Расчетная схема стропильной системы: Расчет стропильной системы и обрешетки. Общие положения

Содержание

правила и примеры. Как сделать расчет стропильной системы

Сентябрь 18 • Ремонтные и строительные работы • Просмотров 2734 • 1 комментарий к записи Расчет стропильной системы: правила и примеры

Крыша и коробка дома являются двумя взаимодополняющими конструкциями, которые отвечают за прочность, надежность и долговечность здания. Строительство крыши немыслимо без возведения стропильной системы – каркаса из досок и брусьев, на котором закреплены слои кровельного пирога. Чтобы построить прочную крышу, надо правильно рассчитать стропильную систему и подобрать подходящие для нее элементы. Именно это и вызывает большинство сложностей при возведении дома. В этой статье мы постарались затронуть все нюансы, связанные с этой задачей.

Содержание

Виды нагрузок
- Нагрузка ветра и снега
- Нагрузка крыши
- Сечение стропил
Расчет стропильной системы
- Односкатная крыша
- Расчет стропильной системы двухскатной крыши
- Четырехскатная крыша
Стропильная система: фото

Виды нагрузок

Стропильный каркас отвечает за жесткость крыши и равномерно распределяет нагрузку пирога по внешним и внутренним опорам. От правильного расчета зависит прочность и надежность кровли, а также ее способность сопротивляться различным воздействиям. Воздействий этих довольно много, начиная от веса всех материалов, уложенных на стропила, заканчивая внешними факторами.

Для расчета стропильной системы крыши следует учитывать все нагрузки, оказываемые на конструкцию. Только после этого можно найти оптимальные параметры и подобрать элементы, способные выдерживать суммарные воздействия этих нагрузок. Но следует брать во внимание, что схема расчетов каждый раз получается «идеализированной». Это значит, что крыша испытывает равномерно распределенную нагрузку, а на самом деле все происходит совсем не так – где-то снега нападало больше, с какой-то стороны ветер дует сильнее и т.д.

Нагрузки на стропильную систему:

Переменные – снег, ветер, град и другие погодные явления.
Регулярные – вес кровельных материалов и оборудования, установленного на крыше.
Нетипичные (особые) – ураганные ветры, сейсмические толчки.

Все расчеты нагрузок описаны в соответствующих СНиП, поэтому в процессе работы следует постоянно сверяться с утвержденной документацией. То же самое касается определение оптимального угла наклона кровли, шага стропил и выбора материалов. После составления подробной схемы с учетом всех требуемых параметров можно сделать корректировку и приступать к монтажу.

Нагрузка ветра и снега

Ветровая нагрузка может серьезно навредить неправильно сконструированной крыше. То же самое касается большого количества снега, скопившегося на поверхности. Избежать неприятностей поможет верно подобранный угол наклона скатов.

Чтобы определить степень снеговой нагрузки в горизонтальной проекции, воспользуйтесь следующей формулой: S=Sg* µ.

Sg – вес снега на 1 м² площади, а µ — коэффициент зависимости от угла наклона. Так, для крыш с уклоном менее 25° он будет составлять 1,0, для крыш с уклоном от 25° до 60°коэффициент будет равен 0,7, а для очень крутых скатов больше 60° вообще можно не учитывать снеговую нагрузку – снег на такой поверхности просто не сможет удержаться.

Для нахождения ветровой нагрузки используйте другую формулу: W=Wₒ*k.

Wₒ здесь является нормативным значением, которое можно подобрать в зависимости от ветрового района (указано в СНиП), а k – это коэффициент, определяющий зависимость силы ветра от высоты дома и его месторасположения. Проследить эту зависимость можно по таблице ниже:

Если угол наклона кровли составляет больше 30°, в расчет стропильной системы следует внести поправку на ветер. Также для расчета нужно знать постоянное направление ветра в местности, где строится дом.

Ветер в зависимости от угла наклона крыши будет стремится либо приподнять ее, либо опрокинуть, так что в обоих случаях крепить стропила к опорному брусу следует очень прочно. Способы монтажа также будут отличаться в зависимости от воздействия ветра. Но что можно с уверенностью сказать, так чем крыша тяжелее, тем лучше – с тяжелой конструкцией ветер будет не в состоянии справиться.

