Устройство вальмовой кровли: Страница не найдена — Ремонт крыши и кровли

Перед тем, как начать возведение стропильной системы четырехскатной крыши, следует уложить мауэрлат. Именно на него в дальнейшем будет опираться вся стропильная система вальмовой крыши. Процессу укладки мауэрлата предшествует процесс оборудования армированного пояса из железобетонных конструкций. Он поможет усилить несущие способности стен, а так же станет подходящей горизонтальной. Достаточно ровной, поверхностью для дальнейшей укладки мауэрлата.  Если здание строится из кирпича или камня, то по верху стены необходимо выставить опалубку, в которую вставляется каркас из арматуры и заливается бетон.

Следует проследить за тем, что бы при заливке бетона соблюдалась горизонтальность уровня по всему периметру здания.

Когда устанавливается арматурный каркас, к нему необходимо прикрепить оцинкованные металлические шпильки, диаметром не менее  1 см. Длина их должна быть такой, что бы вершины их выступали на 3-5 см из бруса мауэрлата. После того, как бетон станет прочным, верхнюю его часть промазывают битумом и поверх наклеивают рубероид. Это необходимо для того, что бы предохранять древесину мауэрлата от гниения и прочим последствиям от влияния окружающей среды. На этом этапе и становятся нужны выступающие шпильки. На них насаживаются бруски с заранее просверленными отверстиями. Вся конструкция закрепляется гайками.

Как правило, для изготовления мауэрлата каркаса четырехскатной вальмовой крыши, применяется деревянный брус. Сечение его должно составлять 10 на 15 см или 15 на 15 см.

При покупке бруса обращайте внимание на то, что он должен быть хорошо высушен и обработан антикоррозионными веществами.

Следующим этапом становится установка на мауэрлат центральной балки. Она должна располагаться параллельно будущему коньку, к которому крепятся стойки, поддерживающие часть стропильной системы.

Каркас вальмовой крыши состоит из следующих элементов:

• прогон;
• опорная доска;
• мауэрлат;
• обрешетка;
• затяжки;
• подкосы;
• нарожники;
• стропила рядовые;
• стропила диагональные;
• стропила накосные.

Стропильная система полувальмовой крыши состоит из тех же элементов конструкции.

Таким образом, детали крыши образуют стропильную ферму, в основании которой  — несколько треугольников. А, как известно, треугольник – самая жесткая геометрическая фигура. Следовательно, и ферма будет иметь высокие показатели жесткости. Основными несущими элементами конструкции являются стропильные ноги. Их установка производится в соответствии с выбранным углом наклона ската кровли.

Мауэрлат необходим для равномерного распределения массы всей стропильной системы крыши, всех ее элементов, на стены здания. Стропильные ноги нижними торцами опираются на наружные стены здания. Верхние торцы стропильных ног опираются на подконьковый брус, либо на промежуточные прогоны. Промежуточные прогоны и подконьковый брус имеют свое немаловажное предназначение. Они передают нагрузку  на несущие стены, при помощи системы стоек.

В зависимости от типа кровельного материала, выбранного сечения, стропильные ноги располагают на расстоянии до 2м друг от друга. Благодаря стропилам, крыша способна выдерживать любые влияния: вес кровельного покрытия, давление от осадков, нагрузку, создаваемую ветром.

Различают стропила двух видов:

Висячие опираются на две опоры, без промежуточной поддержки. Например, на стены сооружения. Вальмовая стропильная система такой конструкции работает на сжатие и изгиб. Так же конструкция создает распирающее горизонтальное усилие, которое передают стенам. Подобное усилие можно снизить посредством металлической или деревянной затяжки, соединяющей стропильные ноги. Затяжку можно расположить в основании стропил. В данном случае, она будет нести функцию балки перекрытия. Это наиболее популярный вариант при возведении мансардной или чердачной крыши. Так же затяжку можно расположить выше. В таком случае, никаких функций она не будет иметь, кроме закрепляющих.

Чем выше располагаются элементы затяжки, тем мощнее и крепче должны быть балки и системы креплений стропильной системы.

Наслонные стропила, как правило, устанавливаются в тех домах, где имеются столбчатые опоры либо средняя несущая стена.  Торцы наслонных стропил опираются на наружные стены здания. Соответственно, средняя часть стропильной системы опирается либо на несущую внутреннюю стену, либо на опоры. Элементы данной стропильной системы функционируют аналогично балкам – на изгиб. При соответствующей периметру здания — ширине стропильной системы, крыша выйдет более легкой, потребуется гораздо меньше затрат на пиломатериалы. Соответственная, такая система более выгодна с точки зрения экономических затрат.

В процессе монтажа стропильной конструкции, наслонные и висячие фермы вполне можно чередовать. Так, например, в местах, где отсутствуют промежуточные опоры, используется вариант висячих стропил. В тех местах, где промежуточные опоры в наличии, используют наслонный вариант. Наслонные стропила монтируют в том случае, если расстояние между опорами не более 6 метров. Если имеется в наличии дополнительная опора, то ширину перекрытия можно увеличить наслонными стропилами до 12 метров.  Если имеются еще две дополнительные опоры – то до 15 метров.

Для того, что бы соединение было более прочным и надежным, его можно закрепить дополнительными саморезами или болтами, нагелем и скобой. Что бы соединить между собой составные части затяжек, используют зуб, болты и накладки из прочного металла.

Помните, что согласно требованиям СНиП, возведение стропильной системы должно происходить в соответствии с техническими правилами безопасности.

Очень часто конструкция стропильной системы вальмовой крыши состоит из конструктивных элементов, таких как шпренгель, который необходим для усиления прочности накосных стропил. Как правило, элементы стропильной системы выпускаются из дерева, а точнее из хвойных пород. Предварительно их высушивают до такого состояния, пока влажность будет составлять около 15%.

В случае, когда предполагается устанавливать стропильные ноги с большими пролетами, это не только увеличивает их длину, но и придает еще большую прочность. Так же, для того, что бы конструкции стали более защищенными от воздействия окружающей среды, их необходимо покрывать защитными растворами. Такая операция может показаться затратной, однако обработка поспособствует увеличению срока службы стропильной системы.

Устройство стропильной системы четырехскатной вальмовой крыши начинают с установки стоек в вертикальном положении. Их задача поддерживать коньковый брус. Те стойки, которые держат конек, должны крепиться к центральной балке специальной системой укосин. Только после этого можно приступить к креплению диагональных стропил, в качестве которой, чаще всего, используют обрезную доску, сечение которой составляет 5 на 15 см.

Главными элементами в стропильной системе являются диагональные или накосные стропила. Именно на них ложится основная нагрузка от кровли. Поэтому очень важно правильно установить данные элементы кровли, от этого зависит целостность и долголетие всей конструкции.

Есть несколько правил, которые желательно соблюдать, когда возводится стропильная система вальмовой крыши  или стропильная система полувальмовой крыши:

Необходимо, чтобы диагональные стропила были одной длины, ведь именно от этих элементов зависит свес кровли.

Свесы кровли должны делаться на расстоянии 50-60 см. В регионах, где более сильные ветровые нагрузки, длина свеса может достигать 1 метра.

Необходимо внимательно отнестись к стыковке диагональных стропил, центрального стропила со стороны торца здания, а так же конькового бруса.

Конструкция стропильной системы так же влечет установку накосных стропил, после чего, с определенным шагом монтируются обычные рядовые стропила. Расстояние между стропильными ногами рассчитывается с учетом размеров теплоизоляционных плит. Стандартно – расстояние между рядовыми стропилами берется как 60 см. Данные стропила закрепляются к коньковому брусу и мауэрлату при помощи саморезов, а так же способа врубки. Кроме того, необходимо отметить, что стропила можно дополнительно фиксировать постановкой верхних стяжек и ригелей.

Так же  не стоит забывать про шпильки, на которые происходит крепление мауэрлата. Нельзя допустить, что бы рядовые стропила упирались в эти места.  Так как это может принести лишние проблемы с креплением и врубкой. К диагональным стропилам необходимо закреплять по одному нарожнику с каждой из сторон.  Укороченные стропильные ноги связывают мауэрлат и стропила. Они не должны соединяться в одном месте с накосными стропилами.

Нарожники и рядовые стропила необходимо устанавливать параллельно друг другу, под прямым углом, то есть 90°, относительно конькового бруса.

Для усиления конструкции под стропила следует обязательно монтировать подкос и врезать стойки в балки перекрытия.

В случае если нижние стропила рассчитываются на сжатие, то скаты выходят более крутыми. В таком случае основная нагрузка будет происходить от верхних скатов и ветра.

Следует дополнительно закреплять стропила анкерными соединениями, во избежание срыва крыши ветром.

За счет стоек возможно снизить нагрузку на балки перекрытия. Стойки следует устанавливать в местах, где пересекаются стропильные ноги и подкосы. При этом нижние части стоек должны упираться в балку перекрытия над внешней стеной.

Устойчивость крыше можно придать за счет, так называемых, схваток, которыми скрепляют наслонные вальмовые стропила на нижних частях скатов. По низу затяжек стропильной системы устраивают опорные брусья.

В том случае, когда уклон вальмовой крыши не слишком большой (что влечет снеговые нагрузки), необходимо провести усиление стропильной системы. Для этого необходимы шпренгельные фермы и сами шпренгели.

Что же такое шпренгель? Это брус, который следует укладывать на две стороны так, что бы они сходились углом. На данный брус необходимо установить вертикальные стойки, которые будут поддерживать диагональное стропило. Это можно проводить не только в верхней части, но и в нижней части накосного стропила.

В случае если необходимо усилить верхнюю часть, то следует использовать шпренгельную ферму. В таком случае вертикальная стойка усиливается за счет пары подкосов. На этом этапе основная работа по устройству стропильной системы – заканчивается.

Завершающим этапом становится монтаж обрешетки, которую принято выполнять из брусков. Сечение брусков составляет 5 на 5 см, или из доски, толщина которых 20 – 25 см.  Обрешетка имеет несколько видов: сплошная или с зазорами. Шаг обрешетки следует выбирать  по размеру и виду кровельного материала.

Таким образом, стропильную систему вальмовой крыши собирают в несколько этапов: сбивается каркас в виде буквы «П», после на него укладываются прогоны, стропила. Далее производится усиление конструкции.

Стропильная система вальмовой крыши – устройство и расчет + Видео

Загородные участки не отличаются большими размерами. Поэтому многие строят дома малой площади и увеличивают жилое пространство за счет создания на чердаке дополнительных жилых помещений. Это возможно, если правильно выполнить устройство стропильной системы вальмовой крыши.

Что представляет собой вальмовая кровля?

Такая кровля выполняется в виде четырех скатов. Два из них – это классические боковые в виде трапеции, и еще два треугольные на торцах крыши. В отличие от шатровой крыши, где все четыре ската сходятся в одной точке, у вальмовой имеется две вершины, соединенные между собой коньком.

Вальмовая крыша с четырьмя скатами

Именно боковые треугольные фронтоны, которые выполняются с уклоном, и называются вальмами. Двухскатная крыша также имеет треугольные торцевые фронтоны, но располагаются они строго вертикально, у вальмовой крыши эти скаты наклонены, что является отличительным признаком этого вида крыш.

Двускатная вальмовая крыша

Вальмовой крыша называется в том случае, если торцевые скаты, начинаясь от конька, доходят до наружной стены, то есть, до карниза. Но встречаются варианты, когда скат прерывается и в одном месте переходит в вертикальную плоскость. Тогда подобная крыша называется полувальмовой или голландской.

Узлы и элементы вальмовой кровли

По способу монтажа и использованию различного материала такие кровли можно отнести к разряду сложных конструкций. В целом конструкция вальмовой крыши состоит из мауэрлата, конькового бруса, стропил – угловых, коротких и промежуточных.

