ТехЛиб СПБ УВТ

Дедюхова И.А. , к.т.н., доцент

 Рассмотрим техническую типологию здания группы капитальности «Обыкновенные». На рисунке ниже представлены основные архитектурно-конструктивные элементы каменных зданий.

Нижняя часть наружной части стены, расположенная над фундаментом, называется цоколем (поз. 17), верхняя граница цоколя называется кордон (поз. 16). Наружные выступы ограждающих стен образуют карниз (поз. 4, 8, 13). Карниз, расположенный по верху стены, называется главным (поз. 4). Выступающая за поверхность стены часть карниза образует свес. Карнизы, расположенные над оконными или дверными проемами, называются сандриками (поз. 14). Перемычки (поз. 10) – элементы, перекрывающие проем сверху и поддерживающие расположенную над ним часть стены. Часть стены, находящуюся между проемами, называют простенком (поз. 7, 9). Ниша (поз. 23) – углубление в стене, в котором размещают шкафы, устраиваются альковы и проч. Уступы в стене, образуемые вследствие уменьшения толщины стены, называют обрезом (поз. 21). Покрытие по периметру здания, предназначенное для отвода от здания воды, называется отмосткой (поз. 18). Внутренние выступы стен прямоугольного сечения называют пилястрами (поз. 24), а полукруглого сечения – полуколоннами (поз. 22).

Покрытия

Скатные деревянные покрытия зданий по группе капитальности «Обыкновенные» подвергаются сложному комплексу внешних силовых и несиловых воздействий. Несущие конструкции покрытий воспринимают как постоянную нагрузку (собственный вес), так и временные нагрузки – снеговую и знакопеременную ветровую (давление с наветренной и отсос с подветренной стороны). Возникают и другие кратковременные нагрузки, неизбежные при эксплуатации (ремонт, очистка от снега и т. п.) К несиловым относятся воздействия атмосферных осадков (дождь, град), парообразной влаги и химических веществ, содержащихся в воздухе, солнечной радиации, положительной и отрицательной температур.

 При проектировании конструкций покрытий учитывались следующие требования:

• прочность и устойчивость относительно воспринимаемых ими силовых воздействий,
  
• герметичность, т. е. способность не пропускать влагу;
  
• влагоустойчивость, т. е. способность не разрушаться в результате периодического увлажнения;
  
• антикоррозионная устойчивость;
  
• способность хорошо сопротивляться действию солнечной радиации, т. е. не трескаться в результате нагрева солнечными лучами, не коробиться и т. п.
  

   Покрытие состоит из чердачного перекрытия и крыши, составными частями которой являются несущие конструкции и кровля. Между крышей и чердачным перекрытием образуется замкнутое пространство, называемое чердаком. Если чердак не используется в качестве мансардного помещения, он, как правило, является не отапливаемым и обычно используется для размещения вентиляционных камер и каналов (коробов) разводок трубопроводов, машинного отделения лифтов и др. Покрытия с чердаками называются чердачными. Крыша может примыкать почти вплотную или даже конструктивно объединяться (совмещаться) с чердачным перекрытием. Такая совмещенная конструкция называется совмещенным или бесчердачным покрытием.

  Чердачные покрытия несколько сложнее и дороже бесчердачных. Чердачное перекрытие в среднем на 12% дороже бесчердачного. 

  Типы покрытий: а — чердачное скатное; б — чердачное с малыми уклонами; в – раздельное; г – совмещенное. 1- чердачное перекрытие; 2- крыша; 3- слуховое окно; 4- вентиляционные продухи; 5- окно с жалюзи для вентиляции чердака.

  Для отвода атмосферной воды чердачные и бесчердачные покрытия делаются с уклонами. В зависимости от величины уклона крыши разделяются на скатные и плоские. Наклонные поверхности скатной крыши называются скатами. В зависимости от количества скатов покрытия бывают односкатными, двухскатными и т. д.

  	Формы крыши:

  а-односкатная; б- двухскатная; в-четырехскатная; г- полувальмовая; д-шатровая; е- многоскатная;
  

  1— скат, 2- шипец; 3- конек; 4- карниз; 5- ребро; 6- вальма; 7- разжелобок (ендова).
  

   

  Как видно из представленного выше рисунка, при пересечении скатов между собой образуются ребра. Верхнее горизонтальное ребро называется коньком. Место пересечения двух скатов, образующих как бы желоб для отвода воды, называется разжелобком или ендовой.

  Выбор величины уклона ската крыши зависит от материала и конструкции верхнего водоизоляционного слоя крыши, называемого кровлей. Чем плотнее материал кровли и чем герметичнее стыки ее элементов, тем меньше может быть уклон крыши. На выбор уклона влияют также климатические условия района строительства. В местностях, где наблюдаются сильные ливни, крышам во избежание образования на них значительного слоя и, следовательно, подпора воды придаются более крутые уклоны. В северных районах с обильными снеговыми осадками также целесообразно принимать крутые уклоны (45⁰ и более), обеспечивающие сползание снегового покрова.

