Коньковый прогон. Виды коньковых прогонов

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 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.

Постройки на участке|28 февраля 2022 в 07:42| Коньковый прогон, Консольно балочный прогон Гербера

6 способов правильного крепления стропил к коньковому брусу

Узел крепления конька и стропил — одна из ключевых частей наслонной стропильной системы. Нижний край стропильных ног в такой системе опирается на мауэрлат или прямо на стену, а верхний — на коньковый прогон. Именно конек связывает стропильную систему в единое целое, придает ей большую, чем у висячей конструкции, жесткость, делает устойчивой. Поэтому очень важно, чтобы крепление стропил к коньковому брусу и их сращение друг с другом было правильным. Иначе прочность всей стропильной системы окажется под угрозой.

Как это часто бывает в строительстве, крепление конькового бруса к стропилам можно выполнить не одним, а сразу несколькими способами. Причем у каждого метода есть особенности, а у некоторых — еще и довольно узкая сфера применения. В статье мы подробно рассмотрим все основные способы крепления стропил к коньку и расскажем об их преимуществах и недостатках, чтобы вы смогли выбрать тот метод, который будет оптимальным в вашем случае. Но, для начала, остановимся на крепеже, который используют для монтажа стропильных ног.

Крепление стропил к коньковому прогону выполняется с помощью трех видов крепежей: крепежные метизы, деревянные соединительные элементы и металлические крепежные детали.

Крепежные метизы

Крепежные метизы — это все, что вбивается или ввинчивается непосредственно в дерево. Чтобы соединить стропила с коньковым брусом используют:

1. Ершенные гвозди длиной 150-200 мм. Самый старый и простой тип крепления, который применяют при возведении практически каждой стропильной системы.
2. Кровельные скобы — П-образный крепеж с заостренными плечами длиной 60 мм, который изготавливают из проволоки или прута диаметром 8-12 мм. Очень надежный и простой тип крепежа.
3. Саморезы и шурупы для крепления металлических соединительных элементов. Заменять длинными саморезами ершенные гвозди нежелательно, поскольку такой узел менее надежен.
4. Болты для сквозных креплений. Болты М16 нужны для создания шарнирного соединения стропил, болты М10 или М12 — для установки соединительных элементов, в основном, деревянных.

Металлические зубчатые пластины (МЗП), которые часто используют для соединения висячих стропильных ног, для крепления стропил на конек стропильной системы не подходят. Для их монтажа нужен специальный пресс, который создаст усилие, достаточное для того, чтобы все шипы пластины плотно зашли в дерево. Создать такое усилие просто молотком невозможно, поднять пресс к коньку — тоже.

Деревянные соединительные элементы

К этой категории относятся:

1. Косынки — треугольные накладки, которые по форме повторяют узел крепления конька и стропил.
2. Ригели — деревянные доски-накладки, у которых края подрезаны на угол, равный наклону стропил.
3. Нагели — деревянный крепежный элемент, работающий на сдвиг. Деревянные нагели в строительстве сейчас практически не используют, за исключением устройства срубов по традиционной технологии.

Деревянные накладки, как и вся стропильная система, «дышат» — меняют свои размеры при изменении влажности. Поэтому для домов из бруса лучше, когда стропильная система с коньковым прогоном связана именно с помощью подвижных деревянных накладок, а не закреплена металлическими пластинами.

Металлические крепежные детали

Для строительства стропильных систем современных домов практически всегда применяют крепежи из металла. Они прочны, долговечны, выдерживают очень большую нагрузку и менее трудоемкие в использовании, по сравнению с традиционными видами крепежных элементов.

Крепление конькового прогона и стропил к нему выполняют с помощью таких металлических деталей:

1. Усиленные уголки для дерева. Металлический уголок с перфорированием, по центру усиленный продавленным ребром жесткости. Все способы крепления стропил к коньковому брусу без вырубки требуют использование таких уголков.
2. Перфорированные металлические пластины. Нужны для крепления стропил в месте стыка, заменяют собой деревянные накладки.
3. LK-крепления. Металлический ассиметричный уголок со сдвинутыми плечами, форма которого напоминает цифру 4. Используется для крепления стропил к коньковому брусу без вырубки. Устанавливаются сбоку, а не сверху прогона.

Как правило, металлический крепеж делают из оцинкованной стали. Но для большей надежности ставят пассивированные соединительные элементы, поскольку они лучше защищены от коррозии.