Приведем пример расчета снеговой и ветровой нагрузки на крышу дома, строящегося в средней полосе России, скажем, в Подмосковье. Следовательно, чтобы посмотреть расчетные значения, понадобится СНиП 2.01.07-85 о «Нагрузках и воздействиях». Угол наклона скатов составляет 22°. Поскольку дом находится в третьем снеговом регионе, расчетная нагрузка для него будет составлять 180 кг/м², а коэффициент зависимости – 1,0. Умножаем друг на друга эти два значения и получаем снеговую нагрузку в 180 кг/м². Если коэффициент скатной кровли будет меньше, скажем, 0,7, то и нагрузка уменьшится до 126 кг/м².

Важный момент: В случае образования снежного сугроба на крыше нагрузка увеличивается до 400-500 кг/м².

Что касается ветровой нагрузки для нашего дома в Подмосковье, то для этого региона она составляет 32 кг/м².Допустим, площадь дома 10 м², тогда вычислить степень воздействия ветра очень просто: 32*0,65=20,8 кг/м².

Нагрузка крыши

Рассчитывать стропильную систему крыши нужно с учетом всех материалов, которые вы будете укладывать на нее: гидроизоляцию, утеплитель, элементы вентиляционной системы, кровельный материал, оборудование и т. д. Выбор кровельного материала зависит от угла наклона скатов и напрямую влияет на требования к прочности составляющих стропильной системы.

Вес распространенных кровельных материалов на 1 м²:

керамочерепица – 35-50 кг;
цементная черепица – 40-50 кг;
шифер – 10-15 кг;
битумная черепица – 8-12 кг;
битумный шифер – 4-6 кг;
профнастил и металлочерепица – 4-5 кг.

Черновой настил для слоев кровельного пирога весит от 18 до 20 кг/ м², обрешетка – от 8 до 10 кг/ м², а вся стропильная система дает нагрузку от 15 до 20 кг/ м². Суммируйте все эти данные и вы поймете, что на стены дома и фундамент крыша оказывает нешуточное давление. К слову, если дом построен на облегченном фундаменте или имеет некрепкие стены, то о крыше, покрытой, например, керамической или цементной черепицей не может быть и речи.

Полезный совет: Многие продавцы кровельных материалов делают акцент на легкости изделий, дескать, это позволит сэкономить на стропильной системе, построив ее из более тонких и дешевых элементов.

Но мы с вами уже знаем, что чем крыша тяжелее, тем сложнее ветру ее опрокинуть или оторвать, поэтому не стоит слепо верить подобным доводам.

Сечение стропил

Как вы уже поняли, выбирать сечение (толщину) стропил следует в зависимости от нагрузки на крышу, точнее, суммы всех перечисленных выше нагрузок. При строительстве двускатной или четырехскатной кровли используется множество различных элементов. Длина стандартных стропил может варьироваться от 4,5 до 6 м. При необходимости их можно укоротить или нарастить.

Прежде чем выбрать сечение бруса, нужно знать длину стропил, шаг их установки и нагрузку на них. В таблице ниже приведены необходимые данные для расчета кровельной системы. Однако эти значения подходят лишь для Московской области и учитывают климатические особенности именно этого региона.

Но «скелет» крыши состоит не только из стропил – в нем есть опорный брус (мауэрлат), подкосы, ригели и много других элементов. Ниже представлены рекомендуемые сечения для каждого из них:

мауэрлат самый мощный элемент системы, поэтому для него нужно большое сечение в 100х100 мм, 100х150 мм или 150х150 мм;
прогоны также выполняют поддерживающую функцию и должны быть прочными – 100х100 мм, 100х150 мм либо 100х200 мм;
ендовы и диагональные стропильные ноги – 100х200 мм;
подкосы и ригели – 100х150 мм или 150х150 мм;
подшивочные доски – 25х100 мм;
затяжки – 50х150 мм.

Когда выбрана длина, толщина и шаг расположения стропил, можно определить их количество. Делать это нужно, ориентируясь на длину дома. В процессе проектирования также надо делать расчет на прогиб, соотнося нагрузку на стропила и возможный прогиб деревянных элементов под ней. Для стропильной системы мансардной крыши прогиб не будет превышать 1/250 часть от длины сегмента, на который оказывается давление.

Иными словами, пятиметровые стропила прогнутся максимум на 2 см. При увеличении длины или нагрузки крыша может деформироваться.

Рекомендации для выбора брусьев на стропила:

На 1 погонном метре материала не должно быть больше 3 сучков длиной до 3 см (если сучок больше, то стропило будет слабым).
Допустимо присутствие несквозных трещин, но только если они не превышают половины длины всего бруса.
Древесина должна быть хорошо просушенной. Допустимый уровень влажности брусьев составляет 18% и меньше. Если построить стропильную систему из сырых элементов, очень скоро она деформируется.