Мауэрлат – это деревянный брус, монтируемый по всему периметру дома на самом верху стен. Он служит для правильной передачи и распределения нагрузок, оказываемых ветром, снеговым покровом, весом кровли и самой стропильной системы на несущие стены здания. Этот элемент является связующей верхней обвязкой для стен, выполненных из штучных материалов – кирпича, бетонных блоков.

Мауэрлат вальмовой крыши

Для стен из бревна или бруса мауэрлат не устраивается. Его роль выполняют верхние венцы сруба.

Коньковый брус является тем главным элементом стропильной системы, который соединяет все скаты крыши в единую конструкцию. Он должен быть одинакового сечения со стропильными ногами. В противном случае в дальнейшем может возникнуть перекос всей стропильной конструкции и крыши в целом.

Угловые стропила, называемые по-другому накосными либо диагональными стропилами – базовые силовые детали, соединяющие углы коробки здания с коньковым брусом. Для их изготовления потребуется доска, равная по толщине коньковому брусу. Одним концом она крепится к коньку, вторым опирается на мауэрлат. В зависимости от проекта крыши используется различное количество таких стропил, но не менее четырех.

Угловые стропила вальмовой кровли

Короткие стропила могут быть различными по длине, но при сборке конструкции крыши они все выводятся под одним углом и располагаются параллельно промежуточным стропилам. Когда производится необходимый расчет их количества, прежде всего, учитывают площадь всей крыши. Одним концом короткие стропильные ноги соединяются с угловым стропилом, а другим опираются на наружную стену здания.

Центральные стропила устанавливаются верхним концом на коньковый брус, нижним опираются на несущие стены дома. Как правило, их расчет такой: три с одной стороны крыши и столько же с другой, но при конструировании стропильных систем для домов большой площади допускается увеличение их количества.

Центральные стропила вальмовой кровли

Промежуточные стропила – это элементы, одной стороной монтируемые на коньке, а второй опирающиеся на мауэрлат. На вальмовых скатах их обычно не используют, поскольку вся площадь закрывается короткими стропилами. Расчет сечения и количества промежуточных элементов производится исходя из несущей способности стропильной конструкции и вида кровельного материала.

При больших размерах здания потребуется установка дополнительных укрепляющих элементов в виде подкосов и вертикальных стоек, поддерживающих коньковый брус, и шпренгельных конструкций, чтобы исключить провисание диагональных стропил.

Виды вальмовых крыш

Стропильные системы в этих видах крыш выполняются в различных вариантах. Например, если вальмовый скат не доходит до конька, вследствие чего наверху образуется вертикальный маленький фронтон треугольной формы, то такая крыша носит название – голландская.

Голландская вальмовая крыша

Также выделяются шатровые кровли. У них все четыре ската одинаковой формы, а боковых фронтонов в таких конструкциях попросту нет. Вальмы в этом варианте представляют собой треугольные поверхности, уклон которых выполнен под одним углом с другими скатами. Как правило, используются такие системы для строений, имеющих в проекции площадь в форме квадрата. В группе вальмовых крыш есть полувальмовые мансардные кровли, четырехскатные, щипцовые, многощипцовые и двухскатные.

Шатровая кровля

Кроме этого, существуют ломаные кровли, состоящие из скатов различных размеров, угол наклона у которых разный. Подобные конструкции весьма сложны в устройстве, также сложно произвести и их расчет. Поэтому встречаются они нечасто, но нужно заметить, что они имеют очень привлекательный вид. Оценить эффектность крыш с ломаной конструкцией стропильной системы вы можете на видео, где также рассказывается об особенностях их сооружения.

Расчет вальмовых конструкций – угол наклона

Устройство вальмовых стропильных систем начинается с разработки их проекта. Правильный и грамотный проект позволит собрать крышу в короткие сроки. Оптимальный выбор угла наклона скатов определяется в зависимости от климатических условий:

• В регионе, где преобладает ветреная погода, угол наклона должен быть меньше, это позволит снизить нагрузку от ветра на крышу.
• При более снежных зимах угол наклона скатов, наоборот, увеличивают, чтобы лед и снег не скапливались на крыше.

Проект вальмовой стропильной системы

При выборе угла наклона стропил, соответственно, проводится и расчет необходимого количества материала. И если для обрешетки практически во всех случаях расчет производится исходя из общей площади кровли, то количество и сечение угловых и коротких стропил рассчитываются отдельно, в зависимости от выбранного типа крыши.

Кроме климатических особенностей региона, при выборе угла наклона учитывается тип кровельного материала:

• Если используется наборный материал, например, шифер или металочерепица, то чтобы не увеличивать нагрузку на стропила, угол лучше сделать не менее 22°.
• При использовании рулонных покрытий учитывается количество слоев. Чем их больше, тем меньше можно сделать наклон скатов.
• Устройство большего угла наклона скатов позволяет использование кровельного материала – профнастила, но в расчет при этом берется высота профиля. Угол наклона при этом может варьироваться в диапазоне от 20 до 45 градусов.

Выбор угла наклона кровли по материалу

Правильный расчет угла наклона крыши начинается с определения торцевой оси здания на верхней обвязке. После этого необходимо отметить середину конькового бруса, в этой точке будет располагаться центральная стропильная нога. Затем необходимо определить место расположения следующего промежуточного стропила, для чего отмеряется расстояние, соответствующее расчету распределения промежуточных стропильных ног. В большинстве случаев оно не превышает 70–90 см.

Длина стропил определяется так, чтобы их нижний конец выступал над наружной стеной на 40–50 см, а верхний упирался в коньковый брус.

Аналогичный расчет проводится на всех четырех сторонах крыши для вычисления расположения промежуточных стропильных ног на коньковом брусе. Пример их правильного расположения показан на фото.

Сборка стропильной системы

При проектировании вальмовых крыш можно использовать два вида стропил – висячие и наслонные. Висячие опираются только на стены здания, передавая все распорные нагрузки мауэрлату. Если предполагается устройство мансарды, то дополнительно потребуется установка стяжек из металла или дерева, которые укладываются на несущие стены здания и впоследствии служат основанием для устройства перекрытия. На фото видно, как устраиваются мансардные вальмовые крыши с висячей стропильной системой.

Мансардная вальмовая крыша с висячей стропильной системой

Наслонные стропила применяются, если для них есть опора в виде колонн или внутренних несущих стен. При конструировании системы допускается чередование двух типов стропил. Там, где внутренние стены исполняют роль опор, крепятся наслонные, а в других местах висячие.

Крепление стропил в основном осуществляется путем устройства запилов (седел). Но их глубина не может превышать четвертой части ширины стропильной доски. Для того, чтобы запил был одинаковым на всех ногах, необходимо сделать шаблон. Кроме этого, элементы стропильной системы крепятся с применением металлических уголков, саморезов, гвоздей. Крепление также может производиться скобами, болтами и шпильками.

Крепление элементов стропильной системы вальмовой крыши

При монтаже мауэрлата не забудьте проложить слой гидроизоляции по верху стен. Если стены выложены из кирпича, то в последних рядах кладки устанавливаются закладные детали для дальнейшего крепления мауэрлата. Подобные крепления могут быть изготовлены в виде вертикальных шпилек или болтов, устанавливаемых с шагом не больше полутора метров.

Вальмовые кровли – это сложные конструкции, но это нисколько не снижает их популярности. Несмотря на сложность возведения, они дают возможность устроить дополнительное жилое помещения в чердачном пространстве, а если провести качественное утепление мансарды, то можно эксплуатировать ее и в зимнее время.

Монтаж стропильной системы вальмовой крыши

Вальмовая крыша — один из видов четырехскатной крыши, который пользуется большой популярностью среди застройщиков частных домов вне зависимости от площади. Спросом вальмовая крыша имеет даже во время постройки бань и беседок.

Этот вид крыши легко узнаваем благодаря своей геометрии, которой она обязана стропильной системе.

Главная сложность, с которой сталкиваются специалисты во время монтажа вальмовой крыши, это трудоемкость выполнения работ. Конструкция состоит из множества составных элементов и креплений. Для качественной установки стропильной системы вальмовой крыши требуется достаточное количество теоретических знаний и большой опыт, которыми обладают специалисты компании Великий Домъ!

Какими положительными и отрицательными сторонами обладает стропильная система вальмовой крыши?

Заказать бесплатную консультацию!

К достоинствам стропильной системы вальмовой крыши относятся следующие моменты:

• Нагрузка от ветра, которой подвергается этот вид четырехскатной крыши, значительно меньше, чем действует на крышу с двумя скатами. Все стороны вальмовой крыши располагаются под углом, благодаря чему достигается необходимая обтекаемость.

• Повышенная жесткость конструкции, что влечет за собой долговечность кровли.

• Монтаж такой четырехскатной крыши предусматривает возможность устройства более выступающих за границы постройки свесов. Это обеспечивает дополнительные защитные функции стенам здания.

• Приятный внешний вид крыши.

Отрицательные стороны стропильной системы вальмовой крыши следующие:

• Трудности во время расчетов, проекта и установки. Это нельзя считать “минусом”, если за монтаж крыши берутся настоящие профессионалы своего дела.

• Стоимость монтажа вальмовой крыши зависит от используемых материалов, площади и связана со сложностью работ.

• Полезная площадь чердака уменьшается из-за установки стропил вальмовой крыши, особенно там, где устанавливаются диагональные опоры.

• Значительный минус для желающих иметь мансардный этаж: к сожалению, монтаж мансарды при вальмовой конструкции невозможен.

Незначительные недостатки не лишают вальмовую крышу популярности среди застройщиков частных домов.

Какие существуют виды вальмовых крыш?

Вальмовые крыши имеют несколько видов конструкций:

• Классическая крыша, отдельные части которой обладают треугольной и трапециевидной формой.

• Шатровая крыша не имеет опорную балку, а все её диагональные ребра сходятся в единую точку.

• Полувальмовая крыша, имеющая вертикальные фронтоны, применяющиеся для установки окон.

• Ломаная вальмовая крыша. Её скаты располагаются под разными углами и обладают разной площадью.

Высококвалифицированные мастера компании Великий Домъ выполняют качественный монтаж всех видов вальмовых крыш, подробную консультацию и расчеты!

Устройство вальмовой крыши

Правильная конструкция крыши играет значительную роль для здания в целом. Она защищает конструкцию от воздействия атмосферных осадков, ветра и создаёт в доме микроклимат пригодный для жизни. Значение имеет также внешний вид кровли. Особой популярностью пользуется вальмовая крыша, в ней сочетаются лучшие характеристики конструкции и эстетичный внешний вид. Конструкция вальмовой крыши имеет высокий уровень прочности и долговечности, она позволяет создать удобную мансардную комнату в чердачном помещении.

Форма крыши имеет обтекаемые линии, благодаря чему она проще переносит сильные ветровые нагрузки, чем другие конструкции. Конёк крыши не подвергается порывам ветра. Эти особенности следует учесть, если вы проживаете в регионах, где сильные продолжительные ветра не редкость.

Конструкция вальмовой крыши имеет характерную особенность – она имеет 4 ската, по одному на каждую из сторон дома. Соответственно устройство такой кровли предусматривает две вершины вместо одной. Вертикальные фронтоны (скаты) имеют форму треугольника, именно их называют вальмами. Боковые скаты крыши имеют форму трапеций.

Монтаж вальмовой крыши – достаточно трудоёмкий процесс, но результат того стоит, ведь в итоге получится стильная, прочная и долговечная кровля, которая украсит любой дом. Самым важным моментом в устройстве вальмовой крыши является правильный расчёт соотношения вальмовых и боковых фронтонов, от этого зависит надёжность всей конструкции. Также важно подобрать качественную древесину для стропил. Для этой цели лучше всего подойдут сосна или лиственница. Материал должен быть хорошо просушен, пропитан антисептиком и иметь минимум дефектов.

