Усиление стропильных конструкций

Как увеличить несущую способность стропил

Необходимость в усилении деревянных стропил может возникнуть, если они недостаточно прочны на прогиб, даже если их сечение подходит для нагрузки, которая на них приходится. Для этого используют

• разгружающие балки (подмоги),
• подкосы,
• двухсторонние накладки.

Подмоги ставятся между мауэрлатом и подстропильной ногой (подкосом). Прикрепляют их с помощью болтов или специальных пластин с зубцами.

Двухсторонние накладки применяются, чтобы избежать прогиба стропильной ноги в месте ее опирания на подкос. Именно в этом месте возникает максимальный изгибающий момент. С помощью накладок увеличивается сечение бруса на проблемном участке. Накладки крепятся гвоздями или специальными болтами.

Если стропила прогнулись, их выпрямляют с помощью домкрата (гидроцилиндра), а затем вставляют прочные горизонтальные распорки для удержания соединяемых стропил в прямом состоянии. Таким образом получается конструкция в виде буквы «А».

Важно! Прежде чем выпрямлять стропила, необходимо укрепить место их стыка с мауэрлатом, чтобы во время работы домкрата стропильные ноги не соскочили с балки

Расстояние между стропилами двухскатной крыши и толщина стропила

Шаг стропил двускатной крыши — это пустое место между стропилами. От правильного расчета шага зависит функциональность крыши. Как правило, шаг составляет около метра.

Для более точного расчета расстояния между стропильными досками существует определенная схема расчета:

1. Определяют длину ската.
2. Длину ската делят на расстояние между стропилами.
3. Чтобы определить количество стропильных досок, к полученному значению добавляют единицу и округляют в сторону большего значения. Так определяют, сколько досок надо на скат.
4. Длину ската делят на количество досок, получают расстояние между стропилами.

Такой расчет не всегда окончательный.

Дополнительно следует учесть нагрузку кровельного покрытия (его массу), толщину стропила, а так же размеры стропил для двухскатной крыши.

Толщина стропильной доски во многом зависит от покрывного материала:

• Ондулин. Доски применяют сечением 5х20 см при шаге от 60 до 90 см с настилом обрешетки сечением 4х5 см;
• Металлочерепица. Доски стропильные — 5х15 см, шаг — от 60 см до 95 см;
• Керамическая черепица. Сечение доски — 6х18 см или 5х15 см, расстояние между брусками — от 80 см до 130 см;
• Профнастил. Сечение стропила — 5х15 см, 5х10 см при шаге от 60 см до 90 см;
• Шифер. Сечение бруса такое же, как на профнастил при шаге 60-80 см.

Неправильный расчет длины стропил двускатной крыши, а так же неправильный расчет показателей шага могут привести к провисанию кровли.

Установка стропил двухскатной крыши своими руками требует учесть еще вес стропильной доски и всех дополнительных креплений конструкции.

Как рассчитать стропильную систему двухскатной крыши

Какие еще крепления используются для соединения

Каждый существующий способ крепления предполагает использование соответствующих крепежных элементов. К примеру, со стальными уголками и толстыми проволоками вы уже знакомы. Дополнительно используются разнообразные усиленные уголки, специальная лента, всевозможные болты, гайки и саморезы, крепеж особого назначения и т.д.

Специализированное крепление, выполняет связующую роль при соединении двух элементов, пересекающихся под косым углом

В случае если монтаж будет выполняться с применением кронштейнов, врезки в стропильных ногах не делаются. То есть данный метод позволяет получать максимально надежное и эффективное соединение.

Виды стропильных систем

Существует два варианта конструкции стропильных систем:

• с висячими стропилами;
• наслонная стропильная система.

Принципиальным различием этих вариантов является точка опоры стропильных ног. Первый вариант предусматривает крепление основания стропил к мауэрлату и соединение их в верхней точке, когда прогон (конёк) опирается на них. Второй вариант обеспечивает более прочный прогон, обладающий несущими функциями, а стропила полностью закреплены на мауэрлате и на коньковом брусе.

