В принципе я могу предложить один метод, предусматривающий усиление без изменения сечения стропил, а вот понравится он вам или нет - это уже не мне решать.
Итак рассмотрим следующую ситуацию: висячие стропила, представляющие собой треугольную арку с затяжкой или простейшую треугольную ферму (это кому как больше нравится), были выполнены из бруса сечением 15х5 см с шагом 1 м. При этом расстояние между мауэрлатами - пролет арки l = 6 м. Угол уклона кровли - 30°. Впрочем, не будем дальше пересказывать ситуацию, достаточно подробно рассмотренную в различных статьях, например , а просто скажем, что по расчету требуется сечение стропил 15х10 или 20х5 см, т.е. имеющийся момент сопротивления W z = 187.5 см 3 чуть ли не в 2 раза меньше требуемого.
На первый взгляд самым логичным выходом из ситуации будет усиление существующих стропил точно таким же брусом 15х5 см или устройство дополнительных пар стропил, чтобы уменьшить шаг стропил. Но и в первом и во втором случае расходы на усиление будут близки к начальным расходам на устройство стропильной системы.
А между тем есть и другой способ уменьшить значение требуемого момента сопротивления, никогда правда мне не встречавшийся в литературе, посвященной расчету стропильных систем, тем не менее вполне законный с точки зрения теоретической механики.
Всего-то и нужно: изменить расчетную схему.
Как мы знаем, в поперечном сечении посредине однопролетной балки с шарнирными опорами при действии равномерно распределенной нагрузки возникает изгибающий момент, равный М = ql 2 /8. А у такой же балки, но с жестким защемлением на опорах максимальный момент возникает на опорах и составляет M = ql 2 /12, т.е. в 1.5 раза меньше.
Таким образом, если для стропильной системы, показанной на рисунке 462.1.а) (принимаемая расчетная схема показана на рисунке 462.1.б)), мы поставим схватки между стропилами в коньке и между стропилами и затяжкой примерно так, как это показано на рисунке 462.1.в), то полученную систему мы можем рассматривать, как арку из одного стержня с жестким защемлением на опорах (хотя это будет и не совсем правильно).
Рисунок 462.1 . Трехшарнирная арка и одностержневая арка с жестким защемлением на опорах
Такая арка является статически неопределимой, но мы можем упростить задачу, если будем рассматривать стропила как жестко защемленные наклонные балки или как двухпролетные балки на 2 шарнирных и одной жестко защемленной опорах. Только не будем при этом забывать, что на стержни арки действуют нормальные силы, определенные нами ранее.
Сначала рассмотрим наиболее простой вариант:
стропила - наклонная однопролетная балка с жестким защемлением
Как видно из расчетной схемы, приведенной на рисунке 462.1.г), дополнительные стержни не только создают условия, при которых стропила можно рассматривать как защемленную балку, но еще и уменьшают расчетную длину пролета. Так наклонная проекция стропил - трехшарнирной арки с затяжкой, составляла 3 м. Если же мы разместим вертикальные захватки так, что в горизонтальной проекции это составит по 0.5 м с каждой стороны, то только уменьшение расчетного пролета на а = 0.5 м или на (1/6) приведет к уменьшению момента в 1.44 раза, так как
(l - l/6) 2 /l 2 = (25l 2 /36)/l 2 = 25/36 ≈ 0.7 .
Примечание : горизонтальную схватку между стропилами нельзя рассматривать как дополнительную вертикальную опору.
Таким образом общее уменьшение максимального момента составит 1.5·1.44 = 2.16 раз, чего в данном случае вполне достаточно. В численном выражении максимальные изгибающие моменты на опорах защемленной наклонной балки составят:
M c max = ql 2 /12 = 326.1·2.5 2 /12 = 169.844 кгс·м или 16984.4 кгс·см
Такой же момент будет создавать сила, приложенная вертикально на расстоянии 0.5 м от основной опоры и составляющая:
Р = 169.844/05 = 339.7 кг
А значит для крепления вертикальной схватки достаточно:
Такое же количество гвоздей можно принять и для крепления горизонтальной схватки, если узел крепления находится на расстоянии о.5 м от стрелы арки в горизонтальной проекции.