Виды вальмовых крыш

Вальмовые крыши имеют несколько разновидностей:

1. Если торцевые фронтоны не доходят до карниза, а обрываются – такой тип крыши называют «голландским» или полувальмовым. Такой вариант целесообразен для небольших коттеджей со стропильной системой крыши с затяжками.
2. «Датский» тип кровли считается более сложным вариантом, чем классический вальмовый тип. Зато он смотрится очень оригинально и эффектно.
3. Шатровый тип подразумевает, что все фронтоны будут иметь одинаковую форму. Лучше такой вариант будет смотреться на квадратном доме.

Изредка встречаются различные варианты ломаных крыш, с тремя и более фронтонами, они не слишком популярны, однако, смотрятся весьма оригинально.

Как рассчитать угол наклона вальмовой крыши

Угол наклона крыши делают в зависимости от региона проживания. Если часто дуют сильные ветра, то целесообразно наклон делать минимальным, что поможет предотвратить излишние ветровые нагрузки на конструкцию. Если в регионе преобладают обильные снегопады, то угол наклона должен иметь максимальные значения для того, чтобы снег как можно быстрее сходил с кровли. В местах, где обычно стоит сухая и жаркая погода, целесообразно наклон крыши делать не более 5°, чтобы площадь нагрева крыши была минимальной. Материал, которым планируется покрывать крышу, также существенно влияет на угол наклона кровли:

• крыша из поштучных материалов (черепица, шифер) требует наклона в 20-22°;
• если кровлю кроют рулонными стройматериалами, то для каждого слоя предусматривают своё значение угла: при 2-ух слоях – 10-15°, при 3-ёх – 2-5°;
• для кровли из профнастила целесообразно устройство угла наклона от 12°;
• мягкая черепица требует угла от 10°, металлочерепица – от 14°;
• при покрытии крыши ондулином наклон должен быть не менее 6°;
• мембранному типу крыши подходит любое значение угла наклона.

Важно! Рассчитывая количество материалов при устройстве кровли, учитывайте, что увеличение наклона пропорционально увеличению площади и соответственно расходу стройматериалов.

Как устанавливают мауэрлат

Мауэрлат — основание, на которое устанавливают крышу. Он необходим для того, чтобы равномерно распределить вес кровли на стены сооружения. Мауэрлат делают из большого бруса твёрдой древесины, например, из сосны. Размер его обычно 150×150, но бывает и больше. В углах мауэрлат соединяют между собой. Для устройства мауэрлата в верхней кирпичной кладке стены устанавливают опалубку из досок, бетонируют её. В бетон вставляют металлические шпили для надёжного закрепления мауэралата. Затем создаётся гидроизоляционный слой в виде слоя мастики или рубероида между бетонным основанием и мауэрлатом. Брус обязательно обрабатывают специальным антисептическим препаратом, антипиреном и влагозащитным лаком. В мауэрлате делают отверстия для насаживания на металлические штыри, затем насаживают брус на них и закрепляют анкерными болтами.

Важно! Каждое отверстие уменьшает прочность мауэрлата, поэтому следует избегать установки большого количества штырей.

Конструкция стропильной системы

В процессе устройства вальмовой крыши следует обратить особое внимание на конструкцию стропильной системы. Она должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать на себе кровельное покрытие.

Для грамотного монтажа всех стропил, необходимо произвести точную разметку мест, где будут их фиксировать. Разметка делается посредством установки двух ключевых точек, одну из которых располагают на мауэрлате (нижней балке конструкции), а другую – на середине бруса конька. На них будет располагаться центральное стропило.

Чтобы избежать неточностей в измерениях, подготовьте фанерную рейку и нанесите на неё все разметочные значения. Оптимальная ширина для неё составляет 5 см. Угол наклона каркаса можно рассчитать по теореме Пифагора, если представить, что центральные промежуточные стропила, боковые грани вальмовых фронтонов и стена дома являются сторонами равнобедренного треугольника. Затем нужно замерить центральные стропила. На верхнюю обвязку торца накладывают рейку – получается горизонтальная проекция промежуточных стропил, выступ стенки для среза опорного элемента и кровельный свес. Если предполагается укладка 3-ёх стропил, то расчёт устройства 2-ух других не составит труда: с двух сторон от центрального стропила следует отмерить половину расстояния до бруса конька, и положить стропила на заранее помеченные точки параллельно центральному. Если проект каркаса предусматривает более 3-ех стропил, то размещают их равномерно на одинаковом расстоянии друг от друга. Его легко рассчитать, если длину конькового бруса разделить на количество дополнительных стропил + 1 центральное стропило. Полученное значение и будет расстоянием, которое должно быть между стропилами.

Необходимую длину стропил определяют несколькими методами, один из них — это установка их на помеченные точки, а затем спиливание лишних участков. Второй способ расчёта параметров стропил состоит в установке проекции высоты пролётов коньков и проекций стропил на плоскость мауэрлата. Затем рассчитывают длины методом теоремы Пифагора. Таким образом,измерение досок, и обрезание лишних частей делается на земле, а не на крыше.

Самый простой способ узнать размеры каркаса — это взять специальный строительный справочник и в зависимости от габаритов сооружения, длины конькового бруса, найти соответствующие параметры стропил.

В процессе строительства каркаса обязательно учитывается наклон кровли. Чтобы установить расстояния, на которых должны располагаться стропила, выбирают одно из них, которое будет точкой отсчёта. Точка будет располагаться на мауэрлате. Расстояние между углом сооружения и данной точкой будет длиной стропила. Последующие стропила укладываются через одинаковые промежутки верхними краями на диагональном стропиле, а нижними — на мауэрлате. Вальмовые стропила ставятся встык с угловыми, которые образуют боковые фронтоны.

Следует учитывать, что размеры каркаса кровли должны правильно соотноситься с габаритами самого дома.

Грамотное и правильное выполнение расчётов позволит сконструировать гармоничную и красивую вальмовую крышу. Такая кровля представлена совокупностью ломаных линий, поэтому трудно правильно сориентироваться в количестве материала для кровли. Зачастую под такими крышами делают жилую мансарду, это потребует дополнительных затрат на тепло- и влагоизоляцию.

Покрытие кровли и устройство свеса

Для покрытия вальмовых крыш обычно применяют мягкие кровельные материалы, так как они легче принимают форму неровной поверхности. Под них следует сделать сплошную обрешётку из влагостойкой фанеры. Затем фиксируют на неё кровельный материал с нахлестом в 10-15см для предотвращения попадания внутрь атмосферных осадков.

Важно! Чем круче скат крыши, тем больший нахлест нужно сделать.

Свес представляет собой конструкцию крыши, которая выходит за границы здания. Они предназначены для защиты стен от попадания на них атмосферных осадков. Иногда свесы выполняют также декоративную функцию и украшают здание.

Как и сама кровля, свесы держатся на каркасе. Для их устройства стропила должны быть длиннее самой кровли и выступать за фронтон дома. Чаще всего длина, на которую выступают свесы, составляет до 60 см, но бывает, их делают длиной 100см. В защите от влаги нуждаются не только стены и фундамент здания, но и фронтальные части кровли. Скатные и фронтальные свесы отличаются по конструкции, но их подшивка требуется в любом случае.

Свес всегда должен быть продолжением ската или фронтона кровли, но выглядеть может по-всякому. Их конструкция зависит от климатических условий и задуманного проекта крыши. Существует 4 вида свесов, которые подходят для вальмовой крыши:

• неподшитые;
• подшитые;
• коробчатые;
• укороченные.

Неподшитые свесы представляют собой вид, когда стропильные ноги выступают за стены здания, но пространство между ним и стеной никак не оформлено обшивкой. Этот вариант используется с целью экономии времени и средств, однако, крыша имеет незаконченный вид. Подшитые свесы оформлены специальной карнизной доской или декоративной обшивкой. Карнизную доску, выполненную из древесины, следует заранее обработать антисептиками и влагостойкими пропитками и с интервалом в несколько лет подкрашивать лаком либо эмалью.

Фронтонные свесы могут как выступать за фронтон дома, так и быть с ним в одной плоскости. Но в любом случае их необходимо обшивать, что влечёт за собой дополнительные затраты.

границ | Разрушение каркаса в скатных крышах с деревянным каркасом при экстремальных ветровых нагрузках

Введение

Устойчивость домов во время экстремальных ветровых явлений имеет важное значение для обеспечения безопасности жителей, минимизации ущерба внутреннему содержимому и уменьшения финансового бремени для сообществ и страховых компаний. На сегодняшний день проделана значительная работа по устранению часто наблюдаемых видов отказов в жилых домах. В первую очередь это относится к системам кровли и облицовки стен, а также к вертикальной нагрузке между конструктивными элементами (van de Lindt et al., 2013). Большая часть жилья в Северной Америке состоит из деревянных домов на одну семью (Amini and van de Lindt, 2014; Standohar-Alfano and van de Lindt, 2016). Разрушения кровли жилых домов, а именно разрушение соединений между кровлей и стеной (RTWC) и потеря обшивки крыши, были тщательно изучены из-за их высокой частоты возникновения во время экстремальных ветровых явлений. Плотность домов относительно других построек в любом населенном пункте приводит к высоким затратам, связанным с авариями жилых домов. Например, в Оклахоме с 1989 года две трети из 32 миллиардов долларов застрахованных убытков от торнадо связаны с жилыми постройками (Simmons et al., 2015).

Работа по устранению повреждений деревянных крыш жилых домов важна, потому что потеря одной панели обшивки, которая может произойти при относительно низких скоростях ветра, приведет к проникновению воды. Это часто приводит к потере всего содержимого из-за сильных дождей, сопровождающих ураганы (Sparks et al., 1994). Наблюдения, записанные во время обследований повреждений после урагана, ранее привели к выявлению важных тенденций отказов в различных компонентах здания. Повторяющиеся отказы аналогичных компонентов предполагают, что повсеместное смягчение последствий возможно за счет улучшенных подходов к проектированию и инновационных решений.

Стандартизованный метод оценки скорости ветра в торнадо — это расширенная шкала Фудзита (EF), которая основана на наблюдениях за повреждениями, поскольку, как правило, невозможно напрямую измерить скорость ветра в торнадо (Kopp et al., 2012). Текущая версия EF-Scale (Центр ветроэнергетики и инженерии, 2006) предоставляет оценки скорости ветра для 28 категорий обычных конструкций и растительности, называемых индикаторами ущерба (DI). Для каждого DI шкала EF использует концепцию степеней повреждения (DOD).DOD описывают последовательные режимы повреждения, которые обычно наблюдаются для определенных DI. Каждый DOD связан с минимальной, максимальной и ожидаемой скоростью ветра. Эти значения представляют собой диапазон расчетных скоростей ветра, необходимых для нанесения указанного ущерба (Центр науки и техники ветра, 2006; Mehta, 2013). Их можно связать со скоростями ветра по шкале EF, чтобы оценить интенсивность торнадо, от EF0 до EF5. В настоящем исследовании особый интерес представляет DI для резиденций на одну и две семьи (FR12).DOD-4 и DOD-6, которые имеют отношение к разрушениям кровли FR12, описаны в таблице 1. DOD-7, относящийся к обрушению стены, также включен, потому что он происходит в том же диапазоне скоростей ветра, что и DOD. -6 и часто может возникать в результате обрушения кровли.

Таблица 1 . Описание степени повреждения (DOD) и оценки скорости ветра для рассматриваемых видов отказов в индикаторе ущерба для одно- и двухквартирных домов (FR12).

