Самостоятельное крепление конькового бруса для крыши дома. Коньковый прогон как срастить Можно ли спрашивать коньковый брус

Особенным «коньком» в умении строителей можно считать установку конькового бруса - верхней перекладины, предназначенной для крепления стропил в некоторых моделях крыши. Зачастую и сам брус требует установки дополнительных подпорок, особенно, когда коньковая часть чердачного помещения имеет расчётную длину более 4,5 метра.

Тем не менее, при любой конструкции конькового бруса важным для него остаётся решение задач:

• равномерно распределить общий вес крыши на фронтоны;
• равномерно распределить площадь и силу давления по боковому периметру;
• придать жесткость конструкции стропильной системы.

Для конькового бруса важна ещё и задача поддерживать геометрию крыши, особенно при длине более 4, 5 метров, чтобы иметь возможность монтировать стропила без использования шаблона. Стропила ложатся верхней частью на коньковую балку, а нижней частью - на мауэрлат.

Древесина для конькового прогона

Строительство деревянных домов из профилированного бруса предусматривает использование стропильной системы в соответствии с конструктивными особенностями здания. С учётом того, что коньковый брус несёт на себе большую эксплуатационную нагрузку, он производится из надёжных пиломатериалов. Вес конькового бруса не должен увеличивать общий вес крыши, а по прочности он должен быть таким, чтобы долгие годы эксплуатации безукоризненно выполнять возложенные на него функции. Поэтому для конькового бруса, так же как и для всей стропильной системы, выбирается сосновый пиломатериал, чтобы брус вышел сечением не менее 20х20 см.

В вершине стропильной конструкции любой крыши укладывается коньковый прогон

Для строительства жилого дома 8х8 из бруса , у которого крыша будет покрываться шифером или гибкой черепицей, все составные части стропильной системы, включая коньковый прогон, изготавливаются из хорошо просушенной сосновой древесины. В строительстве бани, где горячий пар может повредить деревянной конструкции, для стропил используются пиломатериалы из лиственницы. К тому же, бане требуется тяжелая крыша, оптимально задерживающая тепло. Лёгкая сосна здесь не подходит, нужна более прочная и тяжёлая лиственница.

Лиственница для производства конькового прогона используется и в том случае, когда жилому дому планируется тяжелая черепичная крыша, под которую требуется сооружать очень прочный и такой же тяжелый стропильный каркас. Здесь расчёты учитывают, чтобы нагрузку от общего веса крыши выдерживали стены дома.

Выбор материалов, используемых в конструкции стропильной системы, зависит от конструкции строения. Поэтому квалифицированное решение могут принять только профессионалы.

Коньковый прогон в стропильной системе

Когда стропилам требуется центральная опора, используется установка конькового прогона. Он упирается двумя сторонами на параллельные несущие стены.

Высота монтажа конькового бруса определяется по:

• проектной ширине дома;
• среднегодовому количеству зимних осадков;
• наличию сильных ветров.

Особенность монтажа конькового бруса заключается в том, чтобы исключить его сверление и забивание гвоздей. Это необходимо для:

• предотвращения образования трещин;
• сохранения целостности бруса;
• обеспечения надёжности стропильной системы.

Конструкция двухскатной крыши требует обязательной установки конькового прогона. В дальнейшем он служит коньком крыши. При строительстве дома из бруса 6 на 6 коньковый прогон готовится из цельного бруса или бревна, который конструктивно опирается на два фронтона, без использования дополнительных опор. Если проектная длина дома превышает 6 метров, используется составной коньковый прогон и строительные фермы. Не зависимо от проектной длины дома, длина конькового бруса определяется таким образом, чтобы он точно лежал на выступах наружных фронтонов.

• теплый угол ласточкин хвост

Строительство деревянных домов предполагает использование несколько видов соединения брусьев. Современное строительство выходит на высокий уровень экологичности и надёжности жилья, когда даже соединения между брусьями в конструкции дома являются практичными, прочными. Их задача - сделать дом тёплым.

Стропильная система является основой вашей будущей крыши, поэтому к ее строительству необходимо отнестись очень серьезно. Прежде чем вы приступите к работе, необходимо набросать для себя примерный план системы для того, чтобы понимать каков будет вид общей конструкции и какие функции выполняют ее отдельные элементы.

Для того чтобы рассчитать параметры и технические характеристики стропильной системы для больших объектов — лучше всего прибегнуть к услугам профессионалов. Если ваша крыша предназначена для частной постройки относительно небольшого размера (площадь дома до 100 м 2), то можно выполнить монтаж, руководствуясь ниже приведенными материалами.

Первым делом требуется определиться с углом наклона скатов. Обычно среднестатистические расчеты исходят из количества материалов, что очень хорошо влияет на материальную составляющую вопроса, принято считать, что чем меньше угол наклона, тем выгоднее и дешевле обойдется постройка. На самом деле выбирать угол наклона необходимо из двух основных показателей — ветровые нагрузки и вес осадков (в частности в зимнюю пору), как видно вопрос расценок в технических параметрах не принято принимать во внимание. Универсальный угол наклона для нашего климата 45-50 градусов, при таких параметрах максимально сбалансированы показатели прочности перед нагрузками, как ветровыми, так и теми, что могут быть вызваны давлением осадков. Порой бывает, что на один квадратный метр крыши приходится около 180 кг снега. Кроме того, финансовая составляющая тоже будет находиться на среднем уровне, что гораздо лучше, нежели сэкономить, уменьшив угол наклона, но впоследствии переплатить две цены за устранение дефектов, которые будут вызваны вышеупомянутыми факторами.

Выбор дерева

Для стропильной части важны два параметра — прочность и легкость конструкции, поэтому для монтажа нам подойдет обычная сосна. Ее часто используют для подобных конструкций, так как она обладает этими двумя качествами, плюс она отличается выгодной ценой, по сравнению с древесиной благородных пород. Необходимо использовать доску первого сорта, размером 150-200х50х6000 мм, также нам понадобится брус сечением 200х200 мм.