Теперь осталось проверить, выдержит ли затяжка дополнительную нагрузку - две сосредоточенные силы Р, приложенные на расстоянии 0.5 м от каждой опоры. Согласно расчетной схемы 1.3 из таблицы 1 . максимальный момент в поперечных сечениях затяжки составит:
M з = Ра = 339.7·0.5 = 169.844 кгс·м = М c max
Тогда требуемый момент сопротивления для затяжки:
W z тр = M/R = 16984.4/140 = 121.32 см 3
Между тем у нас затяжка имеет сечение 10х5 см и соответственно момент сопротивления W = bh 2 /6 = 5·10 2 /6 = 83.33 см 3 , т.е. в 1.45 раза меньше требуемого и это еще без учета растягивающих напряжений, действующих в поперечных сечениях затяжки.
Если уменьшать расстояние от опоры до вертикальной схватки, то это будет только увеличивать значение изгибающего момента в стяжке, да и количество гвоздей придется увеличивать. А если увеличивать расстояние от опоры до вертикальной схватки, то такую конструкцию уже вряд ли можно рассматривать как жестко закрепленную балку.
И тут вроде бы другого выхода нет, как усиливать затяжку, но если сделать схватки не вертикальные, а под некоторым углом к вертикали, например 35-40°, то такая схватка превратится с одной стороны в вертикальную опору, а с другой в горизонтальную, увеличивающую растяжение в затяжке, оставаясь при этом элементом, обеспечивающим жесткое защемление стропил.
Проверяем. Расчетная длина вертикальной схватки равна:
l в cx = tg30°a = 0.5773·0.5 = 0.2887 м
При угле наклона 35° расстояние а" от наклонной схватки до места, где была бы вертикальная схватка составит:
a" = tg35°l в сх = 0.7·0.2887 = 0.2 м
Тогда изгибающий момент, действующий на затяжку, составит:
М з = Р(a - a") = 339.7(0.5 - 0.2) = 101.18 кгс·м
Увеличение нормальной силы, действующей на затяжку составит:
N" = Psina/cosa = 339.7·0.573/0.819 = 237.86 кг
Тогда максимальные нормальные напряжения, возникающие в поперечных сечениях затяжки, с учетом разности расчетных сопротивлений растяжению и изгибу древесины составят:
(N + N")/F + M з R p /W z R и = (692.927+ 237.86)/50 + 10180·101.9/(83.33·142.7)= 18.61 + 87.26 = 105.9 кг/см 2 > R р = 101.9 кг/см 2
Необходимые условия по прочности нами не соблюдены. Впрочем превышение напряжений составляет менее 4%. С учетом принятых коэффициентов надежности по нагрузке такое превышение можно считать допустимым, а можно еще немного увеличить угол наклона. Это уже на ваш выбор.
Кроме того в действительности значение изгибающего момента будет немного больше, особенно если на участок стропила между наклонной схваткой и мауэрлатом будут опираться доски обрешетки.
При наклонных захватках количество гвоздей также следует увеличить:
n = P/(Tcos35°) = 3.88/0.819 = 4.7 точнее 5 гвоздей .
Если рассматривать стропила, как двухпролетную балку с двумя шарнирными и одной жестко защемленной опорой, то момент на опоре - вертикальной (или наклонной) схватке будет немного меньше, а на жесткой опоре - стреле арки - немного больше. Впрочем и такая расчетная схема не является точно отображающей реальную работу конструкции.
Тем не менее подобный расчет можно произвести, например с использованием метода трех моментов . Ну а для всех остальных совет: добавьте по 1-2 гвоздя в узлах крепления стропил и стяжки со схватками.
Подавляющее большинство каркасов под обустройство крыш и укладку кровельных покрытий используют рядовую древесину, купленную на ближайшем складе или даже просто на лесопилке. Такой подход упрощает жизнь строителям и создает головную боль хозяевам и жильцам, через несколько лет приходится стропильную систему подвергать ревизии, выбраковывать отдельные элементы и выполнять усиление стропил.
Почему необходима ревизия и периодический контроль состояния стропильных конструкций
Дерево, как никакой другой материал, подходит для сборки каркаса крыши, но при этом деревянные стропила оказываются самой уязвимой частью конструкции. В теории древесина может легко простоять без потери основных прочностных качеств более 50 лет, но на практике обеспечить сохранность материала стропильных балок оказывается не так просто. Процессы гниения древесины, деформации и растрескивание из-за усыхания и неправильного распределения нагрузки зачастую могут привести к потере несущей способности конструкций стропильных ног.
