Коньковая балка 6 метров без опор

Коньковый прогон

Коньковый прогон нужен не для всякой крыши. Например, в арочных крышах, а также и в круглых крышах коньковые прогоны совершенно без надобности – в этих системах стропильные ноги сходятся в одной точке, стыкуются с нахлестом и стягиваются хомутами. Не нужна коньковая балка и в некоторых фрагментах сложных вальмовых, и многих других крыш. Задача конькового прогона – быть опорой для стропил (удерживать верхние концы стропильных ног), а также и обеспечивать общую стабильность стропильной системы. Сами стропила могут оснащаться пазовыми узлами и различными вырезами, но при этом типов соединения в коньке только два: стропила соединяются в стык с коньковым брусом (с длинной боковой стороной бруса) или же опираются на него сверху, соединенные попарно. Жесткую фиксацию обеспечивают метизы, а также современный перфорированный крепеж, разработанный специально для стропильных систем или стандартный. Если нужно обеспечить возможность компенсации, или подвижность в узлах, для этого имеются особые соединительные элементы, например, уголки с ответными проушинами. Все очень просто; но современные частные дома обретают новые формы и стили, и требуют нового подхода к планировке: с просторными помещениями без всяких делений на «отсеки», а это значит – без опорных стоек под длинную коньковую балку. Арки – сложные и порой слишком дорогие элементы для частной стройки, а сферические крыши очень индивидуальны и сложны в монтаже.

Виды коньковых балок

Виды коньковых балок не слишком разнообразны, по сути это или цельная балка, или составная. Под узлы составной балки для минимизации прогиба и гарантии стабильности ставят опорные стойки – в интерьерах это могут быть части простенков, или отдельные колонны. «Контрольная» стойка по расчету может понадобиться и для цельного прогона, с той же целью – снизить риски сверхнормативного прогиба. Имеется также один очень интересный вид прогона, позволяющий применить не цельную балку длиной в пять метров и не разрезной прогон с узловым опиранием, что очень дорого и технически сложно, а сборку из двух консольных балок и среднего однопролетного элемента на каждую секцию прогона – это так называемый прогон Гербера, в начале своей истории применявшийся в мостостроении.

Цельная коньковая балка из бруса, помимо изгибающих нагрузок от веса стропил, должна выдерживать и немалый собственный вес. Для компактного дома это нормально. Но для габаритного строения сложной планировки и с минимумом внутренних несущих элементов разгружать приходится как цельную балку, так и составную. Деформации «не подстрахованной» балки могут оказаться неравномерны, что скажется и на стабильности стропильной системы, и даже на формах скатов; крыша с длинным коньковым брусом без промежуточных опор имеет высокие риски разрушений, и поэтому не проектируется.

Прогон Гербера

Прогон Гербера, или консольно-балочный прогон – пример составной подстропильной конструкции с пластичными шарнирами, нередко встречающийся в конструкциях и деревянных, и блочных частных домов. Все размеры, сечения и пролеты такого составного прогона расчетные. Особенность данной схемы та, что разрезная балка работает как цельная. Два варианта прогона Гербера для конькового элемента: или равнопрочный прогон – нагрузки в каждом пролете и на опорах одинаковы; или прогон равнопрогибный, то есть прогон будет иметь одинаковую жесткость на всех участках (идеальный вариант в планировке просторных помещений). Первый вариант работы прогона получается, когда расстояние от стыка до опорного узла назначают равным 0,15 длины однопролетной балки, а второй, равномерно жесткий – соответственно, при расположении пластичного шарнирного стыка балок на расстоянии равном 0,20 от этой длины. Концевые балки коньковой конструкции при этом опираются на каркасные стойки или фронтонные стены.

Прогоны Гербера позволяют применять брус меньшего сечения, а также и составные балки из досок, что дает и экономию, и возможность перекрыть больший пролет – до 6,5 м без промежуточных опор.

И консольно-балочные, и неразрезные прогоны Гербера оптимальны для обустройства чердачных крыш – вместо тяжелого длинного бруса можно применить и доски, и короткие брусья. Прогон опирают на стойки, а стойки – на деревянные или кирпичные лежни. Чем больше стоек, тем меньше может быть сечение прогона, а сечение стоек обычно достаточно 100*100 мм; невысокие стойки имеют почти нулевую гибкость.

Для того, чтобы нарастить балку или стропильную ногу, применяются парные соединители Гербера. Эти элементы можно применять также в узлах, в которых нет кручения и сдвига, и не действуют изгибающие моменты.

Усиление прогона

Усилить коньковый прогон можно и простыми способами: установить боковые добавочные прогоны. Это горизонтальные балочки в среднем по высоте уровне стропилин – эти балки принимают на себя часть изгибающий усилий и уменьшают распор стропил, тем самым способствуя выравниванию давления на основной прогон.

Коньковый брус – конёк строительства

Особенным «коньком» в умении строителей можно считать установку конькового бруса – верхней перекладины, предназначенной для крепления стропил в некоторых моделях крыши. Зачастую и сам брус требует установки дополнительных подпорок, особенно, когда коньковая часть чердачного помещения имеет расчётную длину более 4,5 метра.

Тем не менее, при любой конструкции конькового бруса важным для него остаётся решение задач:

Для конькового бруса важна ещё и задача поддерживать геометрию крыши, особенно при длине более 4, 5 метров, чтобы иметь возможность монтировать стропила без использования шаблона. Стропила ложатся верхней частью на коньковую балку, а нижней частью – на мауэрлат.

Древесина для конькового прогона

Строительство деревянных домов из профилированного бруса предусматривает использование стропильной системы в соответствии с конструктивными особенностями здания. С учётом того, что коньковый брус несёт на себе большую эксплуатационную нагрузку, он производится из надёжных пиломатериалов. Вес конькового бруса не должен увеличивать общий вес крыши, а по прочности он должен быть таким, чтобы долгие годы эксплуатации безукоризненно выполнять возложенные на него функции. Поэтому для конькового бруса, так же как и для всей стропильной системы, выбирается сосновый пиломатериал, чтобы брус вышел сечением не менее 20х20 см.