Важным техническим моментом является влажность древесины. Свежеспиленное дерево обладает 50% коэффициентом влажности, монтировать такое дерево нельзя, так как если оно будет высыхать в состоянии напряжения, то его может повести, оно выгнется и потрескается в местах, где расположены сучки. Необходимо приобретать материал с 15-20-ти процентным содержанием влаги.

При покупке проверяйте, чтобы все доски были ровными и без гнили, от этого зависит прочность и долговечность конструкции.

Когда дерево доставят к вам на строительную площадку, его необходимо обработать антисептическими препаратами и уложить в максимально проветриваемом помещении. Укладку дерева требуется выполнить определенным образом: сначала укладываем три-четыре поперечные рейки, на них, вдоль, укладываем доски, таким образом, чтобы между каждой доской было расстояние 0,5-1 см, потом опять ряд поперечных реек и ряд, досок.

Благодаря этому мы создадим воздушное пространство между каждой единицей пиломатериалов, они будут проветриваться в правильных условиях, что позволит нам избежать запревания и скопления влаги.

Ставим коньковый брус

Коньковый брус — это центральная верхняя перекладина, которая предназначена для того, чтобы равномерно переносить общий вес крыши на фронтоны, распределяя площадь давления по всему боковому периметру. Установка бруса весьма сложный процесс. Первым делом определимся с его длиной. Как правило, с боков крыши, по плану, идут небольшие козырьки (от 0,5 до 1,5 м), коньковый брус должен в точности лежать по этой длине со всеми выступами снаружи фронтонов. На бетонных основаниях, в местах соприкосновения с брусом, укладываем куски рубероида, так, чтобы дерево не касалось фронтона напрямую — только через гидроизоляцию. Загибаем рубероид вокруг бруса, а по бокам забуриваемся и вставляем два отрезка 12-й арматуры, 0,4 м каждая. Сам брус мы не сверлим, чтобы избежать трещин.

Удлиненный брус

Очень редко хватает для «конька» стандартных 6 метров. В большинстве случаев эту длину приходится наращивать. Наращивание происходит по месту монтажа, в противном случае срощенный брус очень сложно будет поднять наверх и установить. Место стыковки бруса необходимо подобрать таким образом, чтобы оно находилось максимально близко к какому-нибудь перестенку или прочей точке, на которую можно поставить временную вертикальную опору. Для вертикальной опоры отмеряем и отрезаем доску, по бокам которой прибиваем две маленькие доски, таким образом, у нас получится что-то вроде деревянной вилки, между зубцами которой будет находиться стык конькового бруса. С верхней стороны конька натягиваем нитку, которая будет служить нам уровнем перед тем, как мы закрепим брус между собой. Крепить их необходимо двумя полутораметровыми отрезками доски, стыковочные отрезки располагаются исключительно по бокам, в таком случае нагрузка будет подаваться на дерево в правильном направлении, снижая риск разлома в месте стыка. Крепятся доски гвоздями, так как если попытаться организовать болтовые соединения брус может дать ряд трещин при засверливании.

Мауэрлат

Данный элемент служит для стыковки стропил с продольными основаниями несущей стены, для точечного распределения нагрузки всей конструкции. Укладывать его необходимо с использованием рубероида (как и в случае с коньком). Выберите самые ровные доски, они должны максимально прилегать к поверхности стены. Фиксация мауэрлата выполняется с помощью анкерных болтов 0,2 м длиной. Точки, где будут размещаться анкера, необходимо просчитать заранее, их расположение должно оказаться в промежутках между будущими стропильными досками, так, чтобы шляпки анкеров не мешали нам при дальнейшем креплении следующих элементов.

Если стандартной длины доски не хватает — смело добирайте доски и крепите их аналогичным образом, каким образом будет организован стык между досками мауэрлата — неважно, главное чтобы они плотно прилегали к бетону.

Не забывайте положить мауэрлат на короткие отрезки за фронтонами, там где у вас намечены козырьки крыши.

Устройство и монтаж стропил

Первым делом необходимо определиться с количеством стропил, для этого берем общую длину крыши и делим приблизительно на 1,2-1,4 м, после того как получим целое число, делим на него длину крыши. Целое число это количество стропил с одной стороны, деление длины на это количество даст нам более точный шаг между ними, например, если длина крыши 9 метров:

• 9 м / 1,3 м = 6,92 (округляем в большую сторону) = 7 — количество стропил;
• 9 м / 7 = 1,28 м — шаг между стропилами.

Количество стропил умножаем на два и еще раз на два, благодаря этим вычислениям мы получим общее число досок, которое необходимо будет использовать для изготовления конструкции.

Следующий шаг — срез досок под угол наклона крыши. Для этого с одной стороны доски перпендикуляр между срезом и продольной частью необходимо сместить на необходимое количество градусов вниз. С помощью транспортира и карандаша эту процедуру сможет выполнить каждый. Далее отрезаем доску по намеченной линии, у нас получится шаблон, по которому мы выполним подрезку всех остальных досок.

Сначала монтируем крайние стропила, что находятся внутри зоны между фронтонами. Монтаж стропил выполняют по двум уровням, первый у конька, второй возле мауэрлата. Разметка шага между стропилами должна быть выполнена как вверху, так и внизу. Данная линия это середина стропил, конструкция одной стропилины состоит из двух досок, расстояние между ними 50 мм.

Отрезаем 9 досок длиной 30 см и крепим их на коньковом брусе четко по разметкам шага. Крепление выполняется с помощью саморезов и уголков, доска должна лежать сверху и перпендикулярно коньку. Данные отрезки будут служить связующим звеном для крепления двух противоположных стропил.