На рисунке 1 показан пример типичного разрушения оболочки, а на рисунке 2 показан отказ RTWC.Как уже упоминалось, большинство прошлых исследований повреждения кровли сосредоточено на этих двух режимах отказа. Очевидно, что оценки скорости ветра для повреждения кровли в шкале EF в значительной степени основаны на этих хорошо изученных режимах. Хотя DOD-6 охватывает все возможные режимы серьезных разрушений кровли, обзор доступной литературы показывает, что текущее понимание DOD-6 ограничивается исследованиями, сфокусированными на отказах RTWC. DOD-6 может произойти при ожидаемой скорости ветра 122 миль в час (Таблица 1). Эта скорость ветра соответствует относительно слабым торнадо EF2 (Wind Science and Engineering Center, 2006).DOD-4 возникает при более низких скоростях ветра. Было замечено, что двускатные крыши плохо работают в этих режимах, особенно DOD-6, по сравнению с соседними шатровыми крышами аналогичной конструкции. Фактически, в списке FR12 по канадской шкале EF (Environment Canada, 2013) отмечается, что для домов с шатровыми крышами можно предположить верхнюю границу скорости ветра для DOD 4 и 6. Это противоречит исходной документации EF-Scale (Wind Science and Engineering Center, 2006), в которой указывается, что нижняя граница DOD-6 связана с неадекватной конструкцией или большими выступами, а верхняя граница связана с улучшенной конструкцией, такой как использование ураганных ремней.Разница между этими двумя версиями шкалы EF является важным моментом, который требует дальнейшего исследования, как указали Гаванский и Копп (2017).

Рисунок 1 . Пример разрушения обшивки крыши, соответствующий DOD-4 (источник изображения: доктор Дэвид Преватт из Университета Флориды).

Рисунок 2 . Пример отказа соединения крыши со стеной, соответствующий DOD-6 (источник изображения: д-р Дэвид Преватт).

Крыши жилых домов могут быть построены с использованием различных форм и уклонов.Многие включают слуховые окна или другие дефекты для покрытия домов неправильной формы. Из различных форм крыш, возможных при строительстве деревянных каркасов, наиболее распространенными в Северной Америке являются двускатные и шатровые крыши или их композиты (Canada Mortgage and Housing Corporation, 2014). Обследования повреждений после ураганов и последующие исследования часто выявляли несоответствие в повреждениях между различными геометрическими формами жилых крыш (Meecham, 1992). Как правило, шатровые крыши работают лучше, чем крыши других форм.Анализ хрупкости, проведенный Kopp et al. (2016) и Gavanski and Kopp (2017) даже предположили, что единый DI для жилых конструкций в шкале EF может быть неадекватным из-за значительных различий в оценках скорости ветра для разной формы крыши, хотя это не было количественно оценено. в обследованиях повреждений.

В нескольких прошлых исследованиях изучались превосходные характеристики домов с шатровой крышей (Meecham et al., 1991; Meecham, 1992), с некоторыми более поздними работами, непосредственно исследующими поведение шатровой крыши в отношении обшивки крыши (DOD-4) и RTWC ( DOD-6) производительность (Хендерсон и др., 2013; Копп и др., 2016). Meecham et al. (1991) провели испытания в аэродинамической трубе для улучшения технического понимания характеристик вальмовой крыши и обнаружили, что существует важная взаимосвязь между распределением давления и базовой конфигурацией каркаса в крышах с деревянным каркасом. Несмотря на значительные различия между распределениями давления, зарегистрированными для моделей двускатной и шатровой крыши, общие моменты подъема и опрокидывания крыши оказались весьма схожими. Это подтвердило, что предпочтительная аэродинамическая геометрия — не единственная причина улучшения характеристик вальмовых крыш.

Meecham et al. (Meecham et al., 1991) показали, что ориентация элементов каркаса в шатровой крыше относительно распределения подъема обеспечивает дополнительную устойчивость. Напротив, форма двускатной крыши вызывает более высокие локальные пиковые давления, а ориентация элементов каркаса приводит к менее благоприятному распределению нагрузки. В дополнение к этому, вальмовые крыши имеют RTWC по всему периметру, в то время как двускатные крыши соединяются со стеновым каркасом только по двум противоположным стенам.Считается, что в сочетании с улучшенным распределением нагрузки в стропильных шатровых крышах эти факторы делают шатровые крыши значительно более устойчивыми к повреждениям в результате обычных видов разрушения кровли. Это также подтверждается анализом хрупкости (Kopp et al., 2016; Gavanski and Kopp, 2017).

Один из вопросов, который возникает из-за высоких скоростей ветра, полученных при анализе хрупкости конкретных видов разрушения, заключается в том, становятся ли другие режимы слабым звеном в шатровых крышах. Другими словами, разрушится ли структура по-другому, а не RTWC? Цель данной статьи — изучить, возможны ли дополнительные неизученные режимы отказов, и, если они есть, понять условия, необходимые для их возникновения.В данной статье представлен анализ и результаты двумерных численных моделей для стропильных и рамно-скатных крыш с целью изучения этого момента. Анализ результатов обследования также используется для подтверждения гипотезы о том, что другие виды отказов достаточно распространены для вальмовых крыш.

Анализ повреждений

Данные недавних событий в Соединенных Штатах были получены для изучения в настоящем исследовании. Эти данные были собраны после разрушительных торнадо на юге США, включая торнадо в Мур, Оклахома в 2013 году (EF5) и торнадо в Таскалузе, Алабама (EF4) и Джоплин, штат Миссури (EF5) в 2011 году.Их предоставил авторам доктор Дэвид Преватт из Университета Флориды. Группы судебно-медицинской экспертизы, состоящие из исследователей, инженеров и студентов, провели дни после этих событий, исследуя пострадавшие районы и документируя наблюдаемые повреждения. Их отчеты об этих торнадо можно найти в литературе (Prevatt et al., 2011, 2013; Graettinger et al., 2014). Объединенная база данных предоставляет тысячи изображений повреждений домов, от потери обшивки до полного разрушения.

Торнадо в Мур, штат Оклахома, было определено как событие EF5 с повреждениями в диапазоне от EF0 до EF5, наблюдаемых на пути торнадо.В результате этого события погибли 24 человека, а экономический ущерб оценивается в 3 миллиарда долларов (Graettinger et al., 2014). Ветры EF0 – EF2 обычно составляют около 85% площади повреждения сильного торнадо EF4 или EF5, и поэтому можно определить множество стадий развития повреждений. Обследование, проведенное после этого события, дало информацию для последующих исследований, включая определение новых методов для улучшенных обследований повреждений, анализа хрупкости компонентов дома и разработки улучшенных лабораторных моделей торнадо (Graettinger et al., 2014). Это также привело к изменениям в строительном кодексе Мура, штат Оклахома, таким образом, что к домам с деревянным каркасом были предъявлены новые предписывающие требования для смягчения ущерба до DOD-6 (Ramseyer et al., 2014).

Необработанная база данных фотографий, сделанных после торнадо Мура, Таскалуса и Джоплина, используется в настоящем исследовании для изучения природы разрушения вальмовой крыши. В данных выявляется множество случаев частичного разрушения вальмовой крыши. Как и в случае результатов анализа хрупкости, проведенного Kopp et al. (2016), наблюдаемые разрушения вызывают дополнительные вопросы относительно вероятности и условий, при которых могут произойти частичные разрушения вальмовой крыши.Отдельные примеры наблюдаемых отказов от Мура показаны на рисунке 3 и обсуждаются ниже.

Рисунок 3 . Разрушение вальмовой крыши в Мур, штат Оклахома, после торнадо EF5 от 21 мая 2013 года. (A) Разрушение передней стороны вальмовых крыш соседних рам с прямоугольной рамой. (B) Отказ передней стороны вальмовой крыши рамочного каркаса с видимым неповрежденным обрамлением противоположной стороны. (C) Разрушение каркаса и обшивки комбинированной вальмовой / двускатной крыши (источник изображения: Dr.Дэвид Преватт).

На рис. 3А показаны соседние дома с шатровой крышей, которые демонстрируют аналогичные повреждения передней поверхности крыши. RTWC, по-видимому, не повреждены по остальному периметру крыши, и очевидно, что несколько элементов каркаса крыши вышли из строя или были удалены, в дополнение к обшивке, покрывающей эту часть. На правой стороне фотографии оставшаяся часть крыши провисает, что дополнительно указывает на то, что нижележащая рама вышла из строя. Дома, показанные на рисунке 3A, были расположены вдоль Кайл Драйв на западной окраине Мура, штат Оклахома.Несколько домов на этом коротком участке имели аналогичные дефекты каркаса вальмовой крыши и были построены примерно в 2006 году (Graettinger et al., 2014). Осмотр фотографий повреждений в этом районе показывает, что из домов с повреждением крыши DOD-4 или DOD-6, 40% оказались разрушенными из-за аналогичных частичных повреждений. В этих случаях кажется, что рама вышла из строя из-за прибитых соединений между элементами, поскольку сломанных пиломатериалов не видно. В следующем разделе будут представлены дополнительные статистические данные и наблюдения из двух выбранных районов после торнадо в Джоплине, штат Миссури.

На рис. 3В показан отказ, аналогичный показанному на рис. 3А, но с гораздо более крутой крышей. RTWC выглядят целыми, и видна большая открытая полость, где элементы каркаса и оболочка были удалены. Как и на рисунке 3A, очевидно, что эта крыша не страдала исключительно от потери обшивки, хотя следует отметить меньшую площадь потери обшивки в правой части фотографии. Отсутствие видимых внутренних элементов в полости, особенно тех, которые поддерживают неповрежденную противоположную сторону крыши, убедительно свидетельствует о том, что эта крыша была построена как конструкция с рамой из стержней, в отличие от той, которая содержала сборные фермы.По имеющимся данным, многие из неудачных вальмовых крыш использовали каркас из палок.

На рис. 3С показано частичное разрушение комбинированной вальмовой / двускатной крыши. Этот отказ отличается от тех, что показаны на рисунках 3A, B, поскольку очевиден отказ материала деревянных элементов. RTWC, по-видимому, целы, нижняя часть крыши потеряла только обшивку с правой стороны и элементы каркаса, помимо обшивки, слева. Возле пика крыши каркас разрушился с обеих сторон.Эта структура, по-видимому, содержит либо фермы, либо стержневой каркас с прочными соединениями. Как показано на рисунке чуть выше RTWC, элементы были соединены или усилены иным образом с помощью деревянных пластин, прибитых гвоздями.

При осмотре повреждений, показанных на Рисунке 3, и аналогичных повреждений на доступных фотографиях становится очевидно, что возможны частичные разрушения каркаса, повторяющиеся режимы разрушения, возникающие в вальмовых крышах. При сравнении этих отказов вальмовой крыши с близлежащими конструкциями на основе данных было определено, что разрушения каркаса могут определяться в некоторых шатровых крышах при скорости ветра EF2, а не разрушениями RTWC или потерей обшивки.Также отмечается, что конструкция крыши может иметь значение. Наблюдаемые отказы рамных рамок особенно подсказывают, что характеристики крыш с рамными каркасами следует отличать от характеристик стропильных конструкций при анализе и проектировании, а также в настоящем исследовании.

Статистический анализ возникновения отказов

Для полного анализа возникновения частичных отказов каркаса крыши все наблюдаемые повреждения в пределах диапазонов DOD-4 и DOD-6 должны быть классифицированы, чтобы определить, связаны ли наблюдаемые отказы с обшивкой, RTWC или каркасом крыши.Сортировка данных по районам предлагает дополнительную информацию о тенденциях в небольших регионах по сравнению со всем треком ущерба от события. Как уже упоминалось, данные опроса, предоставленные Университетом Флориды, включают базу данных фотографий. Также предоставляется список всех фотографий, которые использовались для оценки события, включая долготу, широту и рейтинг EF-Scale в каждом месте. Эти данные были нанесены на карту и помечены цветными метками, чтобы представить рейтинг EF-Scale. Образец полученной карты показан на рисунке 4.На этой карте показаны две области, проанализированные для получения представленных здесь предварительных статистических данных. Эти районы были расположены на западном конце пути разрушения. Анализируются только данные, соответствующие повреждениям EF1, EF2 и EF3, поскольку эти рейтинги соответствуют скоростям ветра DOD-4 и DOD-6 для крыш жилых домов. На рисунке рейтинги EF1, EF2 и EF3 представлены желтыми, оранжевыми и красными булавками соответственно.

Рисунок 4 . Западный конец пути повреждения торнадо после торнадо 22 мая 2011 г. в Джоплине, Миссури; регионы настоящего исследования обведены белым.