В вершине стропильной конструкции любой крыши укладывается коньковый прогон

Для строительства жилого дома 8х8 из бруса, у которого крыша будет покрываться шифером или гибкой черепицей, все составные части стропильной системы, включая коньковый прогон, изготавливаются из хорошо просушенной сосновой древесины. В строительстве бани, где горячий пар может повредить деревянной конструкции, для стропил используются пиломатериалы из лиственницы. К тому же, бане требуется тяжелая крыша, оптимально задерживающая тепло. Лёгкая сосна здесь не подходит, нужна более прочная и тяжёлая лиственница.

Лиственница для производства конькового прогона используется и в том случае, когда жилому дому планируется тяжелая черепичная крыша, под которую требуется сооружать очень прочный и такой же тяжелый стропильный каркас. Здесь расчёты учитывают, чтобы нагрузку от общего веса крыши выдерживали стены дома.

Выбор материалов, используемых в конструкции стропильной системы, зависит от конструкции строения. Поэтому квалифицированное решение могут принять только профессионалы.

Коньковый прогон в стропильной системе

Когда стропилам требуется центральная опора, используется установка конькового прогона. Он упирается двумя сторонами на параллельные несущие стены.

Высота монтажа конькового бруса определяется по:

Особенность монтажа конькового бруса заключается в том, чтобы исключить его сверление и забивание гвоздей. Это необходимо для:

Конструкция двухскатной крыши требует обязательной установки конькового прогона. В дальнейшем он служит коньком крыши. При строительстве дома из бруса 6 на 6 коньковый прогон готовится из цельного бруса или бревна, который конструктивно опирается на два фронтона, без использования дополнительных опор. Если проектная длина дома превышает 6 метров, используется составной коньковый прогон и строительные фермы. Не зависимо от проектной длины дома, длина конькового бруса определяется таким образом, чтобы он точно лежал на выступах наружных фронтонов.

Строительство деревянных домов предполагает использование несколько видов соединения брусьев. Современное строительство выходит на высокий уровень экологичности и надёжности жилья, когда даже соединения между брусьями в конструкции дома являются практичными, прочными. Их задача – сделать дом тёплым.

Установка конькового прогона

Коньковый прогон — обязательный элемент наслонной стропильной системы, на который опираются стропила. Наряду с мауэрлатом, конек обеспечивает равномерное распределение нагрузки со скатов по каркасу кровли, а затем — ее передачу на несущие конструкции дома: стены, колонны. Кроме того, коньковый прогон обеспечивает связность всех элементов стропильной системы и повышает стойкость крыши к ветровой нагрузке и опрокидыванию. Но только если он правильно смонтирован. Хотите узнать, как это сделать? Читайте статью — в ней мы подробно расскажем об установке конькового прогона.

Подготовка к монтажу

Перед тем как поставить коньковый прогон нужно подготовить крепеж, соответствующие инструменты и подходящие пиломатериалы. Крепеж подбирается под способ крепления, с инструментами все просто — нужен как минимум базовый набор:

• ножовка по дереву, электропила или электролобзик;
• строительный уровень, линейка, карандаш;
• шуруповерт;
• отвертка;
• молоток;
• слесарный угольник;
• рулетка;
• строительный нож;
• кисть или распылитель (зависит от выбранного состава для обработки древесины);
• разметочная нить;
• прочный трос.

Также для поднятия тяжелого конькового прогона на крышу и к коньку может понадобиться блочная система или автокран.

А вот самим коньковым прогоном все не так очевидно. Из какого материала его нужно делать? Какого сечения он должен быть? Отвечаем ниже.

Требования к пиломатериалам

Коньковый прогон — это несущий элемент стропильной системы, поэтому и требования к нему предъявляются серьезные. Они приведены в нормативной документации, в основном, в СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции» и ГОСТ 20850-2014 «Конструкции деревянные клееные несущие». Согласно этим нормативам, пиломатериалы конькового прогона должны быть:

1. Высушенными до влажности 12% и менее. Оптимально — 8%. Более влажную древесину может покоробить, она может растрескаться и рассохнуться. В особенности опасно винтовое коробление — дефект сушки, в ходе которого доска или брус закручиваются вокруг центральной оси. Деформированные подобным образом пиломатериалы не смогут выдержать нагрузку минимум в несколько тонн на погонный метр длины, которая легко может «давить» на кровлю зимой.
2. Высокой сортности. Делать коньковый прогон можно только из древесины отборного или первого сорта. Это значит, что допустимы только «легкие» пороки, мало влияющие или не влияющие на прочность древесины. Например, пиломатериал может быть с проростью, сердцевиной, сросшимися сучками (до трети глубины или ширины). Все остальные дефекты, включая обзол, грибковые поражения, несросшиеся сучки и червоточины — 100% причина для выбраковки.

Кроме того, древесина для конькового прогона должна быть защищена огнезащитным составом, лучше — с глубокой пропиткой посредством погружения в специальную ванну с солевым раствором. Также необходима обработка антибактериальными, фунгицидными и инсектицидными составами, которые уберегут ее от поражения гнилью, насекомыми, дереворазрушающими грибами и плесенью.

Еще желательно, чтобы коньковый прогон был сделан из цельной доски или бруса. Если это невозможно, то длину составляющих нужно подбирать так, чтобы обеспечить минимально возможное количество соединений.

Расчет конькового прогона

Если для мауэрлата чаще всего просто берут брус сечением 150×150 мм или 200×200 мм, то коньковый прогон, как и стропила, нужно обязательно рассчитывать. И дело не в том, что брус 200×200 мм слишком тяжелый, чтобы его можно было установить без подъемного крана. И не в экономии при покупке бруса. Все значительно сложнее — нагрузка на кровлю может быть настолько велика, что даже высоты конькового прогона в 200 мм не хватит, чтобы обеспечить ему приемлемый изгиб.