Аналогичным образом крепим по 9 отрезков с каждой стороны на мауэрлат, только длина доски должна быть 20 см, и располагаться она должна вертикально, этот узел будет использован для крепления нижних сторон стропил.

Теперь можно приступать к основным процедурам. На каждом верхнем отрезке (30-ти сантиметровом) необходимо начертить среднюю вертикальную линию, она будет играть роль направляющей, где проходит стыковка двух срезанных под угол досок. Монтаж стропил начинается с того, что первую доску выравнивают по центру сверху и прихватывают на гвоздь к 30-ти сантиметровому отрезку. Затем с другой стороны прибивают вторую доску. Надо смотреть за тем, чтобы доски находились на одном горизонтальном уровне, для этого необходимо доску, которая посажена ниже, подорвать и приподнять до уровня второй доски, фиксируя ее на гвоздь к соединительной перемычке. Крайне не рекомендуется делать надрезы в коньковом брусе. Снизу, для выравнивания уровня между досками, выполняется противоположная процедура, доска, которая оказывается немного выше, топится в мауэрлат, для этого необходимо выдолбить небольшой паз с помощью стамески.

После того как доски будут подогнаны по уровню необходимо стянуть нижнюю часть стропилины двумя гвоздями и выполнить два болтовых соединения, одно вверху, другое внизу, в местах, где доски наживлены на гвозди. Болтовое соединение должно быть сквозным через три доски.

После этого у нас получается почти готовая стропилина, которую необходимо укрепить, чтобы придать ей жесткости. Условно разделим длину стропилины на четыре части, можно набросать разметку карандашом. На месте стыка первой и второй четверти крепим между досками 60-ти сантиметровый отрезок, чтобы стянуть стропилину. В качестве крепежных материалов используем гвозди. Аналогичную процедуру выполняем на месте стыка третьей и четвертой четверти.

После того как будут смонтированы четыре стропилины у нас образуется два крайних треугольника, у оснований и у вершины необходимо натянуть нитки вдоль всей крыши, которые мы будем использовать в качестве направляющих, для подгонки уровня всех диагонально расположенных элементов.

После боковых стропил монтируется центральная часть, теперь можно выбивать опору, которая располагается в месте стыка конькового бруса, она нам больше не нужна, на данном этапе конструкция уже обладает достаточным запасом прочности. Далее ставятся все остальные стропила, по одной секции с каждой стороны в шахматном порядке, для равномерного распределения нагрузок. Наверху, в местах стыков противоположных стропил, необходимо дополнительно укрепить соединения, используем для этого соединительные пластины и саморезы.

Когда все стропильные секции будут располагаться на своих местах, необходимо срезать ручной ножовкой все углы, которые выходят за уровень стропил, в частности это углы соединительных досок на брусе и на мауэрлате.

Монтаж бантов

Бант — это соединительная доска, которая располагается примерно на уровне средней линии стропильного треугольника. Он служит для того, чтобы снижать нагрузку на боковые стороны крыши, благодаря бантам намного уменьшается вероятность прогиба крыши под тяжестью осадков и вероятность образования колебаний при ветровых нагрузках.

В нашем случае высота поднятия конькового бруса составляет чуть больше 4-х метров, а это значит, что расположение бантов можно сделать строго по центру, таким образом, все нагрузки распределятся равномерно, плюс высота потолка чердачного помещения будет относительно нормальной и не будет никаких преград для перемещения в нем человека со средним ростом.

Как и в случае со стропилами первые банты крепятся по бокам, после чего натягиваются две нитки, они помогут нам выдержать уровень. После этого крепится центральный бант и все остальные. На крайних стропильных треугольниках банты не нужны, это испортит внешний вид крыши, к тому же там очень слабые нагрузки, так что с технической точки зрения данный шаг не требуется.

Одна сторона банта заводится в середину стропилины и насаживается на гвоздь, вторая сторона, после соблюдения горизонтального уровня, тоже наживляется на гвоздь, затем выполняем два болтовых соединения. Очень важно придерживаться уровня на этом этапе, так как бант является не только распоркой, но и основой потолка чердачного помещения или мансардной комнаты.

На самом деле данная технология очень проста, какой бы сложной она не показалось на первый взгляд. Вооружившись листом бумаги и карандашом, нарисуйте крышу поэтапно, как указано в статье, тогда вся головоломка сложится в одну доступную и элементарную картинку.

С помощью стандартного набора строительных инструментов два человека способны построить подобную крышу за 5-6 рабочих дней.

Евгений Ильенко, рмнт.ру

Строительство дома от фундамента до макушки – удивительное событие! Особенно, если какую-то часть работ вы делаете своими руками, живете и дышите будущим гнездом. И вы знаете, что какая бы усталость не накопилась к финишным работам, все равно все нужно делать грамотно и основательно. Особенно, когда дело касается крыши, где любые ошибки чреваты дорогостоящими неприятными ремонтами.

А потому, чтобы “зонт” вашего дома мечты служил исправно, правильно выполняйте все конструктивные узлы, особенно сращивание стропил в районе конька – это самая верхняя точка! А мы поможем вам разобраться с видами соединений и важными технологичными нюансами.

Что собой представляет конек крыши?

Итак, для начала немного разберемся с понятиями.

Так, прогон – это дополнительная балка, которая ставится параллельно коньку крыши и мауэрлату. Говоря простым языком, этот тот же мауэрлат, только поднятый по уровню. И в итоге конек должен располагаться на определенном расстоянии от прогона – смотря какой угол крыши был выбран.

Конек – это горизонтальный элемент крыши, который соединяет в верхней точке оба ската крыши.

А главная задача соединительных элементов в коньке – создание надежной жесткости и прочности всей конструкции крыши. О чем сейчас и будет идти речь.

Виды сращивания стропил в коньке

Всего есть три способа, как это сделать:

Этот способ отличается от всех предыдущих тем, что здесь стропила соединяются боковыми плоскостями и стягиваются шпилькой или болтом. Достаточно популярная технология на сегодняшний день.