Наиболее критичные зоны системы стропил можно перечесть по пальцам:
- Опорная часть мауэрлата и стропильных ног;
- Места соединений и креплений подкосов или распорок, любых силовых элементов каркаса;
- Места опор стропил на коньковый брус;
- Срединные части висячих стропильных балок.
Важно! Нельзя использовать для изготовления стропил или других элементов каркаса пиломатериал, взятый непосредственно с лесопилки или на торговом складе. До использования доска и брус должны высохнуть под нагрузкой в сложенном состоянии пакете.
Чтобы правильно выполнить усиление, необходимо ясно представлять причины, по которым каркас начинает проседать или терять прочность:
- Если собрать систему стропил из недосушенного или «больного» материала, распределение нагрузки на балки будет неравномерным, в результате часть балок будет перегруженной, а часть работать «вхолостую». Поэтому, прежде чем стараться провести усиление прогибающихся или подламывающихся стропил, необходимо снять и перераспределить нагрузку;
- Нижняя половина стропильных ног всегда находится в более тяжелом состоянии, особенно, если усиление при сборке было выполнено неправильно. Любые точки опоры на стойках или подкосах, в местах соединения стропил с мауэрлатом заставляют балку стропило работать в самом тяжелом режиме - при знакопеременной циклической нагрузке. Именно в этой точке рвутся волокна древесины, и требуется правильное усиление;
- Нарушение условий вентиляции и удаления избытка влаги из подкровельного пространства. В этом случае поверхность стропил покрывается трещинами, что приводит к интенсивному поглощению влаги, развитию процессов гниения и деформации.
В этом случае усиление возможно лишь за счет замены пораженных участков, установки подкладных балок и элементов.
Ремонт и усиление соединений
На сегодня в строительстве каркасных крыш используется две основные технологии усиления - конструкционное и ремонтное. Конструкционный тип усиления подразумевает использование способов крепежа накладок, переходных и вспомогательных элементов, позволяющих концентрированную нагрузку превратить в распределенную. Например, соединение стропил в коньке можно выполнить креплением оголовков балок внахлест, но для наслонных стропильных балок рекомендуется выполнить усиление установкой стальных пластин или досок, скрепленных минимум 5-7 гвоздями или болтами.
Конструкционное усиление стропил
Очень редко когда удается построить каркас крыши простой установкой стропил, без использования элементов усиления — подкосов и распорок. Во-первых, такой способ устройства подойдет для очень небольших построек - дачных домиков или бани, а во-вторых, отказ от усиления потребует использования очень массивных и тяжелых балок и брусов, что увеличивает стоимость постройки крыши в разы. Даже для простого односкатного варианта кровли архитектор обязательно использует усиление в виде вертикальных опор и боковых подкосов.
Важно! Самым уязвимым и проблемным местом являются узлы соединения стропильных балок и элементов усиления. Если соединяемый участок выполнен неправильно, деформация и разрушение неизбежны.
Например, рассмотрим вариант усиления вертикальной стойкой длинномерного стропило. Если вместо подвижной опоры, как на схеме, использовать жесткое закрепление накладной пластиной, неизбежно создается изгибающий момент в месте крепления в коньке и увеличивается поперечная нагрузка на стропильной балке. Вместо разгрузки получается перенос и концентрация напряжений в самом уязвимом месте — центральной части балки.
Наиболее сложными в расчете и правильном выборе установки силовых элементов являются круглые и многоугольные каркасы, например, крыша — эркер или конусный вынос. На приведенном фото хорошо видно, насколько сложной и дорогой получается установка стропил на мауэрлате.
Внутренний ряд усиления балок опорными стойками имеет свой ряд затяжки и соединение с мауэрлатом. Система несущих балок во многом напоминает вальмовое строение, особенно в части соединения нарожников с угловым каркасом ендова. Из-за большой длины наслонных стропил строители применили удлинение и одновременно усиление части балки, находящейся за точкой опоры на стойке. Стальные пластины гарантируют увеличенную прочность нижней части ската.