Оба варианта активно используются. На практике они мало отличаются друг от друга, поскольку особенности реализации того или иного типа напрямую зависят от размеров здания и конструкции несущих стен. Строительство домов средней величины вынуждает использовать конструкции, имеющие большее сходство с наслонным типом, обеспечивающим большую прочность и жесткость системы. Рассмотрим оба варианта подробнее:

Система с висячими стропилами

Традиционный вариант использования висячих стропил — небольшие дома, с максимальным расстоянием между опорами до 6 м. Это объясняется появлением дополнительной нагрузки — помимо веса кровли и воздействия атмосферных факторов стропила получают самонесущие свойства. При увеличении размеров дома нагрузка становится чрезмерной и требует усиления конструкции.

Особенностью висячих стропильных систем является распирающее усилие, прикладываемое к мауэрлату. Для компенсации этого давления и защиты стен от деформации и последующего разрушения обязательно используются затяжки, расположенные в нижней части стропильных ног. При строительстве нередко прибегают к изготовлению т.н. стропильных ферм, имеющих форму равнобедренного треугольника. Они делаются на земле или собираются непосредственно на верхней части дома и устанавливаются на мауэрлат кровли в виде готовой конструкции. Такой способ несколько ускоряет процесс создания крыши, так как используются однотипные элементы, что позволяет повторять одни и те же операции несколько раз и получать нужное количество элементов.

Наслонная стропильная система

Строительство домов средних и крупных размеров требует создания прочной и жесткой стропильной системы. Вес кровли, снеговые и ветровые нагрузки вынуждают использовать наслонный тип системы. Он отличается, прежде всего, техникой монтажа. Сначала устанавливаются опорные элементы — мауэрлат, лежень, стойки и прогон. Они обладают высокой несущей способностью и предназначены для принятия значительных нагрузок, поэтому изготавливаются из бруса. Стропильные ноги устанавливаются с опорой на мауэрлат снизу и на прогон в верхней части, при большой длине они усиливаются подкосами.

Специалисты отмечают большую надёжность наслонной стропильной системы. При сборке нет готовых частей конструкции, поэтому все работы производятся непосредственно на верху здания. Отсутствует необходимость поднимать тяжелые готовые элементы, наверх подается лишь материал. Каждая планка устанавливается отдельно, что позволяет обеспечить точность и плотность присоединения, избежать некачественного монтажа или ошибок. В сравнении с конструкциями с висячими стропилами, наслонные стропильные системы значительно выигрывают в прочности и позволяют получить более качественную и долговечную опорную конструкцию. В регионах с большими количествами осадков, снежными зимами, сильными порывистыми ветрами, наслонная стропильная система для двускатной крыши намного предпочтительнее и надежнее.

Как выбрать оптимальную конструкцию стропил двускатной крыши

Основной критерий выбора — размер и назначение постройки. Небольшие дома, не имеющие большой площади кровельного покрытия, способны обходиться более легкими опорными конструкциями. Постройки средней величины, крупные строения должны иметь прочную и мощную стропильную систему, способную противостоять давлению снега, ветра, выдерживать вес кровли. Для того, чтобы решить, как правильно сделать крышу, надо выяснить климатические особенности в регионе, количество выпадающих осадков, возможность и частоту сильных ветров, обильных снегопадов и т.д. Эти данные участвуют в расчете, они имеются в таблицах СНиП или в справочной литературе.

При этом, не следует слишком усердствовать и строить чрезмерно мощную стропильную систему для небольшого домика. Необходимо помнить, что мощность — это дополнительный материал, а следовательно — возрастание веса конструкции. Оптимальный выбор позволит получить достаточно прочную и лёгкую систему, не перегружающую фундамент и стены, но полностью обеспечивающую защиту от внешних атмосферных проявлений.

Как крепить стропила к мауэрлату

Крепеж стропильной системы в виде стального уголка

Есть два метода крепления стропил к мауэрлату:

1. жесткое;
2. скользящее.

