Соединение стропильных балок. Как правильно сделать деревянное перекрытие

При строительстве многоэтажных зданий промышленного и гражданского назначения с большими пролетами, колоннами, массивными фермами используют . В процессе монтажа их требуется стыковать друг с другом и другими строительными элементами. Монтажные стыки двутавровых балок, которые должны быть практически равнопрочными с телом металлопроката, выполняются сваркой или с помощью крепежных элементов. На строительной площадке изготавливать их сложнее, чем в заводских условиях, из-за необходимости четкого позиционирования и усиления стыковочных узлов.

Особенности стыкования двутавровых балок

Основной вариант использования фасонного проката с сечением Н-образной формы – в качестве элементов балочных клеток. Соединение балок в таких конструкциях осуществляется в горизонтальной плоскости или опиранием сверху.

В месте опирания для конца двутавра создают опорные ребра жесткости. Они служат для распределения и передачи нагрузки от двутаврового проката – опоре.

Особенности выполнения сварных соединений

Надежным способом создания узлов стыковки балок с двутавровым профилем является сварка. При выполнении сварки встык обязательно проводится контроль качества шва. Чаще всего для повышения надежности узла используют усиливающие накладки.

Один из вариантов удлинения двутавровой балки – приварка профильного проката с двух сторон к прокладке по периметру двутаврового профиля. Разделка кромок не требуется.

Второй способ – соединение двутавровых балок встык с последующей наваркой четырех укрепляющих накладок, подбор формы которых зависит от положения двутавра в пространстве. Накладки приваривают на каждую полку и на каждую сторону стенки.

Этапы производства работ:

На кромках двутавра изготавливают скос, обеспечивающий хороший провар шва.
Готовят накладки из листовой стали. Укрепляющие элементы прямоугольной формы, привариваемые на полки, должны иметь ширину полок, на стенку – высоту стенки.
Накладки укладывают на шов, приваривают их по периметру, прижимая с помощью струбцины. Для удобства проведения работ накладки на стенку делают ромбовидными. Главное требование – накладка должна иметь форму, симметричную относительно продольной оси двутавра.

Сварка двутавровых балок с использованием накладок и прокладок применяется для создания конструкций, не подвергаемых значительным нагрузкам. Это связано с тем, что швы, по которым привариваются эти укрепляющие элементы, являются концентраторами напряжений. Еще одна проблема сварных швов – быстрое старение. Для борьбы с этим негативным явлением применяют грунтовочные составы.

Сварку выполняют при зафиксированном положении балок. Для этого их укладывают на жесткие основания, чаще всего – на специализированные стеллажи-фундаменты.

Особенности выполнения болтовых соединений

Для определения способа, как правильно стыковать элементы конструкции из двутавра, необходимо точно знать особенности эксплуатации объекта. Разъемный вид стыкования двутавровой балкиобычно применяется при монтаже конструкций, которые планируется несколько раз демонтировать и монтировать вновь. Выполняется с использованием накладок, имеет преимущества и недостатки.

Плюсы болтового соединения

Относительная простота сборки, которую могут выполнить рабочие с невысоким уровнем квалификации.
Отсутствие остаточных напряжений, имеющихся в сварном шве.
Более простые мероприятия по проверке качества соединений, по сравнению с проверкой сварного шва.
Отсутствие необходимости привлечения к работе квалифицированных сварщиков.
Стойкость к ударным и вибрационным нагрузкам. Однако в сложных эксплуатационных условиях может потребоваться периодическая подтяжка крепежа.

Недостатки этого метода – более высокая (по сравнению со сваркой) трудоемкость и металлоемкость из-за необходимости использовать дополнительные усиливающие элементы, постепенное коррозионное разрушение крепежа, изготовленного из «черных» сталей.

Комбинированное стыкование двутавровых балок

Для создания крупногабаритных пролетов применяют способ комбинированного соединения двутавров, сочетающий стыкование на болтах и сварку. Порядок проведения работ:

соединение балок с помощью накладок и резьбового крепежа из высокопрочной стали;
сварка поясов;
закрытие технологических окон с помощью накладок и прокладок.