  По экономическим соображениям следует принимать минимальную величину уклона, допустимую для определенной конструкции кровли в данных климатических условиях. Если нет каких-либо специальных эксплуатационных или архитектурно-художественных требований, уклоны всех скатов крыши делаются одинаковыми.

  К плоским относятся крыши с уклонами, не превышающими 3%. Такие уклоны принимаются только при устройстве бесчердачных покрытий. Применение плоских крыш в чердачных покрытиях экономически нецелесообразно, так как влечет за собой увеличение высоты наружных стен здания на всю высоту чердака. По этой же причине неэкономичными считаются и так называемые «ложные» мансарды, где более дорогостоящие наружные стены продлеваются на 1,6 метра и маскируются снаружи под покрытие.

  При компоновке конструктивной схемы скатной крыши рекомендуется выбирать наиболее простую форму с минимальным количеством скатов, поскольку всякое усложнение формы ведет к усложнению конструктивного решения и, следовательно, к удорожанию строительства.

  	Облагородить торцевые фронтоны здания позволяет устройство в этой части полувальмы. Практичные немцы устраивают под полувальмами в мансардных этажах террасы для пожарных, эвакуационных выходов из помещений, принадлежащих разным владельцам (планировки коридорного типа). Это придает особый уют. Разумеется, мансарда является в этом случае вторым уровнем вполне «обычных» квартир.

  При проектировании несущих конструкций крыши и нижнего, поддерживающего кровлю слоя, из дерева — в покрытии концентрируется слишком большое количество сгораемых деревянных элементов, требующих постоянного ухода и надзора. Это предъявляет к устройству чердаков специальные требования. Чердак должен был допускать беспрепятственный проход по уложенным на чердачное перекрытие ходовым доскам или мосткам. Любые элементы, выступающие над чердачным перекрытием, мешающие проходу людей, должны были снабжаться переходными мостиками, ступеньками и т. п.

  Наименьшая высота чердака в местах прохода должна составлять 1,9 м; высота наиболее низкой части чердака вдоль наружных стен должна быть не менее 0,4 м, для того чтобы можно было хотя бы лежа осмотреть места примыкания крыши к стене (в этих местах наиболее часто происходит протекание кровли, вызывающее загнивание деревянных элементов).

  При больших размерах здания чердаки разделяются на части (отсеки) глухими огнестойкими стенами — брандмауэрами. Длина отсеков определяется противопожарными нормами.

  Для освещения и проветривания чердака и выхода на крышу устраиваются чердачные, или так называемые слуховые окна, названные в честь русского инженера Слухова, применившего их впервые при возведении покрытия здания Манежа в Москве. Они располагаются обычно в один ряд на высоте 1—1,2 м от уровня верха чердачного перекрытия. Желательно, чтобы они находились примерно на одинаковых расстояниях вдоль крыши.

  Проветривание чердаков является наилучшим средством борьбы с перегревом воздуха и всех конструкций покрытия в жаркое время года в результате, солнечной радиации и с конденсацией на элементах покрытия (главным образом на нижней поверхности крыши) водяных паров, проникающих зимой через чердачное перекрытие из помещений верхнего этажа. Смачивание несущих конструкций конденсационной влагой способствует развитию грибковых заболеваний древесины.

  Конструкция слухового окна

  При проветривании чердака конденсационная влага испаряется, а парообразная влага, содержащаяся в воздухе чердака, выносится наружу. Эффективное проветривание достигается в том случае, если окна или специальные приточные отверстия для свежего воздуха будут расположены как можно ниже (у карниза), а вытяжные — как можно выше (у конька крыши) и на противоположных скатах.

  Вентиляция чердаков: а- двухскатная крыша; б- односкатная

  Вентиляционные отверстия должны быть ограждены от попадания атмосферных осадков на чердак жалюзийными решетками. На неплотных воздухопроницаемых кровлях устройство специальных вентиляционных отверстий для проветривания чердаков не требуется, так как воздух свободно проникает в чердак и выходит наружу. При хорошем проветривании чердака и при исправной кровле деревянные конструкции покрытий сохраняются очень долго (десятки и даже сотни лет).
  

  Несущие конструкции чердачных покрытий в гражданском строительстве зачастую называются стропилами или стропильными системами. По конструктивной схеме их можно разделить на три вида: наслонные, висячие и комбинированные.

  Наслонные системы (рис. 36) в простейшем виде представляют собой ряд параллельно расположенных наклонных балок (стропильных ног), опирающихся нижними концами на наружные и внутренние продольные стены. Стропильная нога как бы прислоняется верхним концом на внутреннюю опору, а нижним концом – на опорный брус – мауэрлат, отсюда и название этой системы.

  Cхема наслонных стропил: а – с опиранием стоек на внутреннюю продольную стену; б – то же, на столбы

  Расстояния между стропильными ногами принималось в соответствии с конструкцией обрешетки и устанавливалось от 1,2 до 2 м. При отсутствии внутренних продольных стен в сооружении в пределах чердака создается конструкция, состоящая из продольного конькового прогона, уложенного по ряду стоек, опирающихся на внутренние опоры здания. Стропильные ноги, подкосы, а также стойки и прогоны делаются из брусьев или толстых досок. Наиболее экономичны по расходу лесоматериала дощатые конструкции, однако они более подвержены загниванию и более опасны в пожарном отношении.