Полезный совет: Перед монтажом конструкции стропильной системы обязательно обработайте каждый деревянный элемент антисептическим и антипиренным средством. Делать это надо до установки, а не после.

Расчет стропильной системы

Расчет стропильной системы будет зависеть, в первую очередь, от конструктивных особенностей крыши и ее типа: односкатная, двускатная, вальмовая и т.д. В этой главе мы рассмотрим особенности расчета для самых распространенных видов крыш.

Односкатная крыша

Односкатная крыша очень проста в исполнении и сделать для нее расчет стропил не составит особого труда. Однако самым большим недостатком такой конструкции является ее сильная подверженность снеговым и ветровым нагрузкам. На большой пологой площади будет постоянно собираться много снега, поэтому стропильная система должна быть достаточно мощной. Особенно это касается тех случаев, если вы не сможете регулярно чистить крышу. Быть может, в подобной ситуации стоит задуматься о выборе другого вида крыши, например, самой простой двускатной.

Небольшой угол наклона односкатной крыши требует не только мощного каркаса, но также использования усиленной гидроизоляции из-за высокого риска возникновения протечек.

Чтобы сделать расчет стропильной системы односкатной крыши, сперва нужно задать угол наклона (от чего он зависит, мы уже выяснили в предыдущей главе). Для создания необходимого уклона следует организовать правильный перепад по высоте – расположить опоры соответствующей высоты.

Длина перекрываемого пролета определяет сложность стропильной системы:

Для перекрытия небольшой длины можно использовать только стропильные ноги.
При длине пролета от 4,5 до 6 м необходимо установить подкосы в нижней части ската.
Чтобы закрыть пролет длиннее 6,5 м, понадобятся вертикальные стойки – они не дадут крыше прогнуться под нагрузками.

Приведем пример расчета каркаса односкатной крыши для гаража площадью 4х5 м с уклоном 25°. Сначала надо узнать высоту крыши, чтобы понять, настолько поднимать одну из несущих стен гаража. Для этого умножим тангенс уклона на длину боковой стены: tg25*5=2.35 м.

Чтобы найти длину стропильной ноги, делим высоту крыши на синус уклона и к полученному результату прибавляем двойную длину свеса: 2,35/sin25+2*0,5=6,6 м.

Расчет стропильной системы двухскатной крыши

Двускатная крыша пользуется популярностью на протяжении тысячелетий, и даже сегодня при обилии дизайнерских решений многие предпочитают этот классический вариант. Объяснить это можно не только эстетической привлекательностью, но также простотой возведения и практичностью конструкции.

Уклон стропильной системы двухскатной крыши может варьироваться от 5° до 90° в зависимости от климатической зоны и регулярных нагрузок. Конечно, дизайнерские предпочтения здесь также играют не последнюю роль. Если вы строите дом в благоприятной климатической зоне, где нет сильных ветров и снегопадов, но хотите украсить жилище остроконечной крышей, никто не может запретить вам это сделать. Самым распространенным вариантом являются крыши с уклоном от 35° до 45°. Они не загораживают обзор, лаконично вписывают дом в природный ландшафт и оставляют достаточно свободного пространства на чердаке.

Устройство стропильной системы такой кровли отличается в плане использования опоры для стропил. Они могут быть висячими или наслонными. Первые используют в тех случаях, если расстояние между опорами не превышает 6-6,5 м. Наслонные элементы актуальны для сооружений, в которых есть несущая центральная стена или внутренние столбчатые опоры.

После определения суммированной нагрузки на 1 м² системы (ветер, снег, вес кровельного пирога и т.д.), можно определить сечение стропил. Чтобы облегчить задачу, разбейте крышу на несколько геометрических фигур, например, на 2 трапеции скатов. Вычислите нагрузку для каждого из них и сложите результаты. Тот же принцип можно использовать для расчета стропильной системы четырехскатной крыши.

Четырехскатная крыша

Конструкции четырехскатных крыш бывают нескольких видов, но самыми популярными являются шатровые и вальмовые. Шатровые крыши состоят из 4 треугольников, верхние углы которых сводятся в один коньковый узел. Кровли вальмового типа представляют собой 2 трапеции, соединенных коньковой балкой по верхним граням и 2 треугольника по бокам. Есть также ломаные кровли со сложным строением, но рассчитать для них стропильный каркас можно только при наличии большого опыта и квалификации.