Если дом деревянный, тогда в качестве опора для этого способа подойдет верхнее бревно или брус, а вот на блоки придется положить мауэрлат.

Самое популярное такое крепление – сращивание стропил вполдерева:

Внахлест стропила в коньке чаще всего соединяются при помощи гвоздей. Обычно это крыши беседки, навесов, бани и гаража – здесь нет особых требований к прочности стропильной системы.

Способ №2. Соединение встык

Для этого вам нужно:

• Обрезать под углом край стропила так, чтобы этот угол был равен углу ската крыши.
• Сделать упор стропила.
• Применить крепежный элемент.

Намного легче делать подобные обрезки по шаблону – просто изготовьте его заранее. Так все плоскости будут прилегать друг друга плотно.

Если вы скрепляете стропила гвоздями, берите их не менее двух. Каждый из гвоздей забивайте в верхнюю полость стропил под углом так, чтобы гвоздь шел в срез второго стыкуемого стропила. Дополнительно укрепите сращивание стропил в коньке металлической пластиной либо деревянной накладкой.

Или частично встык:

Суть этой конструкции в том, что кромки двух стропил подогнаны настолько точно, что равномерно распределяют друг с другом возложенную на них нагрузку. Но одним гвоздем это соединение будет мало закрепить – нужны еще металлические или деревянные насадки. Возьмите доску толщиной 30 мм, закрепите ее с одной (лучше двух) сторон узла и прибейте.

Способ №3. Соединение на брус

В это способе мы будем крепить стропила прямо на коньковый брус. Эта конструкция хороша тем, что брусу можно обеспечить центральные подпорки, а каждое стропило можно крепить по отдельности и в удобное время. Такой способ незаменим, если нет времени изготавливать шаблон.

Соединение на коньковый брус рекомендовано в тех случаях, если крыша получится достаточно широкой – шире, чем 4,5 метра. Эта конструкция достаточно надежна, но порой требует установки под собой дополнительных опор, из-за чего функциональность чердака снижается в разы. Ведь посреди помещения теперь балки! Для небольших чердачных крыш это, конечно, не беда, а вот в мансарде придется обыгрывать как элемент интерьера. Зато никакого шаблона для этой конструкции не нужно, и небольшие расхождения не страшны.

Вариация:

Можно, конечно, использовать металлическую фиксирующую пластину – но это только соединение, но никак не затяжка. Суть затяжки как раз в том, что она располагается ниже и берет на себя часть нагрузки.

Это – комбинированное сращивание стропил, т.к. выполняется он встык, точно так же, как при упоре на мауэрлат.

Чем сращивать? Выбор крепежных элементов

Стропильные ноги формируют контур крыши и передают точечную нагрузку от крыши на мауэрлат, а мауэрлат в свою очередь равномерно распределяет ее на несущие стены.

Издавна для крепления стропил использовались такие элементы:

• Накладки.
• Бруски.
• Деревянные штыри.
• Клинья.
• Нагели.
• Металлические скобы.

А вот современный рынок предлагает более функциональные крепления, которые позволяют сращивать стропила в области конька намного проще и надежнее. Под любым углом получается нужная жесткость и прочность. Это:

• Гвоздевые и перфорированные пластины.
• Саморезы.
• Болты и шурупы.
• И многое другое.

Но выбор того или иного крепежного элемента зависит больше не от того, сколько он стоит и насколько окажется прочным, а от того, какова нагрузка на конкретный коньковый узел и что его него требуется.

Итак, вот как, например, сращивают стропила в коньке саморезами:

А вот так гвоздевыми и перфорированными пластинами:

Но для того, чтобы эти пластины применить, вам придется поработать с прессом:

А теперь – от простого к сложному.

Сращивание стропил в коньке двускатной крыши

При опирании на коньковый прогон двускатной крыши стропильные ноги могут как упираться друг в друга своими скошенными торцами, так и быть вразбежку.

• Если стропила упираются торцами друг в друга, иными словами – встык, тогда их концы нужно соединить накладками на гвоздях или болтах.
• Если же концы стропильных ног в коньковом узле находятся вразбежку, тогда их соединяют угловыми скобами и болтами.
• Если стропильные ноги опираются сразу на два прогона, тогда концы ног опирают еще друг на друга. Возникает, естественно, определенный распор, напряжение которого снимают при помощи горизонтальных ригелей.
• Если прогон отсутствует вовсе, тогда стык стропильных ног в коньковом узле выполняют упором скошенных торцов ног друг в друга. Дополнительно закреплять такие стыки нужно парными накладками, которые прибивают к ногам гвоздями или соединяют болтами.
• Чтобы закрепить стропильную ногу с ригелем, стык выполняют при помощи деревянных накладок – боковых. Их прибивают прямо к ригелю гвоздями либо крепят болтами – все зависит от поперечных сечений используемых материалов. Далее под ригель ставят уже колодку – для восприятия поперечных усилий.
• А вот стропильные ноги из бревен с ригелем уже крепятся без накладок. Только в конце самого ригеля делают выемку в ½ от сечения шпренгеля. Чтобы система в итоге оказалась устойчивой, в поперечном направлении стропильные ноги усиливаются подкосами и ригелями-затяжками. Особенно, если речь идет о ширине пролета между наружными несущими стенами от 8 метров.
• Если в местности сильные ветра – не редкость, кровельный конек крайне важно защитить от возможного смещения. А для этой цели концы стропильных наслонных ног дополнительно соединяют с коньковым прогоном угловыми скобами. Плюс обязательно закрепляют проволокой стропильные ноги и кладку дома.
• Если вы сращиваете в коньке стропильную систему из бревен, круглого леса, тогда рассчитывайте, что она получится достаточно тяжелой.