Вырубка — это запилы на стропилах, глубиной в четверть или треть доски и шириной в половину ширины коньковой балки. Они повторяют форму бруса конька и нужны для предотвращения продольного скольжения стропильных ног по коньковому прогону.

По традиционной технологии крепление стропил к коньку всегда выполняется с вырубкой. Кроме надежной фиксации стропильных ног на коньковом брусе, благодаря запилу стропила опираются на конек не по линии ребра, а прилегают к нему по всей ширине. Следовательно, и нагрузка распределяется не по тонкой линии, а по куда большей площади.

Соединение стропил с коньком с вырубкой

Теперь о том, как запилить конек на крыше. Важно понимать, что вырубку делают только на стропилах. Коньковый прогон ни в коем случае нельзя ослаблять запилами. Вырубку на стропильных ногах обычно делают на земле по заготовленному шаблону.

Шаблон вырубки изготавливают из короткого отреза той же доски, что используется для стропил. Отрезок прикладывают к торцу конькового прогона, и выставляют так же, как будут установлены стропила: под тем же углом, на той же глубине запила.

Карандашом на доске размечают контуры конькового бруса и делают по этой линии вырез. Затем доску с вырубкой снова прикладывают к коньку, чтобы убедиться, что запил плотно прилегает к прогону, а наклон такой же, как должен быть у стропил. Если все правильно, то шаблон готов.

Несмотря на сложности, связанные с выполнением запила, к этому способу крепления стропил к коньковому прогону прибегают все еще довольно часто. Хотя, в основном, это связано с кровельными традициями — сейчас есть альтернативные методы фиксации стропильных ног. Причем эти методы часто даже более надежные: вырубка уменьшает ширину доски, что закономерно снижает ее прочность, а любой способ крепления, когда запил не нужен, лишен этого недостатка. Например, установка коньковой доски и крепление стропильных ног с помощью металлических уголков и пластин позволяет надежно зафиксировать соединение без ослабления стропил вырубкой.

Но учитывайте, что при строительстве домов из оцилиндрованного бревна, сделать стропильную систему без запилов, скорее всего, не получится. На круглом коньке хорошо закрепить стропильные доски с помощью только металлического крепежа сложно.

Для круглых коньков срубов почти всегда делают вырубку

Если вы решили отказаться от вырубки, при креплении стропил к коньку следуйте правилам:

1. Стропильные ноги должны быть и соединены друг с другом, и закреплены к брусу конька. Исключение одно: шарнирное крепление стропил.
2. Дерево для стропильной системы должно быть хорошо высушено, иначе при жестких креплениях стропила может повести.
3. Стропила должны опираться на коньковый брус, а не висеть на саморезах или гвоздях и креплениях.

Последнее правило должно соблюдаться при любом способе крепления. Даже если стропила соединены металлическими планками на шарнире, они все равно должны лежать на коньковом брусе, передавая на него нагрузку.

В отличие от висячих стропил, наслонные можно крепить и встык, и внахлест.

Крепление встык считается более надежным, поскольку стропила торцами опираются друг на друга и нагрузка на сжатие передается на всю доску. Но выполнить его сложнее: нужно точно подрезать стропильные ноги, чтобы их торцы плотно соприкасались по всей площади. Этот способ крепления стропил оптимален для домов из кирпича, газоблока, ракушняка и других подобных материалов.

У крепления внахлест тоже есть свои преимущества. Не нужно подгонять стропила друг к другу, что облегчает монтаж стропильных ног. Кроме того, крепление стропил к коньковому прогону внахлест — подвижное, а не жесткое. Поэтому этот метод хорошо подходит для домов из бруса или оцилиндрованного бревна — для них жестко закрепленная стропильная система противопоказана. Но нужно учитывать, что нагрузка на крепления стропильных ног при их соединении внахлест увеличивается. И для фронтонов такое решение не подходит: если стропила установлены со сдвигом, то необходимо набивать еще брус, чтобы получить ровную плоскость для обшивки фронтона или для установки ветровой доски.

Если упростить, то крепление стропил внахлест — хороший выбор, если дом деревянный или монтировать стропильную систему вы будете сами. Во всех остальных случаях лучше крепить стропила встык.