Анализируются две области исследования, обведенные белым на рисунке 4, и оценивается возникновение различных видов отказов. Фотографии повреждений в отмеченных местах были изучены, и отмечен предполагаемый тип отказа. При этом просмотре данных каждое отдельное жилище оценивалось на предмет того, было ли повреждение вызвано RTWC, обшивкой или повреждением каркаса. Помимо повреждений кровли, включаются разрушения стен, соответствующие DOD-7. Районы исследования были выбраны на основе характеристик домов.Исторические снимки из Google Earth используются для определения первоначальной формы изученных крыш. В районе 1 в левой части рисунка 4 обнаружены дома, которые выглядели более новыми, в большинстве своем с крутыми шатровыми крышами и большими строениями. Дома в Районе 2 в основном выглядят более старыми каменными домами с неглубокими крышами с деревянным каркасом.

Результаты статистического анализа показаны в Таблице 2. Как показано, в Районе 1 56% домов с соответствующими повреждениями вышли из строя из-за частичного разрушения каркаса, в то время как 35% показали признаки отказа RTWC.На Рисунке 5 показан пример крутых вальмовых крыш, видимых повсюду в этом районе, с аэрофотоснимком, показывающим, как повреждение повлияло на площадь поверхности крыши. Во многих случаях были удалены самые большие поверхности крыши, в то время как части конструкции, закрывающие меньшие пространства, остались на месте. Многие из этих построек, по всей видимости, были рамно-рамочной конструкции.

Таблица 2 . Возникновение режимов разрушения кровли жилых домов в отдельных районах Джоплина, штат Мичиган.

Рисунок 5 . Пример типичного разрушения вальмовой крыши в Районе 1, включая аэрофотоснимок, показывающий след частичного разрушения (источник изображения: д-р Дэвид Преватт, Google Earth).

Возникновение типов отказов в Районе 2 отличается от такового в Районе 1; Распределение отказов кровли более равномерно по трем режимам, в то время как в Районе 1 наблюдается более высокая частота отказов, которые могут рассматриваться как серьезные отказы кровли, т. е. подпадающие под DOD-6.В Районе 2 33% показали частичные разрушения каркаса, в то время как 37 и 30% пострадали от отказов RTWC и обшивки, соответственно. Чтобы понять прогрессию повреждения, дома, в которых обрушились стены, подсчитываются на основе наблюдаемого режима разрушения крыши, который, как предполагается, предшествует повреждению стены. Например, в Районе 1 10% домов пострадали от частичного разрушения каркаса крыши и обрушения стен, в то время как 8% пострадали от разрушения RTWC и обрушения стен. Это приводит к 18% случаев обрушения стен в регионе. Взаимосвязь между режимами разрушения стен и кровли требует дальнейшего изучения для определения причинных эффектов каждого режима разрушения крыши.

Сдвиг в возникновении определенных видов отказов между двумя регионами может быть результатом нескольких факторов; однако следует отметить, что многие дома в Районе 2, по всей видимости, были более старой постройки, чем дома в Районе 1, и имели пологую крышу. Хотя это наблюдение может предполагать, что наклон крыши способствует возникновению разрушения каркаса, неясно, какие другие факторы могли иметь дополнительное влияние. Например, отсутствие боковых ограничителей в старых домах могло привести к учащению случаев обрушения стен.В примере, показанном на Рисунке 6, произошел частичный отказ каркаса крыши. Однако этот сбой мог произойти из-за обломков деревьев, видимых на вершине разрушенной крыши. Другие случаи частичного отказа в Районе 2 также неоднозначны, и поскольку Район 2 находился с подветренной стороны от Района 1, обломки, вероятно, играли большую роль. В любом случае, в обоих регионах частичные отказы происходят по крайней мере так же часто, как и другие виды отказов кровли. Требуется дополнительная работа для получения полного набора статистических данных об этих сбоях и более точного определения региональных условий, которые могут способствовать их возникновению.

Рисунок 6 . Частичное обрушение вальмовой крыши в районе 2 (источник изображения: д-р Дэвид Преватт).

Аналитический метод

Подход и предположения

Разработан и проверен метод численного моделирования для анализа эффектов внутренней нагрузки и прочностных характеристик компонентов деревянной каркасной крыши при ветровом подъеме. После разработки модели для получения сил стержня рассчитываются возможности элемента. Результаты выбранного метода моделирования методом конечных элементов объединяются с расчетными значениями пропускной способности элементов.Это позволяет оценить прочностные характеристики структурных компонентов в форме относительных соотношений спроса и мощности (D / C) и определить возможные места уязвимости. В настоящей работе термин «элемент» относится как к элементам деревянного каркаса, так и к соединениям между ними. Оба типа элементов составляют звенья на вертикальном пути нагрузки, и потенциальные отказы могут возникать в любом из них. Подробное объяснение этой работы можно найти в исследовании Стивенсона (2017).

Различия между методами строительства крыши, такими как фермовый каркас и палочный каркас, оцениваются для определения относительной вероятности разрушения каркаса для каждого типа. Возможности элементов каркаса крыши также сравниваются с мощностью RTWC, чтобы обеспечить точку отсчета для соотнесения настоящих результатов с обычно наблюдаемыми видами отказов с хорошо установленными скоростями ветра (т. Е. DOD-6). Предположение о правильной конструкции в анализах позволяет выявить пробелы в текущем проекте, если будет обнаружена вероятность отказа.В противном случае результаты подтвердили бы ненадлежащее строительство в домах с наблюдаемыми неисправностями.

Анализ спроса и мощности секций стропильной и каркасной крыши

Чтобы понять возможность выхода из строя элемента или соединения в каркасе вальмовой крыши, необходимо определить воздействие нагрузки из-за подъема ветра на элементы каркаса и сравнить их со способностями элементов противостоять этим воздействиям. Точный анализ деревянных конструкций должен учитывать анизотропные свойства древесины, сложное поведение соединений и многочисленные возможные виды отказов.В опубликованной литературе представлена ​​подробная информация о моделировании нелинейного поведения и установлении критериев отказа для определенных компонентов крыши, но имеется ограниченная информация о других элементах и ​​конструкции с рамой. Чтобы получить сопоставимые результаты и использовать согласованные методы для различных типов конструкций, анализ всех конструкций для настоящего исследования ограничен линейным диапазоном поведения материала. Элементы, которые могут выйти из строя первыми, идентифицируются на основе относительных линейных соотношений D / C.Этого достаточно, чтобы проверить гипотезу о частичных отказах каркаса, хотя для построения кривых хрупкости потребуется дальнейший анализ.

Для наблюдения за эффектами линейной нагрузки на элементы и соединения системы крыши, силы элементов рассчитываются посредством моделирования методом конечных элементов с использованием SAP2000. Отдельные фермы и компоненты крыш с решетчатым каркасом моделируются при равномерном отрицательном внешнем давлении, и полученные осевые силы и моменты используются для оценки требований к каждому элементу.Как уже упоминалось, дополнительные сведения о методе проверки и анализа модели предоставлены Стивенсоном (2017).

Конструкции вальмовых крыш, используемые в анализе

При строительстве деревянных каркасов в Канаде и США используются аналогичные подходы, в которых преобладают предписывающие или традиционные конструкции (Canada Mortgage and Housing Corporation, 2014). Для конструкции крыши эти подходы состоят из следующих документов, таких как Международный жилищный кодекс или Часть 9 Национального строительного кодекса Канады, чтобы определить размер элементов, расстояние между ними и требования к крепежным элементам.В Канаде эти требования взяты из табличных значений, основанных на расчетных снеговых нагрузках.

Типовой проект включает в себя как крыши с рамой, так и фермы, хотя сами фермы должны быть спроектированы и поставляться с инструкциями по уходу, обращению и установке. Фермы, соединенные металлическими пластинами (MPC), спроектированы на основе распределения вторичной нагрузки компаниями, специализирующимися на их производстве. Они становятся преобладающей формой строительства крыш новых жилых домов, по крайней мере, в Канаде (Canada Mortgage and Housing Corporation, 2014).Тем не менее, рамная конструкция все еще используется, и большая часть стареющего жилищного фонда состоит из конструкции палки-каркаса. Как ферменные, так и рамные конструкции требуют рассмотрения в настоящем исследовании, поскольку согласно имеющимся данным обследования, оба типа кровли не работают.

Двухмерный анализ D / C в этой работе использует одну ферму MPC, основанную на тех, которые использовались в полномасштабной вальмовой крыше, испытанной Хендерсоном и др. (2013). Рисунок 7 иллюстрирует схему фермы; из-за симметрии показана только половина фермы.После анализа фермы была спроектирована вальмовая крыша с рамной рамой, которая соответствовала профилю и геометрии плана ферменной крыши от Henderson et al. (2013), чтобы провести сравнение.

Рисунок 7 . Половина смоделированной фермы с маркированными соединениями и элементами.

Для крыши с решетчатым каркасом, Раздел 9.23 NBCC (Канадская комиссия по строительным и противопожарным нормам, 2010) используется для определения соответствующих требований к размещению и размеру элементов в дополнение к минимальному количеству и направлению гвоздей в каждом стыке.Результирующая структура проиллюстрирована на рисунке 8 с помеченными размерами элементов и расстоянием между ними. Компоновка элементов крыш с решетчатой ​​рамой способствует разделению нагрузки между гранями и отдельными элементами крыши. Вальмовые стропила переносят нагрузки между элементами на смежных гранях крыши, а обшивка играет роль в эффектах системы между элементами на одной стороне. Из-за такой схемы невозможно извлечь двумерное поперечное сечение крыши для анализа, как это было сделано в случае ферменной крыши.Вместо этого настоящий анализ крыши с прямоугольной рамой упрощается путем изучения одного типичного домкрата. При осмотре стропила, ближайшие к центру крыши, считаются наиболее востребованными из-за давления на крышу из-за самых длинных безопорных пролетов. Ожидается, что центральные домкраты будут испытывать самые высокие моменты и внутренние силы сдвига, а их соединения должны будут противостоять самым сильным опорным реакциям. Грани крыши идентичны, поэтому выбранный домкрат-стропила, показанный на Рисунке 9, представляет собой четыре разных домкрата внутри крыши.

Рисунок 8 . Вид сверху спроектированной рамной вальмовой крыши.

Рисунок 9 . Иллюстрация стропила домкрата, выбранных для анализа стержневой рамы.

Численное моделирование шатровых крыш с деревянным каркасом

Стратегия разработки модели в этом исследовании состоит в том, чтобы оценить, можно ли использовать более одного упрощенного аналога модели в комбинации, чтобы получить максимально возможное влияние нагрузки на каждый элемент фермы. Этот подход с использованием конвертов был сочтен подходящим для настоящих целей, потому что, сравнивая емкость каждого элемента с его наихудшим сценарием нагрузки, все уязвимые элементы могут быть идентифицированы без траты вычислительных или экспериментальных ресурсов на получение достаточных данных, чтобы сделать нелинейное моделирование возможным.Еще одно преимущество использования максимальных сил состоит в том, что они могут выявить критические условия, которые возможны, но, возможно, не учитывались ранее.

Установлено, что максимальный спрос на каркас фермы постоянно достигается за счет комбинации двух аналогов модели. Одна из моделей использует все шарнирные соединения, а другая — все жесткие соединения. Геометрический аналог моделируется таким образом, что элементы пояса фермы воздействуют на их нижние грани, а элементы перемычки моделируются вдоль их центроидов.Для корпуса фермы результаты усилий стержня и шарниров извлекаются из обеих моделей и обрабатываются для получения максимальных значений нагрузки на элементы фермы. Максимальный спрос на стропильную балку также получают от двух моделей; один с шарнирными опорами, а другой — с жесткими опорами. В случае каркасной конструкции расчет отдельного стропила можно легко выполнить с помощью ручных расчетов. Тем не менее, SAP2000 используется для того, чтобы выбранные стропила можно было смоделировать с закрепленным и жестким шарниром на опорах, и чтобы можно было получить результаты максимального усилия в обоих случаях, аналогично методу, используемому в анализе фермы.