Заметим, что при значительных нагрузках на стропильную систему врезку в стропильной ноге вообще не рекомендуют делать – только применять промежуточные косынки.

Вот более подробная информация:

Если стропильные схеме находятся под наклоном, внешние нагрузки передаются опорами (мауэрлату, прогонам, стойкам, подкосам и лежням), при этом в самих стрежнях возникают силы напряжения сжатия и изгиба. И чем более крутая крыша ската, т.е. чем более вертикально идет наклон стержней, изгиб уже идет меньше, а вот горизонтальные нагрузки, наоборот, только увеличиваются.

Проще говоря, чем круче крыша, тем более прочными должны быть все горизонтальные конструкции, а чем скат более полог – тем прочнее должны быть уже вертикальные конструкции стропильной системы.

Сращивание стропил у вальмовой крыши происходит совсем по другому сценарию, чем у двускатной. Так, здесь уже есть новые элементы – накосные стропила, которые нужно ставить по определенной технологии. А к коньковому брусу эти детали нужно крепить методом врубки с дополнительной фиксацией верхними стяжками и ригелями. Еще своих сложностей придает то, что у вальмовой крыши наклонные скаты содержат в себе мансардные окна и вентиляционные отверстия, которые нередко располагаются прямо под коньком.

Если в вальмовой крыше – всего один прогон, его диагональную стропильную ногу опирают на консоль прогона. Сами консоли нужно выпустить на 10-15 см за подстропильную раму. Причем сделайте так, чтобы отпилить лишнее, а не наращивать недостающее.

Если же прогонов два, тогда в коньке прямо к стропилам нужно пришить короткую доску, толщиной до 5 см – прибоину. На нее как раз и будем опирать накосные стропила и диагональные стропильные ноги.

А теперь давайте разберемся с внешней ендовой. Стропильные ноги, которые опираются на нее, также называются накосными и диагональными. Причем диагональные стропила длиннее, чем обычные, и на них опираются укороченные стропила со скатов – нарожники. По-другому их еще называют стропильными полуногами. В этом случае накосные стропила уже несут нагрузку, которая в полтора раза больше, чем у обычных стропил.

Такие диагональные стропила сами по себе длиннее обычных досок, а потому делать их следует спаренными. Это сходу решает три задачи:

• Удвоенное сечение несет удвоенную нагрузку.
• Балка получается длинной и не разрезанной.
• Размеры применяемых деталей становятся унифицированными.
• Для устройства накосных стропил можно применять те же доски, что и для обычных.

Подытоживая и говоря простым языком, применение досок одной высоты для конькового узла значительноу прощает все конструктивные решения вальмовой крыши.

Идем далее. Для обеспечения многопролетности, под накосные ноги нужно установить одну-две опоры. Ведь накосные стропила по своей сути – это наклонившийся и раздвоившийся коньковый прогон, его некое продолжение. А потому сращивать по длине эти доски нужно так, чтобы все стыки были на расстоянии 15 м от центра опоры. А длину стропильной ноги подбирайте в зависимости от того, какова длина пролетов и какое количество опор.

Технически этот узел выполняется так:

Пару технических моментов:

• Если вы делаете опорный узел крепления стропил в коньке вальмовой крыши прямо над мансардным оконном, тогда опирание диагональных стропильных ног должно приходиться на боковые подкосы и ригель.
• Если же стропильные ноги вальмовой крышей сращиваются прямо над вентиляционной отдушиной, тогда центрального упора на подкосы делать не нужно.
• У вальмовой крыши обязательно убедитесь в том, что стыкуемые поверхности в коньковых узлах примыкаются плотно, почти идеально. А потому куда проще изготавливать нужную конфигурацию всех коньковых элементов еще на земле, и только потом монтировать на крыше каждую стропильную ногу по отдельности.

Вот наглядный мастер-класс:

Обязательное условие установки наслонных стропил - обеспечение их верхней части опорой. В односкатных крышах этот вопрос решается просто: стены строятся разной высоты, на них укладываются мауэрлатные балки, на которые в свою очередь настилаются стропила.

В двухскатной крыше можно поступить, также: выстроить внутреннюю стену на требуемую высоту и уложить на нее мауэрлат. Затем на низкие внешние и высокую внутреннюю стены разложить стропила. Однако это решение ограничивает варианты планировок чердачного помещения, которое все чаще используют как мансарду. Да и для обычных чердачных крыш, этот вариант не выгоден, т.к. требует значительных финансовых затрат на возведение высокой внутренней капитальной стены. Поэтому на чердаке внутреннюю стену заменяют горизонтальной балкой установленной на подпорках или опертой на противостоящие друг другу фронтоны стен. Горизонтальную балку, уложенную на крыше, называют прогоном.

Само название: прогон, говорит о том, что эта балка «прокинута» от стены до стены, хотя на самом деле, например, в вальмовых крышах он может быть короче. Самое простое конструкторское решение по установке конькового прогона, это уложить мощную балку на фронтоны стен без каких-либо дополнительных подпорок (рис 24.1).

рис. 24.1. Пример установки конькового прогона, без дополнительных опор, на стены мансарды.

При этом для расчета сечений прогонов нагрузка, действующая на них должна собираться с половины горизонтальной проекции площади крыши.

В зданиях с большими размерами прогоны получаются длинными и тяжелыми, скорее всего, их придется монтировать подъемным краном. Для изготовления прогона найти ровный брус из цельного дерева длиной более 6 м довольно проблематично, поэтому для этих целей лучше использовать клееную балку или бревно. В любом случае, концы прогонов, замуровываемые в стены фронтонов, нужно обработать антисептиками и завернуть в рулонный гидроизоляционный материал. Торцы цельнодеревянных балок скашивают под углом примерно 60° и оставляют открытыми, в нише они не должны упираться в материал стены (рис. 25). Скашивание конца балки увеличивает площадь торца и благоприятствует лучшему влагообмену всей балки. Если прогон проходит сквозь стену, то в месте опирания на стену, его тоже обматывают гидроизоляционным материалом. Балки пропускают сквозь стены из архитектурных соображений затем, чтобы обеспечить свес кровли над фронтонами, хотя его можно достичь и выносом за стену обрешетки. Прогоны, пропущенные через стену образуют разгружающие консоли. Нагрузка давящая на консоли старается выгнуть прогон вверх, а нагрузка действующая на пролете - вниз. Таким образом, общий прогиб прогона в середине пролета становится меньше (рис. 24.2).