GD Star Rating
a WordPress rating system

, 5.0 из 5 - всего голосов: 3

Стыки элементов балок

Особенности заводских, укрупнительных и монтажных стыков. Необходимость в устройстве стыков элементов, составляющих балку, может возникнуть, во-первых, из-за недостаточной длины листов и уголков, прокатываемых на заводах, по сравнению с длиной балки и, во-вторых, вследствие того, что общий вес балки или общие размеры ее не позволяют транспортировать или поднимать целые балки имеющимся на стройке оборудованием.
В первом случае стыки отдельных элементов устраивают при изготовлении балки на заводе и потому называют заводскими. Во втором случае стыки частей балок выполняют на укрупнительных монтажных площадках, а при недостаточной грузоподъемности монтажного оборудования - на месте постоянного расположения сооружения. Первые из них называют укрупнительными стыками, а вторые - монтажными.
Положение стыков отдельных элементов, выполненных на заводе, зависит главным образом от длины этих элементов. Длина широких листов, употребляемых на стенку, и узких, идущих на пояса, а также уголков различна, поэтому заводские стыки устраивают в разных местах балки, или, как говорят, россыпью. Независимое стыкование отдельных элементов при изготовлении балки не вызывает особых затруднений. Заводские стыки листов в поясах и стенках сваривают до наложения поясных швов, что обеспечивает свободу деформаций при остывании стыков, а также простоту устройства самих стыков и последующую их обработку, если таковая потребуется. В целях уменьшения числа шаблонов для изготовления отдельных элементов полезно располагать стыки их симметрично относительно середины пролета балки. Это создает большую повторяемость элементов.
В укрупнительных и монтажных стыках соединяют все продольные элементы балки. Взаимное расположение этих элементов к моменту устройства стыков строго фиксировано. Повороты соединяемых частей вследствие больших размеров и веса их при укрупнительной сборке затруднены, а при монтажной - совсем невозможны. Поэтому при проектировании таких стыков следует тщательно учитывать условия производства работ и доступность отдельных элементов для производства сварки или постановки болтов (заклепок).
Кроме того, для удобства транспорта отдельных секций балок и уменьшения опасности повреждения их элементов желательно, чтобы последние не образовывали выступающих частей (свесов).
Крепление каждого элемента балки в стыке должно быть рассчитано на силовые факторы, действующие в этом элементе (N, Q или М).
Стыки в сварных балках. При проектировании стыков необходимо учитывать порядок сварки элементов балки. Этот порядок должен быть таков, чтобы обеспечить наибольшую свободу деформаций и перемещений отдельных соединяемых элементов и тем уменьшить величину усадочных напряжений. С этой целью, как отмечено выше, заводскую сварку лент поясов и стенки ведут отдельно, а затем уже соединяют пояса со стенкой; в укрупнительных и монтажных стыках балок поясные швы не доводят до места стыка примерно на 50 см (рис. IV-18, б, в). Там же показана рекомендуемая последовательность устройства сварных швов в стыке балки для уменьшения вредного влияния усадочных напряжений.

В балках переменного сечения стыки поясных листов обычно используют для изменения их ширины или толщины. В многолистовом пакете стыки отдельных лент следует располагать вразбежку.
Наиболее рациональным типом и единственно допустимым в балках, работающих под динамической нагрузкой, является стык листов без накладок (рис. IV-18, а). Стыки в стык, усиленные накладками, требуют больше металла (основного и наплавленного), больше времени и рабочей силы, а предел выносливости стыков с накладками ниже, чем без накладок. Стыки, перекрываемые только накладками, имеют особенно низкий предел выносливости.
В сжатом поясе балки все стыковые швы устраивают под прямым углом к продольной оси. Если качество растянутых стыковых швов может быть проверено просвечиванием γ-лучами или другими повышенными способами контроля, то такие швы можно устраивать прямыми в любом месте балки. Просвечивать стыковые швы в случае расположения их в местах с растягивающими напряжениями σ>0,85R следует в растянутом поясе и в примыкающей к нему части стенки на длине около 1/10 высоты стенки. При невозможности использовать повышенные средства контроля растянутые стыки устраивают прямыми в местах с напряжениями σ≤0,85R или косыми с углом σ=65° между направлением шва и продольной осью элемента (отношение катетов 2,1:1).
Если у прямого стыкового шва стенки получаемое по расчету напряжение растяжения более Rр св=0,85R, но растянутый пояс в этом месте не имеет стыка или сварной стык его равнопрочен поясу, то шов стенки будет работать в условиях стесненной деформации. Поэтому в ограниченной зоне, прилегающей к такому поясу, можно не опасаться вредных последствий расчетных перенапряжений и оставлять шов стенки прямым.
При изготовлении балок, предназначенных под статические нагрузки, в мастерских, не имеющих оборудования для точной обрезки листов и подготовки кромок под швы в стык, а также при больших зазорах между стыкуемыми частями балок на монтаже, допустимо перекрывать стыки листов стенки и поясов только накладками. Стык листов стенки перекрывают двумя накладками прямоугольной формы (рис. IV-18, г), приваривая их угловыми швами. Толщину накладок у стенки назначают обычно такую же, как и толщину стенки. В этом случае два пологих лобовых шва (1:1,5), уложенных вдоль длинных сторон накладок, имеют большую несущую способность, чем стенка:

Поэтому необходимость в устройстве фланговых швов отпадает. Устраивать фланговые швы трудно, если к стенке приварены пояса. Ширину накладок назначают около 10 толщин их (для уменьшения влияния усадочных напряжений и для более плавного отклонения силовых потоков).
Проверять прочность угловых швов следует потому, что длина накладок меньше полной высоты стенки.
Пояса перекрывают накладками. Односторонние накладки вызывают резкое отклонение силовых потоков и ухудшение работы поясов. Толщина накладок определяется требуемой высотой угловых швов; при этом площадь поперечного сечения накладки должна быть не менее площади поперечного сечения перекрываемого листа. В местах крепления односторонних накладок к поясу следует несколько увеличивать высоту поясных швов, чтобы уменьшить неблагоприятное влияние эксцентриситета в стыке.
Расчет угловых швов, прикрепляющих накладки к поясным листам, ведут или по усилию, действующему в листе в месте стыка N=Fσ, или по несущей способности листа [N]=FR:

где ΣFш - расчетная площадь угловых швов, расположенных с одной стороны стыка.
Учитывая наличие эксцентриситета в стыке с односторонней накладкой, полезно расчетное усилие увеличить примерно на 20%.
Швы, прикрепляющие накладки к стенке, рассчитывают по изгибающему моменту Мст, действующему в стенке:

где ΣWш - сумма моментов сопротивления угловых швов, расположенных с одной стороны стыка.
Величину изгибающего момента Мст, приходящегося на стенку балки, определяют из пропорциональности между изгибающими моментами, приходящимися на отдельные части составной балки, и жесткостями этих частей:

где Iст, Iп и Iб - моменты инерции стенки, пояса и всей балки относительно нейтральной оси балки;
Mб - изгибающий момент, действующий на балку в месте стыка.
Швы, присоединяющие накладки к стенке, должны быть, кроме того, проверены на воздействие поперечной силы, действующей в месте стыка. Вследствие малой жесткости поясов балок по сравнению со стенкой полагают (в запас прочности), что вся поперечная сила воспринимается швами у накладок стенки. Среднее скалывающее напряжение в швах:

где ΣFш - сумма площадей угловых швов, расположенных с одной стороны стыка.
Хотя максимальные напряжения от поперечной силы не совпадают с максимальными напряжениями от изгибающего момента, однако делают условную проверку прочности швов на воздействие обоих силовых факторов:

Соединения балок

Соединять балки между собой можно весьма разнообразными способами. Выбор способа соединения зависит от взаимного расположения балок, от силовых факторов и от применяемых средств соединения.
Пересекающиеся балки могут быть расположены одна над другой или на одном уровне. Кроме того, примыкающие балки иногда располагаются по отношению к главным балкам косо в горизонтальной или в вертикальной плоскости.
Соединения балок, передающие только опорные давления, называют свободными (шарнирными). Соединения, которые передают как опорные давления, так и опорные моменты, называют жесткими (защемленными).
При конструировании соединений главных и второстепенных балок нужно учитывать, что в большинстве случаев последние используют в качестве связей, обеспечивающих общую устойчивость главных балок.
Наиболее просто осуществляется крепление балок при этажном расположении.
Под гайки болтов, примыкающих к полкам двутавров и швеллеров, изнутри следует подкладывать косые шайбы, чтобы устранить изгиб болтов в нарезанной части их.
Места, в которых на составные балки опираются сильно нагруженные вспомогательные, должны быть усилены ребрами жесткости, плотно пригнанными к верхнему поясу, для устранения местных перенапряжений поясных швов и стенки. Прокатные балки в таких случаях следует проверить на сжатие стенки под выкружкой, соединяющей ее с полкой. В случае перенапряжения необходимо поставить ребра.
Соединения балок на одном уровне и пониженные делятся на крепления, не требующие точной обрезки вспомогательных балок и требующие точную резку их. Последние очень трудоемки и потому нежелательны.
Вспомогательные балки, расположенные на одном уровне или пониженно, удобно крепить к поперечным ребрам главной балки с помощью болтов (рис. IV-19, а). При этом одну или обе полки вспомогательных балок и часть стенки приходится срезать. Вертикальную и горизонтальную часть реза сопрягают закруглением радиусом около 20 мм. Такое крепление не требует точного обреза вспомогательных балок и удобно для монтажа, так же как и крепление балок при помощи столика (рис. IV-19, б), который принимает на себя всё опорное давление.

Болты или сварные швы по стенке нужны для удержания вспомогательных балок от опрокидывания, а главной балки от потери устойчивости. В последнем отношении крепление балок к ребру более эффективно, чем к столику.
Крепления свободно примыкающих балок рассчитывают на опорное давление А, увеличенное на 20-30%. Этим учитывают наличие в опорных креплениях незначительных моментов. При большой величине моментов их влияние должно быть учтено расчетом.

Пример жесткого соединения балок на одном уровне, обеспечивающего передачу не только опорных давлений, но и опорных моментов, представлен на рисунке IV-20. Прикрепление верхнего пояса вспомогательной балки к накладке (ее называют «рыбкой») и нижнего пояса к столику должно быть рассчитано на усилие

где M0 - опорный момент балки,
h" - высота вспомогательной балки.
Крепление горизонтала столика к вертикалу рассчитывают на равнодействующую силы N и опорного давления А, если стенка вспомогательной балки не прикреплена непосредственно к главной балке (рис. IV-20, справа), и на часть опорного давления A1, если стенка прикреплена к главной балке (рис. IV-20, слева).
Долю опорного давления - A1, передающуюся через столик, и долю A2, передающуюся непосредственно от стенки на уголки, определяют в предположении прямой пропорциональности между этими усилиями и площадями швов, крепящих стенку вспомогательной балки и консоль к главной балке.
Сварные швы, крепящие столик к главной балке, должны быть рассчитаны на оперное давление А и момент M=Ae-Nz, где е - эксцентриситет приложения силы A; z - расстояние от силы N до центра тяжести рассчитываемых сварных швов.