Ремонтное усиление стропильных балок
Самым простым примером усиления является увеличение стропил по длине. Проще всего получить стропило большой длины - выполнить соединение двух коротких балок накладным отрезком доски или бруса. При этом в стропилах не используют усиление или соединение с помощью косого среза, широко применяемого для досок мауэрлата. Соединенные таким способом стропила не способны обеспечить необходимую поперечную жесткость балки.
В качестве примера восстановительного или ремонтного усиления стропил можно указать установку подкладочной доски под балку, имеющую расслоение, трещину или остаточную деформацию. В самых проблемных случаях, когда заменить стропильную балку невозможно, выполняется усиление и восстановление несущей способности сборной фермой по схеме, приведенной на рисунке. Чаще всего такой вид усиления используется для наслонных стропил.
Усилению подвергается и опорная поверхность, например, если из-за недостаточно эффективной или неправильно организованной вентиляции подкровельного пространства конденсат, образующийся на пароизоляционной мембране, стекает к опорной поверхности деревянных стропил на мауэрлате. Если опорная часть балки сгнила или имеет поражение вредителями, ее вырезают и устанавливают стальной каркас, часто именуемый протезом.
Если деструктивные процессы коснулись и мауэрлата, возможно изменение одноопорной версии на двухопорную. В этом случае параллельно основной доске мауэрлата укладывается дополнительный брус, на который опирается усиливающий установленный элемент подкоса, забирающий на себя львиную долю нагрузки.
Нередко проседание и деформация каркаса происходит из-за неправильной установки и крепления гвоздями в тех местах, где необходимо использовать резьбовое соединение со стальными пластинами - накладками. Не следует удалять старый крепеж и пытаться восстановить соединение новыми гвоздями, это даст в лучшем случае временный эффект. Более надежным получается усиление с помощью накладных планок или металлических пластин с отогнутыми краями отверстий.
Заключение
Основное правило усиления заключается в том, что старое крепление не удаляется, в дополнение монтируются «помощники» — стальные или деревянные накладки, воспринимающие часть усилий. Если их использование не дает нужного эффекта, в таком случае приходится прибегать к установке полноценных силовых рам и ферм, но опять же без демонтажа стропил.
Довольно часто домовладельцы сталкиваются с проблемой прогиба стропил. Это происходит вследствие излишней экономии либо неправильного проектирования. Если своевременно не произвести укрепление стропил, то они могут сломаться, что приведёт в итоге к дорогостоящему ремонту кровли.
Понятие усиление стропил подразумевает комплекс работ по исправлению прогиба и их укрепление для дальнейшей беспроблемной эксплуатации. Также необходимо обработать узел прихода "ног" к коньку, что дополнительно снимет нагрузку с их средней части.
Укрепление стропил – выбираем стратегию, готовимся к работе
Есть два способа укрепления конструкции . Первый заключается в увеличении толщины брусьев, а второй – в увеличении их ширины. Первый вариант используется лишь тогда, когда нельзя по каким-либо причинам увеличивать ширину брусьев, так как при одинаковом количестве использованного материала конструкции, усиленные по второму способу, обладают гораздо большим сопротивлением изгибающим нагрузкам.
Также существуют и различные способы крепления усиливающих брусьев к стропилам: проволокой, гвоздями, саморезами, при помощи резьбовых шпилек. Наиболее надёжен способ увеличения ширины брусьев, именно его мы и рассмотрим.
Для подготовки к работе освобождаем всю рабочую поверхность от обшивки, открываем узлы крепления стропил и собираем следующий инструмент : набор гаечных ключей, набор торцовочных головок с трещоткой, дрель, шуруповёрт, гидроцилиндр, болгарка. Так как данные работы очень ответственны и трудоёмки, их нельзя выполнять одному человеку.
В первую очередь обращаем внимание на крепление стропил к коньку. Если они там разошлись, то сперва усилиями нескольких человек, при необходимости пользуясь домкратом, стыкуем верхние концы.
Затем с помощью перфорированных металлических полос, фанеры или, в крайнем случае, двухсантиметровой доски, используя саморезы, укрепляем место стыка балок с обеих сторон. Если же стропила стыкуются на коньке, то укрепляем соединения под ним.