Закрепить стропила на коньковой балке можно как минимум шестью способами. И хотя металлические пластины и уголки в последние годы используют все чаще, начнем с традиционного метода — крепления гвоздями и скобами. 

Крепление стропил к коньку гвоздями и скобами

Этот способ крепления «работает» только в сочетании с врубкой при монтаже встык. Это значит, что перед тем, как крепить стропила к коньковому прогону, их надо подогнать друг к другу. Для этого уже запиленные по шаблону стропильные ноги устанавливают внахлест и выравнивают по уровню до нужных углов наклона. Затем стропила скрепляют струбциной, намечают карандашом строго вертикальную линию будущего стыка, и по ней разрезают доски пилой. После этого стропила устанавливают на место и получают идеальную линию стыка, по которой доски плотно прилегают друг к другу.

Дальше все просто:

1. В верхнюю плоскость каждой стропильной ноги наискось вбивают кровельный гвоздь так, чтобы он зашел в торец соседнего стропила. Гвозди должны как бы перекреститься внутри досок.
2. Коньковая балка стропильной системы соединяется с обеими стропильными ногами кровельными скобами.

Гвоздевое соединение простое и надежное, если сделано правильно. Вот только при таком способе крепления очень многое может пойти не так. Например, ровно вбить в торец доски гвоздь, длинной 150-200 мм не так просто. А если его перекосит, узел уже будет не таким надежным. Еще неаккуратный удар может привести к растрескиванию древесины, причем не сразу, а спустя месяцы и годы, когда заметить это уже будет сложно. Поэтому гвоздевое крепление стропил к коньковому брусу — вариант, который для стропильных систем современных домов почти не используют.

Монтаж стропил с накладкой

Деревянная накладка из ригеля или косынки — еще один классический способ, как закрепить коньковый брус и стропила в один конструктивный узел. Накладки всегда устанавливают с обеих сторон стропил и соединяют либо длинными саморезами, либо болтами.

Запилы при этом не делают. Второй вариант надежнее, поскольку, во-первых, болт намного толще самореза, а, во-вторых, при большой нагрузке шуруп может вырвать из дерева, в то время как срыв болтового соединения в условиях бытовых нагрузок принципе невозможен.

Обычно каждую пару стропил укрепляют только накладкой сверху. Ригель соединяет концы стропил и прилегает к коньковому брусу, опираясь на него. К коньку конструкцию крепят любым удобным способом: уголками, кронштейнами, скобами.

Но есть и усиленный вариант. В этом случае одной парой накладок стропила скрепляют сверху конькового прогона, а вторую устанавливают сразу под брусом, как бы зажимая его. Такой узел позволяет обойтись даже без жесткого крепления стропил к коньковому брусу. Главное, чтобы и верхние, и нижние накладки плотно прилегали к прогону.

Метод крепления с накладками очень надежен. Но он довольно трудоемок и требует повышенного расхода пиломатериалов. Поэтому деревянные накладки используют, в основном, при монтаже стропильных систем домов из дерева, для крыш большой площади или при возведении здания с пологой кровлей в регионе с большой снеговой нагрузкой.

Крепление стальными уголками и пластинами

Это не один метод фиксации стропил, а сразу несколько. Все эти способы крепления конькового бруса к стропильным ногам объединяет только одно: использование металлических соединительных элементов.

Чаще всего стропила к брусу крепят металлическими уголками, а между собой — перфорированной пластиной. Такое соединение получается очень надежным и элементарным в монтаже — даже новичок вряд ли допустит ошибку. И пластины, и уголки устанавливают с обеих сторон стропильных ног, что еще сильнее повышает прочность узла крепления конька и стропил.

Вместо уголков для крепления стропил к коньковому прогону можно использовать LK-кронштейны. Их верхнее плечо привинчивают к широкой стороне доски, нижнее — к коньковому брусу. Установленные с обеих сторон стропил, LK-крепления не только соединяют стропильные ноги с коньком, но и мешают их продольному сдвигу. При этом если уголок крепится прямо под пластиной, LK-крепления устанавливаются чуть дальше, что снижает вероятность растрескивания стропил.

Намного реже для крепления стропил между собой используют не пластину, а перфорированную металлическую ленту. Ее крепят по верхней плоскости стропил в шахматном порядке, захватывая 20-25 см верха каждой доски. Поскольку при таком соединении саморезы ввинчиваются в доску с торца, лента надежнее пластины стягивает стропила вместе. Но лента скрепляет только стропила, с коньковым брусом их обязательно соединяют уголками или LK-кронштейнами. Поскольку особых преимуществ у перфорированных лент перед пластинами нет, а ставить их сложнее, чаще всего, выбор делают не в их пользу.