  При больших пролетах стропильные ноги выполнялись из толстых бревен, ставились они через 3–4 м. В этом случае и мауэрлат принимался в виде коротких брусьев (коротышей) длиной 500–700 мм. При частом расположении стропильных ног через 50–80 см
  мауэрлат выполнялся по всей длине стены.

  Древесину для стропил брали наиболее качественную, с наименьшим количеством сучков. Под стропильные ноги обычно ставились подкосы из бревен толщиной 13–15 см. Для мауэрлата отбирались бревна толщиной не менее 18 см.
  

  Наиболее распространенная схема стропильной системы крыши 1 – обрешетка; 2 – стропильная нога; 3 – ригель. В качестве подстропильных конструкций выступают опорные стойки и прогоны. Стропильные ноги выполнены из досок сечением 50х200 мм; мауэрлат, стойки, прогоны выполнены из бревен диаметром 200 мм, обрешетка – из досок 50х150мм. Кровельным покрытием служат асбестоцементные листы.

  При устройстве роскошных четырехскатных (шатровых) крыш в стиле барокко – довольно сложным делом являлось устройство так называемой накосной фермы, необходимой для образования вальмового ската. К стропильным ногам в этом случае приходилось крепить «нарожники» – недлинные полуноги.
  

  Стропила соединяют друг с другом или врубают в затяжки, мауэрлаты или в стены под острым углом. Так же врубают в стропила вспомогательные детали – бабки, подкосы и ригели (см. рис. 49, а, б, в). Отдельные детали стропил для большей прочности дополнительно скрепляют друг с другом скобами, болтами, хомутами и т. д.

  При сплошных или брусчатых разреженных обрешетках оно принимается от 1,2 до 2 м. Внутренние стены и столбы по экономическим соображениям заканчиваются на уровне чердачного перекрытия.

  Для создания опоры под стропильные ноги в пределах чердака создается конструкция, состоящая из продольного конькового прогона, уложенного по ряду стоек, опирающихся на внутренние опоры здания. Расстояния между стойками не следует принимать более 3—4 м, так как иначе необходимо будет (для облегчения работы прогона) усложнить конструкцию путем введения продольных подкосов.

  При отсутствии внутренних продольных стен расстояния между стойками соответствуют расстояниям между внутренними поперечными стенами или столбами здания, на которые они опираются. Наслонные стропильные системы как в деревянных, так и в каменных зданиях выполняются исключительно из дерева. Попытки выполнить стропила из железобетона не дали положительных результатов.

  Назначение подкосов — уменьшить свободный пролет стропильных ног и тем самым облегчить их работу на изгиб; ригели (схватки) увеличивают поперечную жесткость и устойчивость стропильной системы в целом. Стропильные ноги, подкосы, а также стойки и прогоны делаются из брусьев или толстых досок. Наиболее экономичны по расходу лесоматериала дощатые конструкции, однако они более подвержены загниванию и более опасны в пожарном отношении.

  Детали деревянных стропил: а- крепление схватки к стропильной ноге; б- коньковый узел; в- карнизный узел; г и д- опирание стоек и подкосов

  Соединения элементов наслонных стропил производится на врубках или (при дощатых стропилах) гвоздях. В местах опирания стропильных ног на каменные стены для закрепления концов стропильных ног и распределения давления на большую площадь каменной кладки укладываются подстропильные брусья (мауерлаты). Сечение мауерлатов принимается 180 х 180 или 200 х 200 мм.

  При редкой расстановке стропильных ног мауерлаты представляют собой короткие брусья (коротыши) длиной 500—700 мм; при частом расположении стропильных ног мауерлат делается по всей длине стены.

  Для восприятия ветровых нагрузок (отсоса) концы стропильных ног через одну привязываются к стене скруткой из проволоки. Для устройства крыши над карнизной частью стены к концам стропильных ног прибиваются гвоздями короткие доски («кобылки»). Кобылки заделываются в кладку стены и, если нужно устроить свес крыши, выпускаются за поверхность стены.

  Представленная стропильная конструкция применяется для зданий небольшой ширины (до 9—10 м).

  Cхема наслонных стропил: а- с опиранием стоек на внутреннюю продольную стену; б- то же, на столбы	Узлы опирания накосной ноги в коньке с опиранием стоек на столбы и на мауэрлат

  Сборным элементом в ней является щит шириной 1,5—2 м и длиной до 6 м, состоящий из двух стропильных ног, соединенных между собой обрешеткой из брусков или досок .

  Верхним краем щиты опираются на коньковый брус, лежащий на деревянных стойках, установленных вдоль внутренней стены через 2—3 м.

  Опирание деревянных стоек и подкосов на каменные стены и столбы производится также через короткие или длинные лежни — прокладки из пластин или брусьев.

  Опорные узлы стоек и подкосов приподнимаются над перекрытием, чем обеспечивается проветривание и удобство наблюдения за их состоянием. Поэтому каменные внутренние стены и столбы выводятся несколько выше чердачного перекрытия.