Пример жесткого сварного соединения в пониженном уровне представлен на рисунке IV-21. Крепление двустенчатых балок осложняется тем, что в опорных сечениях их действуют опорные давления и моменты не только в вертикальной плоскости, но и в горизонтальной, а также крутящие моменты. Пример крепления двустенчатой балки кранового моста к концевой балке представлен на рисунке IV-22. Обе стенки 1 крановой балки приварены к стенке концевой балки при помощи вертикальных накладок 2. В местах примыкания стенок крановой балки к концевой между стенками 3 последней должны быть поставлены диафрагмы 4. Пояса крановой балки в узле заменены или перекрыты узловыми фасонками 5, расширяющимися под углом 45°. В быстроходных кранах свободные кромки узловых фасонок 5 закругляют и обеспечивают плавное примыкание кромок фасонки к поясам соединяемых балок. Пояса крановой балки могут быть приварены впритык со сплошным проваром непосредственно к поясам концевой балки. Для жесткости узла в этом случае между поясами обеих балок помещают вставки в форме равнобедренного треугольника с длиной катета и не меньше ширины более широкого пояса соединяемых балок.

При расчете таких соединений условно считают, что вертикальные швы между стенками и накладками (ш-1 и ш-2) работают на вертикальные опорные давления Ав примыкающей балки. Горизонтальные швы между поясами и узловыми вставками (ш-3) работают на вертикальные и горизонтальные моменты и горизонтальные опорные давления примыкающей балки.
При расчете таких соединений условно считают, что вертикальные швы (ш-1 и ш-2) между стенками (1 и 3) и накладками (2) работают на передачу опорного вертикального давления Ав примыкающей балки. В действительности эти швы воспринимают и некоторые доли изгибающих вертикальных и горизонтальных моментов. Это обстоятельство учитывают, увеличивая опорное давление на 20-30%. При расчете швов необходимо учесть также влияние конструктивного момента М"=Авbн, где bн - ширина вертикальной накладки (расстояние между швами ш-1 и ш-2).

Также условно считают, что горизонтальные швы (ш-3 и ш-4) между узловыми фасонками и поясами соединяемых балок работают на опорное горизонтальное давление Aг примыкающей балки (без увеличения на 20-30%) и на изгибающие моменты, действующие в вертикальной и горизонтальной (Мв и Mг) плоскостях. Суммарные краевые напряжения в шве (ш-3) можно приближенно проверить по формуле:

где Fшз - площадь одного горизонтального шва (ш-3) между узловой фасонкой и поясом примыкающей балки;
Wшз - момент сопротивления того же шва;
hп - расстояние между центрами тяжести поясов примыкающей балки.
Пример графического оформления сварной одностенчатой балки представлен на рисунке IV-23.

Начинающим домашним мастерам будет полезно узнать о методах соединения деревянных деталей. Этой теме мы посвящаем краткий ликбез, в котором будут описаны основные виды столярных соединений и сплачиваний с использованием клея, гвоздей, саморезов или шкантов, либо вовсе без них.

Правила выбора соединения в зависимости от типа нагрузки

Наиболее просты торцевые соединения, их применяют при необходимости нарастить деталь. Лучше всего такие соединения переносят нагрузку сжатия, однако при вырубке замков специальной формы можно достичь хорошего сопротивления скручиванию, растяжению и изгибу. Стандартный вариант торцевого соединения — с подрезкой на половину толщины обеих деталей. Срез может быть прямым или косым, при необходимости препятствовать изгибу, растяжению или скручиванию на конце каждого среза нарезают шип или тупой угол, либо делают срез ступенчатым, образуя своего рода «замок».

1 — прямая накладка вполдерева; 2 — косая накладка; 3 — прямая накладка со ступенчатым стыком; 4 — накладка вполдерева с косым стыком; 5 — косой накладной замок; 6 — соединение вполдерева с косым шипом

Угловые и боковые соединения применяются для соединения прямых деталей в ферму или каркас. Обычно эта часть конструкции опорная, поэтому основные нагрузки приходятся на смещение и сжатие. Если конструкция испытывает статичную предусмотренную нагрузку, на одной из деталей нарезают прямоугольный шип, а на другой — паз или проушину соответствующих размеров. Если возможно действие на разрыв конструкции, шип и паз нарезают в форме трапеции.

Угловые соединения: 1 — с открытым сквозным шипом; 2 — с глухим закрытым шипом; 3 — со сквозным косым шипом

Накладные крестовые и Т-образные соединения используют, как правило, для дополнительных связей между ответственными деталями конструкции. Основная нагрузка в них — на сжатие, смещение и разрыв. Первые два типа нагрузки устраняются подрубкой в полдерева или меньше с последующим совмещением деталей. Плечи зарубок принимают основную нагрузку на себя, остается лишь закрепить соединение шурупами или накладными скобами. В ряде случаев для укрепления связи используют шкант или вырубают шип с клином.

1 — крестовое соединение накладкой вполдерева; 2 — крестовое соединение с посадкой в одно гнездо; 3 — Т-образное соединение с потайным косым шипом; 4 — Т-образное соединение с прямой ступенчатой накладкой

Отдельный тип соединений — ящичные. Предназначены они для соединения досок под прямым углом. Обычно для ящичного соединения на каждой доске нарезают зубья, ширина которых равна расстоянию между ними. На разных досках зубья нарезаны со смещением, поэтому при соединении угол из досок выглядит как одно целое. Зубья также могут иметь клиновидную форму, препятствующую разрыву угла в одном направлении, либо скрепляются дополнительно клеем или гвоздями.

