Деревянный каркас однопролетного здания. Деревянные прогоны. Их типы. Конструирование и расчет

Часть 7. Перекрытия. (раздел 6, п.1.)

Нормы [СНиП 31-02-2001. Дома жилые одноквартирные.] предъявляет к перекрытиям дома требования по прочности и деформативности при расчетных значениях воздействий и нагрузок, пределу огнестойкости и классу пожарной опасности, долговечности. Чердачные перекрытия и перекрытия над неотапливаемыми подвалами или подпольями должны соответствовать также требованиям к сопротивлению теплопередаче из условий энергосбережения, защиты от воздухопроницания и накопления влаги внутри конструкции. Требования к обеспечению теплоизоляции, защиты от воздухопроницания и паропроницания перекрытий приведены в разделе 9.
Дополнительные требования к устройству чердачного перекрытия приведены в разделе 8.

6.1. Общие требования к конструкции

6.1.1. Перекрытия состоят из каркаса, черного пола, подшивки потолка или конструкции подвесного потолка, отделочного покрытия пола (чистого пола) .
6.1.2. Для изготовления деревянных элементов каркаса должны использоваться пиломатериалы хвойных пород не ниже 2-го сорта по [ГОСТ 8486-86. Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия.].
6.1.3. Влажность и плотность древесины, сопротивление которой механическим воздействиям учтено при проектировании конструкций, должны удовлетворять требованиям [СНиП II-25-80. Деревянные конструкции].
6.1.4. В настоящем Своде правил указаны минимальные размеры сечений элементов конструкций из строганых пиломатериалов. Предусмотренные для применения при строительстве конкретных домов номинальные размеры сечений таких элементов должны быть указаны в рабочей документации на дом. Отклонения фактических размеров сечений этих элементов от номинальных не должны превышать предельных, указанных в [ГОСТ 8242-88. Детали профильные из древесины и древесных материалов для строительства. Технические условия]. Элементы не должны иметь пороков, превышающих нормы, установленные в [ГОСТ 8242-88. Детали профильные из древесины и древесных материалов для строительства. Технические условия].
6.1.5. Изготовление элементов конструкций путем сращивания пиломатериалов, имеющих размеры, меньшие чем номинальные размеры этих элементов, недопустимо, за исключением случаев, указанных в тексте настоящего Свода правил.
6.1.6. Для крепления и соединения элементов конструкций должны применяться строительные гвозди с плоской или конической головкой, в том числе гвозди трефовые с перемычкой по [ГОСТ 4028-63. Гвозди строительные. Конструкция и размеры], шурупы по [ГОСТ 1145-80. Шурупы с потайной головкой. Конструкция и размеры.] и самонарезающие винты по [ГОСТ 11652-89. Плиты древесностружечные. Технические условия].
6.1.7. При соединении элементов конструкций могут использоваться оцинкованные накладки из листовой стали толщиной не менее 0,40 мм.
6.1.8. Для крепления элементов обшивок могут использоваться металлические скобки. Диаметр (толщина) скобки должен быть не менее 1,6 мм, а размер ее верхней части, которая вбивается параллельно элементу каркаса, должен быть не менее 10 мм.
6.1.9. Для крепления и соединения элементов конструкций могут использоваться не предусмотренные в данном Своде правил виды крепежных деталей (например, металлозубчатые пластины, Н-образные скобы), а также различные клеящие составы. В этом случае соответствие прочности соединений той прочности, которая достигается при применении предусмотренных в настоящем Своде правил способов крепления и соединения элементов конструкций, должно быть подтверждено расчетами или испытаниями.

6.2. Устройство каркаса.

6.2.1. Каркас перекрытия состоит из прогонов (главные балки), балок перекрытия (второстепенные балки), обвязочных балок (балки, встраиваемые в несущие стены и располагаемые между обвязками каркаса стен или на фундаментной стене).
Прогоны при двухпролетной схеме опираются одним концом на стеновой каркас или фундаментную стену, другим - на колонну (в подвале), на деревянную стойку или на несущую внутреннюю стену. Возможно применение неразрезных прогонов (на два или более пролетов между опорами).
Балки перекрытия опираются на прогоны (сверху или сбоку - на черепные бруски или полки) или на внутренние стены. Крайние балки прикрепляются к обвязочным балкам , через которые нагрузка передается на каркас стен. При опирании балок перекрытия на внутренние стены прогоны не предусматриваются.
Жесткость балочного перекрытия обеспечивается путем подшивки потолка и устройства черного пола из жестких листовых или плитных материалов, а также путем раскрепления балок жесткими связями.
Балки и прогоны разделяют внутреннее пространство перекрытия на замкнутые ячейки и выполняют функции противопожарных диафрагм.
6.2.2. Предусматривается применение балок из цельных пиломатериалов и прогонов составного сечения из сбитых гвоздями досок. В перекрытии, опирающемся на фундаментные стены, в домах высотой не более двух этажей могут применяться также стальные прогоны.
6.2.3. Стальные прогоны должны изготовляться из стального проката двутаврового сечения, соответствующего техническим требованиям [ГОСТ 27772-88. Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия.]
6.2.4. Положения настоящего раздела относятся к каркасу перекрытий, в котором шаг балок перекрытий не превышает 600 мм.
При большем шаге балок, а также в случаях, когда необходим учет временных равномерно распределенных нагрузок, значения которых превышают указанные в 4.2.1. или дополнительных сосредоточенных нагрузок, сечения элементов каркаса, а также прочность соединений этих элементов должны приниматься по расчету. Расчет требуется также в случаях, когда размеры сечения элементов каркаса приняты меньшими, чем указано в настоящем разделе. Расчетная величина максимального прогиба прогонов и балок перекрытий должна определяться по результатам расчета с учетом возможных колебаний исходя из физиологических требований в соответствии с 10.10 [СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия]. Принятая расчетная величина максимального прогиба должна быть не более 1/360 пролета в свету.
6.2.5. При соблюдении условий, указанных в 4.2.1 и в 6.2.4 размеры сечения деревянных балок перекрытия должны приниматься не менее , а шаги и пролеты с учетом предусмотренных способов раскрепления балок (см. 6.2.9.) - не более указанных в таблицах Б.1 - Б.З приложения Б; размеры сечения деревянных прогонов составного сечения в зависимости от принятой ширины грузовой площади и от количества этажей, нагрузка от которых передается на прогон, должны приниматься не менее, а пролеты прогонов - не более указанных в таблицах Б.8 - Б. 10 приложения Б.
Минимальные размеры сечения и максимальные пролеты прогонов из двутавровой стали должны определяться на основе расчета. Также на основе расчетов должны устанавливаться минимальные размеры сечения и максимальные пролеты балок, конструкция которых отличается от установленной в данном Своде правил (например, балок комбинированного двутаврового сечения с полками из пиломатериалов и стенкой из древесноволокнистой плиты).

6.2.6. Деревянные прогоны составного сечения

6.2.6.1. Деревянные прогоны составного сечения должны изготовляться из отдельных деревянных элементов (досок) толщиной не менее 38 мм, установленных на ребро и сбитых гвоздями в соответствии с рисунком 6.1 . Соединения элементов прогонов (отдельных досок) не должны совпадать с соединениями в смежных элементах (устраиваться "вразбежку"). При этом в одном сечении прогона допускаются соединения не более половины элементов.

Рис. 6.2. Стыки досок в неразрезаных прогонах составного сечения.

6.2.7. Стальные прогоны.

6.2.7.1. Для прогонов рекомендуется применять стальные двутавры, сортамент которых приведен в [ГОСТ 8239-89 (СТ СЭВ 2209-80). Двутавры стальные горячекатаные. Сортамент].
6.2.7.2. Стальные прогоны должны быть предварительно загрунтованы антикоррозионными составами.

Предыдущий материал: Строительство каркасных домов. СП 31-105-2002. Дренаж фундаментов и поверхностный дренаж. Влагоизоляция и гидроизоляция подвалов технических подполий. Защита полов по грунту и обратная засыпка. >>>

Строительство деревянных каркасных домов:
-

Деревянные конструкции Балки и прогоны

Для поддержания кровли очень дешево и удобно применять какие-нибудь балки. Если над пролетом между стенами положить длинные наклонные балки, или стропила, то они будут передавать вес крыши через свои концы вертикально вниз, не оказывая никакого распирающего давления. В результате нежелательных отклонений линии давления от вертикали не возникнет.

Рис. 26 на схеме показано шарнирное опирание (на роликах), чтобы подчеркнуть необходимость избежать распирания стен.

Уже по одной только этой причине балка является одним из важнейших элементов всех строительных конструкций.

Слово «балка» (beam) на староанглийском означает «дерево», оно до сих пор сохранилось в английских названиях отдельных деревьев, например березы и граба (whitebeam, hornbeam). Сегодня балки чаще всего делают из стали и железобетона, однако в прошлом на протяжении столетий при строительстве слово «балка» означало деревянный брус, часто даже целый ствол дерева. Хотя дешевле и проще срубить дерево, чем построить каменную арку или куполообразный свод, раздобыть нужное количество больших деревьев тоже порой было нелегко, больше того, настали времена, когда длинные брусья стали редкостью. Вот тогда и возникла необходимость в поисках способов, которые позволили бы строить крыши из деталей небольшой длины.

В современном строительстве балки, прогоны, настилы, обрешетки и другие изгибаемые элементы следует рассчитывать на прочность и прогиб. Настилы и обрешетки под кровлю следует рассчитывать на следующие сочетания нагрузок:

а) постоянная и временная от снега (расчет на прочность и прогиб);

б) постоянная и временная от сосредоточенного груза 1 кН (100 кгс) с умножением последнего на коэффициент перегрузки n = 1,2 (расчет только на прочность).

При сплошном настиле или при разреженном настиле с расстоянием между осями досок или брусков не более 150 мм нагрузку от сосредоточенного груза следует передавать на две доски или бруска, а при расстоянии более 150 мм – на одну доску или брусок. При двойном настиле (рабочем и защитном, направленном под углом к рабочему) сосредоточенный груз следует распределять на ширину 500 мм рабочего настила.

Подрезка на опоре в растянутой зоне изгибаемых элементов из цельной древесины глубиной a ? 0,25h допускается при условии

A/bh<0,4МПа = 4 кгс/кв. см

где А – опорная реакция от расчетной нагрузки;

b и h – ширина и высота поперечного сечения элемента без подрезки.

Длина опорной площадки подрезки с должна быть не больше высоты сечения с , а длина скошенной подрезки с 1 – не менее двух глубин а (рис. 40).

(Рис. 27) Скошенная подрезка конца балки.

В консольно-балочных прогонах шарниры следует осуществлять в виде косого прируба.

Передачу сосредоточенных нагрузок на несущие элементы конструкций следует осуществлять через их верхние грани.

Составные балки

Составным балкам на податливых связях следует придавать строительный подъем путем выгиба элементов до постановки связей. Величину строительного подъема (без учета последующего распрямления балки) следует принимать увеличенной в полтора раза по сравнению с прогибом составной балки под расчетной нагрузкой.

Брусчатые составные балки следует сплачивать не более чем из трех брусьев с помощью пластинчатых нагелей.

Балки клееные

Клееным балкам с шарнирным опиранием следует придавать строительный подъем, равный пролета. В клееных изгибаемых и сжато-изгибаемых элементах допускается сочетать древесину двух сортов, используя в крайних зонах на 0,15 высоты поперечного сечения более высокий сорт, по которому назначаются расчетные сопротивления).

Пояса клееных балок с плоской фанерной стенкой следует выполнять из вертикально поставленных слоев (досок). В поясах балок коробчатого сечения допускается применять горизонтальное расположение слоев. Если высота поясов превышает 100 мм, в них следует предусматривать горизонтальные пропилы со стороны стенок.

Для стенок балок должна применяться водостойкая фанера толщиной не менее 8 мм.

Рамные конструкции

Расчет на прочность элементов трехшарнирных рам в их плоскости допускается выполнять по правилам расчета сжато-изгибаемых элементов с расчетной длиной, равной длине полурамы по осевой линии.

Устойчивость плоской формы деформирования трехшарнирных рам, закрепленных по внешнему контуру, допускается проверять по формулам:

N/?F РАС? R C

где R C

? – коэффициент продольного изгиба, определяемый согласно формулам:

при гибкости элемента ? ? 70

1-a(?/100) 2

при гибкости элемента ? > 70

где коэффициент а = 0,8 для древесины и а = 1 для фанеры,

коэффициент А = 3000 для древесины и А = 2500 для фанеры.

F НТ

F РАС

При этом для рам из прямолинейных элементов, если угол между осями ригеля и стойки более 130?, и для гнутоклееных рам расчетную длину элемента следует принимать равной длине осевой линии полурамы. При угле между стойкой и ригелем меньше 130? расчетную длину ригеля и стойки следует принимать равной раздельно длинам их внешних подкрепленных кромок.

Криволинейные участки гнутоклееных рам (рис. 28) при отношении h/r ? 1/7 (h – высота сечения, r – радиус кривизны центральной оси криволинейного участка) следует рассчитывать на прочность по формуле

где R C – расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон;

? – коэффициент продольного изгиба, определяемый согласно вышеприведенным формулам;

F НТ – площадь нетто поперечного сечения элемента;

F РАС – расчетная площадь поперечного сечения элемента, принимаемая равной:

в которой при проверке напряжений по внутренней кромке расчетный момент сопротивления следует умножать на коэффициент k кв :

k кв = (1–0,5h/r)/(1–0,17h/r)

а при проверке напряжений по наружной кромке – на коэффициент k кн :

k кв = (1+0,5h/r)/(1+0,17h/r)

Расстояние z от центральной оси поперечного сечения до нейтральной оси следует определять по формуле

(Рис. 28) Расчетная схема к определению напряжений в криволинейной части гнутоклееных рам.