Если это выясняется во время расчетов, то вместо бруса просто берут две доски, одна из которых установлена на пласть другой. Поскольку высота намного сильнее ширины влияет на способность балки противостоять нагрузке на изгиб, такое решение позволяет обеспечить коньковому прогону достаточный запас прочности. Если же в такой ситуации просто сделать коньковый прогон из стандартного бруса 200×200 мм, то это обернется и высокими расходами, и недостаточной прочностью стропильной системы со всеми вытекающими из этого последствиями.

С необходимостью расчетов, надеемся, все понятно. Теперь — основы того, как их делать.

Коньковый прогон, как и любая балка, рассчитывается для двух состояний: на прогиб и на разрушение. Подход к расчетам, формулы и табличные значения отдельных переменных приведены в нормативах СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции» и СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия». Есть и другие документы, но это основные.

В первую очередь, вычисляют суммарную нагрузку на кровлю. Она состоит из постоянных (вес самой кровли) и переменных (снег, ветер, рабочие) нагрузок. Это основа для расчета конькового прогона и всей стропильной системы.

Дальше делают расчет изгиба. Для него должно выполняться неравенство:

• M — расчетный изгибающий момент (в случае с коньковым прогоном — максимальный изгибающий момент), кг·см;
• W_расч — расчетный момент сопротивления пиломатериала изгибу в поперечном сечении, см 3 ;
• R_и — расчетное сопротивление изгибу, табличное значение из тех же нормативов, МПа.

В свою очередь, W_расч связано с сечением балки следующим соотношением:

Где b — это ширина прогона, а h — его высота. Оба значения измеряются в сантиметрах.

А вот с изгибающим моментом все сложнее. Его расчет — это задача из сопромата, который нельзя назвать простым предметом. Формулу изгибающего момента выводят под конкретную схему опирания балок и тип опор.

Например, для простой двускатной крыши, у которой коньковый прогон опирается только на фронтоны без промежуточных стоек, формула изгибающего момента M примет вид:

• L — это расстояние между опорами, м. То есть не длина всего конькового прогона, а именно расстояние между точками опоры.
• q — нагрузка на прогон, Н/м.

Нагрузка на прогон q в этом случае собирается с половины горизонтальной проекции крыши:

• Q — это сумма постоянных и временных нагрузок на кровлю (не на 1 м 2 , а на всю площадь кровли), Н/м 2 ;
• B — ширина всей кровли от ската до ската, м.

В этом случае порядок расчета конькового прогона будет таким:

• вычисляем нагрузку q на коньковый прогон;
• рассчитываем изгибающий момент M;
• считаем расчетный момент сопротивления изгибу W_расч на основании уже известного нам M и R_и(табличное значение для сосны может быть равно от 13 до 24 МПа в зависимости от сорта древесины и сечения пиломатериала);
• выбираем ширину конькового прогона b и вычисляем необходимую в этом случае высоту по формуле h=√(6W/b);
• полученную высоту h округляем в большую сторону в соответствии с доступной номенклатурой пиломатериалов.

Проще говоря, сечение конькового прогона просто подбирается так, чтобы балка выдержала нагрузку. И подбор бруса или доски оптимального сечения — это довольно кропотливое занятие. Расчет обычно начинают с ширины в 50 мм с прицелом на доску 150×50 мм, 180×50 мм или 200×50 мм. Если необходимая высота получилась слишком большой, то ширину увеличивают и пересчитывают заново. При этом ориентируются на стандартные сечения, в идеале — на самые распространенные из них, чтобы не было проблем с покупкой материала.

Если в ходе расчетов выяснится, что даже брус 200×200 мм недостаточно прочен, чтобы выдержать нагрузку, вновь возвращаются к небольшой ширине, но уже рассматривают вариант установки двух досок друг на друга.

После того как сечение конькового прогона выбрано, его нужно проверить на допустимый по нормативам прогиб f_нор. Он не должен превышать 1/200 от длины балки L. То есть если расстояние между опорами 6 м, то коньковый прогон не должен прогибаться более чем 3 см.

Прогиб f вычисляют по формуле:

• E — модуль упругости древесины, табличная величина, МПа;
• J — момент инерции балки, см 4 .

Момент инерции J, в свою очередь, вычисляется по формуле:

Если после расчетов f≤ f_нор, то поздравляем — подходящее сечение конькового прогона найдено, можете закупать материалы. Если же равенство не соблюдается, то сечение нужно будет увеличивать до тех пор, пока не получите корректный результат.

В целом расчет конькового прогона даже для простой двускатной кровли с элементарной схемой опирания — непростая задача. Для крыш сложной формы она и вовсе становится почти невыполнимой для неподготовленного человека — нужно самому вывести формулу для изгибающего момента, нагрузки и даже прогиба. Поэтому рекомендуем обращаться к инженерам-проектировщикам или, как минимум, использовать специальное программное обеспечение, которое строит схемы нагрузок в зависимости от заданных вами параметров. Ручной расчет в таких случаях чреват критичными для прочности крыши ошибками.

Как установить коньковый прогон

В отличие от мауэрлата, который всегда укладывается на стены, для установки конькового прогона есть целых три способа. Разница между ними — в типе опор и распределении нагрузки.

Способ первый: с опорами на фронтоны

В небольших домах и хозяйственных постройках коньковый прогон часто опирают только на два фронтона. При этом центральная часть балки просто висит в воздухе.

Этот способ установки конькового прогона привлекает своей простотой. Причем это касается не только монтажа, но и расчетов. Кроме того, опора на фронтоны обеспечивает максимум полезной площади мансарде и свободу при планировании ее пространства — стойки не «крадут» место и не мешают полету дизайнерской фантазии.

Но эти преимущества — не для всех.

Во-первых, коньковый прогон, перекрывающий весь проем без промежуточных опор, подвергается воздействию огромного изгибающего момента. Чтобы прогиб оставался в рамках нормы, для него нужно использовать брус большого сечения.