Анализ D / C выполняется с использованием результатов спроса по моделям фермы с равномерным подъемом 3,25 фунта / дюйм (0,57 Н / мм). Поднимающие силы ветра моделируются как отрицательное внешнее давление, действующее перпендикулярно поверхности крыши, а вес конструкции учитывается как статическая нагрузка. Эта нагрузка рассчитывается на основе процедуры определения направления из ASCE 7-10 (Structural Engineering Institute, 2010) с использованием базовой скорости ветра 71,5 миль в час (115 км / ч). Путем предварительного моделирования было установлено, что эта скорость ветра соответствует точке, в которой отношение D / C для RTWC равно 1.Считается, что это представляет собой подъемную силу, при которой ожидается выход из строя первого элемента фермы. Для случая стержневой рамы давление, соответствующее 71,5 миль в час, умножается на площадь притока, поддерживаемую стропилами, в результате получается равномерно распределенная нагрузка 2,17 фунта / дюйм (0,38 Н / мм).

Важно отметить, что базовая скорость ветра 71,5 миль в час не отражает скорости ветра торнадо и требует корректировки, чтобы можно было провести прямое сравнение с DOD-6 для жилых построек.Однако на основании этого результата из литературы можно сделать некоторые наблюдения. Моррисон и Копп (2011) протестировали соединения ногтя на пальце ноги при реалистичной ветровой нагрузке и аналогичным образом связали результаты прочности с основной системой сопротивления ветровой нагрузке, а также с расчетными скоростями ветра компонентов и обшивки, используемыми в ACSE 7-05. Скорость ветра 71,5 миль в час согласуется с оценками, приведенными в Таблице 5 Моррисона и Коппа, которые не учитывают распределение нагрузки между соседними соединениями. При рассмотрении распределения нагрузки расчетные скорости ветра по Моррисону и Коппу (2011) увеличиваются.

Применяемая скорость ветра 71,5 миль в час намного ниже, чем скорость ветра разрушения, оцененная по результатам анализа хрупкости, проведенного Коппом и др. (2016) и Гаванский и Копп (2017). Оба исследования рассматривали распределение нагрузки и обнаружили, что при средней вероятности отказа скорость ветра, вызывающая отказ RTWC в откидной крыше, составляет почти 155 миль в час (250 км / ч). Помимо несоответствия из-за распределения нагрузки, различные предположения относительно внутреннего давления, формы крыши и направления ветра могут привести к значительным различиям в расчетных скоростях ветра.Важно напомнить, что настоящее двухмерное исследование сосредоточено на относительной уязвимости в пределах каркаса вальмовой крыши и не претендует на определение скорости ветра при разрушении. Согласие между скорректированной скоростью ветра и оценками ASCE 7-05 Моррисона и Коппа подтверждает точность методологии.

Расчет емкости

Минимальные мощности каждого элемента в моделях рассчитываются для сравнения с максимальной потребностью в анализе D / C. Фермы в Henderson et al.(Henderson et al., 2013) вальмовая крыша использовала пиломатериалы SPF №2, соединенные между собой анкерными плитами MiTek MII-20. Паспорта прочности плит, подготовленные производителем в соответствии с канадскими требованиями к испытаниям анкерных плит (Институт исследований в строительстве, 2009 г.), были получены и используются при расчетах грузоподъемности. По сравнению с оценкой потенциала участников, которая проводится на основе табличных значений в Канадском справочнике по дизайну древесины (Canadian Wood Council / Canadian Standards Association, 2010), совместные мощности требуют значительных усилий для точной оценки.Для расчетов пропускной способности соединений в этом исследовании используются технические требования к конструкции ферм MPC Канадского института решетчатых пластин (2014 г.), в дополнение к уравнению, предложенному в Lewis et al. (2006) по моменту подключения мощности.

Совместные расчеты несущей способности включают определение несущей способности стального листа, деревянного элемента и взаимодействия между ними в соответствующих направлениях (Институт решетчатых ферм, 2007 г .; Институт решетных ферм Канады, 2014 г.). В случае стержневой рамы возможности соединения двух опор с помощью гвоздей оцениваются на основе расчетных значений без учета факторов и уравнений из Справочника по дизайну древесины Канады (Канадский совет по древесине / Канадская ассоциация стандартов, 2010).В зависимости от направления нагрузки, необходимые расчеты опорной способности включают в себя сопротивление выдергиванию гвоздя и поперечное сопротивление.

Уравнения пропускной способности кода обычно включают коэффициенты сопротивления материала, которые не учитываются в этом анализе постоянного тока. Уравнение из исследования Lewis et al. (2006) не включает факторы сопротивления, но обсуждение и результаты испытаний их исследования показали, что предложенное уравнение было скорректировано с учетом коэффициента безопасности, равного 1.5. Этот запас прочности исключен в текущем анализе. Примеры расчетов пропускной способности и примечания, включая соответствующие кодовые уравнения и пункты, для всех требуемых режимов совместной пропускной способности, предоставлены Стивенсоном (2017). Для справки, на Рисунке 7 показаны соединения и элементы фермы, помеченные в соответствии с условными обозначениями, используемыми в анализе, а на Рисунке 9 показано, что это для смоделированного домкрата для стропил.

Результаты спроса и мощности

Отдельные таблицы результатов максимального спроса и минимальной мощности приведены Стивенсоном (2017).В данной статье предельные отношения D / C для каждого элемента моделей фермы и стропила показаны в таблицах 3 и 4 соответственно. «Уязвимые» элементы — те, у которых отношение D / C ближе всего к 1 — выделены жирным шрифтом. Соединения со значениями D / C «N / A» либо развивают сжатие в результатах модели, либо содержат элементы, которые являются непрерывными и, следовательно, передают нагрузку через элемент, а не соединение. Результаты из таблицы 3 также схематично показаны на рисунке 10. Как видно, отношения D / C для элементов и соединений сильно различаются по всей ферме.

Таблица 3 . Соотношения нагрузки и мощности (D / C) и определяющие режимы отказа для смоделированной фермы при подъеме на 3,25 фунта / дюйм (0,57 Н / мм).

Таблица 4 . Соотношения между стержнями и совместными нагрузками (D / C) для смоделированной секции рукояти-рамы при подъеме на 2,17 фунта / дюйм (0,38 Н / мм).

Рисунок 10 . Схема расположения неисправностей в ферме, основанная на результатах анализа потребности в мощности (D / C).

Предварительные результаты, полученные при анализе фермы вальмовой крыши, показывают, что RTWC с опорой на пальцах имеет самую низкую относительную прочность с разницей в 40% при соотношении D / C, равном 0.981 по сравнению со следующим по величине отношением 0,695 в элементе верхнего пояса в сочленении 3. Возможные изменения в пути нагрузки, возможностях элементов, геометрии и допусках фермы могут привести к сдвигам в любом из соотношений D / C; однако, поскольку анализ основан на взятии значений экстремального спроса для элементов каркаса, маловероятно, что отклонения в двух самых низких соотношениях D / C приведут к изменениям в текущих результатах. Ожидается, что RTWC с опорой на пальцы почти всегда выходят из строя первыми в случае плоской фермы.Однако этот вывод не верен в случае, когда ураганные ремни используются в RTWC. В этом случае отношение D / C ремня RTWC урагана составляет 0,470, что снова сравнивается с 0,695 D / C в верхнем поясе. Применение даже самых простых ураганных ремней может привести к повреждению компонентов каркаса фермы.

Результаты показывают, что при том же ветровом подъеме, что и ферма, стропила домкрата также наиболее уязвима при RTWC с опорой на пальцы. Анализ стержневой рамы не включает подъемную способность RTWC с ураганными ремнями.Однако ожидается, что установка перемычек на RTWC приведет к отказу на стыке 1, так как это место имеет относительно высокое отношение D / C. Следующее самое слабое соединение в стыке 2 состоит из семи гвоздей, соединяющих стропило с балкой потолка. Его емкость намного выше — около 5000 Н.

Результаты стержневого каркаса аналогичны результатам анализа фермы по двум причинам. Во-первых, они подтверждают общее ожидание того, что RTWC с опущенными пальцами, вероятно, будет наиболее уязвимым элементом вальмовой крыши на этом склоне.Результаты стержневой рамы также указывают на то, что соединение на коньке крыши является следующим наиболее уязвимым элементом. В обеих ситуациях различия в поведении крыши и параметрах соединения делают возможными другие отказы. Это особенно правдоподобно, если принять во внимание ошибки при строительстве, ухудшение характеристик элементов и устаревшие стандарты проектирования, по которым строились старые дома с каркасным домом.

Ограничения

Настоящий статистический анализ и анализ D / C успешно доказывают гипотезу о том, что разрушения каркаса вальмовых крыш возможны (и распространены), и предполагают некоторые условия, которые могут повлиять на режим, при котором может выйти из строя шатровая крыша с деревянным каркасом.Помимо этого вывода, важно отметить ограничения метода двумерного моделирования. Чтобы понять проблему отказов каркаса в деталях, необходимо разработать трехмерные модели, которые учитывают распределение нагрузки и эффекты обшивки. Из-за отсутствия данных и опубликованной информации, помогающей моделировать соединения металлических пластин и конструкции рам-стержня, было сочтено экономически нецелесообразным проводить подробные трехмерные модели в текущем исследовании.

Дополнительная работа должна также оценить возможные вариации, существующие в компонентах спроса и мощности текущих результатов.На уровне элементов существует множество параметров, которые могут привести к значительному изменению поведения конструкции крыши. Эти параметры связаны с конфигурациями соединений и допусками, изменчивостью свойств древесных материалов и различиями в крепежных изделиях, предоставляемых разными производителями. В более широком масштабе методы проектирования различаются по регионам, компаниям и даже отдельным инженерам, и строительство домов обычно не подлежит тщательному контролю качества. Вероятность ошибок конструкции и различий в конструкции может быть высокой.Эти изменения могут значительно изменить возможные результаты. Понимание отказов каркаса, помимо того, что считается их теоретически возможными, является важным следующим шагом в улучшении строительных норм и правил, а также EF-Scale.

Дополнительное обсуждение наблюдаемых отказов рулевой рамы

Неисправности каркаса крыши, представленные в этой статье, описывают несколько различных случаев и факторов, которые могут привести к уязвимостям каркаса. Результаты анализа D / C подтверждают, что возможна потеря элементов или поверхностей вальмовой крыши с рамной рамой; тем не менее, прогрессирование разрушения больших секций крыши точно не определено.При повторном просмотре данных обследования повреждений и отчета о торнадо в Мур, штат Оклахома (Graettinger et al., 2014), был отмечен дополнительный вид отказа, связанный с корпусом ручки-рамы. Этот режим может указывать на неправильную конструкцию наружного каркаса крыши или на потенциальное влияние каскадных отказов, вызванных разделением нагрузки в конструкциях с рамой на стержнях.

На Рисунке 11, похоже, произошло частичное разрушение каркаса и удаление больших секций крыши. Однако при ближайшем рассмотрении становится очевидно, что балки потолка и потолок под ними целы.Сняты или повреждены только внешние стропила и прикрепленная обшивка. Судя по результатам анализа D / C для каркаса с рамой, этот тип отказа маловероятен из-за относительно прочного соединения между стропильной балкой и потолочной балкой. RTWC и соединение вдоль конька крыши кажутся гораздо более уязвимыми при анализе по сравнению с ранее упомянутым соединением с семью гвоздями. Изображенные на фото отказы могли возникнуть из-за неправильного или отсутствующего крепежа между стропильной балкой и балкой на верхней плите стены или возникли как разрушение верхнего стропильного соединения.Кроме того, системные эффекты могли привести к постепенному, каскадному разрушению соседних стыков, что привело к удалению всех поверхностей крыши после инициирования в одной точке.

Рисунок 11 . Примеры частичного обрыва каркаса, вальмовой крыши с неповрежденными балками перекрытия. (A) Полное снятие внешнего каркаса крыши. (B) Частичное удаление нескольких сторон крыши (источник изображения: доктор Дэвид Преватт).