Своды из досок

Свод – пространственная конструкция, перекрытие или покрытие сооружений, имеющее геометрическую форму, образованную выпуклой криволинейной поверхностью. Под нагрузкой свод подобно арке работает преимущественно на сжатие, передавая на опоры вертикальные усилия, а также во многих типах свода и горизонтальные (распор) усилия. Простейшим и наиболее распространенным является цилиндрический свод, опирающийся на параллельно расположенные опоры (стены, ряды столбов, аркады и т. п.). В поперечном сечении он представляет собой часть окружности эллипса, параболы и др. Два цилиндрических свода одинаковой высоты, пересекающиеся под прямым углом, образуют крестовый свод, который может опираться на свободностоящие опоры (столбы) на углах. Части цилиндрического свода – лотки, или щёки, опирающиеся по всему периметру перекрываемого сооружения на стены (или арки, балки), образуют сомкнутый свод. Зеркальный свод отличается от сомкнутого тем, что его верхняя часть (плафон) представляет собой плоскую плиту. Производной от свода конструкцией является купол. Отсечением вертикальными плоскостями частей сферической поверхности купола образуется купольный (парусный) свод (свод на парусах). Многочисленные разновидности основных конфигураций свода определяются различием кривых их сечений, количеством и формой распалубок и пр. (своды стрельчатые, ползучие, бочарные, сотовые и др.). Древнейшими являются так называемые ложные своды, в которых горизонтальные ряды кладки, нависая один над другим, не передают усилий распора. В IV–III тыс. до н. э. в Египте и Месопотамии появились цилиндрические своды, заимствованные архитектурой Древнего Рима, где также возводились сомкнутые и крестовые своды. В Византии применялись цилиндрические, парусные, крестовые своды, в частности при строительстве крестово-купольных храмов. В архитектуре Азербайджана, Индии, Китая, Средней Азии и Ближнего Востока обычно использовались стрельчатые своды. В Западной и Северной Европе в Средние века получили распространение крестовые своды, которые в готическом зодчестве приобрели стрельчатый характер и основной конструктивный элемент – нервюру. С древности своды выполнялись преимущественно из природного камня и кирпича. Величина прочности камня на изгиб ограничивала ширину пролета в стоечно-балочной конструкции примерно на 5 м. Применение сводов (в которых камень, работая не на изгиб, а на сжатие, обнаруживает более высокую прочность) позволило значительно увеличить размер пролетов. Со второй половины XIX в. своды нередко создавались на основе металлических конструкций. В XX в. появились различные типы монолитных и сборных железобетонных тонкостенных сводов-оболочек сложной конструкции, предназначенных для покрытий зданий и сооружений с большими пролетами. С середины XX в. распространяются также деревянные клееные сводчатые конструкции.

Архитектурные решения крыш

Для обеспечения отвода атмосферных осадков крыши всех типов выполняются циклонами. В зависимости от уклона крыши называются скатными или плоскими. Плоскими считаются крыши уклоном менее 15. Обычно их используют для устройства террас, открытых площадок, веранд, эксплуатируемых крыш (солярий, сад на крыше и т. п.), то есть при устройстве бесчердачных крыш.

При скатных крышах с уклоном более 35 градусов пространство между крышей (обрешеткой) и чердачным перекрытием имеет достаточную высоту, чтобы использовать это пространство как проходной чердак (для обслуживания и ремонта конструкций крыши) или для устройства мансарды.

Типы крыш зависят в основном от формы здания и материала кровли. Наиболее распространенная форма крыши в малоэтажном строительстве – двухскатная. К двухскатной относится также ломаная крыша, хотя конструктивное исполнение и объектно-планировочное решение принципиально отличается от прямолинейной двухскатной крыши. Прямолинейная двухскатная крыша может быть как с обычным чердаком, так и с мансардой, а ломаная скатная крыша специально предназначена для устройства под ней мансарды, так как ломаная форма увеличивает используемую площадь с приемлемой высотой, но усложняет конструкцию стропил, увеличивается расход материалов и трудоемкость исполнения.

При пересечении скатов крыши между собой образуются ребра (выпуклые) или ендовы (разжелобки), которые являются наиболее уязвимыми для дождевых и талых вод, наиболее труднозаделываемыми местами крыши, особенно ендовы. Поэтому всегда следует стремиться к наиболее простой форме крыши, с минимальным числом скатов. Уклоны всех скатов целесообразно делать одинаковыми.

Вальмовая крыша не имеет фронтонов и за счет этого экономичнее двухскатной по расходу стеновых материалов. Однако сооружение такой крыши вызывает усложнение стропильной системы, повышается трудоемкость работ, требует высокой квалификации.

Шатровая крыша – это четырехскатная вальмовая крыша над квадратным (в плане) зданием, и поэтому обладает теми же достоинствами и недостатками. Еще более сложная в изготовлении крыша – многощипцовая (трех– или четырехщипцовая) крыша, устраиваемая на зданиях с пристройками, с боковым освещением мансард, с устройством фронтонов над входом. Сложность создают ендовы, возникающие на стыках скатов. Особенно трудоемки кровельные работы, хотя такая крыша выглядит красиво.

Скатные крыши подразделяются на:

Односкатные , опирающиеся на две наружные стены разной высоты. Чаще всего она используется на вспомогательных зданиях, сооружениях простой конструкции, производственных или складских корпусах. Скат крыши, как правило, обращают к наветренной стороне, защищая тем самым здание от ветра, дождя и снега. Эти крыши относятся к разряду самых экономичных и удобных. Они позволяют максимально использовать внутреннее пространство здания и могут служить потолком в хозяйственных постройках (гаражах, сараях, банях и т. д.), не требующих его строгой горизонтальности. Основная область применения данного типа крыши – вспомогательные здания, сооружения простой конструкции, производственные или складские корпуса.

(Рис. 29) Односкатная крыша.

Двухскатные , опирающиеся на две наружные стены равной высоты, крыши. Двухскатная крыша состоит из двух скатов, направленных в противоположные стороны. Треугольные торцовые стены, образующиеся при этой форме, называются щипцами и фронтонами. Этот вид является самой распространенной классической конструкцией крыши. Существуют варианты крыш с висячими стропильными формами или с наклонными стропилами. К многочисленным вариантам этого типа надо отнести крыши с равномерным или неравномерным углом наклона или же размером карнизного свеса.

(Рис. 30) Двускатная крыша.

Вальмовая крыша – четырехскатная крыша с треугольными скатами (вальмами) от конька до карниза по торцовым сторонам. Если вальма не доходит до карниза, крыша называется полувальмовой. Характерные черты вальмовой крыши акцентируются наличием слуховых окон. Иногда четырехскатные кровли выполняются в виде полувальмовых. В этом случае боковые скаты (полувальмы) срезаются и имеют по линии уклона меньшую длину, чем основные скаты. Полувальмовые крыши применяют там, где существует необходимость защиты фронтона от неблагоприятных внешних воздействий. Вальмовая крыша лучше, чем все остальные, выдерживает ветровые нагрузки, но она очень трудоемка, и ее строительство требует определенных профессиональных навыков. Вальмовая крыша подчеркивает защитную функцию крыши и придает зданию представительный вид.

(Рис. 31) Вальмовая крыша.

Шатровые – это крыши, четыре ската которых выполнены в виде одинаковых треугольников, сходящихся в одной точке. Шатер, шатровое покрытие – завершение центрических построек (храмов, колоколен, башен, крылец) в виде высокой четырехгранной, восьмигранной или многогранной пирамиды. Этот архитектурный элемент распространен в русском каменном зодчестве с XVI в. Кирпичные шатры складывались из наклонных рядов или горизонтальных рядов кирпича с напуском, деревянные – напуском венцов с уменьшающимися длинами сторон. В культовых сооружениях шатер обычно увенчивался луковичной главой, в гражданской и военной – дозорной вышкой, флюгером. Симметричность является определяющим элементом этого вида крыши, она обеспечивается чистыми и однозначными фермами и линиями, объединяющимися на вершине (фермой называется решетчатая конструкция, состоящая из отдельных стержней, соединенных в узлах, и работающая в основном на изгиб).

(Рис. 32) Шатровая крыша.

Ломаные (мансардные) , двухскатные – это крыши, каждая плоскость которых представляет собой два прямоугольника, соединенных между собой под тупым углом. При необходимости использования чердачного помещения для сушки белья, хранения домашней утвари или устройства мансарды крышу жилого дома делают двухскатной или ломаной. Мансардная крыша является результатом стремления превратить чердачное пространство в полноценный жилой этаж. Данный тип конструкции крыши очень популярен при современном строительстве, т. к. обеспечивается эффективное использование жилой площади мансардного этажа.

(Рис. 33) Мансардная крыша.

Перечисленные формы крыш подвергаются модификации за счет применения различных элементов, как в устройстве самого покрытия, так и в конструкции кровли. Дополнительные элементы служат для внешнего оформления крыши и повышают функциональность жилых помещений, обеспечивая освещение и вентиляцию.

(Рис. 34) Мансардное окно, монтируемое в крыше.

Одним из этих элементов является мансардное окно, монтируемое в крыше и представляющее собой экономичное решение использования чердачного пространства.

(Рис. 35) Четырехугольное слуховое окно.

Отдельные виды слуховых окон отличаются повышенной сложностью конструкции. Четырехугольное слуховое окно принадлежит к самым традиционным элементам, вертикальные боковые стенки которого, как правило, покрываются малоформатными кровельными материалами.

(Рис. 36) Слуховое окно с двускатной крышей.

Слуховые окна с двускатной крышей представляют собой интересный архитектурный вариант конструктивного оформления крыши.

(Рис. 37) Слуховое окно с круглой крышей.

Архитектурные требования к внешнему виду крыш предъявляются преимущественно в малоэтажном строительстве, где скатные крыши являются существенным элементом архитектурного решения здания, так как в малоэтажном здании крыша составляет значительную часть его объема.

В большинстве случаев следует отдавать предпочтение высокой крыше. Она те только придает зданию более красивый внешний вид, но и позволяет использовать чердачное пространство для устройства мансарды.

Кроме того, на крутых скатах такой крыши не задерживается снег, уменьшаются нагрузки на стропила от веса снега. Но возрастают ветровые нагрузки и их необходимо учитывать при расчете конструкций.

Тепло-, гидроизоляция крыши

При устройстве под крышей мансардного помещения ограждающие конструкции отапливаемой мансарды, в том числе и крыша, должны быть утеплены с целью сохранения тепла в помещении. В этом случае кровля является защитой здания от атмосферных воздействий, поэтому весь объем чердака утепляется и он используется как обычные жилые помещения. Если же чердачные помещения не используются как жилые, то они и не требуют для эксплуатации в зимнее время создания в них положительных температур. В домах с холодными чердачными крышами утепляется только чердачное перекрытие являющееся полом чердака и потолком жилых помещений. Если чердак или мансарда используются в качестве жилых (или рабочих) помещений, то по скатам крыши прокладывается теплоизоляционный материал. Дома с плоскими крышами, не имеющие чердаков, или имеющие скатные крыши, где жилые или служебные помещения расположены непосредственно под крышей (так называемые совмещенные покрытия), обязательно имеют теплоизолированные крыши, чтобы не допустить слишком больших теплопотерь, т. к. через потолки помещение может терять до 50% тепла. При установке изоляции следует придерживаться основного правила: теплоизоляторы устанавливаются на любой поверхности, отделяющей жилые помещения от необогреваемых комнат и внешнего пространства. Следует также использовать изоляцию для предотвращения перегрева тех помещений, которые находятся летом под прямым воздействием солнечных лучей.

Теплоизоляция крыши широко используемая в жилых домах, осуществляется следующими способами. «Невентилируемая (теплая) крыша»: крыша покрывается плитами ППС (пенополистирола) толщиной около 70 мм, на поверхность которого укладывается водостойкий битумный слой. «Вентилируемая (холодная) крыша»: плиты ППС устанавливаются на тыльную сторону крыши, при этом оставляется вентилируемая полость, предотвращающая конденсацию водяных паров.

Благодаря такой теплоизоляции из чердачного помещения можно сделать отличную жилую комнату. Теплоизоляция двухскатной крыши при сравнительно небольших расходах приносит большую пользу. Для этого необходимо вмонтировать в промежутки между стропилами один или несколько слоев пенополистирольных плит общей толщиной, равной толщине стропил.

Чердачное перекрытие (чердачные полы) утепляются изнутри чердака. В качестве утеплителя как уже было сказано используют в большинстве случаев пенополистирольные плиты или плиты, маты на основе стекловолокнистых материалов (изовер, роквул и т. п.). Наиболее удобны в работе минераловатные плиты прямоугольной или клиновидной формы, которые легко укладываются и плотно состыкуются между собой. Крепятся плиты различными способами: при помощи гвоздей или шурупов, посредством мастики или клея, за счет силы трения (враспор), а плиты небольшой толщины могут укладываться на планки, прибитые к внутренним сторонам стропильных ног (черепные бруски).

В соответствии с ГОСТ-16381-77 теплоизоляционные материалы классифицируются по следующим основным признакам: форма и внешний вид; структура; вид исходного сырья; средняя плотность; жесткость; теплопроводность; горючесть.

В отличие от ряда других строительных материалов марка теплоизоляционного материала устанавливается не по показателю прочности, а по величине средней плотности, которая выражается в кг/м 3 (р). По этому показателю теплоизоляционные материалы имеют следующие марки: 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500. Марка теплоизоляционного материала представляет собой верхний предел его средней плотности. (Так, изделия марки 100 могут иметь р=75-100 кг/м3). За последние годы в нашей стране отмечается резкое ужесточение требований к теплотехническим характеристикам ограждений и это не случайно.