  Все деревянные элементы стропил в местах соприкосновения изолируются от каменной кладки слоем толя или пергамина. Изоляция нужна для защиты дерева от влаги, образующейся в результате поверхностной конденсации при быстрой смене температуры воздуха.

  Приведенные схемы и общий вид дощатой стропильной конструкции предназначены для зданий шириной от 10 до 15 м с одной или двумя внутренними продольными стенами.

  .

  Основные схемы деревянных наслонных стропил для односкатных (а) и двухскатных (б) крыш при наличии одного или двух рядов внутренних опор.

  Основными сборными элементами в наслонной стропильной системе являются:

• опорные брусья, укладываемые на наружные и внутренние стены и служащие для установки и связи стропильных щитов и продольных опорных рам;
• продольные опорные рамы; стропильные щиты, состоящие из стропильных ног, связанных между собой раскосами и обрешеткой;
• стропильные треугольные фермочки;
• верхние щиты с обрешеткой, укладываемые на фермочки;

  щиты-свесы, представляющие собой настилы из досок, связанные снизу дощатыми накладками.

  Простейшие сборные тропила: слева стропила покрыты щитами со сплошной обрешеткой, справа обрешетка брусками	Опирание наслонных стропил на мауерлат

• При монтаже сборных стропил на каменные внутренние столбы или стены укладываются опорные брусья, а на них вдоль здания устанавливаются в наклонном положении продольные рамы. На эти рамы, а также на мауерлаты укладываются стропильные щиты, образующие скаты крыши.
  

  Сборные стропильные конструкции: а- при одной внутренней опоре, б- при двух опорах, в- общий вид.

  К концам стропильных ног прикрепляются стропильные фермочки, поверх которых укладываются верхние щиты с обрешеткой. Монтаж заканчивается укладкой карнизных щитов-свесов и ходовых досок по опорным брусьям. Все элементы соединяются между собой гвоздями.
  

  Узел карниза: 1 – стропильная нога; 2 – мауэрлат; 3 – обрешетка; 4 – кровельное покрытие; 5 – раствор с кирпичным щебнем; 6 — толь в два слоя.	Кровля из асбестоцементных листов: 1 – обрешетка; 2 – гвоздь; 3 – стальная шайба; 4 – прокладка из рубероида; 5 – рубероидная лента

  Следует отметить, что нарожники, чтобы быть в одной плоскости со стропильными ногами, должны врубаться в накосную балку. Верхними концами диагональные ноги опираются на консоль конькового бруса или, если прогон отсутствует, на брусок-полочку, прибитый к стропильным ногам в месте их сопряжения у конька. Нижними концами накосные ноги опираются на мауерлаты в месте их стыкования в углу или на специальном коротыше.

  Детали сборных стропил: а- коньковый узел; б- опирание фермочки на стропильный щит; в- карнизный щит; г- средний опорный узел

  Конструкции стропил в вальме: к диагональной стропильной ноге (накосной балке) врубаются нарожники

  При четырехскатных или более сложных формах крыш стропильные конструкции усложняются. В местах пересечения скатов вводятся диагональные (накосные) стропильные ноги. На них опираются короткие стропильные ноги (нарожники) торцовых скатов (вальм). Диагональные ноги имеют большую длину и несут значительную нагрузку, поэтому их приходится поддерживать в пролете промежуточной опорой в виде шпренгельной фермы.
  

  .

  Детали стропил: а- узел опирания накосной ноги на шпренгель; б- опирание накосных ног на стропильные ноги; в- то же, на мауерлат; г- врубка нарожников

  До недавнего времени многие справочники и учебные пособия рекомендовали нам использовать в наслонных системах в основном соединения на врубках. Но исследования последних лет показали, что в таких соединениях древесина загнивает в 4 раза быстрее, чем при использовании нагельных соединений и даже накладок из различных метизов. Это связано с тем, что волокна соединяемых во врубке элементов, испытывающих различное воздействие, имеют различный влагообмен с окружающей средой.
  

  При реконструкции зданий выше трех этажей соединения на врубках не рекомендуются.
  

   Настил способствует правильной вентиляции воздуха внутри кровли, что снижает опасность загнивания, резко уменьшает уровень конденсации влаги. Настилы служат основанием водо- и теплоизоляционных слоев покрытия. Они принимают участие в обеспечении устойчивости стропильных и подстропильных конструкций при восприятии основных вертикальных и ветровых нагрузок.
  

  Наслонные системы несущих конструкций могут быть достаточно разнообразны по конструктивным решениям. Здесь приводятся и несколько иные, отличные от рассмотренных выше, решения для односкатных и двухскатных покрытий.

  Обрешетка стропил необходима для настила кровли. В зависимости от вида кровли обрешетку выполняли из досок, теса, брусков-жердей, укладываемых вплотную или вразрядку. При сплошной обрешетке доски (тес) обычно укладывают на стропила горизонтально коньку. Однако лучше, если сначала на стропила горизонтально коньку уложить через 500–1000 мм бруски (доски), а на них настелить сплошным слоем доски или тес вдоль спуска, от конька к свесу.
  