Во-вторых, в этом случае максимальная длина конькового прогона — 9 метров в лучшем случае. Чаще — 6-7 метров. Это прямое следствие предыдущей особенности — сложно найти достаточно качественный брус внушительного сечения большей длины.

В-третьих, в регионах с сильной снеговой нагрузкой даже коньковый прогон очень большого сечения может не выдержать вес шапки снега без подпорок. Но в этом случае есть хитрость — брус можно смонтировать с большими выносами за пределы фронтона, а на них опереть по одному ряду стропильных ног. Помимо декоративной функции, такое решение частично компенсирует изгибающий момент, поскольку выносной участок будет давить на прогон, и, по принципу детских качелей (фронтон — точка опоры), заставит немного приподниматься его центральную часть.

В-четвертых, фронтоны должны быть несущими. Если в вашем доме внутренние несущие стены, то использовать фронтонную кладку в качестве опоры для конькового прогона вы не сможете.

А теперь от теории — к практике. Вот пошаговая инструкция, как сделать коньковый прогон с опорой на два фронтона:

1. За 5-6 рядов до точки установки конькового прогона кладку на фронтонах начинают выравнивать относительно друг друга. Для этого используют лазерный уровень.
2. Последние 3-4 ряда (если под прогоном окно, то 6 рядов) армируют. Исключение — кладка из качественного полнотелого кирпича. На стенах из особо хрупких материалов (газоблок, шлакоблок, ракушечник) за 2-3 ряда до точки крепления прогона устанавливают железобетонную перемычку, которая поможет равномерно распределить нагрузку.
3. В последнем ряду делают проем, так как это лучший способ закрепить коньковый прогон. В кладке из кирпича просто оставляют промежутки, в пористых материалах выпиливают паз под сечение бруса.
4. Торцы конькового прогона срезают под 60°. Это обеспечивает лучший влагообмен для балки и снижает вероятность ее растрескивания и коробления.
5. Края и торцы балки дополнительно обрабатывают антисептиком.
6. Место, которым коньковый прогон будет упираться в кладку, заматывают в два слоя рубероида или другой рулонной гидроизоляции — в противном случае на границе разнородных материалов будет выпадать конденсат, что приведет со временем к гниению дерева.
7. Коньковый прогон устанавливают на фронтоны с помощью блочной системы или крана. Если монтаж без выноса, в стеновую нишу, то нужно обязательно проследить, чтобы торец не соприкасался со стеной, а также что оставлены щели для проветривания.
8. Если прогон ставится в нишу, то после его монтажа кладку завершают еще несколькими рядами.

В некоторых источниках для большей надежности коньковые прогоны рекомендуют приматывать к стене проволокой, предварительно вмурованной в кладку. Но это имеет смысл, только если концы балки утоплены в нише. Если они выходят за пределы фронтона, то в дополнительной фиксации коньковый прогон не нуждается.

Способ второй: с опорными стойками

Монтаж конькового прогона на опорных стойках — самый распространенный вариант. Этот способ установки позволяет перекрыть проемы любых размеров и дает намного большую гибкость в расчетах — если вас не устраивает вычисленное сечение балки, то нужно просто поставить стойки чуть ближе.

Но выставить стойки в один уровень непросто, а это крайне важно — если коньковый прогон не будет плотно лежать на одной из опор, то это кардинальным образом меняет все расчеты и снижает прочность всей кровли.

Кроме того, стойки должны на что-то опираться. Этим «чем-то» должны быть несущая стена или колонна. Поэтому при таком способе монтажа конькового прогона ограничивается свобода планирования пространства не только мансарды, но и нижних этажей. Теоретически, если перекрытие железобетонное, установить стойки можно прямо на него. Однако такой монтаж требует серьезных предварительных расчетов и далеко не всегда возможен.

Устанавливают стойки под коньковый прогон на армопояс, залитый поверх внутренней несущей стены, или на лежень — деревянный брус или собранные вместе несколько досок. Если лежень опирается не на сплошную стену, а на столбики, то его тоже нужно рассчитывать на разрушение и прогиб, как и коньковый прогон. При этом ширину лежня обычно берут равной сечению стоек или больше — так их удобнее устанавливать.

Сами стойки рассчитывают на сжатие. На изгиб их нужно считать, только если сечение меньше 100×100 мм, поэтому такой размер считается минимальным для стоек.

Монтаж конькового прогона с креплением на стойках начинают с заливки армопояса или установки лежня. Очень важно на этом этапе вывести опору в идеальную горизонталь — это самый простой способ выставить коньковый прогон. Чтобы добиться такой горизонтали, используют водяной или лазерный уровень.

Затем одну из стоек обрезают до нужной длины так, чтобы торцы с обеих стороны были срезаны ровно под 90°. Первую стойку примеряют на месте, как правило, возле фронтона. Если она обрезана правильно, то ее используют как шаблон для обрезки остальных. При этом важно использовать именно шаблон, а не отмерять длину по каждой стойке — миллиметры погрешности измерения могут привести к тому, что между коньковым прогоном и опорой будет промежуток.

Когда все стойки вырезаны, начинают их монтаж. Для крепления стоек к лежню обычно используют шпильки, перфорированные пластины или усиленные уголки. При использовании любого перфорированного крепежа узел дополнительно усиливается с помощью гвоздей или кровельных скоб.

Стойки устанавливают по одной оси на расчетном расстоянии. Если фронтон не несущий, то первую стойку ставят на расстоянии 1-1,5 м от него. Если же коньковый прогон будет опираться не только на стойки, но и на фронтон, то при монтаже первой деревянной опоры придерживаются расчетного шага установки.