Минимальная толщина теплоизоляционного материала составляет 25 мм. Для основательного утепления помещения лучше использовать материалы толщиной 100 мм. Толщина слоя утеплителя определяется теплотехническим расчетом и зависит в основном от таких факторов, как:

– климатические параметры в районе строительства;

– требуемая температура внутри помещения;

– сопротивление теплопередачи материала для утепления.

Так как теплотехнические достаточно сложны, громоздки и трудоемки, приведем пример ориентировочного упрощенного расчета требуемой толщины утеплителя крыши жилой мансарды в условиях города Саратова.

По СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» определяет климатические параметры: продолжительность отопительного периода 196 суток, средняя температура отопительного периода – 4,3 градуса. Требуемая температура внутри жилого помещения +20 градусов.

Находим градусосутки отопительного периода: (20+4,3 градуса) х 196 сут = гр. сут. По СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» находит требуемое сопротивление теплопередаче покрытия (крыши) по таблице 4 (при Д = 4763 гр. сут): R = 4,5 кв. м гр/Вт. В качестве утеплителя примем маты стекловатные типа «изовер» с расчетным коэффициентом теплопроводности L = 0,043 Вт/м. град. Так как в тепловой защите мансарды создается преимущественно за счет утеплителя и пренебрегая в запас работой прочих элементов покрытия (крыши) над мансардой вследствие их незначительности, определим упрощенно ориентировочную требуемую толщину слоя утеплителя: S = R х L = 4, 5 кв. м х гр/Вт х 0, 043 Вт/м х гр = 0, 194 м = 19,4 см.

Таким образом, требуемая толщина, утеплителя из матов «изовер» составляет около 20 см.

Утеплитель хорошо справляется со своей задачей сохранять тепло в помещении, не допуская его чрезмерной утечки, до тех пор, пока он остается сухим. Но сохранить его сухим без специальных мероприятий невозможно. Уже к середине первой зимы утеплитель будет настолько мокрым, что его теплозащитные свойства снизятся на порядок. Почему это произойдет?

Дело в том, что теплый воздух внутри помещения содержит определенное количество воды в виде пара, растворенного в воздухе. Проникая в толщу утеплителя, воздух достигает холодной зоны утеплителя и там происходит конденсация влаги из воздуха, утеплитель намокает. Кроме того, пар конденсируется на холодной поверхности деревянных элементов крыши, вызывая их увлажнение, а затем гниение. Конденсируясь на нижней поверхности кровли, влага капает на нижележащие элементы крыши (обрешетку, прогоны, стропила, утеплитель и т. д.) и увлажняет их. В результате образуется плесень, грибок, происходит гниение деревянных конструкций и коррозия (ржавление) металлических конструкций, особенно тонколистовой стальной кровли, приводя к преждевременному разрушению указанных конструкций и резкому сокращению срока их службы. Увлажнение утеплителя всего лишь на 5% приводит к увеличению его теплопроводности на 15%.

Чтобы не допустить таких явлений, необходимо защитить конструкции крыши от увлажнения.

Прежде всего необходимо под утеплителем со стороны отапливаемого помещения (см. рис. 1) укладывать пароизоляционный слой, который будет препятствовать проникновению пара из отапливаемого помещения к конструкциям крыши. Пароизоляция обеспечивается несколькими путями, во-первых, зазором между кровельным покрытием и теплоизоляционным слоем, а во-вторых, наличием особого пароизоляционного слоя (полиэтиленовой пленки или фольги). Некоторые теплоизоляционные материалы в готовом виде на внутренней поверхности имеют основание из фольги, специально предназначенное для обеспечения пароизоляции крыши. Слишком большая разница в температуре снаружи здания и внутри него без наличия слоя пароизоляции и вентиляционных отверстий в кровле может привести к образованию сырости в кровельном ковре и под ним. Последствия этого очень неприятны: загнивание несущей конструкции, выпадение росы в теплоизоляционном слое, подтеки на потолке и т. п., то есть преждевременное разрушение здания.

Наибольшим сопротивлением паропроницанию обладает полиэтиленовая пленка и может служить надежной защитой конструкций от увлажнения. Специальные пароизоляционные пленки обычно изготовляют трехслойными: средний слой из полипропиленовой сетки и два внешних слоя из полиэтилена. Полипропиленовый слой является армирующим и обеспечивает необходимую прочность на разрыв.

Для надежной пароизоляции пленка укладывается с достаточным нахлестом и проклейкой на стыках. Но достичь 100% пароизоляции все же не удается. Частично пар проникает через пароизоляционную пленку. Чтобы удалить проникший пар, предусматривают зазор между кровлей и утеплителем для вентиляций и высушивание утеплителя. Этот зазор сообщается с внешних воздухом у карниза внизу и у конька вверху. За счет перепада высот от карниза к коньку возникает движение воздуха по подкровельному зазору от карниза к коньку. При большом уклоне и длинном скате поток воздуха может достигать такой большой скорости, что удаляет не только влагу с поверхности утеплителя, но и частички утеплителя, особенно стекловатного. Кроме того, поток воздух может уносить с собой в атмосферу 15–20% тепла, охлаждая утеплитель.

Для ограничения, указанных отрицательных явлений вентилируемо кровли, под кровлей предусматривается специальная ветрозащитная пленка. Ветрозащитная пленка должна отвечать следующим требованиям. Во-первых, она должна быть непродуваемой, чтобы не допустить срыва с поверхности утеплителя отдельных волокн уноса тепла. Во-вторых, пленка должна пропускать пар, проникший в утеплитель. В-третьих, пленка не должна пропускать воду, проникшую через дефекты кровли или образовавшуюся от конденсации на нижней поверхности кровли проникшего пара, который не удалось убрать при помощи вентиляции.

Ветрозащитные пленки обеспечивают паропроницаемость в большинстве случаев за счет микроперфорации. Они укладываются с зазором со стороны утеплителя около 20 мм для вентиляции утеплителя. Их нельзя укладывать на поверхность утеплителя, так как их паропроницаемость недостаточна для эффективного удаления паров воды из утеплителя.

Но в последнее время появились принципиально новые ветрозащитные пленки (производства концерна Дюпон) с паропроницаемостью свыше 300–350 граммов воды на 1 кв. м в сутки. Такую пленку можно укладывать непосредственно на поверхность утеплителя. Эта пленка имеет пористую структуру, отлично пропускает пар, но непроницаем для воды и воздуха. Марка пленки Tyvek (Тувек). Она представляет собой легкое нетканое полотно белого цвета, имеет вес 60 г/кв. м и более. Крепится к деревянным конструкциям с помощью гвоздей, степлера, монтажной ленты и мастики, т. е. не требует для монтажа специального оборудования.

Усилить эффект пароизоляции, гидроизоляции и теплоизоляции поможет вентиляция кровли. В устройстве кровли должны быть предусмотрены следующие виды вентиляции:

– вентиляция пространства между покрытием и гидроизоляцией, охватывающая все плоскости, независимо от степени сложности крыши;

– вентиляция пространства между утеплителем и гидроизоляцией, исключающая наличие «застойных» зон;

– вентиляция подкровельного пространства, являющаяся частью системы вентиляции дома.

При устройстве вентиляции необходимо помнить:

– пар стремится вверх;

– вода стремится вниз.

Следовательно:

– при монтаже пароизоляции помимо технологии укладки полотен кровельных материалов друг на друга, на стены и элементы конструкции; места стыков необходимо проклеивать специальной лентой;

– при отсутствии вентиляции внутреннего пространства дома даже проклеивание специальной лентой полностью не предотвращает попадание влаги в утеплитель при высоком давлении пара. Например, при пропускной способности пароизоляции 1 грамм на 1 м 2 поверхности в сутки, за 100 дней через 100 м 2 пароизоляции, находящейся под воздействием давления пара, вверх в виде пара проникнет ведро воды;

– стены не должны пропускать воздух и влагу, так как задержавшаяся во внешних слоях стены влага может привести к расслоениям при замерзании;

– пароизоляция должна быть смонтирована как можно ближе к внутреннему пространству дома.

Рассмотрим основные варианты утеплении плоской крыши. Первый вариант – это утепление крыши снаружи. Для этого используются жесткие теплоизоляционные плиты. На рисунке 38 показаны основные элементы данной теплоизоляции. 2 – это несущая конструкция, поверх брусьев которой укладывается сплошное основание из панелей 3. Основание из панелей служит опорой для теплоизоляционных плит 5. Чтобы плиты были надежно зафиксированы и плотно прижаты, их придавливают тротуарными плитками 6 или галькой.

(Рис. 38) Утепление крыши снаружи.

Так как процедура устройства теплоизоляции может повредить конструкцию кровли, то осуществлять ее следует с осторожностью. Необходимо помнить, что очень велика опасность того, что несущая конструкция не выдержит вес кровельных материалов, а само кровельное покрытие даст течь.

Внутренне утепление плоской крыши является наиболее оптимальным решением вопроса теплоизоляции. Процесс устройства данного вида теплоизоляции не труден, главное в нем все заранее продумать и рассчитать. Особенно это касается вопроса размещения осветительных приборов.

В качестве основных материалов вам потребуются огнестойкие пенополистирольные плиты толщиной 25 мм.

Для устройства теплоизоляции вам потребуется привинтить к потолку через каждые 40 см планки 4 из мягкой древесины. Первая планка крепится вдоль любой стены, расположенной перпендикулярно брусьям несущей конструкции 2, вторая планка – вдоль противоположной стены. Пенополистирольная плита 5 клеится встык к первой планке (на специальный клей или мастику). Затем крепится следующая планка и клеится вторая теплоизоляционная плита. Путем чередования планок и плит утепляется весь потолок. После полной укладки теплоизоляционных плит к ним крепится полиэтиленовая пленка 6. Для придания внутреннему виду чердачного помещения аккуратности, к планкам 4 крепятся декоративные панели 7. В качестве крепежных деталей используются оцинкованные гвозди.

(Рис. 39) Внутренне утепление плоской крыши.

Утепление пола чердака не требует одновременного утепления скатов крыши. Так как само чердачное помещение не утеплено, хоть и ограждено скатами крыши, оно как бы выполняет роль переходного помещения, своего рода «тамбура» между низкой наружной температурой и более высокой внутренней. При такой разнице температур и таком утеплении значение пароизоляционного слоя не велико. Теплоизоляционный материал укладывается между брусьями стропильной конструкции. При этом важно не допустить того, чтобы были закрыты вентиляционные отверстия, расположенные на карнизе. Во избежание этого, обычно между брусьями чердачного перекрытия, вдоль карнизных свесов крепят фанерные или картонные полоски либо задерживающие планки.

Для утепления чердачного пола рулонным теплоизолятором необходимо: заделать специальной мастикой или пеной все щели в потолке вокруг труб; между двумя брусьями уложить рулон теплоизоляции и начать раскатывать его в направлении от одного карниза к другому, плотно прижимая его к укладываемой поверхности (но не продавливая).

Для утепления чердачного перекрытия сыпучими теплоизоляционными материалами требования аналогичны изложенным выше. Теплоизоляционный материал насыпается между брусками и при помощи планки разравнивается, чтобы получился слой одной толщины.

В случае устройства в помещении мансарды или жилого чердачного пространства, необходимо утепление скатов. При этом, утепляя скаты крыши, превращая чердачное перекрытие в перекрытие междуэтажное, не нужно его утеплять, не нужно изолировать основное помещение от мансарды. Особое внимание здесь необходимо обратить на качество пароизоляционного слоя. В качестве материалов для изоляции скатов крыши лучше всего использовать жесткие или полужесткие теплоизоляционные плиты прямоугольной и клиновидной формы.

Прежде всего необходимо провести необходимые замеры и подготовить теплоизоляционные плиты необходимой толщины и ширины. Ширина изоляционных плит должна на 1 см превышать расстояние между стропилами, а их толщина – на 2–5 см меньше высоты сечения стропильных ног. Дополнительный 1 см по ширине необходим для лучшей стыковки плит у стропильных ног. Толщина теплоизоляционного слоя выбирается так, чтобы между ним и кровельным покрытием оставался зазор 2–5 см, который обеспечит достаточную циркуляцию воздуха.

Чтобы теплоизолировать карнизы берут две длинные полосы фанеры и по ним утеплитель спускают к карнизному свесу. Затем фанерные планки укладываются в проем между стропильными ногами до их упора нижними концами в карнизную доску. При этом также оставляют зазор 2–5 см для циркуляции воздуха. Теплоизоляционная плита спускается по уложенным таким образом планкам.

Теплоизоляционные плиты укладываются по всей крыше. Оставшиеся куски теплоизоляционного материала используют при подгонке основных плит, для теплоизоляции конька, дверных и оконных проемов, дымовых труб и т. п. Следующим этапом работы является укладка на внутреннюю поверхность теплоизоляционного слоя полиэтиленовая пленка. Пленка должна быть толщиной не менее 0,2 мм, она натягивается на изоляционный слой плит и крепится к плитам скобами. Отдельные полосы пленки укладываются внахлест с последующей герметизацией стыков клеющей лентой. Пленка необходима для обеспечения пароизоляции, если где-нибудь будет допущен разрыв пленки, то пароизоляция будет нарушена.

После укладки тепло и пароизоляционных слоев, внутреннее пространство отделывается декоративными плитами, которые прибиваются или привинчиваются к стропильным ногам.

Таким образом, только при соблюдении технических требований при выполнении теплоизоляции, гидроизоляции, пароизоляции может быть обеспечена нормальная работа всех элементов крыши и долговечность конструкций.