Рис. 24. 2. Прогон с консолями.

Если использовать в качестве прогона бревно, то его не обязательно отесывать на два канта, достаточно подтесать в месте опирания стропил и в месте опирания прогона на стены. Длинные прогоны нецелесообразно делать цельнодеревянными, проходящие по расчету на прочность и прогиб они, тем не менее, могут прогнуться под собственным весом. Их лучше заменять строительными фермами.

Сечение прогона подбирается по расчету по первому и второму предельному состоянию - на разрушение и на прогиб. Балка, работающая на изгиб должна отвечать следующим условиям.

1. Внутреннее напряжение, возникающее в ней при изгибе от приложения внешней нагрузки, не должно превышать расчетного сопротивления древесины на изгиб:

σ = М/W ≤ Rизг, (1)

где σ - внутреннее напряжение, кг/см²; М - максимальный изгибающий момент, кг×м (кг×100см); W - момент сопротивления сечения стропильной ноги изгибу W = bh²/6, см³; Rизг - расчетное сопротивление древесины изгибу, кг/см² (принимается по таблице СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции» или по таблице);

2. Величина прогиба балки не должна превышать нормируемого прогиба:

f = 5qL³L/384EJ ≤ fнор, (2)

где Е - модуль упругости древесины, для ели и сосны он составляет 100 000 кг/см²; J - момент инерции (мера инертности тела при изгибе), для прямоугольного сечения равный bh³/12 (b и h - ширина и высота сечения балки), см4; fнор - нормируемый прогиб балки, для всех элементов крыши (стропил, прогонов и брусков обрешетки) он составляет L/200 (1/200 длины проверяемого пролета балки L), см.

Сначала просчитываются изгибающие моменты М (кг×см). Если на расчетной схеме изображено несколько моментов, то просчитываются все и выбирается наибольший. Далее путем несложных математических преобразований формулы (1), которые мы опускаем, получаем, что размеры сечения балки можно найти, задавшись одним из его параметров. Например, произвольно задавая толщину бруса, из которого будет изготовлена балка, находим ее высоту по формуле (3):

h = √¯(6W/b) , (3)

где b (см) - ширина сечения балки; W (см³) - момент сопротивления балки изгибу, вычисляется по формуле: W = M/Rизг (где М (кг×см) - максимальный изгибающий момент, а Rизг - сопротивление древесины изгибу, для ели и сосны Rизг = 130 кг/см²).

Можно и наоборот, произвольно задать высоту бруса и найти его ширину:

После этого балку с вычисленными параметрами ширины и высоты по формуле (2) проверяют на прогиб. Здесь необходимо заострить ваше внимание: по несущей способности стропило рассчитывается по наибольшему напряжению, то есть по максимальному моменту изгиба, а на прогиб проверяется сечение, которое находится на наиболее длинном пролете, то есть на участке, где самое большое расстояние между опорами. Прогиб для всех: одно-, двух- и трехпролетных балок проще всего проверить по формуле (2) то есть, как для однопролетных балок. Для двух- и трехпролетных неразрезных балок такая проверка на прогиб покажет немного неверный результат (чуть больший, чем будет на самом деле), но это только увеличит запас прочности балки. Для более точного расчета нужно использовать формулы прогиба для соответствующей расчетной схемы. Например, такая формула указана на рисунке 25. Но еще раз повторим, что лучше внести в расчет некоторый запас прочности и считать прогиб по простой формуле (2) на расстоянии L равном самому большому пролету между опорами, чем найти формулу соответствующую расчетной схеме загружения. И еще на что нужно обратить внимание, по старому СНиПу 2.01.07-85 оба расчета (на несущую способность и на прогиб) велись на одну и ту же нагрузку. В новом же СНиПе 2.01.07-85 говорится, что снеговую нагрузку для расчета на прогиб нужно принимать с коэффициентом 0,7.

рис. 25.1. Пример расположения прогонов на Т- образной крыше

рис. 25.2. Пример расположения прогонов на Т- образной крыше

рис. 26. Нагрузки действующие на прогоны Т- образной крыши.

Если после проверки балки на прогиб он на самом длинном участке будет не более L/200, то сечение оставляют таким, каким оно получилось. При прогибе больше нормативного, увеличиваем высоту балки или подводим под нее дополнительные опоры, но сечение нужно вновь пересчитать по соответствующей расчетной схеме (с учетом введенных опор).

Если кто-то сумел дочитать до этого места, то скажем, что самое сложное в этом расчете не запутаться в единицах измерения (в переводе метров в сантиметры), а все остальное… Умножить и разделить несколько цифр на калькуляторе много знаний не требуется.

В конечном итоге появятся всего две цифры: требуемая для данной нагрузки , которые округляют в большую сторону до целого числа.

Если вместо бруса (цельного, клееного или собранного на МЗП) будет использоваться бревно, то следует учесть, что при работе на изгиб, вследствие сохранности волокон, несущая способность бревна выше, чем у бруса и составляет 160 кг/см². Момент инерции и сопротивления круглого сечения определяется по формулам: J = 0,0491d³d; W = 0,0982d³, где d - диаметр бревна в вершине, см. Моменты сопротивления и инерции бревна, отесанного на один кант, равны J = 0,044d³d, W = 0,092d³, на два канта - J = 0,039d³d; W = 0,088d³, при ширине отеса d/2.