Вальмовая кровля лучше всего подходит для жилых домов, поскольку позволяет создать довольно просторное чердачное помещение. Его можно утеплить и превратить в жилую комнату: спальню, кабинет или мастерскую. Однако расчет вальмовой стропильной системы требует терпения и времени.

Специальные таблицы существенно облегчают задачу. Так, на изображении ниже показаны коэффициенты зависимости длины угловых и промежуточных стропил от угла наклона скатов.

При помощи таблиц зависимости сечения, ветровой нагрузки, массы кровельного материала можно довольно быстро собрать всю необходимую информацию для вашего проекта. Геометрические параметры и площадь крыши измеряются квадратными метрами.

Если вы не имеете опыта или не уверены в своих математических способностях, лучше воспользоваться онлайн калькулятором или одной из специальных программ для расчета стропильной системы. В последнем случае вам надо лишь ввести нужные данные, а программа сделает все вычисления и сгенерирует результат. Ошибки таким образом сводятся к минимуму. Ниже вы найдете видео о расчете стропильной системы с помощью одной из таких программ:

Высота крыши (h) и дистанция между центром основания и ближайшим ее краем (b\2) соответствует тангенсу уклона (tg α). Так, зная угол наклона ската, можно найти высоту по формуле: h=(b*tg α)\2.

Зная косинус угла наклона, можно найти и длину боковых стропил (e): e=b\(2 cos α).

Для нахождения длины вальмовых стропил (d) пригодится теорема Пифагора:

Учитывайте, что диагональные стропила длиннее обычных и на них будут опираться более короткие элементы, поэтому важно обеспечить их прочность и жесткость. Это можно сделать, выбрав более твердую древесину и проведя правильное наращивание брусьев при необходимости.

Расчеты и проектирование являются колоссально трудоемкой и ответственной задачей, будь то стропильная система двухскатной простой крыши, вальмовой или шатровой. Чтобы правильно выполнить задачу, необходимо четко понимать, для чего нужен каждый элемент и как «чувствует» себя крыша в процессе эксплуатации. Если вы сомневаетесь, что справитесь, лучше потренироваться на создании стропил для гаража или беседки, а потом переходить к жилому дому. Также можно воспользоваться услугами специалистов – экономить на строительстве можно, но только не за счет проектирования. Чтобы облегчить вам задачу, мы подготовили несколько схем стропильных систем.

Стропильная система: фото

« Как сделать лестницу в частном доме Профильный трубогиб своими руками »

4.

Расчет стропил

В тех случаях, когда панели ферм имеют значительную длину (более двух метров) и расстояние между прогонами велико (это бывает как в треугольных, так и в полигональных фермах), в состав покрытия вводят дополнительный конструктивный элемент – стропильные ноги (стропила).

Рис. 7. Расчетная схема стропильной ноги

Стропила укладывают по прогонам на расстоянии от 0,7 до 1,5 м, причем в каждом пролете прогона должно быть не менее 4-5 стропил (шаг стропил, назначаемый проектировщиком, обозначен на рис. 8. буквой «с»). Поперечное сечение стропил – брус.

Непосредственно по стропильным ногам укладывают настил, расчетный пролет которого существенно сокращается, так как он делается равным расстоянию между стропильными ногами.

Расчетная схема стропильной ноги.Стропила рассчитывают как наклонные, свободно лежащие однопролетные балки (рис. 7.). Расчетный пролет принимают равным расстоянию между прогонами, измеренному по скату кровли (влиянием неразрезности стропильных ног можно пренебречь).

Расчетная вертикальная нагрузка должна быть разложена на две составляющие: нормальную к оси стропильной ноги и параллельную скату кровли, Этой последней составляющей при углах наклона кровли менее 30^опренебрегают.

Для нахождения погонной нагрузки на стропильную ногу вводят понятие ее грузовой площади. Грузовая площадь – участок общей площади кровли с которого нагрузка считается действующей только на рассчитываемую стропильную ногу (рис. 8.)

Рис. 8. Фрагмент плана покрытия здания, определение

грузовой площади стропильной ноги

Определим погонную нагрузку на стропильную ногу, с учетом того обстоятельства, что ширина грузовой площади (как это видно из рис. 8.) равна шагу стропильных ног – с.

Тогда нормативная погонная нагрузка на стропильную ногу от действия собственного веса:

где — собственный вес одного погонного метра стропильной ноги,

— нормативная нагрузка на 1 м²от собственного веса кровли (таблица 1).

Расчетная погонная нагрузка от действия собственного веса:

где — расчетная нагрузка на 1 м²от собственного веса кровли (таблица 1).

