Для выбора расчетной схемы важно понимать различие между наслонными и висячими стропилами, распорными и безраспорными системами. Знать, как называются элементы стропильных систем.
Наслонные стропила
Наслонное стропило — это бревно или доска опертые на две, три или более опор. Название наслонные или насланные говорит о том, что они просто положены сверху на опоры. Их наслонили (прислонили) к подстропильным конструкциям. Насланное на опоры, это стропило просто лежит на них, давит вниз и не оказывает распора. В старых строительных учебниках такие стропила иногда называли лежачими. Очень точное название, передающее суть работы стропила. Сегодня они называются безраспорными. Если же стропило укладывается в зажим между нижней и верхней опорой, то оно называется распорным в этом случае оно передает горизонтальные нагрузки на опоры — распор. При нагружении стропило прогибается, его верх сжимается и укорачивается, а низ растягивается, удлиняется и толкает опоры. Удлинение при зажатых концах рождает горизонтальную силу — распор. В старых учебниках эти стропила называли стоячими. И на самом деле конфигурация вырубки опорных частей такого стропила позволяет его поставить.
Все калькуляторы сайта сделаны для безраспорных наслонных стропил.
Люди часто совершают ошибку рассматривая двухскатную крышу, как стропильный треугольник висячих стропил (о них ниже). На самом деле двухскатная крыша, это две односкатных соединенных вместе с общей опорой в верхней части.
Главным визуальным признаком определения наслонного стропила является наличие опор под его нижней и верхней частью. Длинные стропила для уменьшения прогиба подпирают дополнительными опорами: одной, двумя или более.
Подстропильные конструкции
Опоры, на которые опирается стропило называются подстропильными конструкциями. Подстропильные понятно почему — они находятся под стропилами, но почему конструкции? Потому, что это может быть не просто доска или бревно, а целая конструкция, состоящая из нескольких элементов. Самые простые опоры — это мауэрлат и коньковый прогон. По сути, это поперечные бревна, брусья или доски, расположенные под стропилами.
Нижнюю опору, мауэрлат располагают на стене, непрерывность для него необязательна. Он запросто может быть сделан из коротких кусков, но при этом усложняется его крепление к стене. По этой причине его все-таки делают из целиковых по длине пиломатериалов.
Верхняя опора, коньковый прогон — балка, на которую опираются верхние части стропил. Прогон опирают на торцы стен — фронтоны, а если у здания нет таких стен, то на стойки. Чтобы коньковый прогон не прогибался под тяжестью крыши его подпирают дополнительными стойками и/или подкосами. Количество стоек и их расположение зависит от конструкции и расположения стен здания. Низ стоек можно опирать на стену, которая лежит прямо под коньковым прогоном параллельно ему либо на стены, расположенные перпендикулярно коньковому прогону. Стойки во избежание смятия древесины и защиты ее от увлажнения не упирают низом непосредственно в стены, а делают это через деревянные прокладки. Эти прокладки называются лежнями. Так же, как и мауэрлат они не нуждаются в непрерывности, но чаще всего их делают такими для создания внизу пояса жесткости. В зависимости от плана строящегося здания поддержка конькового прогона может быть решена различными способами. Кроме подпирания прогона стойками и подкосами его можно подпереть системой висячих стропил либо вообще сделать без каких-либо подпорок. Например, установить в качестве конькового прогона прямоугольную или шпренгельную ферму, опертую только по концам.
Длинные стропила во избежание прогиба укрепляют дополнительными подпорками. Например, подкосами или, другое название, подстропильными ногами. Кстати, у стропил тоже есть второе название, их иногда называют, стропильными ногами. Стропило и стропильная нога, это одно и тоже, подкос под стропилом и подстропильная нога также одно и тоже. Не путайте с подкосом под прогоном, там это просто подкос. Подкос — косая (наклонная) стойка.
В качестве дополнительной опоры под стропилом можно поставить один, два, или сколько захотите, промежуточных прогонов. Так же как коньковые прогоны их конструкции бывают самыми разнообразными. Их можно подпереть стойками и/или подкосами и даже прикрепить к подстропильным ногам либо сделать в виде ферм.
В калькуляторах, стропила изображены без подстропильных конструкций из-за их многообразия. Расчет подстропильных конструкций будет реализован в других калькуляторах.
В наслонных стропильных системах также может присутствовать конструкция, связывающая стропильные ноги. Так как наслонные стропила — это одиночные элементы, то связывающая их доска называется схваткой. В нормально рассчитанных наслонных стропилах схватка нерабочий элемент, она устанавливается для придания устойчивости всей конструкции стропильной системы.
Висячие стропила
В отличие от одиночных наслонных стропил, это парная конструкция. В расчетной схеме рассматриваются два стропила упертые верхом друг в друга. Главным визуальным признаком определения висячих стропил является то, что это всегда двухскатная конструкция в которой опоры есть только под нижними концами стропил, а под коньком опоры нет.
В наслонных стропильных схемах, пролет — открытое пространство между опорами, место куда можно «пролететь», равен горизонтальной проекции одного стропила. В висячих — это тоже расстояние между опорами, но в него пролетают два стропила поскольку у них конек ни на что не опирается. Понятно, что такая конструкция, в которой низ стропил стоит на стенах, а верх упирается друг в друга не может быть устойчивой. Низ стропил «разъедется» и они рухнут в пролет. Для придания стропилам устойчивости их низ нужно связать. Эту связь называют затяжкой, ее делают деревянной или металлической. Наверное, уже заметили, что названия элементов в стропильной системе соответствуют их назначению. Затяжка стягивает низ стропильных ног делая стропильную систему устойчивой. Если затяжка устанавливается не в самом низу, а приподнимается вверх, то она так и называется приподнятой затяжкой.