Тип сопряжения выбирают в зависимости от конструкции и формы крыши и, соответственно, от конкретного типа используемых стропил – висячих или наслонных.

Главным принципом жесткого метода соединения стропил с мауэрлатом является полное исключение возможности каких-либо воздействий (сдвиги, повороты, изгиб, кручение) между обоими конструктивными элементами.

Данный результат может быть достигнут следующими способами:

1. креплением при помощи уголков с опорным подшивным брусом;
2. посредством выполнения седла (запила) на стропильной ноге с последующим закреплением полученного соединения при помощи скоб, гвоздей и проволоки.

Первый случай предполагает создание опоры стропильных ног на мауэрлат при помощи опорного бруса.

При этом стропило жестко упирается по линии давления, что возможно благодаря подшиваемому брусу до одного метра в размере, после чего фиксируется по бокам металлический уголок для стропил с целью исключения поперечного смещения.

Второй метод крепления стропильных ног к мауэрлату применяется чаще, и предусматривает прибивание гвоздей с боков, под углом в направлении друг к другу (происходит скрещивание внутри мауэрлата), а после в вертикальном положении забивают третий гвоздь.

В результате узлы крепления стропил достигают высокой жесткости.

Помимо этого, каждый из типов сопряжения страхуется дополнительным соединением стропильных ног со стеной здания при помощи анкеров и проволоки-катанки.

Стропила одного типа, то есть имеющие одинаковый угол ската по всей площади крыши, подготавливаются при помощи шаблона единообразным способом.

Скользящее крепление стропил выполняют с использованием подобного крепежа

Шарнирное или скользящее сопряжение с двумя уровнями свободы достигается путем применения специального крепежа, обеспечивающего возможность свободного перемещения (в заданных пределах) одного из сопрягаемых элементов.

В нашем случае данным элементом служит стропильная нога по отношению к мауэрлату. Выделяют следующие варианты крепления стропил к мауэрлату с обеспечением возможности сдвигов:

1. Выполнение запила с последующей укладкой стропила запилом на мауэрлат:
2. соединение с боков двумя гвоздями наискось в направлении друг к другу;
3. соединение при помощи одного гвоздя, прибиваемого сверху в вертикальном положении сверху вниз сквозь стропильную ногу в тело мауэрлата;
4. как альтернатива гвоздям – стальные пластины для крепления стропил, имеющие отверстия под гвозди;
5. крепление стропила к мауэрлату при помощи скобы.
6. Выпуск стропильной ноги за стену с выполнением единичного крепления крепежными пластинами.
7. Крепление при помощи специального стального крепежа для стропил – так называемыми «салазками».

Все перечисленные методы позволяют стропильной ноге упираться в мауэрлат, однако при подвижках система обладает возможностью двигаться относительно друг друга.

Сопряжение скользящего типа часто можно встретить при постройке домов. Особенно подобный прием соединения стропил и мауэрлата актуален для деревянных домов, сооружаемых из бруса или бревен.

Постепенная усадка стен здания приводит к искажению первоначальной геометрии дома, а это при использовании жестких сопряжений может привести к нарушению целостности стен.

Благодаря скользящим соединениям, бревенчатые стены, фронтоны, а также вся остальная конструкция крыши может постепенно как бы подстраиваться под усадку.

Сборка всей конструкции производится сперва на земле. Выполняются все замеры, выпиливаются врезки в стропильных ногах и мауэрлате, после чего проходят тщательную подгонку.

А далее производится крепление стропильных ног и установка других элементов кровли на здание в порядке очередности.

Разрешены ли изменения несущих колонн и как получить разрешение на их усиление

Так как любые работы по изменению несущих конструкций могут повлиять на безопасность здания, разрешения и согласования нужно получать по следующим направлениям:

• на любые виды работ требуется согласие собственников объекта;
• если работы проводятся в рамках реконструкции, нужно пройти экспертизу проекта, получить разрешение на строительство через стройнадзор;
• если усиление предусмотрено в рамках перепланировки в многоквартирных домах, на проект нужно получить согласование жилищной инспекции;
• для перепланировки с усилением колонн в нежилых зданиях проект утверждает сам собственник.