Высота прогонов и стропил, в зависимости от нагрузок и архитектурного решения крыши, может быть самой разнообразной. К тому же, силы, давящие на стены, особенно это касается прогонов, достигают больших величин, поэтому крышу, как, впрочем, и все остальное, нужно проектировать заранее, еще до строительства дома. Например, в схему дома, можно ввести внутреннюю несущую стену и разгрузить прогоны либо сделать на фронтонах стен капители, поставить под прогоны укосы и тем самым уменьшить их прогиб. Иначе будет довольно трудно стыковать разновеликие по высоте прогоны между собой и согласовывать высотные отметки с фронтонами стен.

При использовании длинных и тяжелых прогонов можно применить так называемый «строительный подъем». Это изготовление балки в виде коромысла. Высоту «коромысла» делают равной нормативному прогибу прогона. Нагруженная балка прогнется и станет ровной. Метод пришел к нам от предков. Они в рубленых домах при укладке матиц и переводов (балок) подтесывали бревна снизу, по всей длине, делая подтес глубже в средней части, и при необходимости, подтесывая края балок сверху. Коромыслообразные балки со временем прогибались под собственным весом и становились прямыми. Это технологический прием используется довольно часто, так, например, изготавливаются предварительно напряженные железобетонные конструкции. В повседневной жизни вы этого просто не замечаете, поскольку конструкции выгибаются, и без того небольшой строительный подъем становится совсем не заметным для глаз. Для уменьшения прогиба балки так же можно вводить под нее дополнительные подкосы. При невозможности установить подкосы или сделать «строительный подъем» можно увеличивать жесткость балки изменением ее сечения: на тавровое, двутавровое или решетчатое - ферму с параллельными поясами либо изменить сечение подкладыванием под опоры консольных балок, то есть делать ее низ в виде несовершенной арки.

Опирание прогонов на стену обеспечивается поперечным боковым упором и должно быть рассчитано на смятие древесины. В большинстве случаев достаточно обеспечить нужную глубину опирания и подложить под брусок деревянную подкладку на двух слоях рубероида (гидроизола и т. п.). Однако древесины на смятие провести все-таки нужно. Если опирание не обеспечивает требуемую площадь, при которой смятие не произойдет, площадь деревянной подкладки нужно увеличить, а ее высота должна распределить нагрузку под углом 45°. Напряжение смятия рассчитывается по формуле:

N/Fcм ≤ Rc.90°,

где N-сила давления на опору, кг; Fсм-площадь смятия, см²; Rсм90 - расчетное сопротивление смятию древесины поперек волокон (для сосны и ели Rсм90 = 30 кг/см²).

Нужно обратить особое внимание на стену под опиранием конькового прогона. Если ниже расположено окно, то от верха перемычки до низа прогона должно быть не менее 6 рядов армированной кладки, в противном случае над окном нужно укладывать усиленные железобетонные перемычки по внутренней стороне фронтона. Если планировка дома позволяет, коньковые прогоны не следует делать длинными и тяжелыми, их лучше разделить на два однопролетных прогона либо оставить один и добавить под него опору. Например, планировка дома, изображенного на рисунке 25, подразумевает устройство перегородки в помещении под вторым прогоном. Значит, в перегородке можно установить шпренгельную ферму и разгрузить коньковый прогон, а ферму затем скрыть обшивкой, предположим, гипсокартоном.

Рис. 26.1. Бесстропильная крыша

Другой путь разгрузки коньковых прогонов лежит в том, что можно просто увеличить количество укладываемых прогонов, например, установить по скатам крыши по одному или по два разгружающих прогона. При значительном увеличении числа балок встает вопрос, а зачем нам здесь вообще стропила, обрешетку можно сделать прямо по прогонам. Это действительно так. Такие крыши называются бесстропильными (рис. 26.1). Однако в мансардных утепленных крышах остро встает вопрос просушки утеплителя, поэтому подобие стропил все же делать придется. Для обеспечения воздушного продуха нужно будет вдоль скатов (в том же направлении, как укладываются стропила) на прогоны набить деревянные бруски, например, 50×50 или 40×50 мм, обеспечивая тем самым продух высотой 50 или 40 мм.

Примечание. Ранее, здесь и далее по тексту в формулах встречаются вот такие нелепицы: d³d, это немного режет глаза, но с математической точки зрения это правильная запись. Она показывает что переменная находится в 4-ой степени. Поскольку записать, 4-ой степени на языке вебсайта «ломает» красоту формулы, приходится прибегать к такой записи. То же относится и к подкоренным выражением: все, что в скобках, входит под знак корня.

Пример расчета сечения прогонов.

Дано: загородный дом 10,5×7,5 м. Расчетная нагрузка на крышу по первому предельному состоянию Qр=317 кг/м², по второму предельному состоянию Qн=242 кг/м². План крыши с размерами указанными на .

1. Находим нагрузки по предельным состояниям, действующим на первый прогон:

qр = Qр×a = 317×3 = 951 кг/м
qн = Qн×a = 242×3 = 726 кг/м = 7,26 кг/см

2. Рассчитываем максимальный изгибающий момент, действующий на этом прогоне (формула на ):

М2 = qр(L³1 + L³2)/8L = 951(4,5³ + 3³)/8×7,5 = 1872 кг×м

3. Произвольно задаемся шириной прогона, b=15 см и по формуле (3) находим его высоту:

h = √¯(6W/b) = √¯(6×1440/15) = 24 см,
где W=M/Rизг = 187200/130 = 1440 см³

По сортаменту пиломатериалов ближайшая подходящая балка имеет размеры 150×250 мм. Выбираем ее для последуещего расчета.

4.На самом длинном пролете проверяем прогон на прогиб по формуле (2).