После монтажа всех стоек переходят к установке самого конькового прогона. Если все сделано правильно, то сложностей обычно не возникает — брус просто укладывают на стойки и закрепляют. Для крепления используют перфорированные пластины или усиленные уголки и гвозди. Иногда коньковый прогон могут «посадить» на специальное крепление, которое с одной стороны представляет собой длинный заостренный стержень, а с другой заканчивается широким П-образным ложем. Стержень погружают в стойку по центру, а брус укладывают на ложе. Получается надежное, но сложное в исполнении и достаточно дорогое крепление. Отсюда и редкость его использования.

Если же на этапе монтажа стоек допущены ошибки или коньковый брус стесан неровно, то между прогоном и некоторыми стойками могут появится зазоры. Оставлять их, естественно, нельзя, за исключением совсем тонких, «волосяных». Такие зазоры обычно видны только на просвет, а их толщина настолько мала, что в них не пролезет лезвие ножа. Под нагрузкой коньковый прогон просто немного прогнется и «ляжет» на опору. А вот зазоры побольше уже нужно обязательно устранять. Делают это обычно двумя методами:

1. Обозначают любым способом проблемные стойки — те, что выше, чем необходимо. Затем снимают коньковый прогон и с помощью угловой шлифмашинки с абразивным диском стесывают опоры до нужного размера. Этот способ эффективен, но очень трудоемок — одно снятие конькового прогона чего стоит.
2. Из фанеры вырезают тонкие квадраты, размеры которых соответствуют сечению стоек. После этого их размещают в зазоре по одному до тех пор, пока коньковый брус не «сядет» на опору плотно. Затем прогон крепят, обязательно со всех четырех сторон (пластинами и уголками). Помимо фиксации бруса крепеж также не даст подкладкам выпасть из зазора.

Также есть третий метод, но его используют крайне редко из-за недоступности для большинства людей. Зато он очень простой, поэтому мы о нем все-таки скажем. Речь о дополнительной обработке конькового бруса в рейсмусе, если проблема в нем. С помощью рейсмуса можно добиться идеального сечения, но нужно иметь доступ к такому станку. К слову, его можно взять в аренду или даже купить недорогой — есть специальные бюджетные модели для домашнего применения, которые станут отличным помощником в строительстве.

Способ третий: консольный монтаж

Очень редкий способ установки конькового прогона, который используется, только если необходим безопорный монтаж при больших пролетах. В этом случае вместо конькового бруса на стойках необходимо сделать полноценную ферму со всеми раскосами и связями, которая будет опираться на другой брус. Также возможна и арочная конструкция.

Очевидно, что консольный способ монтажа конькового прогона чрезвычайно сложен как в исполнении, так и в расчетах. Поэтому использовать такие конструкции при самостоятельном устройстве крыши не рекомендуем.

Отдельные консольные элементы в виде дополнительных подпорок бруса или стоек, раскосов могут использоваться и при монтаже прогона на опоры. Это нужно для уменьшения прогиба и перераспределения нагрузки с конькового прогона на стойки и несущие конструкции здания.

Как нарастить коньковый прогон

Соединение отдельных частей конькового прогона друг с другом — одна из самых ответственных задач при его монтаже. Место такого стыка — точка ослабления конструкции, поэтому при наращивании бруса нужно обязательно придерживаться правил:

1. Коньковый прогон всегда наращивается по центру опоры. «Висячий» стык недопустим.
2. Прогон соединяется только двумя способами: стык в стык или косым прирубом. При косом прирубе узел получается прочнее и надежнее, но он сложнее в исполнении. Поэтому такой способ соединения обычно используют на высоконагруженных крышах.
3. При наращивании рекомендуется использовать деревянные накладки из досок, закрепленные на узле гвоздями. В отличие от перфорированных пластин, деревянные накладки «дышат» вместе со всей конструкцией, что снижает вероятность появления люфта в крепеже.

Над местом соединения двух частей конькового прогона не рекомендуется устанавливать стропильные ноги.

Подведем итоги

Для монтажа конькового прогона подходит брус не более 12% влажности и высокой сортности — отборного или первого сорта. Его также необходимо обработать антисептиком и огнезащитой.

Из-за высокой нагрузки на узел коньковый прогон, в отличие от мауэрлата, необходимо обязательно рассчитывать. Как минимум на прогиб и разрушение. Для этого сначала считают общую нагрузку, а потом вычисляют подходящее сечение исходя из изгибающего момента и других характеристик.

Есть три способа установки конькового прогона: на два фронтона, с промежуточными стойками и консольный. Первый способ самый простой, но подходит он только для небольших проемов. Второй метод самый распространенный, хотя в этом случае монтаж конькового прогона — непростая задача. Консольный способ установки используется редко из-за сложности расчета и монтажа.

Установка конькового прогона на фронтоны стен

Обязательное условие установки наслонных стропил — обеспечение их верхней части опорой. В односкатных крышах этот вопрос решается просто: стены строятся разной высоты, на них укладываются мауэрлатные балки, на которые в свою очередь настилаются стропила.

В двухскатной крыше можно поступить, также: выстроить внутреннюю стену на требуемую высоту и уложить на нее мауэрлат. Затем на низкие внешние и высокую внутреннюю стены разложить стропила. Однако это решение ограничивает варианты планировок чердачного помещения, которое все чаще используют как мансарду. Да и для обычных чердачных крыш, этот вариант не выгоден, т.к. требует значительных финансовых затрат на возведение высокой внутренней капитальной стены. Поэтому на чердаке внутреннюю стену заменяют горизонтальной балкой установленной на подпорках или опертой на противостоящие друг другу фронтоны стен. Горизонтальную балку, уложенную на крыше, называют прогоном.

Само название: прогон, говорит о том, что эта балка «прокинута» от стены до стены, хотя на самом деле, например, в вальмовых крышах он может быть короче. Самое простое конструкторское решение по установке конькового прогона, это уложить мощную балку на фронтоны стен без каких-либо дополнительных подпорок (рис 24.1).

рис. 24.1. Пример установки конькового прогона, без дополнительных опор, на стены мансарды.

При этом для расчета сечений прогонов нагрузка, действующая на них должна собираться с половины горизонтальной проекции площади крыши.