Расчетная погонная нагрузка от веса снега:

Нормативная погонная нагрузка от веса снега:

Расчет по прочности стропильной ноги, работающей на поперечный изгиб, проводят по формуле:

где — изгибающие напряжения ,

— максимальный изгибающий момент от действия

расчетных нагрузок,

— момент сопротивления поперечного сечения .

Максимальный изгибающий момент для расчетной схемы, приведенной на рис. 7. легко определить как:

где q иp– соответствующие расчетные погонные нагрузки на стропильную ногу,

– пролет стропильной ноги.

Расчет по деформациям (на прогиб)проводят на действие нормативных погонных нагрузок по формуле:

где — момент инерции поперечного сечения стропильной ноги, а предельное значениепринимается равным 1/200 от.

Различные варианты конструкций прогонов приведены в [1]. В настоящем пособие подробно рассматривается расчет неразрезного прогона. Неразрезные прогоны являются основным решением многопролетных прогонов в покрытиях по несущим деревянным конструкциям (фермам). Выполняются они из двух досок, которые для обеспечения совместной работы ставятся рядом и скрепляются между собой по всей длине гвоздями.

Верхние пояса ферм, на которые непосредственно опираются прогоны, расположены не горизонтально, а под некоторым углом к горизонту. Поэтому поперечное сечение прогона, если не принять соответствующих конструктивных мер, будет расположено под тем же углом к вертикальной плоскости, в которой действуют все нагрузки. В этом случае прогон будет испытывать косой изгиб (рис. 9.), что вызовет резкое увеличение необходимых размеров поперечного сечения.

Рис. 9. Косой изгиб прогона

Чтобы избежать перерасхода древесины, применяют:

а) установку прогонов в вертикальной плоскости;

б) специальные конструктивные элементы, воспринимающие составляющие нагрузок, направленные вдоль ската кровли (скатные составляющие).

Установка прогонов в вертикальной плоскости дает возможность полно использовать древесину. Такая установка достигается в треугольных фермах, где угол наклона верхнего пояса велик (обычно tga=0.4 иa=22^о), при помощи специальных прокладок (рис. 10,а) и в полигональных фермах, где угол наклона верхнего пояса мал (обычноtga=0.1 иa=6^о), подрезкой верхнего пояса (рис. 10,б).

Рис. 10. Установка прогонов в вертикальной плоскости:

а — для треугольной фермы, б – для полигональной

фермы

При наклонной установке прогонов для восприятия скатных составляющих используется настил кровли. В этом случае особое значение приобретает косой защитный настил, значительно увеличивающий жесткость кровли. Оба настила пришиваются гвоздями к прогонам, и все усилия, действующие вдоль ската, передаются на коньковый прогон, который выполняется парным (рис. 11.) и специально рассчитывается или связывается с таким же прогоном с другой стороны конька.

Каждый ряд досок (всего в поперечном сечении два ряда) представляет собой консольно-балочную систему с шарнирами в каждом пролете. Стыки каждой из досок (полупрогонов) располагаются вразбежку в зонах наименьших изгибающих моментов неразрезной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, т.е. на расстоянии 0,20-0,21вправо и влево от опоры.

Рис. 11. Соединение стропильных ног, препятствующее косому

изгибу прогонов

Рис. 12. Неразрезной прогон

Стыки осуществляются простой приторцовкой элементов и постановкой в непосредственной близости от стыка (по обе его стороны) специального гвоздевого забоя. Такой прогон показан на рис. 12.

Для спаренного неразрезного прогона наиболее выгодной является схема, при которой крайние пролеты имеют меньшую длину, равную 0,79.

Рис. 13. Расчетная схема прогона

Расчетная схема прогона.Прогон рассчитывают как многопролетную неразрезную балку (рис. 13.), в этом случае наибольшие значения изгибающие моменты будут иметь на опорах. Их величина будет одинаковой и составит:

Величины прогибов во всех пролетах также будут одинаковы и равны:

В случае применения неразрезного прогона с равными пролетами в крайних пролетах значения момента и прогиба возрастают и будут соответственно равны:

В этом случае в пределах крайнего пролета и второй опоры (до первого шарнира во втором пролете) сечение прогона следует усилить постановкой дополнительной третьей доски.

Определение нагрузок на прогон, следует начинать с выделения грузовой пощади прогона. Из рис. 14. ясно, что ширина полосы грузовой площади прогона равнаd, в случае если верхний пояс фермы горизонтален.