Как уже упоминалось, анализ D / C для случая стержневой рамы не предсказал, что соединение стропил со стеной будет уязвимым из-за его относительно прочного соединения с балкой потолка.Согласно расчетам несущей способности стропил, соединение стропила с верхней пластиной должно иметь нагрузку 5000 Н, в результате чего соотношение D / C равно 0,2. При более внимательном рассмотрении фотографий можно предположить, что на концах неповрежденных балок были прибиты соединения; однако похоже, что гвоздей было не больше нескольких. Принимая во внимание, что эти дома не были спроектированы по тем же правилам, что и гипотетическая крыша в настоящем исследовании, необходимо изучить региональные нормативные требования к проектированию в США, чтобы определить, предназначены ли эти соединения для включения большего количества гвоздей.

Отказ, показанный на рисунке 11, и многие другие подобные отказы интересны тем, что они объективно классифицируются в пределах DOD-6 для крыш жилых домов; однако это может быть неточным предположением. Это важный момент для дальнейшего изучения, поскольку он может повлиять на уточнения шкалы EF для различных методов проектирования жилых домов или даже предложить новый DOD для структур с рамой из стержней.

Заключение

Наблюдения за повреждениями и статистические оценки, представленные здесь, расширяют текущее понимание отказов крыш жилых домов и вводят ранее неисследованный вид отказов, характеризующийся повреждением компонентов каркаса крыши.Статистические данные о наблюдаемых повреждениях в типовых кварталах из Мур, Оклахома и Джоплина, штат Мичиган, показали, что отказы каркаса могут происходить так же часто, как хорошо изученные режимы отказов RTWC и обшивки при скоростях ветра EF1 и EF2. В то время как дома с шатровой крышей обычно считаются более устойчивыми к ветру, чем дома с двускатной крышей, наблюдения за частичными повреждениями каркаса показывают, что шатровые крыши могут быть более уязвимыми, чем предполагалось ранее.

Разработан метод численного моделирования и анализа для дальнейшего исследования поведения обычных компонентов каркаса вальмовой крыши.И фермы, и каркасные конструкции оцениваются для проведения сравнительного исследования двух методов строительства. Результаты двумерного D / C-анализа для случаев стропильных и рамных рам были использованы для понимания вероятных мест уязвимости в конструкции каркаса и проверки гипотезы обрушения крыши, происходящего внутри конструкции каркаса. Упрощенный метод моделирования «нагрузка-огибающая» и анализ D / C показали возможность определения уязвимых мест в секциях крыши с фермами и рамой при ветровом подъеме.Наблюдательные и численные исследования дали следующие основные результаты:

• В районах, изученных с использованием геолокационных фотографий повреждений, до 56% домов в диапазоне повреждений EF1 – EF3 имели частичные разрушения конструкции крыши.

• Тип конструкции может иметь важные последствия для типа разрушения крыши, которому подвергнется дом. В микрорайонах, где 56% повреждений крыш жилых домов произошло из-за частичного разрушения каркаса крыши, дома оказались более новой конструкции с решетчатым каркасом, с большими следами и крутыми крышами.Другой регион, который показал 33% частичных отказов, — это дома, которые выглядели более старыми, с пологими крышами и каменными стенами. Также отмечается, что некоторые из частичных отказов, наблюдаемых в этом регионе, могли быть связаны со ударами обломков.

• Следует отметить, что на наблюдаемых крутых крышах многие из наблюдаемых отказов произошли асимметрично, то есть одна из больших поверхностей крыши разрушилась, а противоположная осталась нетронутой. В отличие от смоделированной крыши, которая в настоящем анализе подвергается воздействию равномерного подъемного давления, крыши с более крутыми уклонами, вероятно, будут испытывать дисбаланс ветровых нагрузок на наветренной и подветренной сторонах.Влияние изменения уклона крыши, формы плана и направления ветровой нагрузки будет изучено дополнительно, в дополнение к изменениям прочности и жесткости материала на более поздних этапах этого исследования.

• Идентифицирован дополнительный вид отказа, связанный с полным или частичным удалением всей внешней оболочки рам каркасных крыш. Эти отказы предполагают, что стропила, составляющие наклонную часть крыш с решетчатым каркасом, могут не иметь надлежащего крепления на коньке крыши или к балкам перекрытия и стенам под ними.Потеря внешней оболочки кровли из-за этого режима разрушения при осмотре классифицируется как повреждение DOD-6; однако на самом деле это может произойти при более низких скоростях ветра, чем те, которые требуются для отказа RTWC, как показывает текущий анализ D / C. Этот режим отказа требует дальнейшего изучения, и дополнительная статистика его возникновения будет включена в будущую работу.

• При использовании RTWC с опорой на пальцы, фермы MPC при равномерном подъеме, скорее всего, выйдут из строя через RTWC, что приведет к потере всей конструкции каркаса и потолка.Когда поставляются ураганные ремни, начало разрушения может перейти на элементы фермы и соединения (или на обшивку). Было обнаружено, что критические режимы разрушения в ферменной конструкции связаны с моментами элементов и соединений при подъеме. А именно, соединения верхнего пояса (Соединение 3) и горизонтальный элемент верхнего пояса (TC2) в моделируемой ферме оказались относительно уязвимыми, с отношениями D / C 0,70 и 0,66, соответственно, в то время как соотношение D / C RTWC на ​​пальцах ног был равен 1. Требуемый момент в элементах верхнего пояса увеличивается из-за растягивающих осевых сил, наведенных на эти элементы из-за типичного поведения фермы.

• Случай анализа рамок также показал, что RTWC с ограниченными возможностями являются наиболее уязвимым компонентом в двумерном анализе. Отношение D / C RTWC стержневой рамы составляет 1,129 при той же приложенной высоте, что и ферма. Тем не менее, верхнее стропильное соединение также имеет относительно высокое отношение D / C, равное 0,66. Изучение фотографий, сделанных при обследовании повреждений, показало, что разрушенные крыши с решетчатым каркасом могли иметь менее прочные соединения, чем требовалось при проектировании.

• Сравнение двухмерных анализов для случаев стропильных ферм и рам с прямоугольным каркасом позволяет предположить, что крыши с прямоугольным каркасом содержат более уязвимые элементы.При эквивалентном ветровом подъеме D / C RTWC фермы составляет 0,98, в то время как RTWC стропил домкрата с рукоятью составляет 1,12. Это как и ожидалось; тем не менее, влияние распределения нагрузки является важным фактором, особенно для случая с рукоятью, который не рассматривается в данном исследовании.

Авторские взносы

СС — доктор философских наук. студент под совместным руководством Г.К. и А.А. Это исследование является частью работы, выполненной над магистерской диссертацией СС. Гипотеза и подход к работе были разработаны авторами совместно.SS выполнил весь анализ, интерпретировал данные, а также подготовил, оценил и подготовил рукопись для подачи под непосредственным контролем GK и AA. Г.К. и А.А. рекомендовали дизайн анализа, интерпретацию результатов и оценку рукописи для публикации. Авторы соглашаются нести ответственность за все аспекты работы, гарантируя, что вопросы, связанные с точностью или целостностью любой части работы, должным образом исследованы и решены.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта работа финансировалась Канадским советом по естественным наукам и инженерным исследованиям в рамках программы совместных исследований и разработок в сотрудничестве с Chaucer Syndicates Ltd. и Институтом сокращения катастрофических потерь (ICLR). Выражаем признательность за постоянную поддержку со стороны г-на Геро Мишеля (Чосер) и г-на Поля Ковача (ICLR). Авторы также признательны доктору Д. Дэвиду Преватту (Университет Флориды) и Дэвиду Руче (Университет Оберна) за предоставление данных обследования ущерба, ценные предложения и соответствующую литературу, а также Национальному научному фонду (NSF) за оказание финансовой поддержки полевым исследованиям, приведшим к нанесению ущерба. данные опроса.Вышеупомянутые исследования ущерба были поддержаны исследовательским грантом NSF 1150975 и программой грантов NSF RAPID.

Список литературы

Амини, М. О., и ван де Линдт, Дж. У. (2014). Количественное понимание рациональных расчетных скоростей ветра торнадо для деревянных каркасных конструкций жилых домов с использованием подхода хрупкости. J. Struct. Англ. 140. doi: 10.1061 / (ASCE) ST.1943-541X.0000914

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Канадская ипотечная и жилищная корпорация.(2014). Канадское деревянное каркасное домостроение , 3-е изд. Канада: Правительство Канады.

Google Scholar

Канадская комиссия по строительным и противопожарным нормам. (2010). Национальный строительный кодекс Канады , 13-е изд. Оттава: Национальный исследовательский совет Канады.

Google Scholar

Канадский совет по древесине / Канадская ассоциация стандартов. (2010). Руководство по деревянному дизайну: Полный справочник по деревянному дизайну в Канаде . Оттава, Онтарио: Канадский совет по древесине.

Google Scholar

Гаванский Э., Копп Г. А. (2017). Оценка уязвимости повреждений примыкания кровли к стене каркасных домов при сильном ветре. J. Risk Uncertainty Eng. Syst. 3. DOI: 10.1061 / AJRUA6.0000916

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Graettinger, A.J., Ramseyer, C.C., Freyne, S., Prevatt, D.O., Myers, L., Dao, T., et al. (2014). Оценка ущерба от торнадо после торнадо Мура 20 мая 2013 г. .Таскалуса, штат Алабама: Университет Алабамы.

Google Scholar

Хендерсон Д. Дж., Моррисон М. Дж. И Копп Г. А. (2013). Реагирование прибитых гвоздями соединений крыши к стене на экстремальные ветровые нагрузки при полномасштабной шатровой крыше с деревянным каркасом. Eng. Struct. 56, 1474–1483. DOI: 10.1016 / j.engstruct.2013.07.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Институт исследований в строительстве. (2009). Оценочный лист CCMC 11996-L: MT-20 и MII-20 .Оттава, Онтарио: Национальный исследовательский совет Канады.

Google Scholar

Копп Г. А., Хонг Э., Гавански Э., Стедман Д. и Силлс Д. М. (2016). Оценка скорости ветра на основе наблюдений за ущербом от торнадо в Ангусе (Онтарио) 17 июня 2014 г. Can. J. Civil Eng. 44, 37–47. DOI: 10.1139 / cjce-2016-0232

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Копп Г. А., Моррисон М. Дж. И Хендерсон Д. Дж. (2012). Натурные испытания малоэтажных жилых домов при реалистичных ветровых нагрузках. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 104–106, 25–39. DOI: 10.1016 / j.jweia.2012.01.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Льюис, С. Л., Мейсон, Н. Р., Крамер, С. М., Верт, Д. К., О’Реган, П. Дж., Петров, Г. и др. (2006). «Расчет металлических пластин, соединенных стыками деревянных ферм на момент», в 9-я Всемирная конференция по деревообрабатывающей промышленности (Портленд, штат Орегон). Доступно по адресу: http://support.sbcindustry.com/Archive/2006/aug/Paper_322.pdf

Google Scholar

Мичем, Д.(1992). Повышенная эффективность вальмовых крыш при сильном ветре — пример из практики. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 43, 1717–1726. DOI: 10.1016 / 0167-6105 (92)-V

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мичем Д., Сарри Д. и Давенпорт А. Г. (1991). Величина и распределение ветровых нагрузок на вальмовые и двускатные крыши. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 38, 257–272. DOI: 10.1016 / 0167-6105 (91) -Y

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мехта, К.С. (2013). Разработка шкалы EF для интенсивности торнадо. J. Disaster Res. 8, 1034–1041. DOI: 10.20965 / jdr.2013.p1034

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Моррисон, М. Дж., И Копп, Г. А. (2011). Выполнение соединений «палец-гвоздь» при реалистичной ветровой нагрузке. Eng. Struct. 33, 69–76. DOI: 10.1016 / j.engstruct.2010.09.019

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Prevatt, D.O., Coulbourne, W., Graettinger, A.J., Pei, S., Гупта, Р., и Грау, Д. (2013). Джоплин, Миссури, Торнадо от 22 мая 2011 г .: Обследование структурных повреждений и аргументы в пользу устойчивых к торнадо строительных норм . Рестон, Вирджиния: Американское общество инженеров-строителей.