При любых изменениях несущих конструкций и усилении колонн нужно проводить обследования, разрабатывать проектную документацию. Выполнение работ без согласований и разрешений влечет применение административных санкций. Кроме того, собственника могут обязать вернуть конструкции в исходное состояние, если в ходе работ было допущено ухудшением их характеристик.

Подбор сечения

Перед началом расчета собирают нагрузки на стропила. Они бывают двух видов: постоянные и временные. Постоянные включают в себя массу всех слоев крыши:

• подшивка;
• стропила;
• утеплитель;
• обрешетка;
• кровельное покрытие.

Массу пароизоляции и гидроизоляции можно не учитывать. Можно использовать примерные значения. Для крыши с покрытием из металлической черепицы постоянная нагрузка принимается равной 60 кг/м2, из битумной — 70 кг/м2, из керамической — 120 кг/м2.

Снеговая нагрузка зависит от климатического региона. Она указана в СП «Нагрузки и воздействия». Чтобы не запутаться, пользуются специальными картами. При угле наклона кровли более 45 градусов снеговую нагрузку считают равной нулю.

После нахождения массы кровли выполняют расчет. Его делают по двум предельным состояниям: на прочность и на прогиб.

Первая формула расчета на прочность — для поиска расчетной нагрузки:

q1= (1,1*gn*cosα + 1,4*pn*cosα2)*a,

• где q1 — расчетная нагрузка,
• gn — постоянная нагрузка,
• pn —снеговая нагрузка,
• cosα — косинус угла наклона кровли,
• a — шаг стропил.

Дальше находят расчетный изгибающий момент M = 0,125*q1*l2*100. Здесь l2 — величина пролета стропильной ноги в квадрате. Следующий шаг — нахождение расчетного момента сопротивления W. Для этого M делят на расчетное сопротивление древесины изгибу, равное 130 кг/см2.

W = b*h2/6. W уже известно, b — это ширина сечения стропила, которую принимают 5 или 10 см. В уравнении остается только одно неизвестное h — высота стропильной ноги.

Следующий расчет на изгиб. В первую очередь находят нагрузку:

q1н = (gн* cosα + pn*cosα2)*a.

Очень похоже на первый вариант, но без коэффициентов. После этого вычисляют момент инерции I = (5* q1н*l3*200)/(384*1000). l3 — пролет ноги в кубической степени. I = b*h3/12. I известно, b берут такое же, как и в первой части расчета. В уравнении остается одно неизвестное h. После двух вычислений из h для стропильной ноги назначают то, которое больше. Это будет минимальным размером.

Также при выборе высоты стропильной балки стоит учесть толщину утеплителя. Его укладывают при использовании подкровельного пространства в качестве мансарды или теплого чердака. Толщину теплоизоляционного материала выбирают в зависимости от климатического региона. Рекомендуют высоту стропил назначать на 2—3 см больше. Это нужно для обеспечения вентиляционного зазора.

Укрепление стропил: практические советы

Усиление конструкций скатной крыши подразумевает комплекс работ, направленных на исправление повреждений деревянных элементов, подвергшихся биологическому разрушению, либо на устранение деформаций стропил и узлов крепления.

Чаще всего можно столкнуться с такой проблемой, как прогиб стропильных ног в процессе эксплуатации кровли, но внимательно следует отнестись и к качеству крепления стропил еще на этапе возведения кровли гаража или других построек.

Одним из принципиально важных узлов является место крепления стропил к коньку крыши. При наличии расхождений, необходимо оперативно исправить это дефект. Технология работ может потребовать применения домкрата, чтобы обеспечить плотное прилегание стропильной ноги в коньковой части.

Место, где стыкуются стропила, необходимо качественно укрепить. Усиление выполняется при помощи металлической перфорированной полосы, либо деревянной накладки из доски толщиной не менее 2 см. Накладка монтируется непосредственно под коньком.