Рис. 14. Грузовая площадь прогона при горизонтальном верхнем

поясе фермы

При наклонном верхнем поясе ширина грузовой полосы прогона очевидно будет равна d/cosa, гдеa- угол наклона кровли к горизонту.

Тогда нормативная погонная нагрузка на прогон от действия собственного веса (прогон установлен на верхнем поясе по схеме рис. 9. и скатную составляющую нагрузки воспринимает жесткий косой настил):

где — собственный вес одного погонного метра прогона,

на предварительном этапе расчетов можно

принимать равным 15-25 кг/м,

— нормативная нагрузка на 1 м²от собственного веса

кровли (таблица 1).

Расчетная погонная нагрузка от действия собственного веса:

где — расчетная нагрузка на 1 м²от собственного веса кровли (таблица 1).

Расчетная погонная нагрузка от веса снега:

Нормативная погонная нагрузка от веса снега:

Расчет по прочности прогона, работающего на поперечный изгиб, проводят по формуле:

где — изгибающие напряжения ,

— максимальный изгибающий момент от действия

расчетных нагрузок,

— момент сопротивления поперечного сечения.

Максимальный изгибающий момент для расчетной схемы, приведенной на рис. 13., возникает на опорах и определяется как:

где q иp– соответствующие расчетные погонные нагрузки на

прогон, – пролет прогона.

Расчет по деформациям (на прогиб)проводят на действие нормативных погонных нагрузок по формуле:

где — момент инерции поперечного сечения прогона, а предельное значениепринимается равным 1/200 от пролета прогона.

Место стыка досок усиливается специально забиваемыми гвоздями (так называемый гвоздевой забой – рис. 15.).

Расчет гвоздевого забоясводится к определению количества гвоздей и назначению их диаметра.

Рис. 15. Схема к расчету гвоздевого забоя

Поперечную силу Qприходящуюся на ось гвоздевого забоя можно найти как:

С другой стороны поперечную силу должны воспринимать гвозди забоя, работающие на срез:

Приравнивая эти две силы, относительно количества гвоздей можно получить формулу:

где — несущая способность одного гвоздя на срез. Соединение односрезное несимметричное, поэтому рассматриваются три возможных несущих способности одного среза [1], из которых выбирается минимальное значение.

, но не более,

где: с – толщина доски (см), а₂– длина защемленной части гвоздя (см),k_н– коэффициент, принимаемый по приложению 6,d– диаметр гвоздя (см). Длина а₂подсчитывается как:

где: — длина гвоздя.

Проектирование конструкции фермы

Опубликовано 10 ноября 2017 г. компанией Structural Innovations in Residential Structural Inspections

Фермы — это обычная система, используемая для поддержки конструкций на большом пространстве. Он состоит из рамы из элементов, нагруженных в осевом направлении, находящихся на растяжение или на сжатие и соединенных между собой в узлах. Фермы конструктивно спроектированы так, чтобы быть эффективными конструкционными системами, в которых каждый компонент имеет решающее значение для долговечности и прочности фермы. Исторически фермы изготавливались из дерева или стали. В жилищном строительстве деревянные стропильные фермы десятилетиями использовались для поддержки полов и кровельных систем. В этой статье речь пойдет о конструкции деревянных стропильных ферм в жилом строительстве.

Фермы состоят из нескольких ключевых компонентов; члены аккорда, веб-члены и соединения. Пояса располагаются вверху и внизу фермы. Нижний пояс обычно всегда находится под натяжением, подобно тетиве лука; в то время как верхний пояс обычно находится под сжатием. Элементы перемычки передают силы растяжения/сжатия на оба элемента пояса. Элементы полотна также определяют глубину стропильной фермы. Более глубокие фермы могут охватывать большие расстояния из-за увеличения плеча рычага между верхним и нижним поясами. Все элементы должны быть надлежащим образом соединены для передачи осевых усилий между поясами и стержнями. Соединения в деревянных фермах обычно выполняются из стальных косынок.

Распространенные ошибки проектирования ферм крыши

Общие проблемы проектирования ферм, возникающие в жилищном строительстве, включают сломанные элементы перемычки/пояса, а также сломанные соединения. Из-за избыточности каркаса в жилом строительстве отказы ферм из-за перегрузок случаются редко. Вместо этого, сломанные элементы и/или соединения обычно возникают во время транспортировки фермы крыши на площадку или во время монтажа фермы. На рисунках с 1 по 3 ниже приведены примеры сломанных стержневых элементов, разделенных хордовых элементов и смещенных соединительных пластин.