В зданиях с большими размерами прогоны получаются длинными и тяжелыми, скорее всего, их придется монтировать подъемным краном. Для изготовления прогона найти ровный брус из цельного дерева длиной более 6 м довольно проблематично, поэтому для этих целей лучше использовать клееную балку или бревно. В любом случае, концы прогонов, замуровываемые в стены фронтонов, нужно обработать антисептиками и завернуть в рулонный гидроизоляционный материал. Торцы цельнодеревянных балок скашивают под углом примерно 60° и оставляют открытыми, в нише они не должны упираться в материал стены (рис. 25). Скашивание конца балки увеличивает площадь торца и благоприятствует лучшему влагообмену всей балки. Если прогон проходит сквозь стену, то в месте опирания на стену, его тоже обматывают гидроизоляционным материалом. Балки пропускают сквозь стены из архитектурных соображений затем, чтобы обеспечить свес кровли над фронтонами, хотя его можно достичь и выносом за стену обрешетки. Прогоны, пропущенные через стену образуют разгружающие консоли. Нагрузка давящая на консоли старается выгнуть прогон вверх, а нагрузка действующая на пролете — вниз. Таким образом, общий прогиб прогона в середине пролета становится меньше (рис. 24.2).

Рис. 24. 2. Прогон с консолями.

Если использовать в качестве прогона бревно, то его не обязательно отесывать на два канта, достаточно подтесать в месте опирания стропил и в месте опирания прогона на стены. Длинные прогоны нецелесообразно делать цельнодеревянными, проходящие по расчету на прочность и прогиб они, тем не менее, могут прогнуться под собственным весом. Их лучше заменять строительными фермами.

Сечение прогона подбирается по расчету по первому и второму предельному состоянию — на разрушение и на прогиб. Балка, работающая на изгиб должна отвечать следующим условиям.

1. Внутреннее напряжение, возникающее в ней при изгибе от приложения внешней нагрузки, не должно превышать расчетного сопротивления древесины на изгиб:

где σ — внутреннее напряжение, кг/см²; М — максимальный изгибающий момент, кг×м (кг×100см); W — момент сопротивления сечения стропильной ноги изгибу W = bh²/6, см³; Rизг — расчетное сопротивление древесины изгибу, кг/см² (принимается по таблице СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции» или по таблице);

2. Величина прогиба балки не должна превышать нормируемого прогиба:

f = 5qL³L/384EJ ≤ fнор, (2)

где Е — модуль упругости древесины, для ели и сосны он составляет 100 000 кг/см²; J — момент инерции (мера инертности тела при изгибе), для прямоугольного сечения равный bh³/12 (b и h — ширина и высота сечения балки), см4; fнор — нормируемый прогиб балки, для всех элементов крыши (стропил, прогонов и брусков обрешетки) он составляет L/200 (1/200 длины проверяемого пролета балки L), см.

Сначала просчитываются изгибающие моменты М (кг×см). Если на расчетной схеме изображено несколько моментов, то просчитываются все и выбирается наибольший. Далее путем несложных математических преобразований формулы (1), которые мы опускаем, получаем, что размеры сечения балки можно найти, задавшись одним из его параметров. Например, произвольно задавая толщину бруса, из которого будет изготовлена балка, находим ее высоту по формуле (3):

где b (см) — ширина сечения балки; W (см³) — момент сопротивления балки изгибу, вычисляется по формуле: W = M/Rизг (где М (кг×см) — максимальный изгибающий момент, а Rизг — сопротивление древесины изгибу, для ели и сосны Rизг = 130 кг/см²).

Можно и наоборот, произвольно задать высоту бруса и найти его ширину:

После этого балку с вычисленными параметрами ширины и высоты по формуле (2) проверяют на прогиб. Здесь необходимо заострить ваше внимание: по несущей способности стропило рассчитывается по наибольшему напряжению, то есть по максимальному моменту изгиба, а на прогиб проверяется сечение, которое находится на наиболее длинном пролете, то есть на участке, где самое большое расстояние между опорами. Прогиб для всех: одно-, двух- и трехпролетных балок проще всего проверить по формуле (2) то есть, как для однопролетных балок. Для двух- и трехпролетных неразрезных балок такая проверка на прогиб покажет немного неверный результат (чуть больший, чем будет на самом деле), но это только увеличит запас прочности балки. Для более точного расчета нужно использовать формулы прогиба для соответствующей расчетной схемы. Например, такая формула указана на рисунке 25. Но еще раз повторим, что лучше внести в расчет некоторый запас прочности и считать прогиб по простой формуле (2) на расстоянии L равном самому большому пролету между опорами, чем найти формулу соответствующую расчетной схеме загружения. И еще на что нужно обратить внимание, по старому СНиПу 2.01.07-85 оба расчета (на несущую способность и на прогиб) велись на одну и ту же нагрузку. В новом же СНиПе 2.01.07-85 говорится, что снеговую нагрузку для расчета на прогиб нужно принимать с коэффициентом 0,7.

рис. 25.1. Пример расположения прогонов на Т- образной крыше

рис. 25.2. Пример расположения прогонов на Т- образной крыше

рис. 26. Нагрузки действующие на прогоны Т- образной крыши.

Если после проверки балки на прогиб он на самом длинном участке будет не более L/200, то сечение оставляют таким, каким оно получилось. При прогибе больше нормативного, увеличиваем высоту балки или подводим под нее дополнительные опоры, но сечение нужно вновь пересчитать по соответствующей расчетной схеме (с учетом введенных опор).

Если кто-то сумел дочитать до этого места, то скажем, что самое сложное в этом расчете не запутаться в единицах измерения ( в переводе метров в сантиметры), а все остальное… Умножить и разделить несколько цифр на калькуляторе много знаний не требуется.

В конечном итоге появятся всего две цифры: требуемая для данной нагрузки ширина и высота прогонов, которые округляют в большую сторону до целого числа.