Далее нам необходимо убрать прогиб стропил. Для этого воспользуемся гидроцилиндром. Перед началом этих работ необходимо упрочнить места стыковки конструкции к мауэрлату, для чего снизу к стропильному брусу (при наращивании толщины) или сбоку (при наращивании ширины) прикручиваем доску, которая будет упираться в мауэрлатный брус и не даст разъехаться ногам при работе гидроцилиндром.
Для хорошего упора гидроцилиндра изнутри в торцы противоположных стропильных брусьев в местах наибольшего прогиба прикручиваем саморезами самодельные треугольные деревянные упоры.
Далее, аккуратно работая гидравликой, выпрямляем стропила и фиксируем их в этом положении любой подручной доской толщиной не менее 3 см с помощью саморезов. То есть, если посмотреть сбоку, получается что-то наподобие большой буквы “А”.
Как укрепить стропила – наращиваем брус
Для того чтобы нарастить стропила, поступаем следующим образом. В первую очередь подготавливаем брус, идентичный существующему по габаритам (ширина может немного отличаться). Для удобства последующей работы фиксируем его к уже имеющемуся брусу несколькими саморезами.
Затем с помощью дрели просверливаем через 30-50 см сквозные отверстия сразу через два скреплённых друг с другом бруса. Отверстия располагаются не на одной линии, а идут в виде “змейки” для улучшения сопротивления изгибу данной конструкции.
Далее вставляем в отверстия шпильки, предварительно нарезанные под размер, на концы которых наживляем самоконтрящиеся гайки, предварительно подложив под них шайбы. Затяжка стропил производится до характерного потрескивания дерева.
Для усиления стропил по второму способу производим те же работы и в таком же порядке за исключением того, что укрепляющий брусок должен фиксироваться к внутреннему торцу бруса и отверстия располагаются на одной линии.
Для увеличения несущей способности стропильных ног (рис. 68) как в наслонных, так и висячих стропильных системах применяют установку разгружающих балок (подмог), двухсторонних накладок и подкосов.
Рис. 68. Усиление стропильных ног подмогой
Как показывали расчеты по старому СНиПу «Нагрузки и воздействия», стропила в пролете между мауэрлатной балкой и подстропильной ногой с размерами сечения, подобранными по прочностным характеристикам, часто не проходили расчет на прогиб и приходилось увеличивать их высоту. Изготовить стропильную ногу переменного сечения можно включением в нее дополнительной деревянной балки - подмоги. Подмогу крепят в пролете между мауэрлатом и подстропильной ногой, ее высотой добирают высоту сечения стропила, чтобы оно проходило по расчету на прогиб. Крепят подмогу болтовыми хомутами или металлическими зубчатыми пластинами.
Другой опасный узел в неразрезной стропильной ноге - опирание на подкос. Когда-нибудь ломали палку через колено? Так вот, в этой расчетной схеме подкос и есть то самое колено, здесь возникает самый большой изгибающий момент, из-за которого приходится увеличивать сечение всей стропильной ноги. Прогиба в этом узле нет, поэтому можно увеличить не высоту стропила, а его ширину, путем закрепления двусторонних дощатых накладок (рис. 69). Ширина накладок подбирается при расчете сечения стропила на максимальный изгибающий момент. Накладки крепятся гвоздевым боем, болтами или, как и в предыдущем случае, болтовыми хомутами. Если стропило уже усиливается подмогой, то ее нужно сделать длиннее и вывести край за узел опирания на покос. В этом случае решается сразу две задачи: усиление опорного узла и прогиба в пролете.
рис. 69. Усиление опорного узла путем увеличения ширины стропила
При реконструкции кровли под более крутой скат устанавливают новые стропила, сращивая их со старыми (если они не сгнили) дощато-гвоздевой перекрестной стенкой. Новые стропила могут быть введены, как поверх старых стропил, так и ниже их. Образующаяся при этом ферма обеспечивает не только новый уклон, но и повышенную жесткость стропильной конструкции (рис. 70). Этот метод позволяет не разбирать старую крышу и ускоряет работы, но и подкрышное пространство не увеличивает. Если целью изменения уклона скатов было устройство мансарды, то объем чердака останется прежним.