  Поскольку доски коробятся, образуя с одной стороны выпуклость (горб), а с другой – вогнутость (лоток), обрешетку следует настилать так, чтобы лотки были вверху. В этом случае протекшая через кровлю вода попадет на лоток и скатится вниз. Если же доски будут прибиты выпуклостью вверх, то вода при поврежденной кровле обязательно попадет на чердак.
  

  В стенах, к которым примыкает кровля, должны быть устроены борозды («выдры») для заделки концов рулонного ковра. Обрешетку под асбестоцементные плитки чаще всего делают сплошной из теса толщиной 25 мм и шириной до 120 мм (более широкие доски при короблении могут разорвать плитку), но можно оставлять зазоры между досками в 5 мм.

   

  Висячие стропила были наиболее простой в изготовлении конструкцией для сооружений небольших пролетов (до 8–10 м). Эта конструкция использовалась для домов небольшого строительного объема поскольку не требовала внутренних опор в сооружении, опираясь только на наружные стены. При малых пролетах (до 6 м) эта конструкция состоит только из стропильных ног, работающих на сжатие, и затяжки, работающей на растяжение. Затяжка погашает распор от стропильных ног, а стены воспринимают только вертикальные силы. С увеличением пролета конструкция усложняется путем введения ригеля, «бабок», работающих на растяжение, и подкосов, работающих на сжатие.

  Назначение ригеля в висячих системах – уменьшить величину распора, передаваемого от стропильных ног на стены или затяжку, и обеспечить общую поперечную жесткость системы. Бабки служат для облегчения работы затяжек. Бабки защемляются верхним концом между стропильными ногами, и к ним снизу подвешиваются с помощью металлических креплений затяжки. Подкосы упираются нижними концами в бабку, а верхними подпирают в пролете стропильные ноги, облегчая таким образом их работу на изгиб (рис. 35).
  

  Стропила малых пролетов висячей системы изготавливались из досок, с соединением элементов гвоздями – непосредственно рядом с собранным срубом.

  Затем систему подвешивали на рычагах и в висячем положении устанавливали на крыше. Отсюда и происходит ее название – висячая. При пожарах загоревшуюся крышу крючьями и батогами просто стаскивали на землю, не давая заняться всему сооружению.

   

  Схемы деревянных висячих стропил

   

  Подстропильные конструкции. Основными элементами подстропильной конструкции, направленной вдоль здания, являются долевые балки (прогоны), опирающиеся на деревянные стойки, передающие давление от веса крыши на внутренние стены или столбы.
  

  Однопролетные прогоны представляют собой горизонтальные ряды брусьев или бревен, расположенные вдоль скатов покрытия и опертые на верхние кромки основных несущих конструкций покрытия торцовых и поперечных стен здания, наклонные под углом к горизонту.

  Прогоны соединяются между собой по длине при помощи косого прируба или дощатых накладов и болтов. К опорам прогоны крепятся посредством бобышек — коротких отрезков толстых досок или стальных уголковых коротышей и гвоздей или винтов. Эти крепления препятствуют сползанию прогонов вниз по скату опор.

  Однопролетные прогоны работают и рассчитываются на изгиб как однопролетные шарнирно опертые балки, оси сечений которых расположены наклонно к горизонтальной плоскости. Прогоны, не закрепленные в настиле от изгиба в плоскости скатов покрытия, работают и рассчитываются на косой изгиб как горизонтальные однопролетные шарнирно опертые балки пролетом l, равным шагу основных несущих конструкций.

  Нагрузка на прогоны является, как правило, равномерно распределенной и состоит из собственного веса всех элементов покрытия, отнесенного к горизонтальной проекции покрытия, и веса снега s. При шаге прогонов В эта нагрузка

  q = (g/cosa + s)B.

  Брусчатые прогоны покрытий: а- прогоны; б- расчетные схемы; 1- брусья; 2- стыки; 3- болты; 4- основные несущие конструкции; 5- бобышки; 6- гвозди

  Максимальный изгибающий момент М возникает в середине пролета прогона и определяется по формуле М = ql²/8. Этот изгибающий момент делится геометрически на нормальную и скатную составляющие, перпендикулярную и параллельную плоскости ската: М_х = М cos а
  и M_y = М sin а.
  

  Несущая способность подобранного сечения прогона проверяется по нормальным напряжениям, затем выполняется проверка прогиба. Крепление прогонов к основным несущим конструкциям рассчитывают на действие скатных составляющих опорных давлений R_х. При нагрузке на прогон q, пролете l и угле наклона покрытия а составляющая опорного давления двух прогонов Rx = ql sin a.

   

  Косой изгиб существенно увеличивает требуемые размеры сечений прогонов. Поэтому в некоторых случаях прогоны объединяют в решетчатые щиты, называемыми многопролетными прогонами, соединенные дощатыми раскосами и стойками. При этом прогоны в направлении скатов покрытия и соответственно скатные составляющие изгибающих моментов и размеры сечений прогонов существенно уменьшаются. Если прогоны закреплены в настиле покрытия от изгиба в плоскости его скатов, они работают и рассчитываются на изгиб только в плоскости, нормальной к плоскости скатов. Этот расчет производится так же как и расчет изгибаемых элементов на нормальные составляющие нагрузок от собственного веса и снега.
  