Ящичные угловые соединения: 1 — с прямыми сквозными шипами; 2 — с косыми сквозными шипами

Как сделать шиповое соединение

Для изготовления шипового соединения нужно обвести обе детали линией разметки по всем граням на расстоянии от торца, равном ширине соединения. На двух противоположных сторонах и торце линиями отмечается тело шипа, разметка на обеих деталях полностью идентична.

Шип подрезают с боков ножовкой для поперечного реза и скалывают древесину с помощью стамески. Ширину шипа делают на 2-3 мм больше для последующей точной обработки ножом или долотом. Паз вырезают ножовкой для продольного реза и скалывают стамеской, также оставляя небольшой припуск на обработку. Далее следует подгонка, в процессе которой детали совмещают и добиваются максимально плотного прилегания.

При Т-образном шиповом соединении на одной из деталей нарезают центральный шип или паз, а на другой выдалбливают проушину или делают две боковые подрезки в зависимости от типа первой детали. Для изготовления проушины используют стамеску, обращая наклонную часть лезвия внутрь отверстия. Если проушина не сплошная, шип делаю на 8-10 мм больше глубины и обрезают его конец в форме развернутого клина. Так при забивании шип сам себя разопрет, и деталь будет прочно посажена.

Для соединения широких деталей можно использовать ящичное соединение, нарезая несколько шипов и пазов. Самый простой способ скрепить шиповое соединение — просверлить его насквозь поперек шипов и забить в отверстие деревянный шкант (оконное угловое соединение).

Как срастить доски на клею

Очень популярный метод соединения досок и брусков — продольное и поперечное склеивание. При соединении досок широкой стороной торец может быть ровным, хотя в большинстве случаев используют пазогребневый профиль. Очень важна плотная подгонка деталей, чтобы слой клея был как можно более тонким, только так можно достичь максимальной прочности. Иногда на торец, смазанный клеем, наносят небольшое количество хлопкового волокна, это повышает качество сцепки.

Доски можно соединять и в профиль, но для этого потребуется выполнить клиновидную зубчатую нарезку обоих торцов со смещением в пол зуба для разных деталей. В домашних условиях такую операцию можно выполнить с применением ручного фрезера .

Для склеивания деталей используют казеиновый клей или ПВА высокой концентрации, для придания прочности в клеящее вещество добавляют просеянную древесную муку. Поверхности покрывают клеем и выдерживают на воздухе 3-5 минут, после чего помещают под гнет или сдавливают струбцинами. Такое соединение получается прочнее самого дерева и никогда не ломается по стыку.

Как сплачивать элементы несущих конструкций

Для несущих конструкций используют два вида соединений — наращивание и сочленение. Самый простой способ срастить две детали — выполнить надрез ножовкой на половину толщины на одинаковом расстоянии от торцов, а затем сколоть топором лишнюю древесину. После сопоставления двух деталей соединение обычно скрепляют двумя накладными планками, прибитыми сбоку от разреза. Склеивание тоже возможно, но только при плотной подгонке деталей.

Надрезанные в полдерева торцы можно свести практически под любым углом, это основной метод соединения кровельных ферм. Для скрепления деталей необходима дополнительная стягивающая связь: брус прикладывают к соединенным деталям сбоку на расстоянии в 30-50 см от угла и подрубают в половину толщины по местам соприкасания, а затем скрепляют конструкцию гвоздями.

Часто вертикальные и наклонные конструкции нуждаются в опоре, например при соединении стропильной системы с балками перекрытия. В этом случае выполняется зарубка посадочных гнезд на горизонтальной балке, в которые будут вставлены стойки. Очень важно соблюдать угол наклона и делать подрубку не более чем на треть толщины бруса.

Соединения со специальными связями

Практически все столярные соединения выполняются с дополнительными укрепляющими связями. В самом простом примере роль таких выполняют гвозди или саморезы.

При наращивании деталей узел может укрепляться сквозным болтовым соединением, хомутами, скобами и глухарями, либо его просто обматывают холоднокатаной проволокой. Сращенные вертикальные опоры достаточно скрепить двумя накладными планками — деревянными или металлическими.

Угловые соединения чаще всего скрепляют скобами, накладными пластинами или уголками. В случаях, когда надо сохранить небольшую подвижность соединения, используют один сквозной болт, который либо прошивает поперек место накладки деталей, либо стягивает их в продольном направлении с минимальным отступом от накладки.

Место крепления специальной связи должно быть удалено от края не менее чем на 10 диаметров крепежного элемента и не иметь пороков. Важно помнить, что часто связи не обеспечивают общую прочность соединения, а только компенсируют неучтенную нагрузку.

Прочности несущих систем кровли необходимо уделять особое внимание, поскольку от этого зависит защита здания от непогоды. Ошибки, допущенные при креплении стропил к балкам, чреваты большими неприятностями, вплоть до ремонта крыши или даже ее демонтажа и создания нового каркаса. Стропильные балки - это незаменимая часть всей конструкции крыши. Их изготавливают из древесины и металла, в продаже также имеется балка жб стропильная.