рис. 70. Усиление стропил устройством дощато-гвоздевой фермы
Иногда случается так, что конец стропильной ноги подгнивает, опирание на мауэрлат получается ненадежным, в этом случае к нижнему концу стропильной ноги можно прикрепить дополнительные подкосы, которые упирают в ту же мауэрлатную балку или в дополнительный лежень (рис. 71). Рекомендуется раздвигать нижние концы дополнительных подкосов - они обеспечивают лучшую устойчивость стропила. А подкосы, опертые на дополнительный лежень, частично могут уменьшить прогиб стропила в пролете между подстропильной ногой и мауэрлатом. Дополнительные подкосы крепят гвоздевым боем с опиранием в прибоины на стропиле.
рис. 71. Усиление низа стропильной ноги установкой дополнительных подкосов
При использовании в строительстве крыши сырой древесины (влажностью более 25%) и недостаточной вентиляции холодного чердака, при высоко расположенных слуховых окнах, малой их площади, либо при отсутствии чердачных продухов, возможно загнивание нижнего конца стропильных ног или мауэрлата.
Также загнивание может наступить при отсутствии или повреждении пароизоляции и воздушных продухов в конструкции утепленной мансардной крыши или закупоривание их концов. Либо при увлажнении древесины стропильных ног и мауэрлата в крышах любого типа при протечке кровли, либо при отсутствие гидроизоляционного слоя между древесиной и кладкой стены и увлажнение древесины от кладки.
Существует несколько способов восстановления и усиления поврежденных конструкций.
1. Применение деревянных накладок. Их используют при одиночном повреждении стропильных ног. Усиление проводят путем установки усиливающих деревянных накладок с закреплением болтами или гвоздевым боем. Опирание накладок на мауэрлат должно быть всем торцом с последующей установкой проволочной скрутки (рис. 72).
рис. 72. Ремонт узла опирания стропил на мауэрлат накладками и протезами
2. Использование прутковых протезов. Их применяют при массовом повреждении стропильных ног. До начала работ поврежденную стропильную ногу укрепляют на временных опорах, разбирают покрытие и выпиливают сгнившую часть стропильной ноги. Протез надевают на стропильную ногу и укладывают на мауэрлат. Спиленный торец стропильной ноги упирают в опорную площадку протеза, которая предотвращает ее сползание. Жесткость верхнего сжатого пояса протеза обеспечивает подкосная решетка.
3. Использование накладок, опирающихся на балку. Этот вариант применяют при необходимости замены сгнившего участка мауэрлата и конца стропильной ноги (рис. 73). До начала работ стропильную ногу укрепляют временными опорами, вырезают сгнившие участки ноги и мауэрлата, забивают в кладку костыли и укладывают на них балку длиной 1 м. Если конструкция стен и перекрытия позволяет, а чаще всего это именно так, то на стену или перекрытие укладывают метровый кусок лежня. В эту балку упирают два подкоса, закрепленные на гвоздях по обе стороны стропильной ноги. Обрешетку поддерживают новой удлиненной кобылкой.
рис. 73. Ремонт узла опирания стропил при повреждении мауэрлата
При недостаточном воздухообмене чердачного помещения, а вследствие этого развитии грибковых спор и загнивания древесины деревянных конструкций крыши проводят ряд мероприятий для восстановления вентиляции (рис. 74). В чердачном помещении следует изучить характер движения воздуха, определить температуру воздуха на верхней границе утеплителя (она не должна превышать 2°С при любой отрицательной температуре наружного воздуха) и устроить дополнительные продухи и слуховые окна. Площадь сечения слуховых окон и продухов должна составлять 1/300–1/500 площади чердачного перекрытия. Ширина продухов должна быть в пределах 2–2,5 см. Нужно измерить и при необходимости увеличить до расчетной толщину утеплителя. Слежавшийся утеплитель необходимо разрыхлять примерно один раз в пять лет. У наружных стен при ширине до 1 м толщина его может быть увеличена до 50% выше расчетной. Следует проверить и, если необходимо, то восстановить пароизоляцию под слоем утеплителя.
рис. 74. Устройство нормального процесса воздухообмена в чердачной крыше
Усиления других деревянных конструкций, стен, перекрытий и фундаментов можно посмотреть в специальном разделе сайта.