способы и схемы соединения стропил в коньке

Далее следует устранить прогиб стропил. С этой целью задействуется гидроцилиндр. При помощи саморезов рекомендуется с внутренней стороны стропила выполнить крепление деревянных треугольных упоров. После чего стропило выпрямляется при помощи гидроцилиндра и устанавливается жесткая распирающая перемычка, которая предотвращает деформацию фермы крыши под внешними нагрузками.

Чтобы выполнить усиление деревянных стропильных ног методом наращивания бруса, необходимо подготовить брус необходимой ширины – она должна соответствовать размерам стропила, либо немного превосходить их. Прежде чем выполнять надежную фиксацию усиливающего бруса, данный элемент лучше всего закрепить на стропиле при помощи саморезов. Далее следует выполнить несколько сквозных отверстий через стропильную ногу и укрепляющий брус для крепления элементов шпильками.

Отверстия должны располагаться в шахматном порядке, с шагом около 30-50 см. Такой принцип крепежа дает возможность увеличить сопротивление конструкции при нагрузках на изгиб. Диаметр отверстий должен точно соответствовать диаметру крепежных элементов.

В подготовленные отверстия вставляются резьбовые шпильки, на их концы надеваются широкие шайбы и навинчиваются самоконтрящиеся гайки – это позволяет создать надежный крепеж, который не разболтается в процессе эксплуатации стропильной системы. Затягивание гаек выполняется до появления звука потрескивания древесины.

Вентиляция чердачного помещения

Усиление стропильной системы – важная, но не единственная часть реконструкции кровли. Для ее длительной эксплуатации на чердаке должен быть достаточный воздухообмен. При недостаточном воздухообмене на чердаке, при загнивании древесины и развитии грибковых спор на деревянных конструкциях крыши необходимо провести мероприятие по восстановлению вентиляции. В чердачном помещении дополнительно устраивают продухи и слуховые окна. Соотношение площади поперечного сечения к площади чердачного перекрытия должно составлять 1:300 – 1:500.

Необходимо также выяснить, какова температура воздуха на верхней границе утеплителя (при любой отрицательной наружной температуре воздуха она не должна превышать 2°С), изучить характер движения воздуха. Слежавшийся утеплитель, примерно раз в пять лет, необходимо разрыхлять. При толщине наружных стен до 1 метра, его фактическую толщину лучше увеличить на 50%, так как с течением времени его теплоизоляционные свойства ухудшаются. Ширина продухов должна находиться в пределах 2 – 2,5 см. Также необходимо проверить и восстановить, если это нужно, пароизоляцию под слоем утеплителя.

Крепление стропил к мауэрлату

Правильное крепление стропил к коньковому брусу и к мауэрлату является непременным условием профессионально выполненного монтажа крыши.

Для монтажа стропил к мауэрлату используют один из двух типов сопряжения:

1. скользящий;
2. жесткий.

Выбор зависит от формы крыши и ее конструкционных особенностей, а соответственно от того, какие выбраны стропила – наслонные или висячие.

Жесткий метод предполагает, что соединение стропил и мауэрлата выполняется таким образом, что исключается возможность поворотов, сдвигов, изгибов, кручения между этими двумя элементами (читайте: «Чем и как крепить стропила к мауэрлату»).

Для достижения такого результата можно воспользоваться одним из ниже перечисленных способов:

1. используя уголки для крепления стропил и опорный подшивной брус;
2. путем выполнения запила на стропильной ноге и дальнейшего закрепления соединения с помощью гвоздей, скоб и проволоки.

Что касается второго метода, то его используют чаще, чем первый. Он предусматривает, что с боков под углом прибиваются гвозди в направлении друг к другу (в результате они перекрещиваются внутри мауэрлата). После этого третий гвоздь забивают вертикально. Полученные узлы крепления стропильной конструкции обеспечивают высокую жесткость (прочтите также: «Узлы крепления стропил — элементы конструкции»).

Дополнительно оба способа сопряжения подстраховывают, используя крепление стропил к кирпичной стене или бетонной с помощью проволоки-катанки и анкеров. Подготавливают стропила к монтажу, если они имеют одинаковый угол наклона по всей кровле путем использования шаблона.