Если стропила и коньковый прогон соединяются любой комбинацией металлических крепежных элементов, вырубки обычно не делают.

Соединение врубкой вполдерева

По своей сути этот вид соединения напоминает крепление стропил внахлест. Только вместо полной ширины «нахлестывается» только половина: в стропилах делают выборку так, чтобы при их соединении доски были в одной плоскости. Скрепляются стропильные ноги болтами или несколькими гвоздями.

Крепление врубкой вполдерева — одно из самых трудоемких. Поэтому такое соединение стропил используют, в основном, при строительстве срубов по традиционной технологии. Только болт в этом случае заменяют деревянным нагелем.

Примыкание стропил к коньковому брусу

Очень редкий в России способ монтажа стропил. Зато он очень распространен в США и Канаде, откуда и пришел к нам вместе с технологией быстровозводимых домов из SIP-панелей. При таком методе крепления стропила не опираются на прогон, а упираются в него. Это принципиально меняет схему распределения нагрузок в коньковом узле кровли, поэтому при монтаже стропил примыканием нужно очень точно следовать проектным чертежам.

При примыкании стропил к коньковому брусу их обычно крепят сразу в трех плоскостях:

• устанавливают стропила на кронштейны или на LK-крепления;
• соединяют стропильные ноги металлической перфорированной полосой по верхней плоскости досок или 2-3 длинными гвоздями, забивая их наискось так, чтобы они зашли глубоко в коньковый брус;
• по бокам от стропил с обеих сторон конька устанавливают доски того же сечения, что и стропильные ноги.

Для крыш небольшой площади можно ограничиться только двумя крепежами: кронштейнами и досками-фиксаторами. Соединять стропила гвоздями или полосой в этом случае не нужно.

Учитывая сложность монтажа и неясные преимущества метода перед стандартными способами крепления стропил, его практически не применяют для строительства домов по индивидуальному проекту. Но в готовых проектах такая стропильная система встречается.

Шарнирный узел крепления стропил к коньку

Срубы и дома из бруса после возведения дают усадку. Даже если она равномерная, угол наклона стропил может немного измениться. А если скаты крыши разной длины или стены дома усаживаются неодинаково, это изменение может быть очень значительным. Поэтому жесткое крепление стропил в деревянных домах недопустимо: в лучшем случае после усадки такое соединение ослабнет, в худшем — стропильные доски могут выгнуться и растрескаться, что приведет к необходимости срочного капитального ремонта крыши. Поэтому в домах из бруса или оцилиндрованного бревна узел крепления стропил к коньку делают подвижным — шарнирным.

В качестве шарнира в таких соединениях всегда выступает болт М16 или шпилька, зафиксированная гайками с двух сторон. В этом случае при изменении наклона стропильных досок они просто поворачиваются вокруг болта без появления микротрещин или других дефектов.

Шарнирное соединение делают двумя способами: с помощью удлинения стропил металлическими пластинами или простым монтажом стропильных досок внахлест.

При использовании пластин, перед тем как крепить диагональные стропила к коньковому брусу, их подрезают так, чтобы в нижней точке торца был небольшой зазор — 5-10 мм. Край доски обычно срезают под 90°, поэтому при установке стропил получается выемка треугольной формы. Но допустим и вертикальный срез, хотя в этом случае зазор делают шире — минимум 20 мм. Дальше на стропила устанавливают металлические пластины с двух сторон и закрепляют их 1-2 болтовыми соединениями и шурупами. Пластины должны выступать за стропила и перекрещиваться примерно над средней линией конька. В этом месте их соединяют болтом-шарниром.

Дальше есть два варианта, как крепить коньковый брус к стропилам с подвижным соединением. Первый — это обычная врубка, как на фото:

Второй способ — это подвешивание стропил на уголке. При таком креплении болтом-шарниром пластины соединяют не только друг с другом, но и еще с уголком, который, в свою очередь, привинчивают к коньковому брусу:

Этот метод дает большую свободу соединению, но используют его, в основном, для небольших домов и бань. Слишком большую нагрузку стальной уголок может просто не выдержать.

