позволяет использовать ферму ферзя в более крупных проектах.

Финковая ферма

Финковая ферма — еще одна распространенная ферма, которую можно увидеть в жилищном строительстве. Его лямки имеют форму буквы W, что придает ферме больший диапазон несущей способности. Положение лямки обеспечивает место для хранения и дает дополнительное пространство для более крупных вещей, таких как резервуар для воды. Это одна из самых экономичных ферм, поскольку она охватывает большие расстояния.

Чердачная ферма

Чердачная ферма обеспечит дополнительное место для хранения и даже дополнительную жилую площадь. Есть чердачные фермы, которые сконструированы так, чтобы обеспечить дополнительное чердачное пространство; однако во многих фермах лямки ограничивают чердачное пространство. Чердачная ферма по внешнему виду похожа на ферму королевы, хотя вы размещаете две дальше, чтобы обеспечить дополнительное пространство на чердаке. При широком здании чердачное помещение будет больше. Кроме того, при крутой крыше уклон крыши создаст более высокий мансардный потолок.

Ножничные фермы

Ножничные фермы предназначены для строительных проектов, требующих сводчатых потолков. Ножничная ферма позволяет построить этот тип потолка. Фермой-ножницами наклоняют нижние пояса, которые помогают создать потолок в помещении под ним. Они обеспечивают скорость и легкость
из-за использования уже спроектированных деревянных ферм. Вы можете использовать ножничные фермы в одной части дома, используя другие виды ферм в других областях, где вы не хотите иметь сводчатые потолки. Снаружи дома крыша будет выглядеть однородной даже при высоких потолках в одной или двух зонах. Имейте в виду, что ножничные фермы дороже, чем другие фермы.

Фронтонная ферма

Фронтонные фермы являются опорой крыши жилого дома. Вы обычно используете их с другими фермами, так как фронтонные фермы играют торцевую часть крыши. Их конструкция включает в себя два верхних пояса, нижний шнур и множество вертикальных стоек. Обычно двускатные фермы используются в сочетании с другими типами ферм. У них есть два верхних пояса, один нижний пояс и множество вертикальных стоек. Монтажники крыши размещают фронтонные фермы на каждом конце каркаса крыши для поддержки обшивки крыши. Этот тип фермы дороже (на 25-50 процентов больше), чем стандартные фермы.

У стропильных ферм много преимуществ, но самым большим преимуществом является то, что фермы значительно дешевле стропил (более чем на 30 процентов). Кровельные фермы также полезны, потому что более легкие материалы идут на производство и производство материалов. Они также покупаются в больших количествах, что снижает стоимость материалов.

Затраты на оплату труда, связанные с затратами на фермы, также ниже, поскольку для их изготовления или установки не требуется квалифицированный труд. Еще одним преимуществом стропильной системы является распределение ее веса на крыше. Ферменная система переносит вес крыши на внешние стены дома, а не на внутренние стены. Поскольку несущих стен практически нет, подрядчик может помочь вам создать в вашем доме больше пространства с открытой планировкой. Вам, как домовладельцу, также будет легче снимать внутренние стены в будущем для различных проектов реконструкции дома. С почти бесконечным количеством конструкций с фермами сегодня вы можете выбрать каркас крыши практически для любого стиля.

Если вы ищете ферму для крыши для своего дома или бизнеса и не знаете, какой тип вам нужен, свяжитесь с RGB Construction по телефону 856-264-9093. У нас есть опыт, навыки и ноу-хау, чтобы проконсультировать вас по выбору кровли. RGB также является бизнесом, которым владеют и управляют ветераны, что означает в первую очередь честность, а также приверженность делу, качество изготовления и своевременность.

Практический анализ и проектирование стальных ферм крыши в соответствии с американскими стандартами

Стальные фермы крыши представляют собой распространенные конструктивные системы, используемые для проектирования и строительства различных зданий, включая жилые, коммерческие и промышленные сооружения, с охватом больших расстояний (Heyman, 2010). ). Эти фермы состоят из ряда соединенных между собой стальных элементов, обычно расположенных в виде треугольника, которые обеспечивают поддержку и устойчивость крыши.

Проектирование и анализ стальных ферм крыши имеют решающее значение для обеспечения структурной целостности и безопасности здания.

В этой статье обсуждается подход к анализу и проектированию стальной фермы крыши путем предоставления типичного тематического исследования и сравнения различных инструментов, обычно используемых для анализа конструкции фермы. Мы рассмотрим:

• Важные факторы, которые следует учитывать при проектировании и анализе ферм
• Допущения моделирования при расчете фермы
• Практический пример анализа и проектирования фермы крыши Pratt для здания в соответствии с американскими стандартами

Введение

В Соединенных Штатах проектирование и анализ стальных ферм крыши обычно основаны на стандарте 360-22 Американского института стальных конструкций (AISC): Спецификация для зданий из конструкционной стали (AISC, 2022).