При разработке проекта кровли и при ее создании учитывают множество факторов, создающих нагрузки на стропильные конструкции, среди них:

вес покрытия и других элементов кровельного «пирога»;
сила ветра;
наибольшая возможная толщина снега на крыше;
наличие оборудования и других нагрузок на каркас.

К основным элементам кровельной конструкции, на которые ложится больше всего нагрузок, относятся:

стропильная система или ферма;
составные балки.

Безусловно, качество материала, из которого производятся вышеперечисленные материалы, имеет огромное значение, но не менее важным является прочность и надежность соединения элементов крыши между собой.

Двутавровые деревянные балки

Двутавровые деревянные балки - это конструктивный материал, который применяют для строительства зданий по каркасной технологии, а также для устройства перекрытий. У них отсутствуют недостатки, присущие древесине, а благодаря наличию двутаврового сечения достигнуты высокие прочностные характеристики. Стыковка двутавровых балок производится при помощи плотницкого инструмента.

Способы крепления стропил к стенам

На сегодняшний день основные варианты установки стропил и крепления их к стенам домов следующие:

Крепежные детали для стропил

Для сборки стропильной конструкции используют деревянные элементы и металлические изделия. К деревянным крепежам относятся: бруски; треугольники; нагели и т.д.

Металлические крепежные детали – это гвозди, болты, стальные уголки, шурупы, шпильки, хомуты, скобы, специальные устройства для стропил, называемые салазками или ползунками и многое другое.

Крепления для балок WB используют при монтаже несущих балок для деревянных конструкций при постройке домов из дерева. Его преимущество заключается в том, что не требуется врезка в балку, а крепление выполняется при помощи гвоздей, шурупов или анкерных болтов.

Способы крепления стропил к мауэрлату

Наиболее распространенным способом крепления стропил в нижней части считается их соединение с мауэрлатом (читайте: " "). Несмотря на его популярность, выполнить качественно такую работу получится не у каждого строителя, а это не может не отразиться на прочности и надежности крыши.

До того, как крепить стропила к балкам мауэрлата внизу стропильной ноги делается специальный вырез. Устанавливать без этого стропила нельзя, поскольку при малейшей нагрузке плоская грань бруса соскользнет с поверхности балки. Что касается выемки в мауэрлате, то делать ее или нет, зависит от материала его изготовления.

В случае применения древесины твердых лиственных пород, специалисты рекомендуют делать в балке надрез – она вместе со сделанной в стропильной ноге прорезью будет создавать упорный замок. Когда мауэрлат изготовлен из хвойной древесины, прорези делать нежелательно, так как они приведут к ослаблению конструкции. От способа, каким выполнено крепление балок к мауэрлату зависит состояние кровли в разных погодных условиях (прочтите ещё: " ").

Соединение балки со стропильной ногой

Крыша дома под действием на нее нагрузок стремится разъехаться в стороны и вниз. Чтобы этого не допустить, используют различные конструктивные решения, препятствующие смещению элементов каркаса кровли.

Так было придумано вырезание выемок в ноге стропил, которое можно выполнить с помощью таких соединений как:

зуб с одним упором;
зуб с шипом и упором;

Крепление стропил к мауэрлату, смотрите на видео:

Врубку с одним зубом используют, когда у крыши большой угол уклона. Это означает, что крепление стропил к балкам перекрытия производится под углом больше 35 градусов. В ноге вырезают зуб с шипом, а в балке для входа шипа создают гнездо. При этом глубина выемки не может быть более 1/3 или 1/4 части толщины балки, в противном случае происходит ослабление элемента. Врубку производят, отступив от края балки 25 – 40 сантиметров, тогда удастся избежать вероятности сколов. Чтобы не допустить сдвига соединения в бок, одинарный зуб необходимо создавать вместе с шипом.

Врубку с двойным зубом выполняют для пологих кровель, когда угол между элементами соединения не превышает 35 градусов, ее выполняют одним из таких способов:

два шипа;
упор без шипа;
упор, дополненный шипом;
соединение по типу замка с двумя шипами и другие варианты.

Для обоих зубов глубина врезки обычно одинаковая. Но в ряде случаев первый дополненный шипом зуб врубают на 1/3 толщины балки, а второй – на 1/2.

При создании крыш встречается такой способ устройства стропил, когда соединяют стропильные ноги и деревянные потолочные балки перекрытия, но его используют редко. В данном случае в ноге вырезается зуб-упор так, что одна из его плоскостей ложится на плоский край балки, а другая плоскость упирается в запил, сделанный глубиной в 1/3 часть толщины балки. Для надежности помимо врубки выполняют дополнительное соединение при помощи хомутов, болтов, проволочных петель или полосок металла.

Соединение стропил на коньке крыши

В настоящее время в сфере строительства при создании стропильной системы используется 3 способа соединения стропил на коньке:

соединение встык;
установка на коньковый прогон;
крепление внахлест на коньковый прогон.

Чтобы понять, какой вариант предпочтительнее, необходимо разобраться, как их выполняют.