Иногда стропильные ноги вообще не крепят к коньковому брусу. Но тогда они должны плотно опираться на конек. Причем не только сразу после постройки дома, но и после его усадки.

При укладке стропил внахлест и креплении их болтом также получается шарнирное соединение:

Как и пластинчатый шарнир, соединенные внахлест болтом стропила либо фиксируют на коньке вырубками, либо подвешивают на уголках. Все подвижные виды соединений хорошо показаны на рисунке:

Способ крепления вполдерева тоже относят к шарнирному типу соединений, но, кроме трудоемкости, у него есть еще один существенный недостаток — относительно небольшая свобода соединения. Если уклон скатов измениться значительно, стропильные ноги будут сдавливаться, что может привести к деформации досок и трещинам.

В статье подробно рассказано, как правильно крепить стропила к коньку, начиная от обзора видов крепежа до подробного описания каждого способа крепления. Крепить стропильные ноги к коньку можно:

1. С вырубкой — традиционный способ, и без нее — более простой метод монтажа, который стал возможен благодаря современному металлическому крепежу.
2. Встык — более надежный, но и более сложный метод крепления, который подходит для домов из газоблока, кирпича, бетона, или внахлест — более простой метод, который хорош для срубов и домов из бруса.
3. Гвоздями и скобами — устаревший метод, который менее надежен, чем другие способы крепления.
4. С помощью деревянных накладок, которые надежно связывают стропила и коньковую балку в один узел.
5. С помощью металлических крепежных элементов — оптимальный на сегодня метод крепления, который обеспечивает прочное соединение и очень прост в реализации.
6. Вполдерева — очень трудоемкий способ, который обычно используют при монтаже стропильной системы по традиционной технологии.
7. Примыканием к коньковому брусу — метод крепления родом из Северной Америки. Редко используется, поскольку у него нет особых преимуществ перед стандартными способами монтажа стропил, а сложность работ — высокая.
8. На шарнирах — не один, а сразу несколько методов соединения стропил, которые объединяет одно: подвижное крепление, которое выдерживает изменение уклона крыши во время усадки сруба или дома из бруса.

Все перечисленные методы крепления надежны и проверены. Поэтому для обычного дома, который строится на юге и в средней полосе России, рекомендуем выбирать метод крепления стропил к коньковому прогону исходя из критерия простоты монтажа. В большинстве случаев, это соединение стропил перфорированной пластиной, а стропильных ног и конька — металлическими уголками. Для деревянных домов нужны шарнирные соединения, а для зданий в северных регионах с большой снеговой нагрузкой — усиленные методы крепления стропильных ног, которые способны выдержать сотни килограмм снеговой нагрузки.

---

Будьте в курсе!

Подпишитесь на новостную рассылку

Коньковая доска и коньковый брус

Статьи

1 апреля 2022 г.

В ходе ежегодного расследования сотен, если не тысяч криминалистических проектов, трудно найти предмет, который чаще всего неправильно понимают или строят неправильно, чем каркас крыши жилого дома. Ошибки и недостатки в конструкции и проектировании каркаса крыши жилого дома могут привести к дорогостоящим страховым искам или судебным разбирательствам, а также могут сделать жилой дом более восприимчивым к материальному ущербу от ураганов, таких как снег и ветровая нагрузка.

В районах Соединенных Штатов, которые не расположены в зонах с сильным ветром или сейсмической активностью, проекты строительства жилых домов на одну и две семьи обычно не требуют проектирования лицензированным инженером. Вместо этого Международный жилищный кодекс («IRC») позволяет генеральному подрядчику или архитектору следовать предписывающим требованиям IRC для обеспечения надлежащего структурного каркаса. Однако, по нашему опыту, предписывающие требования IRC часто могут быть неверно истолкованы или неправильно поняты подрядчиками, архитекторами и даже строителями, что приводит к некачественному каркасу крыши. Часто возникает путаница с требованиями даже среди лицензированных инженеров-строителей, которые не знакомы с жилищным строительством. Поскольку стремление к более сложным формам крыш и открытым потолочным конфигурациям возрастает в новом строительстве, риск претензий из-за проблем с каркасом крыши, вероятно, также возрастет.