  Например, необходимо подобрать и проверить сечение однопролетного брусчатого прогона из древесины 2-го сорта. Прогон расположен поперек скатов покрытия, имеющего уклон i= 1:4, и опирается на основные несущие конструкции, поставленные с шагом

  В = 4 м. На прогон действуют изгибающие нагрузки от собственного веса покрытия и снега: нормативная q^н=0,8
  кН/м; расчетная q= 1,3 кН/м.
  

   Решение. Расчетная схема работы прогона — однопролетная шарнирно опертая балка пролетом 1 = 4 м, работающая на косой изгиб при наклоне горизонтальной оси сечения а = 14°; cos a = 0,97; sin a = 0,24; tg a. = 0,25. Подбираем сечения по несущей способности при изгибе. Изгибающий момент М = ql²/8 = 1,3 • 4²/8 = 2,6 кНм. Нормальная и скатная составляющие моменты: М_х
  = M cosа
  = 2,6 • 0,97 = 2,52 кНм = 2,52•10^-3 МН м; M_y = Мsin а = 2,6•- 0,24 = 0,62 кН
  м = = 0,62 • 10³ МН • м.

  Принимаем сечение прогона b X
  h = 10 X 12,5 см².
  

  Моменты сопротивления сечения относительно осей (х — параллельной и у — перпендикулярной скату) следующие: W_х= bh²/6= 10 • 12,5²/6 == 260 см³= 260 • 10^-6м³;
  W_у=hb²/6=
  12,5 • 10² /6 = 208 см³ = 208• 10^-6 м³.
  

  Расчетное сопротивление древесины изгибу R_u = 13 МПа. Напряжение = M_x/W_x + М_y/W_y =
  2,52 •10^-3/260 •10^-6 + 0,62 • 10^-3/208 • 10^-6 =12,8 МПа < R_u .

  Проверяем прогиб прогона.
  

  Составляющие нормативной нагрузки:

  =0,8•0,97=0,78кН/м=0,78•10^—3Мн/м; =0,8•0,24=0,19 кH/м=0,19•10^-3 МН/м.

  Модуль упругости древесины Е =10⁴
  МПа.

  Моменты инерции сечения:

  I_x
  = bh³/12 =
  10 • 12,5³/12 = 1630 см⁴ = 1630×10^-8 м⁴;
  

  I_y=hb³/12=12,5•10³/12=1040 см⁴=1040• 10^-8 м⁴.
  

  Составляющие прогиба:

  f_x =(5/384)= (5/384) 0,78• 10^-4• 4⁴ /(10⁴ • 1630 • 10^-8) = 0,015 м;
  

  f_y =(5/384)= (5/384) 0,19• 10^-4• 4⁴ /(10⁴ • 1040 • 10^-8) =
  0,0025 м = 0,25 см.

  Полный относительный прогиб f/l = = 1/263< [f/l] = 1/200.

   

  Настилы и обрешетки. При чердачных покрытиях ограждающая часть крыши состоит из кровли и настила.
  

  Основным назначением кровли является защита от атмосферной влаги. Настил 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.

  Настил способствует правильной вентиляции воздуха внутри кровли, что снижает опасность загнивания, резко уменьшает уровень конденсации влаги. На изготовление настилов расходуется большая часть древесины, используемой при сооружении деревянных покрытий. Поэтому их экономное проектирование во многом определяет экономическую эффективность покрытия в целом. Настилы служат основанием водо- и теплоизоляционных слоев покрытия. Они принимают участие в обеспечении устойчивости стропильных и подстропильных конструкций при восприятии основных вертикальных и ветровых нагрузок.

  Конструкция настила зависит от типа кровли и теплоизоляционных свойств покрытия. При рулонной кровле настил должен иметь сплошную ровную дощатую или фанерную поверхность, на которую непосредственно можно наклеивать рулонный ковер. Утеплитель при этом может быть жестким и располагаться поверх настила под кровлей или быть мягким и располагаться в полостях, как в клеефанерных плитах.

  При чешуйчатой кровле в виде волнистых листов асбестоцемента, стеклопластика или черепичных плиток настил должен иметь для них отдельные опоры в виде досок или брусьев обрешетки или открытых ребер клеефанерных плит. Утеплитель при этом может быть мягким и располагаться между брусками обрешетки или между ребрами клеефанерных плит. С чешуйчатой кровлей особенно эффективно применение деревянных покрытий, так как она паропроницаема, способствует высыханию древесины и препятствует ее загниванию.
  

  Деревянные настилы делятся на два основных вида — дощатые и клеефанерные.

  Дощатые настилы являются наиболее распространенным видом деревянных настилов. Они могут изготовляться как в цехах деревообрабатывающих предприятий, так и в небольших мастерских строительных площадок. Для их изготовления может применяться древесина 2-го и 3-го сортов, поскольку местные дефекты настилов не снижают прочности покрытия в целом. Поэтому такие настилы имеют относительно невысокую стоимость.

  Основными недостатками дощатых настилов являются трудоемкость изготовления и ограниченная несущая способность.