Эта спецификация содержит рекомендации по проектированию, изготовлению и монтажу конструкционной стали для зданий и других сооружений, таких как мосты и башни. Спецификация AISC включает специальные положения по проектированию и анализу стальных ферм крыши, чтобы убедиться, что они могут выдерживать различные нагрузки и напряжения, которым они могут подвергаться в течение срока службы.

Первым шагом при проектировании стальной фермы крыши является определение нагрузок, которым будет подвергаться ферма. Эти нагрузки включают постоянные нагрузки, которые представляют собой вес самой крыши и любого постоянного оборудования или конструкций, прикрепленных к ней, а также динамические нагрузки, которые представляют собой вес временных предметов, которые могут находиться на крыше.

Кроме того, ферма может подвергаться ветровым нагрузкам, вызванным дующим на крышу ветром, и снеговым нагрузкам, вызванным весом снега, который может скапливаться на крыше.

После определения нагрузок инженер-проектировщик может приступить к определению подходящего размера и конфигурации стальных элементов, из которых состоит ферма. Обычно это связано с использованием компьютерного программного обеспечения, которое может выполнять сложные расчеты для определения оптимальной конструкции. Некоторыми из учитываемых факторов являются прочность стальных элементов, расстояние между элементами и угол наклона элементов относительно друг друга.

Расчетные факторы стальных ферм

При проектировании стальной фермы крыши с использованием американских стандартов проектировщики конструкций должны учитывать несколько важных факторов, чтобы гарантировать, что крыша безопасна, долговечна и способна выдерживать нагрузки и напряжения, которым она будет подвергаться с течением времени.

Прикладываемые нагрузки

Прикладываемые нагрузки делятся на гравитационные и боковые.

• Гравитационные нагрузки , обычно воздействующие на ферму, включают постоянные нагрузки (вес самой крыши), динамические нагрузки (вес любых объектов или людей на крыше) и снеговые нагрузки.
• Боковые силы , обычно воздействующие на ферменную конструкцию, включают ветровые и сейсмические нагрузки, которые также необходимо учитывать при проектировании стальной фермы крыши с использованием американского стандарта.

В связи с этим необходимо тщательно проанализировать требования американских стандартов, чтобы убедиться, что крыша спроектирована таким образом, чтобы выдерживать необходимые нагрузки без обрушения или чрезмерного прогиба.

Выбор материала

Еще одним ключевым моментом при проектировании стальной фермы крыши является выбор материала, так как он определяет общую прочность и долговечность крыши.

Американский стандарт AISC 360-22: Спецификация для зданий из конструкционной стали содержит рекомендации по минимальному пределу текучести стали и другим свойствам, а также допустимым уровням напряжения.

Примеры стальных материалов включают:

• A36: это наиболее часто используемая марка конструкционной стали с минимальным пределом текучести 250 МПа (36 300 фунтов на кв. дюйм). Он подходит для большинства ферм, особенно там, где нагрузка не слишком высока.
• A572: Этот сорт используется для тяжелых нагрузок, требующих повышенной прочности, и доступен в нескольких классах, включая 42, 50, 55, 60 и 65.
• A992: это новейшая марка конструкционной стали с минимальным пределом текучести 345 МПа (50 000 фунтов на кв. дюйм). Он имеет более высокое отношение прочности к весу, чем A36 и A572, что делает его подходящим для длиннопролетных ферм с большими нагрузками.
• A500: Эта марка представляет собой углеродистую сталь, обычно используемую в стальных трубах, где обычно изготавливаются элементы ферм. Как и A572, он имеет несколько марок и классов в зависимости от построенной секции. Этот сорт наиболее часто используется в секциях HSS, которые широко применяются в фермах крыши.

Выбор сечения

При возведении стальной фермы крыши можно использовать различные конструктивные сечения в зависимости от конструкции и требований к нагрузке. Некоторые распространенные конструкционные профили, используемые в конструкции стальных ферм крыши, включают:

• Полые конструкционные профили (HSS) : Это стальные трубы квадратной, прямоугольной или круглой формы, которые обычно используются в качестве элементов фермы.
• Уголки : Это L-образные секции, которые обычно используются для соединения различных элементов фермы, таких как пояса и стержни.
• Швеллеры : Это U-образные секции, которые можно использовать в качестве поясов или перемычек в ферме.
• Трубы : Стальные трубы также могут использоваться в качестве элементов ферм и часто используются в качестве натяжных элементов в фермах.
• Двутавровые балки : Также известные как W-образные балки или широкополочные балки, эти профили имеют двутавровое поперечное сечение и могут использоваться в качестве поясов ферм.
• Т-образные профили : Эти профили имеют Т-образное поперечное сечение и могут использоваться в качестве поясов или перемычек фермы.