VERTEX имеет уникальную перспективу в решении вопросов, связанных со строительством и дизайном, благодаря разнообразию наших клиентов, объему услуг и разнообразию специалистов. Независимо от того, консультируете ли вы по судебному делу, просматриваете детали для контроля убытков, проводите смету расходов или выполняете проектирование структурного ремонта, мы видели проблемы, связанные с каркасом крыши жилого дома, с самых разных точек зрения. По нашему опыту, наиболее распространенные проблемы с каркасом крыши жилых домов связаны с непониманием следующих трех тем и компонентов:

1. Коньковая доска и коньковая балка
2. Стяжка стропил и стяжка воротника
3. Бедра и долины

Целью этого блога, состоящего из трех частей, является обзор этих тем с надеждой дать краткий обзор основ каркаса крыши жилых домов, а также общих недостатков на этом пути. Часть 1 будет посвящена разнице между ненесущими коньковыми досками и структурными коньковыми балками. Ссылки на код во время нашего обсуждения будут взяты из издания IRC 2015 года, которое в настоящее время является наиболее распространенным изданием, принятым в Соединенных Штатах. Подобные формулировки и принципы существуют и в других выпусках IRC, а также в отраслевых стандартах.

КОНЬКОВАЯ ДОСКА:

Наиболее распространенным типом жилых крыш является простая двускатная или вальмовая конфигурация, которая обычно состоит из вершины (конька) и наклонных сторон, которые при взгляде сбоку напоминают треугольную форму. В своей наиболее распространенной форме крыша состоит из стропил вдоль каждого ската с потолочными балками вдоль нижней части, которая окружает чердачное пространство (называемое «традиционная система» в этом обсуждении). Коньковая доска располагается вдоль пика крыши в обычной системе. Его технические функции лучше всего можно описать следующим определением, взятым из Руководства по строительству деревянных каркасов («WFCM»), подготовленного Американским советом по дереву («AWC»):

[WFCM 2018] КОНЬКОВАЯ ДОСКА

Элемент НЕКОНСТРУКТИВНЫЙ , используемый на коньке крыши для обеспечения общей поверхности крепления и точки опоры для противоположных стропил крыши.

Проще говоря, коньковая доска представляет собой ненесущую доску, прибитую гвоздями, расположенную на пике между вершинами стропил. На рис. 1 показана обычная система с коньковой доской.

Рис. 1: Схема традиционной системы с коньковой доской.

Теперь, когда мы установили основную функцию коньковой доски, давайте перейдем к конкретным требованиям строительных норм и правил. Требования IRC к коньковой доске относительно кратки и перечислены ниже:

[2015 IRC R802.3] или прямо напротив друг друга с косынкой в ​​качестве стяжки. Коньковые доски должны иметь номинальную толщину не менее 1 дюйма ТОЛЩИНА и не менее ГЛУБИНА чем обрезанный конец стропила…

Вышеприведенные требования IRC сосредоточены на минимальной геометрии и опорных размерах, чтобы коньковая доска функционировала как забивная доска между противоположными стропила. Чтобы дополнительно проиллюстрировать, что коньковая доска не функционирует как конструкционная балка, интересно отметить, что IRC позволяет исключить коньковую доску с помощью косынок между стропилами. Несмотря на то, что коньковая доска не считается конструкционным элементом, требования к геометрии и размерам, перечисленные в IRC для коньковых досок, не менее важны. Например, когда коньковая доска не имеет достаточной глубины, чтобы обеспечить полную опору, стропила могут быть перегружены при сжатии и вызвать разрушение древесины. В сочетании с другими недостатками стропила также более склонны к отделению от конька, что может привести к трещинам и смещению стропил во время сильного снегопада или сверхурочной работы во время циклических сезонных нагрузок.

Рис. 2: Пример разрушения верхней части стропила вдоль конька из-за недостаточной опоры.

Рис. 3: Пример стропила, превышающего глубину конька. (Обратите внимание на разделение, о чем свидетельствуют извлеченные гвозди)

Итак, если коньковая доска не является конструкционной балкой, что держит пик крыши в традиционной системе? Из-за самоподдержки, обеспечиваемой треугольной формой («действие фермы»), верхние части стропил удерживаются равной и противоположной силой двух стропил, прижимающихся друг к другу. В то же время нижняя часть стропил крепится к потолочным балкам, которые противостоят распору наружу на конце стропил. Часть 2 нашей серии статей, посвященных основам каркаса жилых крыш, предоставит больше информации о поведении и требованиях к соединению для сопротивления направленному наружу усилию в нижней части стропил. Сейчас полезно упомянуть, что в контексте коньковых досок ферма, поддерживающая конек, плохо работает на более низких скатах крыши, потому что усилие тяги в месте соединения стропила с потолком увеличивается и часто выходит из строя, что приводит к к последующему смещению у стропил и прогибу у конька. Таким образом, Раздел R802.3 определяет следующее:

[2015 IRC R802.3] Если уклон крыши меньше ТРИ ЕД. В 12 ед. по горизонтали (25-процентный уклон), конструктивные элементы, поддерживающие стропила и потолочные балки, такие как коньковые балки, вальмы и ендовы должны быть выполнены в виде балок .

Таким образом, независимо от того, имеются ли потолочные балки или аналогичные горизонтальные связи, IRC утверждает, что конек всегда должен проектироваться и устанавливаться как конструкционная балка (а не просто поверхность для гвоздей), когда уклон крыши меньше 3:12. Это требование многократно соответствует нашему опыту эксплуатации каркаса крыш с низким уклоном в полевых условиях. Например, распространенная проблема прогиба крыши, наблюдаемая во время снеговых нагрузок, возникает на крышах с малым уклоном, даже если установлены потолочные балки. Конек имеет тенденцию прогибаться вниз, а стропила выталкиваются наружу, как показано на рис. 4.

Рисунок 4: Пример провисания гребня, который произошел во время снеговой нагрузки.
(Обратите внимание, что крыша имеет малый уклон (менее 3:12) с традиционной системой)

КОНЬКОВАЯ БАЛКА (или КОНЪЕКТНАЯ БАЛКА):

Что происходит в открытой («соборной») системе потолка, когда мы удаляем потолочные балки или аналогичные горизонтальные связи? В этой ситуации гребень функционирует не только как поверхность для гвоздей и должен быть спроектирован как конструктивный элемент («коньковая балка» или «конструктивный гребень»). Опять же, мы обращаемся к WFCM за полезным определением коньковой балки и связанных с ней открытых потолков следующим образом: 

[WFCM 2018] КОНЬКОВАЯ БАЛКА

A КОНСТРУКТИВНАЯ элемент, используемый на коньке крыши для поддержки концов стропил крыши и передачи нагрузок с крыши на опоры.

[WFCM 2018] ОТКРЫТЫЕ ПОТОЛКИ

В случае отсутствия потолочных балок и анкерных связей и использования стропил для создания открытого (соборного) потолка, концы стропил должны опираться на несущие стены, перемычки или коньковые балки.

Как указано в вышеприведенных определениях, коньковая балка с близко расположенными стропилами сродни балке перекрытия вдоль центральной линии дома, которая воспринимает нагрузку от балок и передает нагрузку на опоры на своих концах. На рис. 5 показана коньковая балка в системе открытого потолка.

Рис. 5: Схема открытой потолочной системы с коньковой балкой

Как видно на Рис. 5, полного треугольника больше нет, и вершины стропил должны поддерживаться конструкционной балкой. Что касается требований строительных норм и правил, IRC предоставляет следующие краткие требования к коньковым балкам.

[2015 IRC R802.3.1] Если потолочные балки или стропильные связи не предусмотрены, конек, образованный этими стропилами, должен поддерживаться стеной или балкой ПРОЕКТИРОВАНО в соответствии с инженерной практикой.

Таким образом, в открытых потолочных системах коньковая балка должна быть правильно рассчитана инженером как конструкционная балка. Кроме того, соединение между стропилами и коньком также должно быть спроектировано инженером, потому что предписывающие соединения в IRC применимы только для коньковой доски. Как и в случае с большей частью жилищного строительства, лицензированный инженер не всегда привлекается, и подрядчик часто предоставляет размеры каркаса в соответствии с предписывающими требованиями (обычно представленными в таблицах) во всем IRC. В случае коньковых балок нет специальных таблиц, в которых указаны требуемые размеры и соединения для конкретных пролетов и нагрузки, как для балок перекрытий. Без этого прямого руководства подрядчик может полагаться на поставщиков пиломатериалов или только на свой собственный опыт при определении размеров коньковой балки, опор и соединений. В качестве альтернативы архитектор может предоставить размеры и детализацию коньковой балки. Обычно архитектор, поставщик пиломатериалов или подрядчик предоставляет неадекватные размеры или детализацию либо из-за отсутствия понимания поведения коньковой балки, либо из-за того, что в нормах указаны требования к нагрузке и прогибу. Кроме того, фактические условия на площадке могут отличаться от предполагаемых архитектором или поставщиком пиломатериалов. Это часто приводит либо к недостаточному размеру коньковых балок (см. рис. 6), либо к запутанной и чрезмерно сложной компоновке каркаса, которая не служит своему прямому назначению (см. рис. 7).