Google Scholar

Prevatt, D.O., van de Lindt, J. W., Graettinger, A.J., Coulbourne, W., Gupta, R., Pei, S., et al. (2011). Исследование повреждений и будущее направление структурного проектирования после торнадо Таскалуса 2011 года . Гейнсвилл, Флорида: Университет Флориды.

Google Scholar

Ramseyer, C., Floyd, R., Holliday, L., and Roswurm, S. (2014). «Влияние систем крепления поперечной нагрузки на повреждение и живучесть жилых конструкций, пострадавших от торнадо в Мур, Оклахома, 20 мая 2013 г.» в Proceedings of the Structures Congress 2014 (Boston, MA: ASCE), 1484–1507.

Google Scholar

Симмонс, К. М., Ковач, П., Копп, Г. А. (2015). Снижение ущерба от торнадо: анализ выгод и затрат улучшенных строительных норм и правил в Оклахоме. Клим. Soc. 7, 169–178. DOI: 10.1175 / WCAS-D-14-00032.1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Спаркс, П. Р., Шифф, С. Д., и Рейнхольд, Т. А. (1994). Повреждение ограждающих конструкций домов ветром и последующие страховые убытки. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 5, 145–155. DOI: 10.1016 / 0167-6105 (94)

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стандохар-Альфано, К. Д., и ван де Линдт, Дж. У. (2016). Анализ риска торнадо для повреждения деревянных каркасных крыш жилых домов в Соединенных Штатах. J. Struct. Англ. 142. DOI: 10.1061 / (ASCE) ST.1943-541X.0001353

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стивенсон, С. А. (2017). Анализ разрушения каркаса деревянных каркасных крыш жилых домов при ветровой нагрузке . Дипломная работа. Лондон, Онтарио: Университет Западного Онтарио.

Google Scholar

Инженерно-строительный институт. (2010). ASCE 7-10 Минимальные расчетные нагрузки для зданий и других конструкций . Рестон, Вирджиния: Американское общество инженеров-строителей.

Google Scholar

Институт анкерных плит. (2007). Национальный стандарт проектирования деревянных ферм, соединенных металлическими пластинами . Александрия, Вирджиния: Американский национальный институт стандартов (ANSI).

Google Scholar

Канадский институт анкерных плит. (2014). Процедуры проектирования и спецификации ферм для деревянных ферм, соединенных с легкими металлическими пластинами . Брэдфорд, ON: TPIC.

Google Scholar

ван де Линдт, Дж. У., Пей, С., Дао Т., Греттингер А., Преватт Д. О., Гупта Р. и др. (2013). Философия дизайна торнадо, основанная на двойной цели. J. Struct. Англ. 139, 251–263. DOI: 10.1061 / (ASCE) ST.1943-541X.0000622

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Центр ветроэнергетики и инженерии. (2006). Рекомендация по усовершенствованной шкале Fujita . Лаббок, Техас: Техасский технический университет.

Google Scholar

Проверка оборудования для обеспечения безопасности крыши для специалистов по страхованию

Веб-сайт AdjusterZone состоит из различных веб-страниц, которыми управляет AdjusterZone.Веб-сайт AdjusterZone предлагается вам при условии вашего согласия без изменения положений, условий и уведомлений, содержащихся в данном документе. Использование вами веб-сайта AdjusterZone означает ваше согласие со всеми такими условиями и уведомлениями. Если вы загружаете какое-либо приложение или программное обеспечение AdjusterZone из Apple App Store или других сайтов загрузки, вы соглашаетесь с тем, что положения и условия с этого сайта будут применяться и включены в настоящее описание посредством ссылки.

AdjusterZone оставляет за собой право изменять условия и уведомления, в соответствии с которыми предлагается веб-сайт AdjusterZone, включая, помимо прочего, сборы, связанные с использованием веб-сайта AdjusterZone.

Веб-сайт AdjusterZone может содержать ссылки на другие веб-сайты («Связанные сайты»). Связанные сайты не находятся под контролем AdjusterZone, и AdjusterZone не несет ответственности за содержимое любого Связанного сайта, включая, помимо прочего, любую ссылку, содержащуюся на Связанном сайте, или любые изменения или обновления Связанного сайта. AdjusterZone не несет ответственности за веб-трансляцию или любую другую форму передачи данных, полученную с любого Связанного сайта. AdjusterZone предоставляет вам эти ссылки только для удобства, и включение любой ссылки не означает одобрения сайта AdjusterZone или какой-либо связи с его операторами.

В качестве условия использования вами веб-сайта AdjusterZone вы гарантируете AdjusterZone, что вы не будете использовать веб-сайт AdjusterZone для любых целей, которые являются незаконными или запрещенными настоящими условиями и уведомлениями. Вы не можете использовать веб-сайт AdjusterZone каким-либо образом, который может повредить, отключить, перегрузить или нанести ущерб веб-сайту AdjusterZone или помешать любому другому лицу использовать и пользоваться веб-сайтом AdjusterZone. Вы не можете получать или пытаться получить какие-либо материалы или информацию любыми способами, которые не были намеренно предоставлены или предусмотрены через веб-сайты AdjusterZone.

Информация, программное обеспечение, продукты и услуги, включенные или доступные через веб-сайт AdjusterZone, могут содержать неточности или типографские ошибки. Информация в этом документе периодически изменяется. AdjusterZone и / или его поставщики могут вносить улучшения и / или изменения на веб-сайт AdjusterZone в любое время. На рекомендации, полученные через веб-сайт AdjusterZone, не следует полагаться при принятии личных, медицинских, юридических или финансовых решений, и вам следует проконсультироваться с соответствующим специалистом для получения конкретных рекомендаций, адаптированных к вашей ситуации.
AdjusterZone и / или его поставщики не делают никаких заявлений относительно пригодности, надежности, доступности, своевременности и точности информации, программного обеспечения, продуктов, услуг и связанной графики, содержащихся на веб-сайте AdjusterZone, для каких-либо целей. В максимальной степени, разрешенной применимым законодательством, вся такая информация, программное обеспечение, продукты, услуги и связанная графика предоставляются «как есть» без каких-либо гарантий или условий. AdjusterZone и / или его поставщики настоящим отказываются от всех гарантий и условий в отношении этой информации, программного обеспечения, продуктов, услуг и связанной графики, включая все подразумеваемые гарантии или условия товарной пригодности, пригодности для определенной цели, права собственности и ненарушения прав.В максимальной степени, разрешенной применимым законодательством, AdjusterZone и / или его поставщики ни в коем случае не несут ответственности за любые прямые, косвенные, штрафные, случайные, особые, косвенные убытки или любые убытки, включая, помимо прочего, убытки за потерю возможности использования, данные или прибыль, возникающие в результате или каким-либо образом связанные с использованием или производительностью веб-сайта AdjusterZone, с задержкой или невозможностью использования веб-сайта AdjusterZone или связанных услуг, предоставления или отказа в предоставлении услуг или любой информации, программное обеспечение, продукты, услуги и связанная графика, полученные через веб-сайт ridge top или иным образом возникшие в результате использования веб-сайта AdjusterZone, будь то на основании контракта, деликта, небрежности, строгой ответственности или иным образом, даже если AdjusterZone или любой из ее поставщиков были уведомлены о возможности повреждений.Поскольку в некоторых штатах / юрисдикциях не допускается исключение или ограничение ответственности за косвенный или случайный ущерб, указанное выше ограничение может не применяться к вам. Если вы недовольны какой-либо частью веб-сайта AdjusterZone или любыми из этих условий использования, вашим единственным и исключительным средством правовой защиты является прекращение использования веб-сайта AdjusterZone.

AdjusterZone оставляет за собой право по собственному усмотрению прекратить ваш доступ к веб-сайту AdjusterZone и связанным услугам или любой их части в любое время без предварительного уведомления.В максимальной степени, разрешенной законом, это соглашение регулируется законами штата Техас, США, и вы тем самым соглашаетесь с исключительной юрисдикцией и местом проведения судов в округе Харрис, штат Техас, США, по всем спорам, возникающим из или в связи с использование веб-сайта AdjusterZone. Использование веб-сайта AdjusterZone запрещено в любой юрисдикции, в которой не применяются все положения настоящих условий, включая, помимо прочего, этот параграф. Вы соглашаетесь с тем, что между вами и AdjusterZone не существует совместных предприятий, партнерских отношений, трудовых или агентских отношений в результате этого соглашения или использования веб-сайта AdjusterZone.Выполнение этого соглашения с помощью AdjusterZone регулируется действующими законами и юридическим процессом, и ничто, содержащееся в этом соглашении, не умаляет права AdjusterZone выполнять правительственные, судебные и правоохранительные запросы или требования, касающиеся использования вами веб-сайта AdjusterZone или информации, предоставленной для или собраны AdjusterZone в отношении такого использования. Если какая-либо часть этого соглашения будет признана недействительной или не имеющей исковой силы в соответствии с применимым законодательством, включая, помимо прочего, отказ от гарантий и ограничения ответственности, изложенные выше, то недействительное или неисполнимое положение будет считаться замененным действующим, имеющим исковую силу положением. что наиболее точно соответствует замыслу первоначального положения, а остальная часть соглашения остается в силе.Если иное не указано в настоящем документе, это соглашение представляет собой полное соглашение между пользователем и AdjusterZone в отношении веб-сайта AdjusterZone и заменяет собой все предыдущие или одновременные сообщения и предложения, будь то электронные, устные или письменные, между пользователем и AdjusterZone в отношении AdjusterZone. Веб-сайт. Печатная версия этого соглашения и любого уведомления, предоставленного в электронной форме, допустима в судебных или административных разбирательствах, основанных на настоящем соглашении или относящихся к нему, в той же степени и на тех же условиях, что и другие деловые документы и записи, изначально созданные и поддерживаемые. в печатном виде.Стороны выражают явное желание, чтобы настоящее соглашение и все связанные с ним документы были составлены на английском языке.

: Клиент подтверждает, что с ним могут связываться AdjusterZone и / или партнеры по ресурсам AdjusterZone по электронной почте, касающиеся заказов или рекламных акций.

Все права на все содержимое веб-сайта AdjusterZone и / или его поставщиков защищены.

Расчет площади шатровой крыши калькулятором. Расчет вальмовой крыши. Равномерное расстояние между рейками

Вальмовые крыши становятся все более популярными среди владельцев частных домов.В этом нет ничего удивительного, так как такая схема будет отличаться рядом неоспоримых преимуществ эксплуатационного имущества, а кроме того, очень оригинально смотрится, придавая дому особую эстетичность.

Некоторых домовладельцев своими руками может напугать тот факт, что стропильная система вальмовой крыши выглядит слишком сложной. Да, конечно, не так просто, как обычная двускатная крыша. Тем не менее, эта стропильная система полностью подчиняется законам геометрии, и произвести предварительный расчет по ней вполне возможно.Установка, конечно, потребует некоторого опыта столярных работ, но с хорошими помощниками, а еще лучше — с квалифицированным консультантом вы сможете взяться за это масштабное мероприятие.

Укажите требуемые значения и нажмите кнопку «Рассчитать высоту конька h»

Половина ширины дома d (метры)

Планируемый уклон крыши α (градусы)

Так как предполагается, что угол наклона боковых и вальмовых откосов будет одинаковым, то длина центральных стропил также должна совпадать.А это, в свою очередь, означает, что края коньковой балки должны располагаться от торцевых стен дома на том же расстоянии, что и сама балка от параллельных ей стен.

1 — мауэрлат

2 — гребной ход.

3 — стропила боковые центральные

4 — центральные вальмовые стропила, по длине равные центральным боковым.