Выбор подходящих конструктивных секций для стальной фермы крыши зависит от таких факторов, как пролет, требования к нагрузке, критерии проектирования и доступные материалы.

Геометрия фермы

Геометрия фермы является еще одним важным фактором при проектировании стальной фермы крыши.

В целом под геометрией фермы понимаются физические размеры и компоновка ферменной конструкции. Высота и ширина фермы обычно определяются характеристиками конструкции, которую она должна поддерживать.

Например, высота стропильной фермы может основываться на желаемом наклоне или наклоне крыши, а ширина может определяться с использованием общей ширины здания или расстояния между опорными колоннами. Количество секционных панелей, составляющих ширину фермы, может варьироваться в зависимости от конструкции и требований к несущей способности конструкции. Как правило, ферма состоит из ряда взаимосвязанных треугольников, которые равномерно распределяют вес и напряжение по всей конструкции.

Количество треугольников и, следовательно, количество секционных панелей зависит от размера и формы фермы. Как правило, эти параметры выбираются на основе архитектурного контекста, предпочтений владельца и некоторых конструктивных и строительных ограничений, которые варьируются от одного случая к другому.

В настоящее время в стальной конструкции могут использоваться различные типы ферм.

Как правило, геометрия выбранной фермы должна строго соблюдаться, чтобы гарантировать, что конструкция фермы обеспечивает достаточную прочность и устойчивость при минимальном количестве требуемого материала и соответствует целям архитекторов и владельцев. Примеры распространенных геометрий ферм и описания различных типов ферм можно найти в этой статье.

Огнестойкость

Огнестойкость также важна при проектировании стальной фермы крыши, где ожидается, что крыша будет соответствовать определенным показателям огнестойкости, указанным в американских стандартах, таких как AISC 360 и Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA). s стандарты NFPA 5000 и NFPA 220.

Допущения при моделировании

Элементы ферм обычно считаются шарнирно-соединенными, поскольку они рассчитаны в первую очередь на сопротивление осевым нагрузкам (растяжение или сжатие), а не изгибающим моментам.

Штифтовое соединение между элементами фермы представляет собой простое шарнирное или штифтовое соединение, позволяющее элементам свободно вращаться друг относительно друга.

Этот тип соединения также известен как штифтовое или шарнирное соединение и является обычным элементом ферменных конструкций. Причина использования шарнирных соединений в ферменных конструкциях заключается в том, что никакие сдвигающие или изгибающие усилия не передаются от одного элемента к другому, а между элементами передаются только осевые усилия.

Напротив, элементы рамы, такие как балки, рассчитаны на сопротивление как осевым нагрузкам, так и нагрузкам на сдвиг и моментам, и они обычно соединяются с помощью фиксированных или полуфиксированных (моментостойких) соединений. Эти соединения могут выдерживать осевые и сдвигающие нагрузки и изгибающие моменты, но, как правило, их сложнее анализировать, чем шарнирные соединения.

Тем не менее, в некоторых расчетных случаях элементы фермы считаются элементами каркаса, учитывая, что они представляют собой сварные элементы, оказывающие определенное сопротивление вращению.

Обычно используется другое конструктивное допущение, в котором пояса представляют собой элементы каркаса, а диагональные и вертикальные элементы представляют собой элементы фермы (закрепленные на концах).

Это предположение вытекает из того факта, что пояса обычно изготавливаются из цельного стального элемента, обеспечивающего жесткость, тогда как диагональные и вертикальные элементы привариваются к поясам. Следовательно, соединения между диагональными и вертикальными элементами и поясами аппроксимируются как штифтовые для упрощения расчетов при одновременном эффективном сопротивлении осевым нагрузкам, даже если они физически сварены. Этот подход признает, что фактическое поведение конструкции может незначительно отличаться от сделанных предположений.

В этом разделе будет проведено сравнение различных предположений о соединении узлов для типичного случая фермы.

Рассмотрим типичную ферму Уоррена, как показано на рис. 1. Предположим, что прилагаемые нагрузки включают в себя собственный вес фермы, а также равномерно распределенную силу 685 фунтов/фут на верхний пояс.