Рис. 1. Неработающий веб-элемент

Рис. 2: Раздельный хордовый элемент

Рис. 3. Смещенная косынка

Мы также столкнулись с проблемами, связанными с конструкцией стропильной фермы, которая была изменена для обеспечения доступа на чердак, установки ОВКВ и другого вспомогательного оборудования. Модификации, как правило, проводились без должного внимания и понимания того, как это повлияет на общую структурную целостность фермы крыши.

Фермы со сломанными или модифицированными элементами должны быть отремонтированы для восстановления целостности фермы. Существует несколько способов ремонта ферм, и методы ремонта будут различаться в зависимости от сломанного компонента фермы. Например, сломанные элементы стенки и пояса могут просто потребовать добавления дополнительного каркаса с обеих сторон по длине элемента, в то время как смещенные косынки могут потребовать установки новых пластин или установки дополнительных деревянных косынок вокруг соединительного стыка. Важно отметить, что фермы являются инженерными элементами, и что ремонт или изменение фермы не может быть произведено без письменного разрешения лицензированного профессионального инженера.

Строительные нормы и правила проектирования ферм

Международный кодекс жилищного строительства является базовым кодексом жилищного строительства практически во всех штатах. В разделе R802.10.2 «Дизайн» IRBC указано:

«ДЕРЕВЯННЫЕ ФЕРМЫ ДОЛЖНЫ БЫТЬ ПРОЕКТИРОВАНЫ В СООТВЕТСТВИИ С ПРИНЯТЫМИ ИНЖЕНЕРНЫМИ ПРАКТИКАМИ. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ ФЕРМ, СОЕДИНЕННЫХ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ПЛАСТИНАМИ, ДОЛЖНЫ СООТВЕТСТВОВАТЬ СТАНДАРТАМ ANSI/TPI 1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЧЕРТЕЖИ ФЕРМ ДОЛЖНЫ ПОДГОТОВИТЬСЯ ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫМ СПЕЦИАЛИСТОМ, ТОГДА ТРЕБУЕТСЯ ЗАКОНОМ ЮРИСДИКЦИИ, В КОТОРОЙ РЕАЛИЗУЕТСЯ ПРОЕКТ…»

IRBC далее указывает в разделе R802.10.4 «Изменения ферм»:

«ФЕРМНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НЕ ДОЛЖНЫ ОБРЕЗАТЬСЯ, ПРОДЕЛЫВАТЬСЯ, СВЕРЛИВАТЬСЯ, СОЕДИНЯТЬСЯ ИЛИ ИНЫМ ОБРАЗОМ ИЗМЕНЯТЬСЯ БЕЗ УТВЕРЖДЕНИЯ ЗАРЕГИСТРИРОВАННОГО СПЕЦИАЛИСТА-ПРОЕКТИРОВЩИКА. ИЗМЕНЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКОЙ (НАПРИМЕР, ОБОРУДОВАНИЕМ ВЧ, ВОДЯНЫМ НАГРЕВАТЕЛЬНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ), ПРЕВЫШАЮЩЕЙ РАСЧЕТНУЮ НАГРУЗКУ НА ФЕРМУ, НЕ ДОПУСКАЮТСЯ БЕЗ ПРОВЕРКИ СПОСОБНОСТИ ФЕРМЫ ВЫДЕРЖАТЬ ТАКУЮ ДОПОЛНИТЕЛЬНУЮ НАГРУЗКУ».

В строительных нормах и правилах четко указано, что любые изменения, модификации или ремонт конструкции фермы должны осуществляться в соответствии с проектом лицензированного профессионального инженера. Если у вас повреждена или модифицирована ферма крыши, мы рекомендуем вам обратиться к местному лицензированному профессиональному инженеру, который поможет вам проверить ферму и спроектировать соответствующий ремонт.

Кроме того, если вы планируете модифицировать фермы для обеспечения дополнительного доступа к чердаку, установки вспомогательного оборудования и т. д., мы настоятельно рекомендуем в процессе планирования проконсультироваться с лицензированным профессиональным инженером, например, инженером по структурным инновациям. Инженер может предоставить письменный план ремонта в поддержку изменений. Все инженерные ремонты ферм должны выполняться лицензированным генеральным подрядчиком и проверяться местными строительными властями.