Строительство мансарды

Слово мансарда французского происхождения. История его возникновения связана с 1630 г., когда французский архитектор Франсуа Мансар впервые использовал чердачное помещение для жилых целей. Такой чердачный этаж по его имени и получил название – мансарда.

Мансарда – это эксплуатируемая часть здания, ограждающие конструкции которого одновременно выполняют функции крыши.

В соответствии со СНиП 2.08.01–89 «Жилые здания» – «Этаж мансардный (мансарда ) – этаж в чердачном пространстве, фасад которого полностью или частично образован поверхностью (поверхностями) наклонной или ломаной крыши, при этом линия пересечения плоскости крыши и фасада должна быть на высоте не более 1,5 м от уровня пола мансардного этажа». Таким образом мансардный этаж – это этаж в чердачном пространстве, фасад которого полностью или частично образован поверхностями наклонной или ломаной крыши.

Мансардный этаж может занимать всю площадь здания, либо его часть, но, как правило, в пределах лежащих ниже стен базового здания. Архитектурно-планировочные решения могут иметь широкий диапазон, а помещения – любую площадь и конфигурацию.

Устройство мансарды в крыше имеет ряд неоспоримых преимуществ. Оно позволяет наиболее оптимально использовать жилую площадь, значительно экономя пространство, да и средства, затраченные на строительство. Переоборудование неиспользуемого пространства холодного чердака позволяет получить дополнительную жилую площадь, повысить комфортабельность дома или квартиры, а во многих случаях может стать хорошей альтернативой смене жилья, например, при рождении в семье еще одного ребенка. Кроме того, наличие мансарды улучшает эстетический вид здания, красивая необычная мансарда придает своеобразный стиль, как городскому зданию, так и коттеджу. При устройстве мансарды эффективно решается целый комплекс задач:

– осуществляется глубокая проработка архитектурного решения мансардного этажа;

– определяем оптимальную схему несущих конструкций;

– обеспечивается надежная теплозащита и герметичность мансарды.

Внешний вид и красота мансарды в большой степени зависят от устанавливаемых в нее окон.

Устройство мансардного этажа на месте чердачного помещения или на плоской крыше зданий сокращает теплопотери через крышу в пределах 7–9%. Если соблюдать все технологические тонкости устройства мансардной крыши, можно существенно сократить расходы, связанные с ремонтом кровли.

Устройство мансардной крыши имеет свои отличия, которые обусловлены тем, что она подвергается различным воздействиям не только сверху, но и снизу: теплый влажный воздух из жилых помещений поднимается вверх и в виде конденсата выпадает на внутренней поверхности крыши. В связи с этим необходимо строго соблюсти требования, предъявляемые к конструкции мансардной крыши, а именно позаботиться об устройстве теплоизоляции, гидроизоляции и пароизоляции. Мансардный этаж имеет самую большую общую поверхность соприкосновения с внешней средой, поэтому требует эффективной и тщательной теплоизоляции. В качестве утеплителя обычно используют минераловатные плиты. С внутренней стороны утеплителя (повернутой к помещению) предусматривается пароизоляция, а с внешней стороны утепляющего слоя – гидроизоляция. Также важно, чтобы между верхней стороной утеплителя и нижней стороной кровельного покрытия имелось вентиляционное пространство, которое бы способствовало проветриванию и удалению неизбежного потока влажного теплого воздуха, который будет проникать через паровые преграды и теплоизоляционный слой.

Правила проектирования мансард

Мансарду располагают под двускатной крышей с углом наклона стропил 45–60?, а также ломаной крышей с двумя различными уклонами стропил. Ломаная крыша внешне менее эффективна, зато мансардные комнаты имеют вертикальные стены, на нее идет меньше материала. Усложняются соединения стропил со стойками и ригелем (за счет схождения четырех элементов конструкции).

При проектировании мансардного этажа необходимо иметь в виду, что роль ограждающих конструкций в этом случае выполняет совмещенная утепленная кровля и, следовательно, все правила и конструктивные особенности ее устройства являются также и требованиями, которые необходимо соблюдать при возведении мансардного этажа. При проектировании мансарды необходимо также учитывать следующие моменты:

– важным условием размещения мансардных помещений является их взаимосвязь с коммуникационной структурой здания – основы;

– конструктивная схема, материал ограждающих конструкций и деталей мансарды определяются с учетом единства конструкции и архитектурных форм здания-основы;

– особое значение имеют форма и габариты помещений, выбор светопрозрачного ограждения (вертикальных или наклонных окон), их размещение с учетом интерьера и во взаимосвязи с архитектурным обликом;

– выбор планировочного варианта мансарды необходимо осуществлять исходя из планировки здания-основы;

– огромную роль, в зависимости от уровня зрительного восприятия мансардного этажа, играют линии и формы, определяемые геометрией крыши;

– мансарда с крутоуклонной крышей требует особого подхода к выбору кровельного материала, обеспечению теплозащиты, герметизации и гидроизоляции;

– возведение мансарды без отселения жильцов основного здания требует специального метода максимальной безопасности производства работ, ограничения веса конструкций и деталей, сооружения элементов защиты и безопасности.

Для мансарды ширина дома должна быть не менее 4 м 80 см. Высота мансардной комнаты должна быть не менее 2 м 20 см, ширина 2 м 40 см. Там, где потолки скошены, вертикальные стены должны быть высотой 1 м 60 см. Нижний пояс фермы одновременно служит перекрытием над первым этажом.

Противопожарные требования, особенно пути эвакуации мансардного этажа, зависят от планировочной структуры здания-основы:

– при совпадении функций здания-основы и мансардного этажа для путей эвакуации используется лестнично-лифтовый узел здания, к которому примыкает мансарда;

– при несовпадении функций здания-основы и мансардного этажа для создания путей эвакуации требуется устройство специальных коммуникаций, которые могут находиться внутри или вне здания и иметь изолированные выходы, в том числе между двумя зданиями.

Допускается отсутствие выходов в лестничную клетку с каждого этажа квартиры в двух уровнях при условии, что помещения расположены не выше 6-го этажа, и квартира обеспечена дополнительным выходом. Допускается устройство эвакуационных выходов в общую лестничную клетку из творческих мастерских при условии, что возможно сообщение через тамбур. При размещении офисов в мансардах жилых домов, имеющих не более 9-ти этажей, входы и эвакуационные выходы должны быть изолированы от жилой части зданий. Допускается принимать в качестве второго эвакуационного выхода лестничные клетки жилой части здания, при этом выход предусматривается через тамбур с противопожарными дверями.

Мансардное окно может служить спасательным проемом, через которое могут быть эвакуированы люди из помещения.

Высота жилых помещений в мансардном этаже в чистоте принимается не менее 2,5 м, при этом в жилую площадь могут засчитываться и участки помещений с меньшей высотой. Их величина нормируется в зависимости от уклона крыши.

В соответствии со СНиП 2.08.01–89* – при определении площади помещений мансардного этажа учитывается площадь этого помещения с высотой узкой части наклонного потолка 1,5 м при наклоне 300 к горизонту, 1,1 м – при наклоне 450 и 0,5 метра при наклоне 600 и более. При промежуточных значениях высота определяется по интерполяции. Площадь помещения с меньшей высотой следует учитывать в общей площади с коэффициентом 0,7, при этом минимальная высота стены должна быть 1,2 м при наклоне потолка 30?, 0,8 м – при 45?-60?, не ограничивается при наклоне 60? и более.

Расчет объема помещения следует проводить в соответствии с нормативными требованиями, согласно которым высота от уровня пола до поверхности наклонного потолка измеряется в точке ограничения размеров жилой или рабочей площади. Если помещение не ограничивается вверху горизонтальным потолком в той части, где его высота превышает нормируемую, то объем рассчитывается как объем всего помещения, включая его часть над нормативной высотой.

Связь помещений мансардного этажа со зданием может быть осуществлена несколькими способами (а ее устройство требует индивидуального подхода): мансарды непосредственно примыкают к лестнично-лифтовому узлу; мансарды требуют специальных соединительных помещений-коридоров; мансарды требуют устройства специальных коммуникаций в виде лестниц или лифтов, в том числе вне здания.

При разработке интерьера мансардного этажа следует учитывать особенности геометрических форм помещений. Речь идет о размещении лестниц, обстановке ванной комнаты и туалета, кухни, а также о размещении дверей. Например, следует принимать во внимание свободную высоту лестничных маршей в отношении наклонных поверхностей крыши. Трудностей не возникает, когда направление лестницы параллельно уклону крыши или лестница размещена по средней оси здания.

Стены мансарды – это подстропильные стойки. К ним прибиваются перекладины, к которым уже пришиваются доски (или фанера).

Лучше всего сделать легкий потолок, основание которого прибивается к перекладинам подстропильной фермы (если речь идет о ломаной крыше с подстропильными стойками). Если конструкция другая – то основание крепится к стропилам. В зависимости от типа крыш, конструкции мансарды бывают разных видов.

Если крутизна крыши – 45?, при ширине дома 7-10 метров, то конструкция мансарды представляет собой обычную стропильную систему. Потолки в мансарде получаются наклонными.

Если уклон крыши составляет 60?, при ширине дома 5–6 метров, то мансарду сооружают из длинномерных брусьев и досок, которые выступают в качестве стропил.

Не пытайтесь скрыть, изменить пространство под крышей, лучше постарайтесь максимально приспособить его под свои нужды. Если стропила будут поставлены немного круче обычного, то все неудобные зоны, образованные между кровлей и полом, можно использовать под шкафы для одежды и других предметов, устройство мест для сидения, сна и пр. Неудобную зону кровли можно приспособить под открытые книжные полки. Рядом можно оборудовать место для чтения. Разделение мансардного помещения двухдверным платяным шкафом получится спальное место, с одной стороны, и гардероб, – с другой.

Деревянные ограды Дерево в садовом строительстве применяется на протяжении многих веков. С этим материалом легко работать, он доступен и долговечен. В зависимости от предназначения деревянная ограда может окружать весь сад или служить внутренней перегородкой,

автора Шепелев Александр Михайлович

ДЕРЕВЯННЫЕ КОЛОДЦЫ Для строительства срубов таких колодцев применяют различную древесину. Лучшей считаются ольха, липа, береза, придающие воде меньший привкус, но эти породы не прочны. Дуб сохраняется долго, но портит вкус воды дубильными веществами, особенно в первое

Из книги Большая книга аппликаций из природных материалов автора Дубровская Наталия Вадимовна

ДЕРЕВЯННЫЕ КАРКАСНЫЕ СТЕНЫ Требуют значительно меньше древесины, чем стены из бревен. Каркасные дома могут быть теплыми, малозвукопроводными, но главное - их легче построить своими руками.Каркас состоит из нижней и верхней обвязок, стен, подкосов жесткости и таких

Из книги Внешняя отделка загородного дома и дачи. Сайдинг, камень, штукатурка автора Жмакин Максим Сергеевич

ДЕРЕВЯННЫЕ ПЕРЕГОРОДКИ Перегородки из тонких бревен или пластин чаще всего устанавливают между квартирами или когда хотят теплое помещение отгородить от холодного. Это достаточно тяжелые перегородки, поэтому их следует возводить на балке с подготовленными под нее

Из книги Практичные самоделки для дачи своими руками автора Коллектив авторов

ДЕРЕВЯННЫЕ КАРНИЗЫ Кирпичные стены домов обычно заканчиваются карнизом. В деревянных домах карниз оборудуют, обшивая тесом концы стропильных ног или затяжек.Если стропильные ноги не выходят за пределы стен, то их удлиняют на величину карнизного свеса, прибивая к концам

Из книги Энциклопедия домоводства автора Поливалина Любовь Александровна

Деревянные храмы На далеких островах, среди густых зарослей и прибрежных камней, возвышаются деревянные храмы. Хранители далекого прошлого, они всегда рады гостям. И как напоминание о седой старине будут картины на бересте…Необходимые материалы:Лист плотного картона

Из книги Практичный летний душ и туалет на даче автора Доброва Елена Владимировна

Деревянные окна Собственно окно состоит из коробки, закрепляемой в оконном проеме, и рамы (или нескольких рам), подвижно крепящейся к коробке. Рама, то есть оконный переплет, – несущая оправа для оконного стекла и вместе с ним называется створкой окна. Створки окна могут

Из книги Занимательная электроника [Нешаблонная энциклопедия полезных схем] автора Кашкаров Андрей Петрович

Из книги Столярные, плотничные, стекольные и паркетные работы: Практическое пособие автора Глава 5 КОНСТРУКЦИИ ОСНОВНЫХ СТОЛЯРНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ 1. Виды, назначение и способы изготовления опалубки и инвентарных лесов При строительстве зданий и сооружений из монолитного бетона и железобетона применяют опалубку. Опалубка представляет собой формы, в

Из книги автора

3. Деревянные перекрытия Перекрытия состоят из балок, щитов, подшивных потолков, полов, утеплителя и др. Балки – основная несущая конструкция, предназначенная для устройства чердачных, междуэтажных и цокольных перекрытий в одно-, двухэтажных жилых и одноэтажных

Из книги автора

Балочные деревянные перекрытия Балки для перекрытий изготавливаются как из хвойных, так и из лиственных пород. При этом древесину следует выбирать качественную, не имеющую большого числа сучков, косослоя, свилеватости и других недостатков, которые влияют на ее

Полина Дедюхова, ИжГТУ

2-х шарнирная рама с ригелем в виде клеефанерной балки

1. Исходные данные

L=15 м – ширина пролета;

Н=4 м – высота стойки;

В= 3,4 м – шаг рамы;

количество шагов – 10;

район строительства – г. Ижевск;

расчетное значение веса снегового покрова S g =2,4кПа (III);

нормативное значение ветрового давления w 0 =0,23кПа (I);

характер теплового режима – теплый;

кровля по прогонам;

вид кровли – рубероидная кровля;

α=4,29 0 .

Рис. 1. Схема рамы

На рисунке 1 изображена схема рамы.

На левой стороне клеефанерной балки распологаются прогоны – снизу и сверху изображен сплошной деревянный настил, выбор которого основан на использовании в качестве кровли рубероида, поэтому для обеспечения наибольшей прочности был выбран сплошной деревянный настил.

На правой стороне схемы показан утеплитель, который укладывается между деревянным настилом и прогонами. Поскольку режим помещения где используется клеефанерная балка –теплый, то необходимо обеспечить поддержание положительной температуры в холодное время года.Для этого был выбран утеплитель толщиной 150 мм фирмы ISOVER . Этот материал имеет высокие теплоизоляционные показатели, выдерживает температурные расширения, обладает низкой горючестью и низким влагопоглощением.
Укладывать теплоизоляционные плиты необходимо в несколько слоев с разбежкой швов. Это гарантирует надежную защиту от появления «мостиков холода», которые являются причиной значительных теплопотерь.

С внешней стороны кровли необходимо уложить гидро- ветрозащитную мембрану (с установкой внахлест). Рекомендуемая величина воздушного зазора между мембраной и кровельным покрытием — 50 мм. Все стыки мембраны необходимо проклеить водонепроницаемой монтажной лентой.

С внутренней стороны кровли необходимо обеспечить наличие пароизоляционного слоя. Для этого используют мембраны ISOVER VARIO.

При устройстве парозащитного барьера необходимо сохранять целостность мембраны, устанавливать ее внахлест, а стыки проклеивать паронепроницаемой монтажной лентой.

2. Расчет неразрезного прогона (спаренный многопролетный)

Обычно деревянные прогоны делают из брусьев прямоугольного сечения или из кругляка, отёсанного на два канта. Прогоны могут проектироваться однопролётными и многопролётными. Однопролётные прогоны, перекрывающие независимо каждый пролёт между фермами, применяются для пролетов от 2,5 до 6,5 м и должны иметь высоту в 1/20 — 1/30 пролёта. Однопролётные прогоны просты в монтаже, но имеют два основных недостатка: 1) при пролётах свыше 4 м они требуют значительного расхода древесины и 2) стык прогонов над фермами несколько затрудняет присоединение прогонов к фермам. Поэтому деревянные прогоны чаще проектируют в виде многопролётных шарнирных балок, стыки которых (шарниры) располагают не над фермами, а в пролётах на расстоянии 0,15 — 0,21 L от опор. При расстоянии между фермами в 3,0 — 5,0 м шарниры располагают через пролёт попарно в пролёте на расстоянии 0,15 L от опор.

В таких балках при равномерно распределённой нагрузке изгибающие моменты во всех пролетах как на опорах, так и в пролётах получаются равными и каждый составляет 50% от момента однопролетной балки, что позволяет соответственно уменьшить сечение. Высоту таких пророков делают в 1/20 пролёта .

Принимаем неразрезные прогоны, т.к. они более экономичны по расходу древесины. Расчет спаренного прогона производится по схеме многопролетной неразрезной балки на нормальную составляющую нагрузки. Максимальные изгибающие моменты возникают в прогоне над опорами.

Рис.2 Схема прогона

Рассчитаем многопролетный спаренный дощатый прогон с пролетами, равными шагу балок l=3,4м. Прогоны устанавливаются с шагом 1500 мм на верхние пояса рамы, имеющие уклон i=1:10 (a =4,29 sina =0.099 cosa =0.995).

Снеговая нагрузка для климатического района г. Ижевска принимается равной 2,4 кПа=2400 Н/м 2 .

Расчетная схема прогона – многопролетная неразрезная балка с равными пролетами l=3,4 м.

Рис. 3 Сбор нагрузок на прогон

№ п.п.	Вид нагрузки	g(n), кН/м	γ(f)	g, кН/м
	Рубероидная кровля (3 слоя)			1,95
	Фанера	0,24		0,288
	Утеплитель ISOVER	0,18		0,216
	Обрешетка	0,14		0,154
	Итого	2,06		2,608
	Снеговая	1,68
	Итого	3,74		5,008

Действующие составляющие нагрузки:

;

;

.

Подбор сечения по прочности

Максимальные изгибающие моменты возникают в прогоне над опорами. Изгибающий момент на промежуточных опорах определяется по формуле:

.

Расчетное сопротивление изгибу (сосна 2 сорта):

.

Геометрические характеристики поперечного сечения прогона:

Требуемый момент сопротивления сечения:

.

Задаемся шириной сечения доски:

.

Ширина сечения в средних пролетах, состоящего из двух досок:

.

Требуемая высота сечения:

.

Принимаем сечение:

.

Расчетный момент сопротивления сечения (с учетом острожки):

.

Нормальное напряжение в расчетном сечении прогона:

Первые пролеты прогона усилены третьей доской без расчета

Проверка прогиба прогона в первом пролете

Момент инерции расчетного сечения:

Относительный прогиб:

Условие выполняется – прогиб в пределах нормы.

Расчет стыка прогона на гвоздях

Рис. 4. Стык прогона

Расстояние стыков от опор:

.

Принимаем гвозди диаметром 5 мм, длиной 100 мм

Расстояние от стыка до ближайшего ряда гвоздей:

Где

– толщина сплачиваемого элемента;

— диаметр гвоздя.

Принимаем:

.

Расстояние ближайших гвоздей от опор:

.

Поперечная сила в стыкуемой доске:

Несущая способность гвоздя в несимметричном односрезном соединении при диаметре гвоздя 0,005 м, а=с=0,047 м:

.

Требуемое число гвоздей в конце каждой доски:

Принимаем 6 гвоздей.

Расстояние по вертикали между гвоздями:

.

Расстояние по вертикали от края доски до ближайшего гвоздя:

.

Расчет крепления прогона бобышками

Скатная составляющая опорных реакций:

Так как гвозди принимаем такие же как в стыках

Принимаем 4 гвоздя.

Рабочая площадь бобышки:

3. Расчет двухшарнирной рамы

;

;

Где

– вес снегового покрова на 1 м 2 горизонтальной поверхности;

– коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие;

.

Определяем собственный вес балки:

;

;

.

Рис. 5. Схема нагружения рамы . 3.1 Определение геометрических характеристик балки

Рис.6 Схема балки

Нагрузки: g=4,98 кН/м, g n =3,72 кН/м.

Материалы: для поясов — сосновые доски сечением 144 ´ 33 мм (после калибровки и фрезерования пиломатериала с сечением 150 ´ 40 мм) с пропилами.

В растянутых поясах используется древесина 2-го сорта, в сжатых — 3-го сорта. Для стенок используется фанера клееная, березовая, марки ФСФ В/ВВ толщиной 12 мм. Доски поясов стыкуются по длине на зубчатый шип, фанерные стенки — «на ус».

Высоту поперечного сечения балки в середине пролета принимаем

h = l /8 = 15/8 = 1,875 м. Высоту опорного сечения,

h 0 = h — 0,5li = 1,875 — 0,5 × 15 × 0,1 = 1,125 м.

Ширина балки b = Σδ д + Σδ ф = 4 × 3,3 + 2 × 1,2 = 15,6 см.

По длине балки укладывается 13 листов фанеры с расстоянием между осями стыков

l ф — 10δ ф = 152 — 1,2 × 10 = 140 см.

Расстояние между центрами поясов в опорном сечении.

h ‘ 0 = h 0 — h н = 1,125 — 0,144 = 0,981 м; 0,5 h ‘ 0 = 0,49 м.

Расчетное сечение располагается на расстоянии x от оси опорной площадки

x = = 15 = 6,45 м,

где γ = h ‘ 0 /( li ) = 0,981(15 × 0,1) = 1.47

Вычисляем параметры расчетного сечения: высота балки

h x = h 0 + ix = 1,125 + 0,1 × 6,45 = 1,77 м;

расстояние между центрами поясов

h ‘ x = 1,77 — 0,144 = 1,626 м; 0,5 h ‘ x = 0,813 м;

высота стенки в свету между поясами

h x ст = 1,626 — 0,144 = 1,482 м; 0,5 h x ст = 0,741 м.

Изгибающий момент в расчетном сечении

M x = qx (l — x ) /2 = 4,98 × 6,45(15 – 6,45)/2 =137,3 кН × м;

требуемый момент сопротивления (приведенный к древесине)

W пр = M x γ n / R р = 137,3 × 10 6 × 0,95/9 = 14,5 × 10 6 мм 3 ;

соответствующий ему момент инерции

I пр = W пр h x /2 = 14,5 × 10 6 × 1770/2 = 128,32 × 10 8 мм 4 .

Задаемся двутавровой коробчатой формой поперечного сечения (см. рис. 7).

Фактические момент инерции и момент сопротивления сечения, приведенные к древесине, равны

I пр = I д + I ф E ф K ф / E д = 2[(132 × 144 3 /12) + 132 × 144 × 813 2 ] + 2 × 12 × 1770 3 × 0,9 × 1,2/12 = 371,7 × 10 8 > 128,32 × 10 8 мм 4 ;

W пр = I пр × 2/ h x = 2 × 371,7 × 10 8 /1770 = 42 × 10 6 > 14,5 × 10 6 мм 3 ,

Здесь K ф = 1,2 — коэффициент, учитывающий повышение модуля упругости фанеры при изгибе в плоскости листа.

Проверяем растягивающие напряжения в фанерной стенке

σ фр = M x E ф K ф ( W пр E д) = 137,3 × 10 6 × 0,9 × 1,2\(42× 10 6) = 3,5 < R фр m ф /γ n = 14 × 0,8/0,95 = 11,8 МПа.

Здесь m ф = 0,8 — коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры, стыкованной «на ус», при работе ее на изгиб в плоскости листа. Принимая раскрепление сжатого пояса прогонами или ребрами плит через 1,5 м, определяем его гибкость из плоскости балки

λ y = l р (0,29 b ) = 187\(0,29 × 15,6) = 41,3 < 70 и, следовательно,

φ y = 1 — a (λ /100) 2 = 1 — 0,8(4,13/100) 2 = 0,99, а напряжения сжатия в поясе

σ с = M x / W пр = 137,3 × 10 6 \ 42 × 10 6 = 3,2 < φ y R с /γ n = 0,91 × 11 × 0,95 = 10,5 МПа.

Проверку фанерных стенок по главным напряжениям производим в зоне первого от опоры стыка на расстоянии x 1 = 0,925 м (см. рис. 7).

Для данного сечения

M = qx 1 (l — x 1)/ 2 = 4,98 × 1,150(15 – 1,150)/2 = 39,65 кН × м;

Q = q ( l /2 — x 1) = 4,98(15/2 – 1,150) = 31,6 кН;

h = 1,125 + 1,150 × 0,1 = 1,24 м;

h ст = 1,24 — 2 × 0,144 ≈ 0,952 м — высота стенки по внутренним кромкам поясов, откуда 0,5 h ст = 0,47 м.

Момент инерции данного сечения и статический момент на уровне внутренней кромки, приведенные к фанере:

I х1пр = 1240 3 *1,2*2\12+2*1000\(1,2*900)= 130,4 × 10 8 мм 4 ;

S х1 пр = 144*156*470*1000\(1,2*900)+2*1,2*144*470=9,6 × 10 6 мм 3 .

Нормальные и касательные напряжения, в фанерной стенке на уровне внутренней кромки растянутого пояса

σ ст = M × 0,5 h ст / I пр = 39,65 × 10 6 × 476/130,4 × 10 8 = 1,4 МПа;

τ ст = QS пр /( I пр Σδ ф) = 31,6 × 10 3 × 9,6 × 10 6 /(130,4 × 10 8 × 2 × 12) = 0,97 МПа.

Главные растягивающие напряжения по СНиП II-25-80 формула (45)

0 ,5σ ст + = 0,5 × 1,4 + = 2,36 < (R рфα / γ n ) m ф = (4,7/0,95) 0,8 = 4,1 МПа при угле

α = 0,5 arctg (2τ ст /σ ст) = 0,5 arctg (2 × 0,97/1,4) = 45°

по графику на рис. 17 (СНиП II-25-80, прил. 5).

Для проверки устойчивости фанерной стенки в опорной панели балки вычисляем необходимые геометрические характеристики: длина опорной панели a = 1,125 м (расстояние между ребрами в свету); расстояние расчетного сечения от оси опоры x 2 = 0,952 м; высота фанерной стенки в расчетном сечении

h ст = (1,125 + 0,952 × 0,1) — 2 × 0,144 ≈ 0,932м

h ст /δ ф = 932/12 = 77,6 > 50; γ = a / h ст = 1,125/0,932 ≈ 1,2м.

По графикам на рис. 18и 19 прил. 5 для фанеры ФСФ и γ = 2 находим K и = 18 и K τ = 3.

Момент инерции и статический момент для расчетного сечения x 2 , приведенные к фанере

I пр = 1200 3 *1,2*2\12+2*1000\1,2*900= 91 × 10 8 мм 4 ;

S пр = 155*144*466*1000\1,2*900= 9,3× 10 6 мм 3 .

Изгибающий момент и поперечная сила в этом сечении

M = qx 2 (l — x 2)/2 = 4,98 × 0.952(15 — 0,952)/2 = 33,3 кН × м;

Q = q ( l /2 — x ) = 4,98(15/2 — 0,925) = 32,7 кН.

Нормальные и касательные напряжения в фанерной стенке на уровне внутренней кромки поясов

σ ст = M 0,5 h ст / I пр = 33,3 × 10 6 × 0,5 × 1200/91 × 10 8 = 2,1 МПа;

τ ст = QS пр /( I пр Σδ ф) = 32,7 × 10 3 × 9,3 × 10 6 /(91 × 10 8 × 2 × 10 12) = 1,7 МПа.

По СНиП II-25-80 формула (48) проверяем выполнение условия устойчивости фанерной стенки:

а) в опорной панели

σ ст /[ K и (100δ/ h ст) 2 ] + τ ст /[ K τ (100δ/ расч) 2 ] = 2,1/ = 0,68 < 1, где h ст / δ = 77,6;

б) в расчетном сечении с максимальными напряжениями изгиба ( x = 6,45 м) при h ст /δ = 1,62/0,012 = 135 > 50;

γ = a / h ст = 1,125/1,62 = 0,69, K и = 25 и K τ = 3,75.

Напряжения изгиба в фанерной стенке на уровне внутренней кромки поясов

σ ст = M x 0,5 h ст / I пр = 137,3 × 10 6 × 741/128,2 × 10 8 = 7,9 МПа,

где I пр = 128,2× 10 8 мм 4 ;

τ ст = Q x S пр /( I пр Σδ ф) = 5,2 × 10 3 × 10,3 × 10 6 /(128,2 × 10 8 × 2 × 12) = 0,174 МПа,

где Q = q ( l /2 — x ) = 4,98(15/2 – 6,45) = 5,2 кН,

S = 10,3× 10 6 мм 3 .

Используя СНиП II-25-80, формула (48), получим

7,9/ + 0,174/ = 0,66 < 1.

Производим проверку фанерных стенок в опорном сечении на срез в уровне нейтральной оси и на скалывание по вертикальным швам между поясами и стенкой в соответствии со СНиП II-25-80, пп. 4.27 и 4.29.

Момент инерции и статический момент для опорного сечения, приведенные к фанере, определяем как и ранее

I пр = 129,7 × 10 8 мм 4 ; S пр = 9,5 × 10 6 мм 3 ;

τ ср = Q max S пр /( I пр Σδ ф) = 7,9 × 10 3 × 9,5 × 10 6 /(129,7 × 10 8 × 2 × 12) = 2,4 < R фср /γ n = 6/0,95 = 6,3 МПа;

τ ск = Q max S пр /( I пр nh и) = 7,9 × 10 3 × 9,5 × 10 6 /(129,7 × 10 8 × 4 × 144) = 0,75 < R фск /γ n = 0,8/0,95 = 0,84 МПа.

Прогиб клеефанерной балки в середине пролета определяем согласно п. 4.33 по формуле (50) СНиП II-25-80. Предварительно определяем:

f = f 0 /к ,

где f 0 = 5 q н l 4 /(384 El ) = 5 × 3,72 ×15 4 × 10 12 /(384 × 248 × 10 12) = 9,8 мм.

Здесь EI = E д I д + E ф I ф = 10 4 × 175 × 10 8 + 10 4 × 0,9 × 1,2 × 131,2 × 10 8 = 316,7 × 10 12 Н × мм 2 (СНиП II-25-80, прил. 4, табл. 3); значения коэффициентов к = 0,4 + 0,6β = 0,4 + 0,6 × 1125/1626 = 0,815 и c = (45,3 — 6,9β)γ = (45,3 — 6,9 × 1125/1626)2 × 144 × 132 = 48,1;

тогда

f = 9,8/0,815 = 7,3 мм и f / l = 7,3/15 × 10 3 = 1/1700 < 1/300 (СНиП II-25-80, табл. 16).
3.2. Статический расчет балки

Расчет балки ведем при двух сочетаниях нагрузки:

I. Постоянная и снеговая нагрузки равномерно распределены по всему пролету (g+P 1):

Рис. 7. Первое сочетание нагрузок на раму

;

;

;

;

.

II. Постоянная нагрузка по всему пролету и снеговая равномерно распределена на 0,5 пролета (g+P 2):

Рис. 8. Второе сочетание нагрузок на раму

;

;

;

;

5. Проектирование опорного узла

5.1. Расчет опорной подушки

Определяем площадь опорной подушки из условия на прочность на смятие:

Где

— расчетное сопротивление смятию поперек волокон.

Определяем размеры подушки: , где

;

принимаем l пл =36см ;

принимаем подушку: 36х20см; F см =720см 2 .

Рис. 9. Схема расчета опорной плиты

Определяем фактическое напряжение смятия: ;

.

Находим максимальный момент и момент сопротивления:

;

;

принимаем =1,0см.

5.2. Расчет анкерных болтов

Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом по срезу:

Где

— расчетное сопротивление болтов срезу;

— площадь сечения болта по ненарезной части;

— коэффициент условий работы соединения;

— число расчетных срезов одного болта.

Рассчитаем болты от действия распора:

;

;

принимаем 2 болта диаметром 0,7 см.

6. Проектирование и расчет стойки

Принимаем клееные стойки прямоугольного сечения с шагом вдоль здания В=3,4 м, жестко закрепляемые к фундаменту. Крепление стоек с балками шарнирное. Устойчивость конструкций обеспечивается постановкой поперечных связей в покрытии и вертикальных продольных связей между стойками, которые представляют собой ферменные конструкции. Связи между фермами, создавая общую пространственную жесткость каркаса, обеспечивают заданную геометрию конструкций покрытия и удобство монтажа, закрепляют сжатые элементы из плоскости ригеля, перераспределяют на соседние рамы местные нагрузки, приложенные к одной раме.
Расстояние между вертикальными связями принимают от 26 до 30 м. Если расстояние между колоннами ≤ 3 м. – то применяются деревянные связи, если больше-то металлические. В данном случае при шаге колонн 3,4 м используются металлические связи.

Деревянные стойки являются сжатыми или сжато-изгибаемыми несущими конструкциями, опирающимися на фундаменты. Их применяют в виде вертикальных стержней, поддерживающих покрытие или перекрытие, в виде стоек подкосных систем, в виде жестко заделанных стоек однопролетных или многопролетных рам.

По конструкции их можно подразделить на стойки клееные и стойки из цельных элементов.

Рис. 10 Схема сечений стойки

а) постоянного прямоугольного и квадратного сечения; б) переменного сечения

Рис.11. Схема расположения вертикальных металлических связей

6.1. Статический расчет.

Нагрузки:

g н =2,06/1,5=1,373 кН/м 2 ;

g=2,608/1,5=1,739 кН/м 2 ;

S н =1,21 кН/м 2 ;

S=1,78 кН/м 2 .

Постоянное расчетное давление на стойку от покрытия: Р п =(1,739+0,13)*3,4*15/2=47,65кН.

То же, от стенового ограждения с учетом элементов крепления при h оп =0,9м Р ст =(0,38+0,1)*(4,6+0,9)*3,4=8,97кН.

Расчетную нагрузку от собственного веса стойки принимаем Р св =5*4,6*0,9*0,16=3,31 кН. Расчетное давление на стойку от снега Р сн =1,78*3,4*15/2=45,39 кН. Скоростной напор ветра на высоте до 10 м для местности типа Б: р в =0,45 кН/м 2 ; аэродинамические коэффициенты с=0,8.

давление р в д =р в ncB=0,45*1,2*0,8*3,4=1,46; отсос р в о =-0,45*1,2*0,5*3,4=-0,91,

где n=1,2 – коэффициент перегрузки для ветровой нагрузки.

Ветровая нагрузка на раму от участка стен выше верха стоек, кН:

давление W в д = р в nchB=0,45*1,2*0,8*1,8*3,4=2,6; отсос W в о =-0,45*1,2*0,5*1,8*3,5=-1,7, где h=1,8 м – наибольшая высота покрытия, включая высоту балки и толщину плит.

6.2.Усилия в стойках рамы.

Рама один раз статически неопределимая система. За неизвестное принимаем продольное усилие Х в ригеле, которое определяем для каждого вида загружения отдельно:

от ветровой нагрузки, приложенной в уровне ригеля,

Х w =-(W в д — W в о)/2=-(2,6-1,7)/2=-0,45 кН;

от ветровой нагрузки на стены

Х р =-3/16H(р в д — р в о)=-3/16*4,6*(1,46-0,9)=-0,07;

от стенового ограждения при расстоянии между серединой стенового ограждения и стойкой е=(0,3+0,55)/2=0,425 м, где 0,3 – толщина стеновой панели, 0,55 – высота сения колонны (ориентировочно)

М ст =Р ст е=-8,97*0,425=-3,8 кН*м;

Х ст =-9 М ст /(8*Н)=-9*(-3,8)/(8*4)=1,06 кН.

Изгибающие моменты в заделке стоек:

М л =((2,6-0,45-0,0-7)*4+(1,46*4 2 /2))*0,9+0,91*4-3,8=16,7 кН*м,

М пр =((1,7+0,45+0,07)*4+(0,97*4 2 /2))*0,9-0,91*4+3,8=10,48 кН*м.

Поперечные силы в заделке стоек, кН:

Q л =(2,6-0,45-0,07+1,46*4)*0,9+0,91=8;

Q пр =(1,7+0,45+0,07+0,97*4)*0,9-0,91=4,58.

Продольные силы в заделке стоек N л = N пр =47,65+8,97+3,31+45,39*0,9=100,78 кН, где 0,9 – коэффициент, учитывающий действие двух временных нагрузок.

Принимаем стойку прямоугольного сечения по высоте поперечного сечения из 16 досок толщиной 3,3 см, шириной 16 см (после отсрожки из досок 4,0х17,5). Тогда h=3,3*16=52,8 см; b=16 см.

Проверяем прочность поперечного сечения стойки по нормальным напряжениям:

σ=100,78/844,8+3600/7434,2=0,6кН/см 2 =6 МПа <19,2 МПа,

где R c =R c m в m н m б /γ n =1,5*1*1,2*0,989/0,95=1,92 кН/см 2 =19,2 Мпа, F расч =16*52,8=844,8 см 2 ;

М д =2346/0,65=3600 кН*см;

ξ=1-100,78/(0,178*1,92*844,8)=0,65;

λ=2,2h оп /r=2,2*900/0,289*52,8=129,76;

φ=3000/λ 2 =3000/129,76 2 =0,178;

W расч =16*52,8/6=7434,2 см 3 .

Вдоль здания стойки раскрепляем обвязочным брусом, укладываем по верху их, вертикальными связями и распорками, устанавливаемыми по середине их высоты по наружным граням. Устойчивость плоской формы деформирования стойки с раскрепленной растянутой кромкой проверяем по формуле:

100,78/(0,079*9,591*1,92*844,8)+3600/(1,75*1,762*1,92*7434,2)=

0,082+0,081=0,16<1;

φ=3000/λ 2 =3000/194,64 2 =0,079;

λ=h оп /r=900/0,289*16=194,64;

κ пN =1+(0,75+0,142*900/52,8-1)*0,5=9,591;

κ ф =2,32;

κ пм =1+(0,142*900/52,8+1,76*52,8/900-1)*0,5=1,762.

Для случая сжатой наружной грани стойки, расчетная длина ее в плоскости, перпендикулярной плоскости рамы, равна 400 см. Устойчивость плоской формы деформирования стойки проверяем для нижнего ее участка, как более неблагоприятного:

100,78/(0,401*1,92*844,8)+(3600/(2,444*1,92*7434,2)) 2 =0,15+0,001=0,16<1;

φ=3000/86,51 2 =0,401; λ= 400/0,289*16=86,51;

М д =2156/0,69=3124,6 кН*см;

φ м =140*16 2 /(400*52,8)*1,44=2,444.

Для определения значения κ ф вычислим изгибающий момент в правой стойке на высоте 2 метров:

М 1 пр =((1,75+0,45+0,07)*2+(0,91*2 2 /2))*0,9-0,91*2+3,8=8,158 кН*м;

κ ф =1,75-0,75α=1,75-0,75*0,41=1,44; α=8,83/21,56=0,41.

Проверяем клеевые швы на скалывание:

τ=QS бр /(ξJ бр b расч)=9*5575,7/(0,69*196264*16)=0,023 кН/см 2 =0,23 МПа < R cк =1,89 МПа,

Где R cк m в m н /γ n =1,5*1*1,2/0,95=1,89 МПа.

S бр =16*52,8 2 /8=5575,7 см 3 ; J бр =16*52,8 3 /12=196264 см 4 .

6.3.Расчет опорного узла

Опорный узел стойки решаем по рис.10. Анкерные болты рассчитываем по максимальному растягивающему усилию при действии постоянной нагрузки с коэффициентом перегрузки n=0,9 и ветровой нагрузки N=(47,65+8,97+3,31)*0,9/1,1=49кН;

М=(2,6-0,45-0,07)*4+(1,56*4 2)/2+0,91*4*0,9/1,1-3,8*0,9/1,1=20,67 кН*м.

Принимаем опорную плиту базы колонны размерами 34х65 см. Определяем напряжения на поверхности фундамента:

σ мин макс =-49/(34*65)±6*2067/(34*65 2)=-0,02±0,08;

М д =2067/0,848=2437,5 кН*м; ξ=1-49/(0,178*1,92*844,8)=0,848;

σ макс =-0,1 кН/см 2 ; σ мин =0,06 кН/см 2 .

Поскольку относительный эксцентриситет е 0 = М д / N=2067/49=42 см больше h/6=52,8/6=8,8 см, следует рассчитывать анкерные болты и боковые анкерные пластины.

Для фундамента принимаем бетон класса В10 с расчетным сопротивлением R в =6 МПа. Вычисляем размеры участков эпюры напряжений, которая приведена на рис.11.

х=0,143*65/(0,143+0,103)=37,8 см;

а= h н /2-с/3=65/2-37,8/3=19,9 см;

е= h н -х/3-s=65-37,8/3-6,1=46,3 см.

Усилие в анкерных болтах:

Z=(2067-49*19,9)/49=22,3 кН.

Площадь поперечного сечения болта F б ит = Z/(n б R вт)=22,3/(2*18)=0,7 см 2 , где n б =2 – количество анкерных болтов с одной стороны стойки; R вт – расчетное сопротивление болтов растяжению, равное 18 кН/см 2 для анкерных болтов диаметром 12…22 мм из стали марки 09Г2С. Находим d=16 мм с F ит =1,408 см 2 .

Рассчитываем элементы базы колонны.

Принимаем наклонные вклеенные стержни из арматурной стали класса А-III. Определяем расчетную несущую способность наклонного вклеенного стрежня:

Т= R ск30 π(d+0,5)l 1 κ 1 =0,202*3,14*2,1*20*0,95=25,3,

где d=1,6 см – диаметр стрежня; l 1 =20 см – длина заделываемой части стержня; 30ͦ — угол наклона стержней по отношению к волокнам древесины стойки; R ск30 =0,202 кН/см 2 – расчетное сопротивление древесины скалыванию под углом 30ͦ к волокнам; κ 1 =1,2-0,02*20/1,6=0,95.

Рассчитываем наклонно вклеенные стержни по сдвигу древесины:

44,88*sin30/4=5,6 кН < Т=25,3 кН.

Проверяем вклеенные стержни по растяжению и изгибу стержня:

(44,88cos30/4*(3,14*1,6 2 /4)*36,5) 2 +44,88sin30/4*17,92=0,018+0,313=0,331 < 1,

где R с =36,5 кН/см 2 – расчетное сопротивление арматурного стержня диаметром 16 мм из стали класса А-III; Т н =7d 2 =7*1,6 2 =17,92 кН – расчетная несущая способность изгибу стержня из арматурной стали класса А-III.

Анкерные пластины принимаем размером 10х160 мм из стали марки ВСтЗпс 6-1. Проверяем анкерные пластины:

(Z/(F ит R у)) 2 +(М а /(1,47 W нт R у))=(44,88/1*16*23) 2 +(0,131*6/(1,47*1*16*23))=0,015+0,001=0,016 < 1, где М а =0,032 d 3 =0,032*1,6 3 =0,131 кН*см.

7. Щитовая обрешетка.

Основным назначением кровли является защита от атмосферной влаги, в том числе и от конденсата, образующегося при соприкосновении паров теплого воздуха, поднимающегося на крышу. Обрешетка служит для укладки и поддержания кровли, воспринимает нагрузки от собственного веса кровли, давление ветра, веса снега и т. п. и передает их на стропильные конструкции. Но назначение обрешетки не только в этом. Обследование множества стропильных конструкций после длительной эксплуатации показывает, что обрешетка способствует правильной вентиляции воздуха внутри кровли, что снижает опасность загнивания, резко уменьшает уровень конденсации влаги. Деревянные обрешетки устраиваются из брусков или досок, уложенных с прозорами или в виде одинарных или двойных сплошных настилов. При устройстве двойных настилов нижний слой досок делается разреженным.

Выбор обрешетки зависит от типа кровли. Разреженные обрешетки пригодны под кровли, собираемые из отдельных достаточно жестких и прочных плиток или листов (черепицы, кровельного сланца, волнистых асбестоцементных листов и т. п.). При этом расстояния между элементами (брусками или досками) обрешетки принимаются в соответствии с размерами и прочностью кровельных плит и листов. При более тонких и хрупких (например, плоских асбоцементных) или совсем не жестких (например, рубероидных) плитках применяются сплошные дощатые настилы.

Рис.12. Деревянные обрешетки: а- из брусков; б- из разреженных досок; в- сплошная дощатая; г- двойная дощатая

Различают сплошные и разряженные дощатые настилы. Элементы настила и обрешетки рекомендуется выполнять из древесины хвойных пород 3-го сорта. При рулонной кровле в неутепленных покрытиях применяют сплошные дощатые настилы.

В утепленных покрытиях поверх этих настилов укладывают твердый плитный утеплитель, непосредственно по которому или по выравнивающему слою наклеивают рулонный ковер. Возможен вариант, когда утеплитель укладывают между прогонами с подшивкой потолка из гипсокартона. При чешуйчатой кровле из асбестоцементных или стеклопластиковых листов в неутепленных покрытиях применяют разреженные дощатые настилы (обрешетки).

Рис.13. Варианты настилов покрытия: а – под холодную рулонную кровлю; б - под рулонную утепленную кровлю; в - под холодную асбестоцементную кровлю; 1 – рулонная кровля; 2 – утеплитель; 3 – настил; 4 – асбестоцементная кровля; 5 - обрешетка; Разряженный настил (обрешетка): 1 – доски; 2 - гвозди

Дощатые настилы изготовляют из досок на гвоздях и укладывают на прогоны или основные несущие конструкции покрытий при расстоянии между ними не более 3 м. Рабочие доски настилов должны иметь длину, достаточную для опирания их не менее чем на три опоры для увеличения их изгибной жесткости по сравнению с однопролетным опиранием.

Основными типами дощатых настилов являются разреженный и двойной перекрестный.

Разреженный настил, называемый также обрешеткой, представляет собой несплошной ряд досок, уложенных с шагом, определяемым типом кровли и расчетом. Зазоры между кромками досок для их лучшего проветривания должны быть не менее 2 см. Для ускорения сборки этот настил целесообразно собирать из заранее изготовленных щитов, соединенных снизу поперечинами и раскосами, с габаритными размерами, увязанными с расстановкой опорных конструкций с учетом условий транспортирования.

Сплошные настилы. Из сплошных настилов наиболее распространенным является двойной перекрестный, который состоит из двух слоев – нижнего рабочего и верхнего защитного.

Двойной перекрестный настил состоит из двух слоев досок- нижнего рабочего и верхнего защитного. Верхний - защитный (сплошной) слой досок толщиной 16…22 мм и шириной не более 100 мм укладывают под углом 45…60° к нижнему, рабочему, настилу и крепят к нему гвоздями.

Рабочий настил представляет собой разреженный или сплошной ряд более толстых досок и несет на себе все нагрузки, действующие на покрытие. Для лучшего проветривания рабочий настил рекомендуется делать разреженным, с зазором не менее 20 мм из досок толщиной 19…32 мм, определяемой нагрузкой. Доски рабочего настила для повышения изгибной жесткости следует опирать на три опоры и более. В покрытиях отапливаемых производственных зданий утеплитель укладывают на одиночный дощатый настил или сплошной накат толщиной 19…32 мм, который целесообразно опирать на три прогона.

Защитный настил представляет собой сплошной ряд досок минимальной толщиной 16 мм и шириной 100 мм. Их укладывают на рабочий настил под углом 45-60° и крепят к нему гвоздями. Защитный настил образует необходимую сплошную поверхность, обеспечивает совместную работу всех досок настила, распределяет сосредоточенные нагрузки на полосу рабочего настила шириной 50 см и защищает кровельный ковер от разрывов при короблении и растрескивании более толстых и широких досок рабочего настила.

Рис.14. Мягкие кровли

а) Рубероидные кровли (мягкие кровли): а – по дощатому настилу; б – утепленная по железобетонной плите; 1 – нижний разреженный дощатый настил; 2 – верхний сплошной дощатый настил; 3 – нижний слой кровли, параллельный коньку крыши; 4 – верхний слой кровли, перпендикулярный коньку крыши; 5 – битумная мастика; 6 – толевые гвозди; 7 – листовая сталь на коньке крыши; 8 – кровля (трехслойная) из рубероида; 9 – выравнивающая стяжка; 10 – теплоизоляция; 11 – пароизоляция; 12 – сборные железобетонные панели.

б) Кровля из толя или рубероида по сплошному дощатому настилу досок: а – двухслойная; б – однослойная с треугольными рейками в стыках; 1 – толь или рубероид; 2 – настил из досок; 3 – стропильная нога; 4 – мастика; 5 – рейки треугольного сечения

Двойной перекрестный настил имеет значительную жесткость в своей плоскости и служит надежной связью между прогонами и основными несущими конструкциями покрытия. Этот настил тоже целесообразно собирать из заранее изготовленных крупных щитов.

Применяют также настилы из сплошных однослойных щитов, соединенных снизу раскосами и поперечинами, имеющие меньшую жесткость, чем двойные.

Для кровли в виде рубероидного ковра настил должен иметь сплошную ровную поверхность из одного или двух слоев досок.

Дощатый настил под рубероидную кровлю целесообразно конструировать и рассчитывать как двухпролетную неразрезную шарнирно опертую балку. Расчетную ширину настила условно принимают равной 1 м.

Двойной перекрестный настил рассчитывается на изгиб только рабочего настила и только от нормальных составляющих нагрузок, поскольку скатные составляющие воспринимаются с помощью защитного настила. Расчетная ширина настила принимается В=1м с учетом всех входящих в нее досок, количество которых при шаге a составит n=1/a . Сосредоточенные грузы распределяются здесь на ширину 0,5м, и поэтому в расчетную ширину входят удвоенные величины P = 2,4 кН . При подборе сечения настила удобно задавать сечение досок b xh (см), затем определять требуемый момент сопротивления.

а)

б)

Рис.15

а) Щит сплошного однослойного настила: 1 – доски настила; 2 – раскосы; 3 - поперечены

б) Щит двойного перекрестного настила: 1 – косой защитный настил; 2 – рабочий настил; 3 - гвозди

Рабочий настил представляет собой разряженный или сплошной ряд более толстых досок и несет на себе все нагрузки, действующие на покрытие. Защитный настил представляет собой сплошной ряд досок минимальной толщиной 16 мм. Он укладывается на рабочий настил под углом 45 о – 60 о и крепится к нему гвоздями.

Двойной перекрестный настил имеет значительную жесткость в своей плоскости и служит надежной связью между прогонами и основными несущими конструкциями покрытия. Этот настил целесообразно собирать тоже из заранее изготовленных крупных щитов.

Применяют так же настилы из сплошных однослойных щитов , соединенных внизу раскосами и поперечинами, имеющими меньшую жесткость, чем двойные.

Настилы перекрытий. Представляют собой сплошные ряды досок, служащие основанием чистого пола или самим чистым полом. Их укладывают по промежуточным брускам – лагам или прямо по балкам и прибивают к ним гвоздями. Доски настила чистого пола соединяют кромками в шпунт. Настилы перекрытий работают и рассчитывают на изгиб от действия нагрузок от собственной массы, полезных нагрузок, равных 1,5 кН/м 2 . в жилых, и не менее 2 кН/м 2 (200 кг/м 2) в производственных зданиях и сосредоточенных грузов, равных 1,5 кН (150 кг). Максимальный прогиб настила не должен превышать 1/250 пролета. Дополнительно проверяют зыбкость настила. Проверки заключаются в том, что прогиб его от сосредоточенного груза 0,6 кН не должен превышать 0,1 мм.

Подшивки потолков. Представляют собой сплошные ряды тонких досок прибитых к балкам внизу гвоздями. При отсутствии штукатурки доски соединяются кромками в шпунт для исключения сквозных щелей. Подшивки работают на изгиб, а гвозди – на выдергивание, как правило, с избыточным запасом прочности при нагрузке от собственной массы.

Обшивка стен. Представляет собой сплошные вертикальные ряды тонких досок, расположенных горизонтально и соединенных кромками в четверть или в шпунт. Обшивки стен работают на изгиб от давления и отсоса ветра, как правило, с избыточным запасом прочности.

Расчет дощатых настилов осуществляют по прочности и прогибам при изгибе при действии нормативных и расчетных значений линейных распределенных и сосредоточенных нагрузок.

Расчет дощатых настилов производят по прочности и прогибам при изгибе на действие расчетных и нормативных нагрузок:

постоянных от собственной массы покрытия g , кН/м 2


временные от массы снега р , кН/м 2


от веса человека с грузом Р , кН

от собственного веса настила, утеплителя и кровли определяется с учетом толщины и плотности всех элементов покрытия и является равномерно распределенной по площади поверхности настила.

При расчете настила скатных покрытий, имеющих угол наклона , удобно нагрузку от собственного веса относить к горизонтальной проекции этой площади, при этом .

s принимается по нормам на площадь горизонтальной проекции и определяется с учетом климатического снегового района и угла наклона покрытия . Сосредоточенная нагрузка от веса человека с грузом принимается равной 1 кН. Расчетные значения этих нагрузок определяются с учетом различных коэффициентов надежности . Для собственного веса настила , для веса утеплителя и кровли и для веса снега при .

Расчетная схема дощатого настила представляет собой двухпролетную шарнирную опертую балку с пролетом l . В качестве условной длины пролетов удобно принимать горизонтальные проекции расстояний между его опорами L . При скатных покрытиях с углом наклона расчетные пролеты настила будут равны . Расчетную ширину настила принимаем условно В =1м.

Рис.16. Расчетные схемы настилов: а - схема действия нагрузок; б - статические схемы; в - схемы действия сосредоточенных грузов; 1 - первое сочетание нагрузок; 2 - второе сочетание нагрузок

Дощатый настил покрытия рассчитывается на два сочетания нагрузок.

Первое сочетание - это общая нагрузка от собственного веса g и веса снега s , расположенного на всей длине плиты настила . На расчетное значение этой нагрузки настил проверяется по несущей способности при изгибе. При этом максимальный изгибающий момент, возникающий в сечении над средней опорой, . Момент сопротивления сечений всех досок настила на расчетной ширине . Действующие в них напряжения , где расчетное сопротивление изгибу древесины 3-го и 2-го сортов МПа.

На нормативные значения нагрузок проверяется максимальный относительный прогиб настила:

.

Второе сочетание - это общее действие равномерной нагрузки от собственного веса и сосредоточенной силы Р ,
приложенной на расстоянии 0,43 l . В этом сечении возникает максимальный изгибающий момент . На этот изгибающий момент сечение настила проверяется только по несущей способности при изгибе по формуле , где - расчетное сопротивление древесины изгибу; с учетом коэффициента условия работы при временной силе МПа.

В некоторых случаях применяются однопролетные настилы и настилы с числом опор более двух.

Расчет разреженного пастила, расположенного поперек ската скатной кровли, производится на косой изгиб. Расчетная ширина настила принимается равной шагу расстановки досок с учетом сечения только одной доски или принимается равной 1 м, но при этом учитываются сечения всех досок, расположенных на этой ширине. Сосредоточенный груз Р= 1,2 кН считается приложенным к каждой доске полностью при шаге досок более 15 см, а при шаге менее 15 см к каждой доске прикладывается .

Двойной перекрестный настил рассчитывается на изгиб только рабочего настила и только от нормальных составляющих нагрузок, поскольку скатные составляющие воспринимаются с помощью защитного настила. Расчетная ширина настила принимается В=1 м с учетом всех входящих в нее досок, количество которых при шаге а . Сосредоточенные грузы распределяются здесь на ширину 0,5 м и поэтому в расчетную ширину входят удвоенные величины Р=2,4 кН. При подборе сечения настила удобно задаваться сечением досок (см), затем определять требуемый момент сопротивления , требуемую общую ширину досок , затем шаг их расстановки (м).

Соединительные гвозди слоев настила или настила с раскосами часто работают со значительными запасами прочности. При больших уклонах и нагрузках их рассчитывают на скатные составляющие нагрузок по условной схеме балки, образованной двумя соседними прогонами и настилом.

Нагрузки определяются с учетом формы покрытия и коэффициентов перегрузки.

Сосредоточенная нагрузка от массы человека с грузом имеет величины:

Р н =1 кН (100 кг.), а с учетом коэффициента перегрузки: Р=1,2 кН (120 кг).

Рис 17. Наглядный пример установки обрешетки

Расчет настилов и обрешеток, работающих, как правило, на поперечный изгиб, производят по схеме двухпролетной балки при двух сочетания нагрузки:

1) нагрузка от собственного веса покрытия и снеговая нагрузка (g+p )

— на прочность:

σ= , где ;

— по прогибам:

, где =

2) нагрузка от собственного веса покрытия и сосредоточенной нагрузки в одном пролете от веса человека с грузом Р – только на прочность

Максимальный момент находится под сосредоточенной нагрузкой:

.

Расчет по прочности в этом случае производится по той же формуле, что и в предыдущем

Расчет удобно вести приняв ширину настила b =100 см.

При сплошном настиле или обрешетке при расстоянии между осями досок или брусков не более 15 см принимают, что сосредоточенный груз передается двум доскам или брускам, а при расстоянии более 15 см – одной доске или бруску.

При двух настилах (рабочем и защитном, направленном под углом к рабочему) или при однослойном настиле с распределительным бруском, подшитым снизу в середине пролета, а так же при уложении поверх настила плитного утеплителя сосредоточенный груз Р н =1 кН принимают распределенным на ширину 0,5 м рабочего настила.

В данном случае выбор обрешетки напрямую зависел от выбора кровли (3-х слойная рубероидная кровля),исходя из этого, принимаем сплошной настил, для которого используют сосну 2-го сорта.

Здесь так же используется 2-а слоя досок — нижний рабочий, который воспринимает на себя нагрузку. Толщина его досок составляет 20мм, ширина 100мм. Верхний – защитный слой досок толщиной 16 мм и шириной 100мм, укладывается под углом 45 градусов к нижнему. Между ними укладывается утеплитель фирмы ISOVER толщиной 150мм. Назначаем размеры щита

1,5м х3,4 м. Щит проектируем из 3 брусков–прогонов, 3 стоек, 2 раскосов. Прогоны устанавливаются с шагом 1,5 м. Чтобы предотвратить скручивание прогонов-обрешетин под действием местной нагрузки, в местах каждого пересечения со стойками устраиваем упоры из коротких брусков, прибиваем к стойкам. Материал прогона – сосна 2-го сорта с R u =R c =13МПА.

Схема однопролетной балки с пролетом l=3,4 м, где l — это шаг основных несущих конструкций.

Рис.18 Схема обрешетки; Разрез1-1; Разрез 2-2

7. Защита деревянных конструкций

Для предотвращения увлажнения дерева и его нормальной эксплуатации предусматриваются конструктивные меры и защитная обработка, которая обеспечивают сохранность конструкций при складировании, транспортировке, монтаже и долговечность при эксплуатации.

Конструкции из дерева делаются открытыми, хорошо проветриваемыми, по возможности доступными для осмотра и профилактики.

Опорные стальные башмаки имеют минимальную площадь контакта с древесиной для возможности ее проветривания. Поверхности древесины изолируют от металла тиоколовой мастикой У-30М ГОСТ 13489-79*.

Влагозащитным составом (перхлорвиниловым лаком) обрабатывают наружные элементы покрытия и стенового ограждения, а также несущие конструкции.

Для защиты конструкций располагающихся в биологически активной среде, а также от энтомологических вредителей применяют антисептик на легких маслах –антраценовое масло.

Рис.19. Атмосферная сушка

Сушка древесины

Сушка древесины - одна из основных мер, предупреждающих понижение качества древесины (предохраняет от загнивания, увеличивает прочность, уменьшает плотность и склонность к изменению формы и размеров).

Естественную сушку осуществляют на открытом воздухе, под навесами или в закрытых помещениях до воздушно-сухого состояния, т. е. до влажности 15…20 %. Атмосферная сушка - длительный (несколько недель и даже месяцев) и трудно регулируемый процесс, но она проста и не требует затрат на подогрев теплоносителя.

В чердачных крышах необходимость в использовании длинных и тяжелых прогонов отпадает, здесь можно применять более короткие и легкие брусья и доски.

Прогон опирают на стойки. Стойки изготавливают из деревянного бруса, который нижним концом опирают на лежень или деревянную подкладку, а их, в свою очередь, укладывают на кирпичные столбики. В зданиях со сборным железобетонным перекрытием кирпичные столбики являются частью и продолжением внутренней несущей стены, но их можно делать и прямо на железобетонных плитах перекрытия. Лежень можно укладывать и без столбиков, прямо на внутреннюю стену или на перекрытие с горизонтальным выравниванием деревянными подкладками. Низ лежня делают на высоте не более 400 мм от верха перекрытия. Выравнивание верха лежня в горизонт упрощает установку стоек и прогонов. Стойки, отпиленные на одну высоту и установленные на горизонтальный лежень, автоматически дают одинаковую высоту конька крыши. Во всех случаях под лежень: между ним и стеной, между ним и кирпичными столбиками или перекрытием укладывается рулонная гидроизоляция.

Стойки не обязательно размещать прямо под стропилами. Обычно шаг размещения стропил составляет от 60–80 см до 1,2–1,5 м, устанавливать так часто стойки, удерживающие прогон, не имеет смысла, поэтому их обычно делают по длине досок или бруса идущего на изготовление прогона. Простейшая подстропильная конструкция выглядит, как прямоугольная рама, состоящая из верхнего пояса - прогона, нижнего пояса - лежня, вертикального заполнения - стоек и нескольких ветровых связей, которые делают из доски толщиной 40–50 мм. Например, подстропильную конструкцию длиной 9 м можно сделать из двух брусьев длиной по 4,5 м и трех стоек, стыкуя брусья по длине на средней стойке. Либо двух брусьев и одной стойки, если есть возможность опирания концов прогона на стены фронтонов. Такой прогон называется разрезным, его части рассчитываются на изгиб и прогиб как обычные однопролетные балки (рис. 27). Балки прогона стыкуются на опорах косым прирубом с гвоздевым, винтовым или болтовым соединением либо продольным лобовым упором . И то, и другое сопряжение, дает шарнирный вариант соединения балок.

Рис. 27. Варианты устройства подстропильных конструкций с разрезными прогонами

Стойки рассчитываются как сжатые элементы по формуле:

σ = Н/F ≤ Rсж , (4)

где σ - внутреннее напряжение, кг/см²; Н - сила сжатия направленная по оси стойки, кг; F - площадь сечения сжатого элемента, для прямоугольной стойки F = b×a, см²; Rсж - расчетное сопротивление древесины сжатию, кг/см² (принимается по таблице СНиП II-25-80 (rar 2,8 MB) «Деревянные конструкции» или по таблице на страничке сайта);

Увеличение количества стоек уменьшает размер сечения прогона. Стойки, даже если их сечение будет приниматься конструктивно, нужно проверить расчетом на сжатие, и убедиться, что их количество будет достаточным для удержания прогона. При получении в результате расчета слишком малых размеров сечения стоек их сечение принимаются конструктивно, но не менее чем 10×10 см. Такие сечения стоек позволяют принимать их без расчета на гибкость, так как гибкость невысоких стоек практически равна нулю. Если принять меньшее, чем 10×10 см, сечение стоек проходящее по расчету на прочность сжатия, то их нужно проверять еще расчетом на гибкость, описание которого есть в СНиП II-25-80 . Иначе тонкая стойка проходящая по сжатию, под нагрузкой просто выгнется и какой нам будет толк от ее достаточной несущей способности? Брусовые стойки расчетного или конструктивного сечения можно заменять на стойки из сбитых между собой досок вплотную либо с установкой между досками деревянных коротышей с просветом не более 7h. Тогда гибкость и прочность составных стоек будет примерно равна аналогичным параметрам стоек из цельного бруса того же сечения.

Разрезные прогоны просты в изготовлении и монтаже, но неэкономичны. Более экономичная конструкция получается, если прогоны сделать консольными, а между ними вставить однопролетные балки (рис. 28). Такой прогон называется консольно-балочным (балка Гербера) и по сути остается все той же разрезной балкой, в которой консольные и однопролетные балки рассчитываются отдельно. Однопролетные прогоны располагают между двумя консольными таким образом, чтобы в месте стыковки изгибающий момент стремился к нулю (там где кривая эпюры моментов пересекает горизонтальную ось прогона). Эти узлы сращивания балок по длине называются пластичными шарнирами. Сращивание прогонов производят косым прирубом и стягиванием болтом диаметром 12–14 мм. Максимальная длина перекрываемых пролетов - 5 м.

рис. 28. Консольно-балочная подстропильная конструкция

Возможны два варианта устройства консольно-балочного прогона. При расстоянии от опоры до стыка 0,15L получается прогон с равными изгибающими моментами во всех пролетах и на всех опорах, то есть прогон получается во всех сечениях равнопрочным. Если ставка делается на жесткость прогона, то его делают равнопрогибным. Пластичные шарниры (стыки балок), в этом случае, располагают на расстоянии от опоры 0,21L. В концевых пролетах однопролетные балки одной стороной опираются на консоль соседнего прогона, а другой на стену фронтона или стойку.

Для того чтобы не нарушать гармонию работы балки, нужно концевые пролеты сделать короче рядовых примерно на 20%, поэтому концевой пролет назначают равным L1 = 0,8L–0,85L. Это утверждение справедливо для реальной длины пролета, то есть размера на «просвет», с учетом глубины опирания прогона на стену или стойку, составляющую не менее 10 см.

Есть и другой способ уменьшения сечения прогонов: устройство неразрезного прогона сплачиванием досок (рис. 29). В неразрезных прогонах из спаренных досок пластичные шарниры располагаются вразбежку, на расстоянии 0,21L от опоры. Прогон получается с равными прогибами, но разными изгибающими моментами. В пластичном шарнире каждый стык двух досок перекрывается цельной доской. Максимальные полеты для неразрезного пролета из досок могут достигать 6,5 м, то есть полной длины доски по государственному стандарту.

рис. 29. Подстропильная конструкция с дощатыми неразрезными прогонами

По длине доски прогона сшиваются гвоздями, располагаемыми в шахматном порядке через 50 см, а в стыке ставятся гвозди по расчету. Расчет гвоздевого соединения пластичного шарнира неразрезного прогона из досок делается по формуле:

n = Mоп /2ХТгв ,

где n - требуемое количество гвоздей, шт; Моп - изгибающий момент на опоре, кг×м; Х - расстояние от центра опоры до центра гвоздевого поля; Тгв - несущая способность одного гвоздя в односрезном соединении.

Расчет прогонов любого типа допускается вести как на сосредоточенные силы от давления стропил, так и на равномерно распределенную нагрузку. Обычно применяется расчет на равномерно распределенную нагрузку, как более быстрый и простой. Если на стойках будут устанавливаться прогоны с консольными выносами за стену (по аналогии с рис. 24.2), то длину консолей нужно делать равной 0,21 или 0,15 пролета (0,15L, 0,21L). В противном случае прогон должен быть пересчитан с учетом разгружающего действия консоли. Этот расчет достаточно сложен и должен производиться специалистами.

Сечение лежня принимается конструктивно, чаще всего, такое же как сечение прогона. Например, это может быть брус 10×15 см, если лежень опирается только на кирпичные столбики. Если лежень укладывается на перекрытие либо на стену (все случаи, когда под него можно положить много выравнивающих деревянных подкладок), высота лежня может быть уменьшена до 10 и даже 5 см. Если стропильная система крыши будет делаться без подстропильных ног (подкосов), от лежня можно совсем отказаться, а низы стоек конструктивно связать прибиванием схваток.

назад