Соединение встык . Верхнюю часть ноги стропила обрезают под углом, который равен углу наклона кровли и упирают ее в другую стропильную ногу, на которой также выполнена обрезка только в противоположном направлении. Такую работу выполняют согласно предварительно выполненному шаблону. В ряде случаев для обеспечения в упоре большего напряжения, обрезку выполняют при проведении монтажа, при этом пропил делается через оба бруска, в результате чего две плоскости плотно прилегают одна к другой. Затем стропила между собой соединяют при помощи длинных гвоздей.

Когда используется данный способ, для дополнительного крепления применяют металлическую или деревянную накладку – ее устанавливают при помощи болтов или забивают гвозди в месте стыка.

Установка на коньковый прогон . Этот способ во многом похож на предыдущий метод. Отличие заключается в монтаже коньковой балки. Подобная отличается надежностью, но ее не всегда можно использовать, поскольку здесь требуется дополнительный монтаж опорных балок и тогда чердаком не очень удобно пользоваться.

Этот вариант позволяет выполнять работу по установке каждой пары стропильных ног непосредственно на месте без предварительных работ и применения шаблонов. Верхний край ноги в данном случае упирается в коньковую балку, а нижний - на мауэрлат.

Крепление внахлест на коньковый прогон . Выполнение работ проходит аналогично предыдущему варианту, только верхний стык стропил осуществляется внахлест. Они соприкасаются вверху не своими торцами, а боковыми сторонами. Крепежными элементами являются болты или шпильки.

Ремонт стропильной конструкции

Частный дом эксплуатироваться может не один десяток лет и часто возникает ситуация, когда необходимо отремонтировать элементы стропильной конструкции. Состояние каркаса крыши и кровельного покрытия необходимо постоянно контролировать, поскольку их разрушение приводит к большим неприятностям. При обнаружении дефектов надо принимать экстренные меры.

Проблема: начал загнивать конец стропильной ноги , опирающийся на мауэрлат. В такой ситуации на перекрытие чердака помещают бревно, оно должно опираться на несколько балок (установка балок перекрытия должна быть надежной). Под ремонтируемую стропильную ногу подкладывают подкосы – надо, чтобы они упирались в бревно. Между крайним подкосом и местом загнивания расстояние должно превышать 20 сантиметров. После того, как поврежденный отрезок удален путем выпиливания, на его место монтируют предварительно подготовленный вкладыш.

Проблема: в середине стропильной ноги обнаружено гниение древесины . С целью усиления стропильной конструкции по обеим сторонам поврежденного элемента прибивают деревянные накладки из досок толщиной 50-60 миллиметров. Гвозди для крепления забивают по их краям в неповрежденную часть стропила.

Проблема: поврежден мауэрлат . Когда это незначительный участок, специалисты советуют установить подкосы с прикрепленной к ним при помощи скоб стропильной ногой. Подкосы монтируют с опорой на неповрежденную часть мауэрлата. В том случае, если область повреждения мауэрлата значительна, тогда к стропильной ноге прибивают накладку из досок, их в свою очередь крепят в новый мауэрлат, устанавливают который немного ниже поврежденного. Монтируют дополнительный мауэрлат в стену с использованием штырей, при этом выполняют в соответствии проекта.

Проблема: в стропильной ноге появилась трещина , в результате чего произошел прогиб кровли. Для проведения ремонта надо заготовить 2 доски, одна из них станет отжимной стойкой, а вторая - для нее опорой. Опорную доску крепят перпендикулярно несущим балкам перекрытия чердака. Отжимную стойку устанавливают на ранее закрепленную опору и подводят ее под прогиб ноги. Между концом отжимной стойки и опорной доской вбивают 2 клина один навстречу другому. Их продолжают забивать, пока прогиб не будет устранен. На место, где располагается трещина, накладывают две доски, длина которых не менее, чем на метр превышает размер поврежденного участка. Их закрепляют болтами. Затем клинья выбивают, убирают опорную доску и временную стойку.

Проблема: требуется усиление стропильной системы , поскольку новый кровельный материал тяжелее прежнего. Для этого увеличивают основное сечение стропил, наращивая его досками. Какую величину необходимо нарастить (но не более 5 сантиметров) определяют при помощи расчетов (читайте также: " "). Прокладку и стропильную соединяют с использованием гвоздей.

Возведение современных зданий невозможно без надежных металлических конструкций. Двутавр используется в тех случаях, когда нужно создать металлоконструкцию, способную выдержать высокую нагрузку. По сравнению с другими профилями двутавры имеют большой момент сопротивления. Помимо этого, изготовление двутавровых балок в несколько раз выгоднее, при этом расход сырья остается минимальным. Таким образом, использование таких балок в каркасном строительстве удешевляет фундаментные работы, снижает вес объекта и сокращает срок его сдачи в эксплуатацию.

Область использование двутавровых балок: колонны, главные или вспомогательные балки и т.п.

Понятие двутавров и их виды

Заводы выпускают сразу несколько видов двутавров в зависимости от области применения последних. В основе классификации лежит расположение граней полок. Например, обыкновенные двутавровые балки с нумерацией высоты от 10 до 60 имеют уклон внутренней грани полок, а изделия с параллельными гранями полок производятся только по ГОСТ 26020-83. Их ширина 0.4 м, а высота до 1 м.

Изделия с уклоном внутренних граней делятся на:

Обычные со стандартом качества по ГОСТ 8239 89.