Для устранения прогиба стропил между ними может быть установлен еще один горизонтальный элемент, который называется ригелем. Ригель — горизонтальная балка между стойками, в нашем случае между стропилами. Иными словами, если в треугольнике наслонных стропил установлена еще одна затяжка, то это вовсе не затяжка, а ригель, поскольку затяжка — это растягиваемый элемент, а ригель — сжатый.
Висячие стропильные системы бывают больших пролетов. Длинные затяжки особенно если они сделаны из дерева и, если их нагружают подвесными потолками, могут значительно прогнуться. Для устранения прогиба затяжки привязывают к коньковому узлу. Это элемент называется подвеской, а по-старорусски — бабкой.
В большепролетных стропильных системах прогибаются не только затяжки, но и стропильные ноги. Поэтому их подпирают подкосами, низ которых врубают в подвеску или опирают на затяжку. В этой схеме подвеска и затяжки растянуты, а подкосы сжаты.
Смешанные схемы стропильных систем
Итак, существуют одиночные стропила каждому из которых нужно две опоры, а если это двухскатная крыша, то три, где средняя опора общая для левого и правого стропила. Эти стропила называются наслонными и есть другие стропила — парные, которым не нужна средняя опора, они называются висячими. Их конек висит.
Для дальнейшего рассказа о смешанных стропильных системах назовём висячие системы фермами. Фермы — стержневые несущие конструкции, изготавливаемые из коротких элементов для перекрытия больших пролетов. Наилучшая экономия материалов при изготовлении ферм достигается при проектировании их таким образом, чтобы нагрузка приходила в узлы ферм. Тогда все стержневые элементы фермы будут работать на сжатие или растяжение без изгиба, а это уменьшает сечение элементов ферм. В висячих стропильных системах нагрузка от веса крыши снега и ветра приходит и давит на стропильные ноги через часто установленные бруски обрешетки или вовсе через сплошную обрешетку. Стропильные ноги в этом случае работают и на сжатие, и на изгиб. Правильнее оставить этой системе название — висячая стропильная система. Однако если мы перераспределим нагрузку и приложим ее только в узлы висячей стропильной системы, то ее можно назвать фермой. Конечно это не принципиально как обозвать конструкции различающиеся только способом приложения к ним нагрузки, но это приводит к систематизированию и понимаю работы этих конструктивных схем.
Смешанные схемы стропильных систем подразумевают установку через 2–4 шага несущих ферм или несущих висячих стропил. Затем крепление на них прогонов и укладку на эти прогоны наслонных стропил. Конструкцию такой крыши можно назвать крышей из наслонных стропил в которой подстропильными конструкциями служат либо фермы, либо висячие стропильные системы.
- В первом варианте, фермы поддерживают прогоны, которые лежат на них сверху. Наслонные стропила опираются на прогоны и получаются выше ферм. Стропила висячих и наслонных стропил находятся в разных плоскостях.
- Во втором варианте, прогоны для наслонных стропил поддерживаются висячими стропилами, которые крепятся внутри стропильных систем. Стропила висячих и наслонных стропил находятся в одной плоскости.
На рисунках показано только два варианта комбинированных стропильных систем, на самом деле таких схем много. Обычно несущие подстропильные системы называют главными фермами, а накладываемые на них — второстепенными. Второстепенные фермы могут быть как наслонными, так висячими стропильными системами.
Мансарда
Современная крыша — это очень часто мансардное жилое помещение. Поэтому очень важно понимать какие конструкции этой крыши относятся к несущим элементам, а какие к ограждающим.
◊ Мансарду можно организовать под системой наслонных стропил на трех опорах, где несущие подстропильные конструкции будут одновременно и ограждающими конструкциями — стенами мансарды, а стропила и/или схватка — потолком мансарды.
◊ Помещение мансарды организовывается установкой несущих стульев, на которые опираются наслонные или висячие стропила. Стулья — подстропильные конструкции, каркас, передающий нагрузки от крыши на стены или перекрытие. Различают два вида стульев — лежачие и стоячие, образованные вертикальными (стоячими) стойками и прогонами или наклонными (лежачими) стойками и прогонами. На стулья опираются висячие или наслонные стропила. Придумано много таких конструкций крыш. Подробное их описание выходит за рамки данной статьи. В грубом приближении конструкция мансарды выглядит как каркас, образующий контуры мансарды на который опираются стропила.
◊ Мансарду можно организовать внутри ферм. В последнее время в связи с распространением ферм заводского изготовления на МЗП (металлических зубчатых пластинах) такие конструкции получили широкое распространение. Расчет ферм заводского изготовления с креплением МЗП рассчитывать не нужно, это сделают на заводе изготовителе так как кустарное производство таких ферм практически невозможно. Для их изготовления нужно специальное оборудование.
Заключение
На данном сайте представлены калькуляторы рассчитывающие традиционные схемы стропильных систем и подстропильных конструкций. Не смотря на разнообразие стропильных систем расчет чаще всего сводится к расчету стропила на двух–тех опорах или стропильного треугольника висячих стропил с отдельным расчетом подстропильных конструкций.