Установка стропильной системы, детали на видео:

Скользящее соединение, его еще называют шарнирным, достигается при помощи создания специального крепежа, который обеспечивает возможность перемещаться свободно в заданных пределах одному из сопрягаемых элементов. В данном конкретном случае такой деталью является стропильная нога, а двигаться она будет по отношению к мауэрлату.

Существуют следующие способы установки стропил к мауэрлату, обеспечивающие смещение:

1. при помощи запила и последующей укладки стропила местом запила на мауэрлат;
2. путем забивания с боков двух гвоздей наискосок в направлении один к другому;
3. соединением с применением одного гвоздя, который прибивают в вертикальном положении сверху вниз сквозь стропильную ногу в мауэрлат. В качестве альтернативы можно использовать крепежные пластины для стропил, у которых имеются отверстия для гвоздей;
4. методом крепления при помощи скобы;
5. путем выпуска стропильной ноги за пределы стены с применением единичного крепления пластинами;
6. при помощи использования специально разработанного для стропил стального крепежа, который называют «салазками».

Все описанные способы с одной стороны дают возможность стропильной ноге упереться в мауэрлат, а с другой в случае подвижки конструкции ее элементы могут перемещаться по отношению друг к другу.

Скользящий тип встречается при постройке домов довольно часто, особенно такое соединение стропил и мауэрлата популярно при обустройстве деревянных домов, которые возводятся из бревен или бруса. Со временем изначальная геометрия строения искажается, поскольку происходит усадка стен и использование жестких сопряжений приводит к тому, что целостность стен нарушается. Крепление стропил к срубу при помощи скользящего соединения позволяет бревенчатым стенам, фронтонам и другим элементам здания подстраиваться под усадку.

Также не устраивается жестким способом крепление стропил в коньке. Сборку всей конструкции выполняют сначала на земле. Прежде, чем установить стропила для крыши выполняют замеры, выпиливают врезки в мауэрлате и стропильных ногах, после этого выполняют тщательную подгонку.

Как увеличить несущую способность стропил

Необходимость в усилении деревянных стропил может возникнуть, если они недостаточно прочны на прогиб, даже если их сечение подходит для нагрузки, которая на них приходится. Для этого используют

• разгружающие балки (подмоги),
• подкосы,
• двухсторонние накладки.

Подмоги ставятся между мауэрлатом и подстропильной ногой (подкосом). Прикрепляют их с помощью болтов или специальных пластин с зубцами.

Двухсторонние накладки применяются, чтобы избежать прогиба стропильной ноги в месте ее опирания на подкос. Именно в этом месте возникает максимальный изгибающий момент. С помощью накладок увеличивается сечение бруса на проблемном участке. Накладки крепятся гвоздями или специальными болтами.

Если стропила прогнулись, их выпрямляют с помощью домкрата (гидроцилиндра), а затем вставляют прочные горизонтальные распорки для удержания соединяемых стропил в прямом состоянии. Таким образом получается конструкция в виде буквы «А».

Важно! Прежде чем выпрямлять стропила, необходимо укрепить место их стыка с мауэрлатом, чтобы во время работы домкрата стропильные ноги не соскочили с балки

Соединение на эркере

Крыша эркера может быть отдельной или соединенной с основной кровлей дома. Форма ее может быть самой разнообразной: двухскатной, многощипцовой, сложной вальмовой. Простейший вариант — двухскатная кровля. Для сооружения крыши эркера по периметру устанавливают мауэрлат. В кирпичных или бетонных домах предварительно заливают армирующий пояс, а уже на него устанавливают мауэрлат.

Стропила для крыши эркера берут тоньше, чем для основной кровли, так как нагрузка на них меньше. Их устанавливают таким образом, чтобы они выступали за мауэрлат, формируя свес крыши. Как соединить стропила в эркере, смотрите на видео:

Эркер можно включить в проект дома сразу же или пристроить его позже.