Специальные со стандартом качества по ГОСТ 19425 74.

Обратите внимание, что у большей части двутавров стены гораздо толще, чем требуется для нормальной устойчивости. Жесткость балок отличается от основных осей за счет малой ширины полок.

По ширине двутавровые балки тоже имеют специальную классификацию:

Узкополочные;

Среднеполочные по ГОСТ 8239-89;

Широкополочные балки по ГОСТ 26020-83 выполнены таким образом, что грани полок размещены параллельно друг другу (HEA (IPBL), HEB (IPB), HEM (IPBv));

Колонные с одинаковой высотой профиля и шириной полки;

Способы соединения двутавровых балок

Скрепить двутавровые балки можно или при помощи болтов или же сварки . Давайте остановимся на каждом способе подробнее.

Болтовое соединение

Такой способ хорош тем, что при частом монтаже и демонтаже конструкций отдельные узлы конструкции достаточно просто отсоединяются. Кроме того, вы можете самостоятельно собирать и разбирать их.

Преимущества болтового соединения перед сваркой:

В конструкции отсутствует остаточное напряжение;

Устойчивость к ударам и вибрациям;

Простота демонтажа\монтажа.

Недостатки болтового соединения:

Сечения элементов ослабляются из-за болтовых соединений;

Вероятность того, что металлические болты начнут ржаветь;

Болтовое соединение более трудоемкое и затратное из-за того, что необходимо применять дополнительные элементы для усиления конструкции;

Высокой эффективностью обладают фланцевые (арматурные) соединения, но из-за повышенной деформативности они мало распространены.

Сварка двутавровых балок

Во время изготовления сварных балок сначала сваривают стенки и стыки поясов. Это связано с тем, что стыковые швы поясов являются основными в балках. Для уменьшения остаточного напряжения их следует варить без закреплений в обрабатываемых листах.

Следите, чтобы зазор между стыкующимися кромками длистов не выходил за пределы допустимых отклонений, иначе в дальнейшем это может свести на “нет” все усилия. Чтобы проверить правильное положение осей листов, возьмите простую длинную линейку, приложите ее к оси или же сразу к боковым кромкам. Если они все-таки сместились, то смещение легко устраняется при помощи обычного клина, а нужный зазор устанавливается при помощи сборочной планки. Далее стык сваривается или полуавтоматом, или высококачественными электродами, или под флюсом. К слову, если вы решили использовать сварку под флюсом, то заранее позаботьтесь о том, чтобы расплавленный металл и шлак не протекли во время работы.

Особое внимание уделите сварке стыков балок. Монтажные стыки создаются таким образом: в самом начале сваривается стык вертикальной стены, потом пояса.

После всех операций заварите стык пояса, т.к он работает на сжатие. После того, как стыки балки соединены, доварите поясные швы там, где остались незаваренные участки. Такую сварку следует проводить только электродами высокого качества.

В тех случаях, когда балка оказывается слишком высокой (сборка элементов мостовых пролетных строений), ее стенка может состоять по ширине сразу из нескольких продольных листов. Они или свариваются встык, или при помощи специальных ребер жесткости (горизонтальные) двумя угловыми швами втавр.

Также вы можете использовать установку со сборочной скобы с увеличенным числом вертикальных прижимов для сборки подобных балок.

Если поясные швы свариваются сразу двумя автоматами “в угол” при горизонтальном положении вертикальной стены, то производительность работы вырастет. При этом продольная ось балки искривляется минимально, т.к горизонтальный прогиб после наложения первой пары швов будет почти удален обратным прогибом после сварки второй пары.

Если сварка происходит в вертикальном положении, то остаточный прогиб будет виден при вогнутости балки в сторону пояса в месте, где сделана первая пара швов. Как только сварка закончена, происходит разметка поперечных ребер жесткости. Они привариваются или полуавтоматом, или вручную.

Для того, чтобы соединить два отрезка двутавров, используйте накладки. Работают они таким образом: перед тем, как установить накладки по обе стороны от стенки и снаружи полок, обрежьте их в форме ромба и обварите косыми швами. Это делается для того, чтобы выступающие полки не мешали наложению сварочного шва по стороне накладок. Располагайте накладки симметрично с продольной осью двутавровой балки.

Данный способ подходит только для минимально загруженных конструкций, потому что накладки имеют свойство концентрировать напряжение у швов, т.к меняется форма сечения.

Чтобы соединить главную и второстепенную балки, формирующие несущие покрытия между этажами или каркасы крыш\куполов, используется следующий способ:

Для начала сделайте равнобедренные треугольные вырезы в верхней полке первой главной балки, при этом угол вершины должен составлять 90°.

В то же время в нижней полке второстепенной балки делаются разрезы на 1\2 ширины нижней полки главной балки.

Верхняя полка вспомогательной балки срезается так, чтобы получился такой же, как и у главной, равнобедренный треугольник с углом в вершине 90°.

После того, как монтаж главных балок путем установки на накладку закончен, монтируются второстепенные балки. Следом за этим свариваются примыкания верхних полок и стенок.

В самом конце к нижним полкам балок приваривается накладка.

В стыке стенки нижней полкой главной балки с второстепенной необходимо оставить зазор 3÷3,5мм.