Если вместо бруса (цельного, клееного или собранного на МЗП) будет использоваться бревно, то следует учесть, что при работе на изгиб, вследствие сохранности волокон, несущая способность бревна выше, чем у бруса и составляет 160 кг/см². Момент инерции и сопротивления круглого сечения определяется по формулам: J = 0,0491d³d; W = 0,0982d³, где d — диаметр бревна в вершине, см. Моменты сопротивления и инерции бревна, отесанного на один кант, равны J = 0,044d³d, W = 0,092d³, на два канта — J = 0,039d³d; W = 0,088d³, при ширине отеса d/2.

Высота прогонов и стропил, в зависимости от нагрузок и архитектурного решения крыши, может быть самой разнообразной. К тому же, силы, давящие на стены, особенно это касается прогонов, достигают больших величин, поэтому крышу, как, впрочем, и все остальное, нужно проектировать заранее, еще до строительства дома. Например, в схему дома, можно ввести внутреннюю несущую стену и разгрузить прогоны либо сделать на фронтонах стен капители, поставить под прогоны укосы и тем самым уменьшить их прогиб. Иначе будет довольно трудно стыковать разновеликие по высоте прогоны между собой и согласовывать высотные отметки с фронтонами стен.

При использовании длинных и тяжелых прогонов можно применить так называемый «строительный подъем». Это изготовление балки в виде коромысла. Высоту «коромысла» делают равной нормативному прогибу прогона. Нагруженная балка прогнется и станет ровной. Метод пришел к нам от предков. Они в рубленых домах при укладке матиц и переводов (балок) подтесывали бревна снизу, по всей длине, делая подтес глубже в средней части, и при необходимости, подтесывая края балок сверху. Коромыслообразные балки со временем прогибались под собственным весом и становились прямыми. Это технологический прием используется довольно часто, так, например, изготавливаются предварительно напряженные железобетонные конструкции. В повседневной жизни вы этого просто не замечаете, поскольку конструкции выгибаются, и без того небольшой строительный подъем становится совсем не заметным для глаз. Для уменьшения прогиба балки так же можно вводить под нее дополнительные подкосы. При невозможности установить подкосы или сделать «строительный подъем» можно увеличивать жесткость балки изменением ее сечения: на тавровое, двутавровое или решетчатое — ферму с параллельными поясами либо изменить сечение подкладыванием под опоры консольных балок, то есть делать ее низ в виде несовершенной арки.

Опирание прогонов на стену обеспечивается поперечным боковым упором и должно быть рассчитано на смятие древесины. В большинстве случаев достаточно обеспечить нужную глубину опирания и подложить под брусок деревянную подкладку на двух слоях рубероида (гидроизола и т. п.). Однако проверочный расчет древесины на смятие провести все-таки нужно. Если опирание не обеспечивает требуемую площадь, при которой смятие не произойдет, площадь деревянной подкладки нужно увеличить, а ее высота должна распределить нагрузку под углом 45°. Напряжение смятия рассчитывается по формуле:

где N—сила давления на опору, кг; Fсм—площадь смятия, см²; Rсм90 — расчетное сопротивление смятию древесины поперек волокон (для сосны и ели Rсм90 = 30 кг/см²).

Нужно обратить особое внимание на стену под опиранием конькового прогона. Если ниже расположено окно, то от верха перемычки до низа прогона должно быть не менее 6 рядов армированной кладки, в противном случае над окном нужно укладывать усиленные железобетонные перемычки по внутренней стороне фронтона. Если планировка дома позволяет, коньковые прогоны не следует делать длинными и тяжелыми, их лучше разделить на два однопролетных прогона либо оставить один и добавить под него опору. Например, планировка дома, изображенного на рисунке 25, подразумевает устройство перегородки в помещении под вторым прогоном. Значит, в перегородке можно установить шпренгельную ферму и разгрузить коньковый прогон, а ферму затем скрыть обшивкой, предположим, гипсокартоном.

Рис. 26.1. Бесстропильная крыша

Другой путь разгрузки коньковых прогонов лежит в том, что можно просто увеличить количество укладываемых прогонов, например, установить по скатам крыши по одному или по два разгружающих прогона. При значительном увеличении числа балок встает вопрос, а зачем нам здесь вообще стропила, обрешетку можно сделать прямо по прогонам. Это действительно так. Такие крыши называются бесстропильными (рис. 26.1). Однако в мансардных утепленных крышах остро встает вопрос просушки утеплителя, поэтому подобие стропил все же делать придется. Для обеспечения воздушного продуха нужно будет вдоль скатов (в том же направлении, как укладываются стропила) на прогоны набить деревянные бруски, например, 50×50 или 40×50 мм, обеспечивая тем самым продух высотой 50 или 40 мм.

Примечание. Ранее, здесь и далее по тексту в формулах встречаются вот такие нелепицы: d³d, это немного режет глаза, но с математической точки зрения это правильная запись. Она показывает что переменная находится в 4-ой степени. Поскольку записать, 4-ой степени на языке вебсайта «ломает» красоту формулы, приходится прибегать к такой записи. То же относится и к подкоренным выражением: все, что в скобках, входит под знак корня.

Пример расчета сечения прогонов.

Дано: загородный дом 10,5×7,5 м. Расчетная нагрузка на крышу по первому предельному состоянию Qр=317 кг/м², по второму предельному состоянию Qн=242 кг/м². План крыши с размерами указанными на рисунке 26.

1. Находим нагрузки по предельным состояниям, действующим на первый прогон:

qр = Qр×a = 317×3 = 951 кг/м
qн = Qн×a = 242×3 = 726 кг/м = 7,26 кг/см

2. Рассчитываем максимальный изгибающий момент, действующий на этом прогоне (формула на рис. 25):

М2 = qр(L³1 + L³2)/8L = 951(4,5³ + 3³)/8×7,5 = 1872 кг×м

3. Произвольно задаемся шириной прогона, b=15 см и по формуле (3) находим его высоту:

h = √¯(6W/b) = √¯(6×1440/15) = 24 см,
где W=M/Rизг = 187200/130 = 1440 см³

По сортаменту пиломатериалов ближайшая подходящая балка имеет размеры 150×250 мм. Выбираем ее для последуещего расчета.