Усиление стропильных конструкций может потребоваться в тех случаях, когда еще на стадии проектирования или строительства сооружения были допущены ошибки. Неправильно рассчитанные нагрузки или свойства материала могут привести к частичной деформации крыши, а то и к ее полному разрушению. В этом случае усиление стропил становится остро необходимой процедурой, которая может спасти ваш дом.
Стропила, являющиеся основой любой крыши, необходимо периодически проверять на наличие каких-либо дефектов или повреждений, образовавшихся при эксплуатации крыши. В случае обнаружения таковых, необходимо усилить и укрепить стропильную систему дома, гаража, сарая, бани или иных построек. Ошибки при монтаже и расчетах могут возникнуть при любом типе стропильных систем, поэтому домашним мастерам необходимо умение по усилению стропил для каждой из них.
Усиление стропильных ног
Усиление стропил может проводиться несколькими способами, подробно основные из них будут рассмотрены ниже. Эти способы могут применяться как по отдельности, так и в своей совокупности. В каждом конкретном случае домовладельцы сами должны решить данный вопрос. Но лучше всего не экономить и учесть, что разрушение крыши над тем же гаражом может повредить автомобиль и причинить существенный материальный ущерб, не говоря уже об опасности деформации конструкции крыши дома.
Итак, усиление несущих функций осуществляется с помощью:
- «подмог», балок, которые принимают на себя часть нагрузок, приходящихся на конструкцию стропил;
- установки подкосов;
- двусторонних накладок.
Подмоги устанавливаются в тех случаях, когда были проведены неверные расчеты нагрузок на стропила, и в итоге требуется увеличение поперечного сечения балок, удерживающих конструкцию всей крыши. Провести такое усиление довольно легко, для этого нужно эту дополнительную балку установить и закрепить между мауэрлатом и подстропильной ногой. Крепится она либо болтовыми хомутами, либо специальными стальными пластинам с зубцами.
Место наложения стропильной ноги на подкос также требует особого внимания домовладельца, так как именно в этом месте возникает максимальное давление на изгиб. В качестве наглядности вспомните, как вы в детстве ломали через колено палку, именно роль колена и выполняет подкос. Чтобы уменьшить нагрузку и риск деформации неразрезных стропил в том месте, где они опираются на подкос, советуем увеличить сечение бруса за счет обшивки его накладками из досок. Толщина накладок зависит от расчета необходимого сечения для конструкции при планируемых нагрузках на изгиб. Соединяются стропила с усиливающими накладками с помощью различных крепежных элементов, но чаще гвоздями или специальными болтами. Если при этом длину подмоги продлить за точку опоры, то можно увеличить не только прочность балки, но и весь соединительный узел.
Иногда в проекте может быть ошибка в определении угла ската крыши, и эксплуатация выявляет этот просчет. Например, при недостаточно крутом скате скапливается снег, который может повредить крышу. В этом случае появляется необходимость привнести некоторые изменения в конструкции стропил. Для этого к старым элементам с помощью дощатых стенок и гвоздей прикрепляют новые части стропил, благодаря чему новообразованные фермы становятся более жесткими и меняют уклон крыши в нужную сторону.
Данный способ позволит вам внести изменения в и при этом не разбирать всю крышу заново, правда, и особых изменений в подкрышное пространство внести не удастся, так как ни увеличить, ни как-то конфигурировать его не получится.
Укрепление нижних частей стропил
Стропильная конструкция крыши у любого строения наиболее уязвима в своей нижней части, именно там она чаще всего и требует усиления – это низ стропильных ног и брус мауэрлата. Причиной этой уязвимости является то, что именно в зоне контакта дерева и кирпичной кладки чаще всего образуется конденсат и происходит попадание влаги в случае нарушения целостности кровли. Еще одной причиной является использование некачественной древесины, которая была либо сырой, либо просушена с нарушением технологий. Все это приводит к образованию гнилостных процессов в древесине и ее разрушению. Поэтому при строительстве важно уделить внимание выбору качественного материала и обеспечить надежную гидро- и пароизоляцию. Отсутствие или неправильное функционирование вентиляционных продухов также может стать причиной скопления влаги и разрушения древесины.
Для усиления каркаса крыши в этом случае используют подкосы. Они крепятся к нижней оконечности стропильной ноги и упираются мауэрлат или лежень. Число таких дополнительных подкосов зависит от вашей ситуации. Для придания дополнительной устойчивости подкосы крепятся немного под наклоном, то есть нижняя их часть чуть раздается в стороны. Именно упор в лежень позволит снять воздействие изгибающей деформации на пролет стропил в этой части.