Распространяйте любовь

Моделирование и проектирование ферм RAMSS [TN] — RAM | СТААД | АДИНА Вики — РАМ | СТААД | АДИНА


	Применимо к

	Продукт(ы):	Структурная система ОЗУ; Рама барана
	Версия(и):	Любой
	Площадь:	Моделирование; Анализ

Фермы можно моделировать в RAM Structural System, но существуют ограничения и важные моменты, которые необходимо учитывать при моделировании, анализе и проектировании элементов фермы. Целью данной технической заметки является решение этих вопросов.

Моделирование

Фермы моделируются с использованием комбинации балок, колонн и вертикальных раскосов. RAM Steel игнорирует в своем анализе наличие фигурных скобок. В результате все элементы фермы и любой элемент, поддерживающий ферму, должны быть смоделированы как элемент рамы, а ферма должна быть проанализирована и спроектирована в RAM Frame.

Существует два распространенных способа моделирования фермы. Оба подхода дадут схожие результаты.

1. Смоделируйте верхний и нижний пояса как единые непрерывные элементы, а диагональные и вертикальные элементы переборки смоделируйте как вертикальные распорки с помощью команды «Макет» — «Скоба» — «Добавить специальные». Распорки будут моделироваться с расстоянием смещения, последовательно измеренным от одного эталонного столбца. Если раскосы не встречаются в общей рабочей точке, в RAM Frame будет несколько близко расположенных узлов конечных элементов. Это создаст эксцентриситет, который может привести к неправильным результатам анализа и может вызвать предупреждения о сетке, если используется полужесткая диафрагма.

2. Смоделируйте вертикали фермы как колонны, поддерживаемые одним непрерывным нижним поясом внизу, смоделируйте верхний пояс как серию балок, протянутых между колоннами, и смоделируйте диагонали как вертикальные распорки, используя команду Макет — Раскос — Добавить стандарт. . Верхний пояс можно наклонить, используя этот подход, изменив отметки колонн (Макет — Колонны — Изменить отметку).

RAM Structural System не позволяет соединять балку на одной компоновке с другой балкой, смоделированной на другой компоновке. В результате верхний и нижний пояса должны быть смоделированы на отдельных макетах. Это ограничение не позволяет хордам сходиться в одну точку, как в ферме, показанной ниже. Эти фермы всегда должны моделироваться с небольшим расстоянием между поясами.

Балки в RAM Structural System можно моделировать только в виде двутавров, HSS (труб) или каналов. Невозможно смоделировать верхние пояса с любым другим сечением, включая WT или двойные угловые сечения.

Анализ

Жесткая и полужесткая диафрагма может препятствовать естественному прогибу фермы и ограничивать удлинение поясов. Это может привести к неконсервативным чистым вертикальным отклонениям и осевым хордовым силам. Жесткие диафрагмы особенно проблематичны. В RAM Frame предполагается, что конечные узлы элементов физической хорды соединены с жесткой диафрагмой. Внутренние узлы (любой узел между концами физического элемента балки) по умолчанию отсоединены от жесткой диафрагмы. Когда оба конца элемента соединены с жесткой диафрагмой, удлинение элемента предотвращается и осевая сила равна нулю. По этой причине рекомендуется , а не , чтобы использовать жесткую диафрагму при расчете фермы на гравитационные нагрузки. Точно так же плоскостная жесткость оболочек, связанных с полужесткими диафрагмами, может влиять на хордовые силы. Неблагоприятные эффекты, связанные с вертикальным отклонением и хордовыми силами, не возникают при использовании диафрагм «Гибкая/Нет» или «Псевдогибкая».

Подробнее о типах диафрагм, доступных в раме RAM, см. на приведенной ниже веб-странице:

Рама RAM — критерии — диафрагмы

Если ферма не является частью системы сопротивления поперечной силе, все узлы могут быть отсоединены от жесткой диафрагмы. Это предотвратит направление боковой силы на ферму и предотвратит неблагоприятные эффекты диафрагмы, описанные выше.

Если ферма является частью системы сопротивления поперечной силе, рассмотрите возможность использования жестких диафрагм и отсоединения всех узлов, кроме одного конечного, от диафрагмы. Узлы можно отключить от жесткой диафрагмы с помощью RAM Frame — Assign — Nodes — Diaphragm Connection. Обратите внимание, однако, что осевая сила в хордах будет зависеть от того, какой узел соединен с диафрагмой. Если вы не уверены, какой конечный узел следует отсоединить, попробуйте каждый узел, сравните результаты анализа и используйте инженерную оценку, чтобы определить, какой узел подключить к диафрагме.

Дизайн

Нераскрепленная длина работ определяется внутри программы.