  Дощатые настилы изготовляются из досок на гвоздях и укладываются 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, с целью увеличения их изгибной жесткости по сравнению с однопролетным опиранием. Основными типами дощатых настилов являются разреженный и двойной перекрестный.
  

  Разреженный настил (обрешетка): а- из брусков; б- из разреженных досок; в- сплошная дощатая; г- двойная дощатая

  Разреженный настил, или обрешетка, 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 плит, щитов, соединенных снизу поперечинами и раскосами, с габаритными размерами, увязанными с расстановкой опорных конструкций с учетом условий транспортирования.
  

  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.
  

  Комбинированные двухслойные основы устраиваются и под рулонные (рубероидные и толевые) кровли. Одинарные дощатые настилы в данном случае не пригодны, так как недостаточная жесткость и коробление отдельных досок легко приводят к разрывам рулонного ковра, приклеиваемого к обрешетке.

  Разреженный настил (обрешетка): а- неутепленный под рулонную кровлю; б- то же, утепленный; в, д- неутепленный настил под асбестоцементную кровлю; г, е- то же, утепленный под асбестоцементную кровлю; 1- настил; 2- рулонная кровля; 3- асбестоцементная кровля; 4- утеплитель; 5- пароизоляция

  Для уменьшения абсолютной величины коробления доски верхнего слоя двойного настила применяются как можно более узкие (до 50 мм).

  Элементы обрешетки (доски, бруски) прибиваются к стропильным ногам гвоздями.

  Двойной перекрестный настил состоит из двух слоев: нижнего — рабочего и верхнего — защитного. Рабочий настил представляет собой разреженный 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 и шириной 100 мм. Они укладываются на рабочий настил под углом 45…60° и крепятся к нему гвоздями.

  Вскрытие кровельного покрытия и обрешеток при обследовании настилов

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

  Дощато-гвоздевые щиты настилов: а- щит двойного перекрестного настила; б- щит однослойного раскосного настила; 1- доски; 2- гвозди; 3- косой защитный настил; 4- разреженный рабочий настил; 5- раскосы; 6- поперечины

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

  Постоянная нагрузка 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 а, удобно нагрузку от собственного веса g_a относить к горизонтальной проекции этой площади, при этом g_а=g/cosa.

  Снеговая нагрузка 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 = 1,1, для веса утеплителя и кровли = 1,3 и для веса снега при g/s<0,8= 1,6.

  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 расчетные пролеты настила будут равны

  l = Lcosa.

  Расчетную ширину настила принимаем условно В =
  1 м.

  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 q= g + s.

  На расчетное значение этой нагрузки настил проверяется по несущей способности при изгибе. При этом максимальный изгибающий момент, возникающий в сечении над средней опорой, М = ql²/S. Момент сопротивления сечений всех досок настила на расчетной ширине W=Bh⁶/6. Действующие в них напряжения =m/w r_u, где расчетное сопротивление изгибу древесины 3-го и 2-го сортов R_u=13 МПа.
  

  Расчетные схемы настилов: а- схемы нагрузок равномерных; б- то же, сосредоточенных; 1- первое сочетание нагрузок; 2- второе сочетание нагрузок; 3- доски разреженного настила; 4- доски рабочего настила

  На нормативные значения нагрузок проверяется максимальный относительный прогиб настила: f/l = (2,13/384) [ql³/(EI)] [f/l]= 1/150.

  Второе сочетание— это общее действие равномерной нагрузки от собственного веса q=g и сосредоточенной силы Р, приложенной на расстоянии 0,43l.

  В этом сечении возникает максимальный изгибающий момент М= 0,07ql²+0,21Рl.

  На этот изгибающий момент сечение настила проверяется только по несущей способности при изгибе по формуле =m/w r_u, где расчетное сопротивление изгибу древесины 3-го и 2-го сортов с учетом коэффициента условия работы при временной силе R_u=1,2 x13 МПа= 15,6 МПа
  В некоторых случаях применяются однопролетные настилы и настилы с числом опор более двух.

  Расчет разреженного настила, 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 Pcos a/2.

  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 n= 1/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 bxh
  (см), затем определять требуемый момент сопротивления W_тр = М/R, требуемую общую ширину досок В_тр = W_тр /h², затем шаг их расстановки а= 100 b/B (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.
  

  Рассчитаем, например, деревянную основу под трехслойную рубероидную кровлю. Она состоит из нижнего разреженного рабочего настила (доски сечением b x h =15 х 2,2
  см, уложенные с зазорами s₀ = 10
  см) и верхнего сплошного защитного косого настила толщиной = 1,6 см. Настилы опираются на стропильные ноги, размещенные через В = 1,5м одна от другой. Проверить прочность и жесткость рабочего настила. Нормативный снеговой покров — 100 кгс/м². Уклон кровли i = 1/12 (около 5°).

  Решение. Расчет настила ведем для полосы шириной 1 м. Угол наклона кровли к горизонту ввиду его незначительности при расчете настила во внимание не принимаем.

  Сбор нагрузок на 1 пог. м расчетной полосы настила представим в табличной форме.

  Расчетный пролет настила l
  = В = 1,5 м.