Укрепление подгнивших частей системы стропил
Если все же не удалось уберечься от разрушительного воздействия гнили на древесину, можно попробовать укрепить поврежденные участки стропил или мауэрлата вашего дома или гаража. Если речь идет об одном случае повреждения стропил, то можно обойтись деревянными дощатыми накладками. Крепятся они гвоздями или болтами, при этом своей нижней частью доски накладки должны упираться в мауэрлат, для обеспечения дополнительной надежности фиксации, при этом накладки в этом месте лучше прикрепить к мауэрлату с помощью стальной проволоки.
Но если речь уже идет о массовом повреждении стропил, когда деформация или гниль обнаруживается на многих стропилах, то необходимо применить специальную систему протезов. Данные протезы делаются из стальных прутьев и крепятся на неповрежденный участок конструкции, в то время как деформированная часть попросту удаляется. Для данной операции необходимо зафиксировать стропило специальными временными подставками и удалить поврежденную часть (для этого придется разобрать часть кровли). Затем следует вырезать аналогичного размера протез из такого же дерева и установить его на место удаленного участка, нижней своей частью он должен упираться в мауэрлат. Стальные прутья протеза обеспечивают дополнительную фиксацию всей конструкции.
Если укрепления с частичной заменой требует не нога стропила, а мауэрлат, то необходимо провести следующие манипуляции:
- фиксируются временными подпорками стропила каркаса крыши;
- прогнивший участок мауэрлата вырезается и удаляется;
- в кладку вбиваются стальные костыли, на которые укладывается брус нужного сечения, длиной не менее одного метра;
- на перекрытие устанавливают кусок лежня длиной равной брусу;
- затем нога стропила фиксируется с двух сторон подкосами, которые опираются на только что установленную балку.
Работы по усилению стропил любой крыши – это целый комплекс работ, в который входят различные операции по исправлению деформации и разрушения самих деревянных элементов либо места их скрепления.
Деформации чаще всего выражаются через искривление и образование трещин в брусьях и досках стропил и других деревянных элементов крыши, но иногда вмешательство требуется и когда необходимо исправить некачественное скрепление между собой частей системы.
В последнем случае стоит обратить внимание на ключевые места соединения. Прежде всего, убедитесь в надлежащей фиксации стропил и конка вашей крыши, в этом узле очень часто возникают проблемы при недостаточной внимательности при монтаже.
При исправлении дефектов необходимо добиться максимально плотной стыковки стропил и конькового бруса, в этом может помочь использование специального домкрата. Для качественного укрепления данного узла используют различные методики. Крепится данный узел с помощью либо специальной стальной полосы с перфорированными отверстиями, либо различных деревянных дощатых накладок, либо насаживая стропила на стальной крепежный болт. В каждом из этих способов можно выделить несколько вариантов, например, деревянные накладки могут крепиться как выше, так и ниже конькового бруса, существует и несколько разновидностей металлических пластин для надежной фиксации стропил и накладок.
Есть некоторые секреты и при исправлении прогиба стропил. Для этого на внутренней стороне балок надежно крепятся специальные деревянные упоры, после чего с помощью домкрата стропила выпрямляются, и между ними поочередно вставляются прочные перемычки-распорки. Такая система поможет противостоять внешнему давлению на крышу и стропила и остановить деформацию последних.
При укреплении ног стропил через наращивание брусом необходимо правильно подобрать его параметры. По ширине он должен быть либо равным стропилу, либо чуть шире. Для удобства монтажа брус крепят саморезами к стропильной балке, а затем проделывают насквозь отверстия через оба элемента, после чего насаживают всю конструкцию на специальные стальные болты или шпильки.
Эти отверстия лучше сверлить в шахматном порядке, что увеличивает сопротивляемость конструкции нагрузкам при деформации на изгиб. Диаметр сверла и крепежных шпилек должен быть равным. Крепеж выполняется стальными шпильками самоконтрящимися гайками и шайбами. Такая конструкция не только проста в монтаже, но и надежна в эксплуатации. Она не разболтается и продержится столько, сколько выдержит древесина.