Рисунок 1: Пример фермы Уоррена, подверженной распределенной нагрузке 685 фунтов/фут

На рисунке 2 показаны результаты анализа для трех различных случаев.

Рис. 2: Анализ фермы на основе различных расчетов соединений

Кроме того, в Таблице 1 приведены пиковые внутренние силы и изгибающие моменты. Таблица 1: Сравнение максимальных усилий/моментов при различных предположениях о соединениях

Можно видеть, что все силы близки по величине, при этом самая высокая внутренняя осевая сила наблюдается во всех шарнирных соединениях, а самый высокий изгибающий момент при растяжении – в штифтовой/непрерывный, в то время как наибольший изгибающий момент при сжатии достигается в непрерывном случае.

Пример конструкции

Примером конструкции здесь является конструкция стропильной фермы Pratt, предположительно расположенная в Техасе, США. Здание имеет длину 131 фут и ширину 29,4 фута.

Определение геометрии фермы

В этом примере ферма крыши имеет высоту 4,9 фута и шесть секционных панелей, каждая шириной 4,9 фута.

Рисунок 3: Описание примера конструкции стропильной фермы Pratt, принятого в этой статье

Выбор материала фермы и сечения

Предполагается, что ферма изготовлена ​​из стали марки А500. Выбор материала обычно основывается на его доступности на рынке и предполагаемом уровне нагрузки. Например, марка A500 предлагает предел текучести 6 620 682 фунт/фут2, что является хорошим значением для применения в фермах крыши.

После выбора материала следующим шагом будет выбор стального профиля. Различные разделы можно найти в спецификациях AISC. Однако ферма обычно изготавливается из полых квадратных или прямоугольных сечений. По этой причине квадратное полое конструктивное сечение HSS3-1/2X2-1/2X.250 выбрано в качестве начального предположения при проектировании всех элементов, и его допустимая нагрузка будет проверена после завершения анализа нагрузки. После этого размер секции может быть оптимизирован на основе соотношения потребность/производительность для секции растяжения и сжатия в верхнем и нижнем поясах, а также диагональных и вертикальных элементов.

Соответственно, процесс выбора материала и сечения фермы является этапом проектирования фермы, на котором задаются все свойства фермы.

Расчет общих распределенных нагрузок

Гравитационные нагрузки (постоянные и временные нагрузки) обычно прикладывают к верхнему и нижнему поясам фермы по-разному, в зависимости от конкретной конструкции и предполагаемого использования фермы.

Например, в ферме скатной крыши гравитационные нагрузки действуют на верхний пояс фермы. Нижний пояс также может быть спроектирован так, чтобы выдерживать вес любых людей или оборудования, которое может быть расположено в чердачном помещении.

Аналогичная концепция также используется в фермах перекрытий, где гравитационные нагрузки обычно воздействуют на верхний пояс фермы, а нижний пояс несет на себе вес людей, мебели и других подвижных объектов.

В этом примере ферма предназначена для поддержки гравитационных нагрузок, включая постоянные (342 фунта/фут) и временные (154 фунта/фут) нагрузки. Эти нагрузки получаются путем распределения нагрузок крыши на ферму, а затем применяются как линейные нагрузки во время анализа, и комбинация, указанная в уравнении. 1 используется в соответствии с рекомендациями американского стандарта.

Комбинация нагрузок = 1,2 Постоянная нагрузка + 1,6 Временная нагрузка (уравнение 1)

На рис. 4 показаны результаты анализа фермы с использованием ETABS и мастера анализа ферм ClearCalcs. Очевидно, что результаты ClearCalcs совпадают с результатами ETABS, как показано на рисунке 5.

Кроме того, можно увидеть, что максимальная осевая нагрузка составляет около 14 400 кН и 12 700 кН для сжатия и растяжения. Эти значения должны быть приняты, чтобы проверить, обеспечивает ли выбранная секция достаточную способность противостоять приложенным нагрузкам.

Соответственно, исходя из выбранного материала и свойств сечения, сечение HSS3-1/2X2-1/2X.250 обеспечивает достаточную пропускную способность, как указано в спецификациях AISC.

Рисунок 4: Результаты анализа фермы крыши Pratt с использованием ETABS и ClearCalcs руководство по проектированию, изготовлению и монтажу металлоконструкций для зданий и других сооружений.

Элементы фермы обычно имеют штифтовое соединение, что обеспечивает эффективное сопротивление осевым нагрузкам без создания значительных изгибающих напряжений или моментов, но в некоторых случаях их можно считать непрерывными, создавая сопротивление вращению и вызывая более низкую осевую силу по сравнению со штифтовыми соединениями.