Сначала определяем нормативный прогиб: fнор = L/200 = 450/200 = 2,25 см,
затем расчетный: f = 5qнL²L²/384EJ = 5×7,26×450²×450²/384×100000×19531 = 2 см,
где J = bh³/12 = 15×25³/12 = 19531 смˆ4

Условие выполнено 2 см < 2,25 см, прогиб прогона получился меньше нормативно допустимого. Сечение первого прогона определили, будет применен брус размерами 150×250 мм. Если бы расчетный прогиб получился больше нормативного, то нужно увеличить сечение (лучше высоту) прогона.

5. Находим нагрузки, действующуе на второй прогон.

От расчетной равномерно распределенной для первого предельного состояния она будет равна: qр = Qр×b = 317×3 = 951 кг/м;
для второго предельного состояния qн = Qн×a = 242×3 = 726 кг/м = 7,26 кг/см

В точке соединения прогонов от действия первого прогона на второй прогон будет приложена сосредоточенная сила Р (формула на ):

по первому предельному состоянию Рр=RB = qр b/2 — M2/b = 951×3/2 + 1872/3 = 2051 кг
по второму предельному состоянию Рн=RB = qн b/2 — Mн/b = 726×3/2 + 1429/3 = 1566 кг,
где Мн = qн(L³1 + L³2)/8L = 726(4,5³ + 3³)/8×7,5 = 1429 кг×м

6. Сначала нужно определить по какой формуле будем просчитывать максимальный изгибающий момент на втором прогоне, для этого находим соотношения сил Р/qрL и длин приложения силы c/b (см. ):

Рр/qрL = 2051/951×7,5 =0,29; c/b = 4,5/3 = 1,5

c/b получилось больше, чем p/qрL, значит максимальный момент рассчитываем по формуле:

Ммах = ab(qрL + 2Pр)/2L = 4,5×3(951×7,5 + 2×2051)/2×7,5 =10112 кг×м

7. Произвольно задаемся шириной прогона, b=20 см и по формуле (3) находим высоту прогона:

h = √¯6W/b = √¯(6×7778/20) = 48 см,
где W=Mмах/Rизг = 1011200/130 = 7778 см³

Брусьев такой высоты в сортаменте пиломатериалов нет, значит принимаем решение взять два бруса размерами 200×250 мм, уложить их друг на друга, скрутить шпильками и сшить стальными пластинами МЗП либо изготовим балку с деревянными связями. Таким образом получим балку шириной 200 и высотой 500 мм.

8. Проверяем составную балку на прогиб по формуле . Сначала определяем нормативный прогиб:

fнор = L/200 = 750/200 = 3,75 см

Затем расчетный, в нашем случае он рассчитывается как сумма прогибов от приложения к балке равномерной нагрузки и сосредоточенной силы:

f = 5qнL²L²/384EJ + PнbL²(1 — b²/L²)√¯(3(1- b³/L³)/27EJ) = 5×7,26×750²×750²/384×100000×208333 + 1566×300×750²(1 — 300²/750²)√¯(3(1 — 300³/750³)/27×100000×208333) = 1,4 + 0,7 = 2,1 см,
где J = bh³/12 = 20×503/12 = 208333 смˆ4

Расчетный прогиб получился меньше нормативного 2,1 см < 3,75 см, значит составная балка удовлетворяет нашим требованиям. Таким образом, первый прогон принимаем из цельного бруса 150×250, второй - составным, общей высотой 500, а шириной 200 мм.

Расчет явно показывает, что введением под место пересечения прогонов дополнительной подпорки можно было бы исключить сосредоточенную силу и уменьшить сечение второго прогона, а при данных в примере размерах строения, сделать его равным первому прогону.

Пример проверки узлов опирания прогонов на смятие.

Проверяем площадь опирания прогонов на стены для того, чтобы не произошло необратимого смятия древесины или разрушения материала стены. Предположим, что стены фронтонов выполнены из газосиликата D500. Предел прочности газосиликата D500 на сжатие составляет 25 кг/см², предел прочности древесины сосны на сжатие в опорных частях конструкций под углом 90° к волокнам составляет 30 кг/см². Для недопущения разрушения материала стены и необратимого смятия древесины должны соблюдаться условия:

N/F ≤ Rсж - для материала стены;
N/Fcм ≤ Rc.90° - для древесины

В данном примере получилось, что древесина имеет большую прочность, чем материал стен. Расчет будем производить на недопущение разрушения материала стены, т.е. напряжение сжатия не должно превысить 25 кг/см².

Находим величину давления первого прогона на стены (формулы на , нагрузка qр на странице примера расчета прогона):

RА = qр а/2 — M2/а = 951×4,5/2 +1872/4,5 = 2556 кг
RС = qр L/2 + M2L/аb = 951×7,5/2 — 1872×7,5/4,5×3 = 2526 кг

Вычисляем площадь опирания концов первого прогона:

F=N/Rсж = 2556/25 =103 см
где N=2556 кг (наибольшая из сил давящих на стену), а Rсж = 25 кг/см².

Выходит, что для опирания прогона шириной 15 см нужен «зацеп» на стену равный всего 103/15 = 7 см и при этом не произойдет необратимого смятия древесины и разрушения газосиликатных блоков стены. Поэтому длину опирания прогона на стену примем конструктивно, например, равную 15 см.

Находим величину давления на стены второго прогона:

RD = qр L/2 + bPр/L =951×7,5/2 +4,5×2051/7,5 =4797 кг
RE = qр L/2 + aPр/L =951×7,5/2 +3×2051/7,5 =4387 кг

Вычисляем площадь опирания концов второго прогона:

F=N/Rсж = 4797/25 =192 см,
где N=4797 кг (наибольшая из сил давящих на стену).

Для опирания второго прогона шириной 20 см нужен «зацеп» на стену не менее 192/20 = 10 см. И здесь длину опирания прогона на стену примем конструктивно, равным 15 см.