  К расчету настила и обрешетки под кровлю

  Элементы и подсчет нагрузок	Нормативная нагрузка в кгс/м	Коэффициент перегрузки	Расчетная нагрузка в кгс/м
  Трехслойная рулонная кровля	9	1,1	9,9
  Защитный настил, 0,016 х 50	8	1,1	8,8
  Рабочий настил, 0,15 х 0,22 x500	6,6	1,1	7,3
  Итого	gH = 24	—	g = 26
  Снеговая нагрузка	100	1,4	140
  Всего		—

  Максимальный изгибающий момент определяем при первом сочетании нагрузок (собственный вес и снег):

  М’ = 0,125 х 166 х 1,5² = 46,8 кгсм.
  

  Благодаря наличию защитного настила действие сосредоточенного груза Р = 100 х 1,2 = =120 кгс от веса человека с инструментом считаем распределенным на ширину 0,5 м рабочего настила. Тогда расчетная сосредоточенная нагрузка, приходящаяся на ширину настила 1 м, равна:

  Р_расч = кгс.

  Максимальный изгибающий момент находим при втором сочетании нагрузок (собственный вес и сосредоточенный груз):

  М» == 0,07 х 26 х 1,5² + 0,207 х 240 х1,5 = 78,7 кгсм.
  

  Очевидно, более невыгодным для проверки прочности настила будет второй случай нагружения. Момент сопротивления настила

  W = см³
  

  Здесь — число досок, укладываемых на ширине настила 1 м.

  Напряжение изгиба

  = 46,8 кгс/м²,
  

  где 1,15 — коэффициент условий работы настилов и обрешетки кровли;

  1,2 — коэффициент, учитывающий кратковременность действия сосредоточенной нагрузки.

  Жесткость настила проверяем при первом сочетании нагрузок, так как проверка прогиба по второму случаю нагружения не требуется.
  

  Момент инерции настила

  J=W
  = 48,4=53,2см⁴.
  

  Относительный прогиб:

  

  В качестве другого примера рассчитаем
  разреженный настил (обрешетку) под кровлю из пазовой черепицы при следующих данных: угол наклона кровли к горизонту а = 35° (cos а = 0,819; sin а
  = 0,574); расстояние между осями брусков s = 30 см; расстояние между осями стропильных ног В = =133 см;, нормативный снеговой покров — 150 кгс/м².
  

  Решение. Обрешетку проектируем из брусков сечением 5 х 6 см.

  Определяем погонную равномерно распределенную нагрузку на один брусок, сбор нагрузок представим в табличной форме.
  

  Коэффициент снегозадержания – с = 0,71= при = 35°.

  Обрешетку рассматриваем как двухпролетную неразрезную балку с пролетом

  l = В = 133 см.
  

  Наибольший изгибающий момент равен:

  а) для первого сочетания нагрузок (собственный вес и снег):

  М’ = 0,125 x 55 x 1,33² = 12,2 кгсм,
  

  б) для второго сочетания нагрузок (собственный вес и монтажная нагрузка):

  М» = 0,07 x 18,2 x 1,33² + 0,207 x 120 x 1,33 = 35,4 кгсм.
  

  К расчету разреженного настила (обрешетки) под кровлю из пазовой черепицы

  Более невыгодный для расчета прочности бруска — второй случай нагружения.

  Так как плоскость действия нагрузки не совпадает с главными плоскостями сечения бруска, то брусок рассчитываем на косой изгиб.
  

  Элементы и подсчет нагрузок	Нормативная нагрузка в кгс/м	Коэффициент перегрузки	Расчетная нагрузка в кгс/м
  Черепица, 50 х 0,3	15	1,1	16,5
  Брусок обрешетки, 0,05 х 0,06 х 500	1,5	1,1	1,7
  Итого	gH = 16,5	—	g=18,2
  Снеговая нагрузка 150 х 0,71 х 0,3 х 0,819	26,2	1,4	36,7
  Всего	gH = 43	—	g = 55

  Составляющие изгибающего момента относительно главных осей бруска равны:

  М_х = М» cos а = 35,4 х 0,819 = 29 кгсм,
  

  M_y = М» sin а = 35,4 х 0,574 = 20,3 кгсм.
  

  Моменты сопротивления и инерции сечения следующие:

  W_x = 30см³; W_y = 25 см³; J_x = 90см⁴; J_y = 63 см⁴.
  

  Наибольшее напряжение:

  29 кгсм².
  

  При расчете по второму случаю нагружения проверка прогиба бруска не требуется. Определим прогиб бруска при первом сочетании нагрузок.

  Прогиб в плоскости, перпендикулярной скату:

  см.
  

  Прогиб в плоскости, параллельной скату:

  см.
  

  Полный прогиб

  см.
  

  Относительный прогиб

  

  	Общий вид стропильной системы

  Реконструкция жилья по группе капитальности «Обыкновенные» предусматривает полную замену крыши. В качестве нового конструктивного решения обычно принимается стропильная система, состоящая из составных дощатых стропил с шагом 0,8 м, мауэрлата, лежней, стоек, прогона, ригелей. Обрешетка и контробрешетка под кровлю выполняется из брусков.