4.На самом длинном пролете проверяем прогон на прогиб по формуле (2).

Сначала определяем нормативный прогиб: fнор = L/200 = 450/200 = 2,25 см,
затем расчетный: f = 5qнL²L²/384EJ = 5×7,26×450²×450²/384×100000×19531 = 2 см,
где J = bh³/12 = 15×25³/12 = 19531 смˆ4

5. Находим нагрузки, действующуе на второй прогон.

От расчетной равномерно распределенной для первого предельного состояния она будет равна: qр = Qр×b = 317×3 = 951 кг/м;
для второго предельного состояния qн = Qн×a = 242×3 = 726 кг/м = 7,26 кг/см

В точке соединения прогонов от действия первого прогона на второй прогон будет приложена сосредоточенная сила Р (формула на рис. 25):

по первому предельному состоянию Рр=RB = qр b/2 — M2/b = 951×3/2 + 1872/3 = 2051 кг
по второму предельному состоянию Рн=RB = qн b/2 — Mн/b = 726×3/2 + 1429/3 = 1566 кг,
где Мн = qн(L³1 + L³2)/8L = 726(4,5³ + 3³)/8×7,5 = 1429 кг×м

6. Сначала нужно определить по какой формуле будем просчитывать максимальный изгибающий момент на втором прогоне, для этого находим соотношения сил Р/qрL и длин приложения силы c/b (см. рис. 25):

Рр/qрL = 2051/951×7,5 =0,29; c/b = 4,5/3 = 1,5

c/b получилось больше, чем p/qрL, значит максимальный момент рассчитываем по формуле:

Ммах = ab(qрL + 2Pр)/2L = 4,5×3(951×7,5 + 2×2051)/2×7,5 =10112 кг×м

7. Произвольно задаемся шириной прогона, b=20 см и по формуле (3) находим высоту прогона:

h = √¯6W/b = √¯(6×7778/20) = 48 см,
где W=Mмах/Rизг = 1011200/130 = 7778 см³

Брусьев такой высоты в сортаменте пиломатериалов нет, значит принимаем решение взять два бруса размерами 200×250 мм, уложить их друг на друга, скрутить шпильками и сшить стальными пластинами МЗП либо изготовим балку с деревянными связями. Таким образом получим балку шириной 200 и высотой 500 мм.

8. Проверяем составную балку на прогиб по формуле рисунка 25. Сначала определяем нормативный прогиб:

fнор = L/200 = 750/200 = 3,75 см

Затем расчетный, в нашем случае он рассчитывается как сумма прогибов от приложения к балке равномерной нагрузки и сосредоточенной силы:

f = 5qнL²L²/384EJ + PнbL²(1 — b²/L²)√¯(3(1- b³/L³)/27EJ) = 5×7,26×750²×750²/384×100000×208333 + 1566×300×750²(1 — 300²/750²)√¯(3(1 — 300³/750³)/27×100000×208333) = 1,4 + 0,7 = 2,1 см,
где J = bh³/12 = 20×503/12 = 208333 смˆ4

Расчет явно показывает, что введением под место пересечения прогонов дополнительной подпорки можно было бы исключить сосредоточенную силу и уменьшить сечение второго прогона, а при данных в примере размерах строения, сделать его равным первому прогону.

Пример проверки узлов опирания прогонов на смятие.

Проверяем площадь опирания прогонов на стены для того, чтобы не произошло необратимого смятия древесины или разрушения материала стены. Предположим, что стены фронтонов выполнены из газосиликата D500. Предел прочности газосиликата D500 на сжатие составляет 25 кг/см², предел прочности древесины сосны на сжатие в опорных частях конструкций под углом 90° к волокнам составляет 30 кг/см². Для недопущения разрушения материала стены и необратимого смятия древесины должны соблюдаться условия:

N/F ≤ Rсж — для материала стены;
N/Fcм ≤ Rc.90° — для древесины

В данном примере получилось, что древесина имеет большую прочность, чем материал стен. Расчет будем производить на недопущение разрушения материала стены, т.е. напряжение сжатия не должно превысить 25 кг/см².

Находим величину давления первого прогона на стены (формулы на рис. 25, нагрузка qр на странице примера расчета прогона):

RА = qр а/2 — M2/а = 951×4,5/2 +1872/4,5 = 2556 кг
RС = qр L/2 + M2L/аb = 951×7,5/2 — 1872×7,5/4,5×3 = 2526 кг

Вычисляем площадь опирания концов первого прогона:

F=N/Rсж = 2556/25 =103 см
где N=2556 кг (наибольшая из сил давящих на стену), а Rсж = 25 кг/см².

Выходит, что для опирания прогона шириной 15 см нужен «зацеп» на стену равный всего 103/15 = 7 см и при этом не произойдет необратимого смятия древесины и разрушения газосиликатных блоков стены. Поэтому длину опирания прогона на стену примем конструктивно, например, равную 15 см.

Находим величину давления на стены второго прогона:

RD = qр L/2 + bPр/L =951×7,5/2 +4,5×2051/7,5 =4797 кг
RE = qр L/2 + aPр/L =951×7,5/2 +3×2051/7,5 =4387 кг

Вычисляем площадь опирания концов второго прогона:

F=N/Rсж = 4797/25 =192 см,
где N=4797 кг (наибольшая из сил давящих на стену).

Для опирания второго прогона шириной 20 см нужен «зацеп» на стену не менее 192/20 = 10 см. И здесь длину опирания прогона на стену примем конструктивно, равным 15 см.

Источник: «Конструкции крыш. Стропильные системы» Савельев А.А.

ПОДЕЛИТЬСЯ:

Оставляя комментарий Вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности