- проектирования помещений больших объёмов, не разделяемых внутренней стеной или колоннами;
- устройства мансардного этажа свободного пространства в пролётах до 6 м: без стоек и связей между ними.
Почему это возможно? Ответ очевиден на схемах работы наслонных и висячих стропил, показанных на рисунке. В наслонных стропилах нагрузка передаётся на стены и стойку, для которой нужна опора. А для опирания висячих стропил требуются опоры только под нижние концы стропил - наружные стены, потому и открывается внутренний объём помещения. Так работает любая ферма, от простейшей деревянной до сложной железобетонной или металлической.
Кстати говоря, если имеются внутренние опоры в подчердачном помещении, которые поддерживают чердачное перекрытие, то свободное пространство мансарды может быть увеличено до 10 м.
Суть работы висячих стропил — стропильных ферм
Суть работы фермы такова. Нагрузки действуют на стропила, которые являются верхним поясом Фермы.
Под действием нагрузки возникают силы, стремящиеся «растащить» стропила; иными словами, появляется распор Н— горизонтальная составляющая реакции R в усилиях, возникающих в основании стропил. Чтобы распору не удалось растянуть стропила, его нужно погасить или, говоря инженерным языком, воспринять.
Висячие стропила: а - вид конструкции; б - поперечный разрез; в — план раскладки элементов конструкции; 1 - наслонное стропило; 2 - прогон; 3 - висячее стропило - верхний пояс стропильной фермы; 4 - мауэрлат; 5- коньковый прогон; б— подвеска; 7- подкос; 8 — затяжка - нижний пояс стропильной фермы; .9- подвесное чердачное перекрытие; 10- болт; 11 - подбалка; 12 - подкладка; 13 - гидроизоляция; 14 - накладка; 15 - кобылка
Есть разные способы восприятия распора. В нашем случае мы стянем оба нижних конца стропил затяжкой, которая будет являться нижним поясом фермы. Итак, нижний пояс фермы всегда работает на растяжение, воспринимая распор от стропил.
Виды стропильных ферм. Элементы стропильных ферм
Вид ферм зависит, прежде всего, от:
- нагрузок, действующих на фермы;
- величины пролёта покрытия.
На рисунке приведены некоторые виды стропильных ферм, а узлы соединения элементов - на рисунке.
Виды стропильных ферм (узлы показаны на рисунке): а-е - виды ферм в зависимости от величины пролета; 1 — висячее стропило; 2 — затяжка; 3- чердачное перекрытие; 4 — затяжка, совмещенная с балкой перекрытия; 5 — подвеска (бабка); 6— подвесной потолок; 7— подкос; 8 —дополнительная балка; 9— распорка; 10 - подвесная балка перекрытия.
Простейшая треугольная ферма не имеет иных элементов, кроме стропил и затяжки. Но и пролёт, на котором она работает - наименьший: не более 6 м. Ключевым вопросом системы является опирание фермы на вертикальные конструкции -стены, колонны, и существенную роль здесь играет положение затяжки, которая может располагаться вверху и внизу системы. Итак, в зависимости от положения затяжки опирание стропильной фермы осуществляется по двум вариантам.
- Затяжка располагается выше уровня опор фермы, т.е. выше уровня пола чердачного перекрытия. На мауэрлат в этом случае опирается нижний конец стропил, по аналогии с наслонными стропилами. Узел решается, как показано на рисунке. Положение затяжки принимается с таким расчётом, чтобы не мешать передвижению по помещению: либо выше человеческого роста, либо наиболее близко к балкам перекрытия, чтобы была возможность её переступить. Следует принимать в расчёт, что чем выше затяжка, тем неблагоприятнее её работа: тем меньший распор она может воспринять, и, следовательно, тем меньший пролёт ферма может перекрыть. Так, фермы с высокой затяжкой часто применяют при устройстве козырьков над входной группой; при этом фермы имеют разную решётку, что не является необходимостью, а только украшением.
- Затяжка - в уровне опор: она опирается на мауэрлат и играет роль балок чердачного перекрытия. Соединение стропила и затяжки осуществляется с помощью врубки и болта. Если нужно сформировать свес, то это можно сделать либо с помощью кобылк, либо посредством выпуска стропила. Если шаг ферм превышает необходимый шаг балок чердачного перекрытия, то балки перекрытия укладываются непосредственно на наружные стены, как балки обычного междуэтажного перекрытия. Связь их с нижним поясом фермы может отсутствовать.
Узлы соединения элементов стропильных ферм: 1 - висячее стропило; 2 - затяжка; 3 - накладка; 4 - затяжка, совмещенная с балкой перекрытия; 5- подвеска (бабка); 6- подбалка; 7- подкос; 8 —дополнительная балка; 9 — распорка; 10— подвесная балка перекрытия; 11 — гвоздь; 12— болт; 13— гидроизоляция; 14 - подкладка; 15 - кобылка; 16 - стальной хомут; 17-соединение балок «на ус»; 18-скоба.
Соединение верхних концов стропил осуществляется либо как лобовой упор (вполдерева), либо с помощью накладки.
В фермах пролётом более 8 м вводится дополнительный элемент — подвеска. Вид её похож на стойку в наслонных стропилах, но нужна она для другого. Её задача — предотвратить провисание затяжки, т.е. затяжка к ней подвешивается, отсюда и название подвески. Это, во-первых. А во-вторых, в случае изготовления ферм из натурального дерева, подвеска образует узел (узел 6 на рисунке называется соединением «на ус»), где отдельные части затяжки соединяются между собой: поскольку длина деловой древесины составляет только 6,5 м, затяжку выполняют составной. Верхний конец подвески зажимают верхними концами стропил с помощью накладок, а к её нижнему концу подвешивают с помощью хомута из полосовой стали затяжку.
Возможный вариант соединения подвески и верхних концов стропил показан на узле 5 — с помощью накладки.
При ещё большем увеличении пролёта - до 12 м - в конструкцию висячих стропил вводятся подкосы , назначение которых обеспечить жёсткость конструкции в плоскости ферм и облегчить работу стропил: подкосы уменьшают расчётную длину стропил и уменьшают их прогиб под действием нагрузок.
При пролёте до 15 м применяют две подвески и спаренные стропила, которые можно сплотить болтами или деревянными шпонками. Конструкция, показанная на рисунке, позволяет устроить помещение, свободное от подкосов и подвесок. Жёсткость конструкции придаёт распорка.
При пролётах, равных или больших 8 м, чердачное перекрытие, как правило, содержит только подвесной потолок нижележащего этажа и при необходимости -утеплитель. Балки или плиты перекрытия без дополнительных опор на таких пролётах не уложить.
Вообще говоря, фермы, показанные на рисунке, д, е, являются скорее ответом на теоретический вопрос, возможно ли треугольной деревянной фермой перекрыть большие пролёты, нежели примером повсеместного практического применения в современном жилищном строительстве. Почему так? Ответов припасено в достатке.
Во-первых, здания пролётом больше 12 м относятся к большепролётным конструкциям и практически не возводятся в жилье, поскольку жилой дом по своему функциональному назначению разделяется на помещения, размеры самых просторных из которых имеют значительно меньшие пролёты.
Во-вторых, проектирование и изготовление подобных ферм требуют определённых знаний и опыта, а специалистов, обладающих такими знаниями, найти не всегда представляется возможным. Проще работать с железобетоном и металлом, в том числе со стальными лёгкими конструкциями.
В-третьих, подвешенные к подвескам деревянные составные затяжки в фермах больших пролётов не имеют достаточной несущей способности, чтобы нести нагрузку от чердачного перекрытия эксплуатируемого чердачного объёма. К ним можно закрепить только конструкцию подвесного потолка нижележащего этажа. Однако жизнь уносит в историю неэксплуатируемые чердаки, тем более таких роскошных объёмов. Сейчас, когда идёт борьба за каждый эксплуатируемый метр жилья, пусть даже как подсобного помещения, применяют другие конструкции, но это уже тема другого курса.
Шаг и жёсткость стропильных ферм
Шаг стропильных ферм принимается из тех же соображений, что и наслонных стропил и составляет в общем случае 0,6...1,2 м. На стропила фермы - верхние пояса, как и в случае наслонных стропил, крепится обрешётка, на которую потом монтируется кровельный материал. Сечения висячих стропил рассчитываются из тех же соображений, что и сечения наслонных стропил.
Жёсткость системы — одно из основных требований конструкции — в поперечном направлении обеспечивается самой фермой: это геометрически неизменяемая форма — треугольник. А для противодействия ветровым нагрузкам в продольном, вдоль скатов, направлении устанавливают раскосы (диагональные связи) в плоскости стропил в середине каждого ската.
Жёсткость диска покрытия обеспечивается также обрешёткой.
Устройство пола чердачного перекрытия и утеплённой крыши при стропильных фермах
После установки ферм заполняется пространство между затяжками, если они расположены в уровне опор. Состав слоёв аналогичен таковому при устройстве межбалочного пространства в чердачном перекрытии при наслонной стропильной конструкции.
Чёрный пол чердачного помещения укладывается на затяжки. Снизу затяжки закрываются материалом отделки потолка.
Если затяжки расположены выше уровня опор, то пол чердачного помещения монтируется по балкам, как это делается в обычном чердачном перекрытии.
При устройстве тёплых крыш утеплитель так же, как и в наслонных стропилах, закладывается между стропилами.
Стропильные фермы хороши, если в доме есть чердак (мансарда). При отсутствии чердака нижние пояса ферм открыты, они не «прячутся» в чердачном перекрытии. Это можно отнести к недостаткам висячих стропил, но, с другой стороны, фермы можно обыграть, придав им красивый вид.