Рис. 6: Чрезмерный прогиб конька открытого потолка собора, вызванный недостаточным размером коньковой балки.

Рисунок 7: Пример слишком сложной системы крыши, указывающий на непонимание конструкции жилого дома. (Обратите внимание на большую (7×20) коньковую балку LVL и опорные стойки, установленные в традиционной системе с потолочными балками).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ:

Некоторые из наиболее распространенных недостатков каркаса крыши жилых домов, наблюдаемые в VERTEX, происходят из-за общего непонимания функций коньковых досок и коньковых балок, а также их основных кодовых требований. Коньковая доска — это ненесущий элемент, расположенный на вершине традиционной закрытой потолочной системы, который служит поверхностью для прибивания гвоздей между вершинами противоположных стропил крыши. Коньковая доска зависит от действия фермы закрытой традиционной системы крыши. С другой стороны, коньковая балка представляет собой конструктивный элемент на пике открытой (соборной) потолочной системы, который должен быть спроектирован инженером для поддержки стропил по всей длине и передачи нагрузок крыши на опоры.

Во второй части этой серии статей мы обсудим разницу между стяжками для стропил и стяжками, продолжая наш обзор основ каркаса крыши жилых домов.

Чтобы узнать больше о консультационных услугах VERTEX по судебно-медицинской экспертизе и услугах свидетелей-экспертов или поговорить с экспертом-криминалистом, позвоните по номеру 888.298.5162 или отправьте запрос.

Назад к статистике

Автор

Эрик Райан

PE, SE, LEED AP

Старший инженер-строитель и помощник вице-президента по криминалистике

Г-н Райан, инженер-криминалист с более чем 13-летним опытом работы в области проектирования конструкций, обеспечивает ремонт и проектирование рекомендации по структурным вопросам и проблемам ограждающих конструкций жилых и коммерческих помещений. Он был нанят в качестве эксперта по десяткам судебных споров и является лицензированным инженером в 12 штатах.

Об Эрике Райане

Подпишитесь на дополнительную информацию

Категории

Судебный консалтинг

Темы

Дефект конструкции Судебно-медицинский консалтинг Страховые претензии

Коньковая доска или коньковый брус? Какая нужна моя крыша? :: Вейерхойзер

Это очень распространенный вопрос, который наша команда инженеров технической поддержки часто обсуждает с дизайнерами. Разница между коньковой доской и коньковой балкой сводится к тому, спроектирована ли крыша как крыша компрессионного или структурного типа. Хотя существует и третий тип кровли при использовании инженерных деревянных изделий Weyerhaeuser, о которых вы можете прочитать ниже.

Стив Рудовски, территориальный менеджер Trus Joist Weyerhaeuser, собрал модель, чтобы продемонстрировать разницу между двумя типами каркаса крыши, которая определяет, нужна ли вам коньковая доска или коньковая балка.

Компрессионная крыша

Крыша с традиционным каркасом построена в соответствии с положениями Международного жилищного кодекса (IRC). Эта система также известна как компрессионная крыша или «предписывающая крыша», поскольку детали конструкции прописаны в нормах. Он может использоваться для крыш с уклоном от 3:12 до 12:12 и в основном строит треугольник, соединяя две противоположные стропила потолочной балкой/стяжкой на их нижних концах. Коньковая доска соединяет верхние концы стропил, образуя вершину треугольника. Обычно потолочная балка, идущая от противоположных наружных стен, соединяет нижние концы стропил вместе, образуя основу и завершая треугольник. См. пример поперечного сечения крыши, показанный ниже.

С ненесущей коньковой доской вверху две противоположные стропила в основном поддерживают друг друга. Под нагрузкой стропила будут испытывать как осевые, так и изгибные напряжения. Потолочная балка (натяжная стяжка) на нижнем конце стропила сопротивляется тяге, возникающей, поскольку эти концы имеют тенденцию смещаться наружу и толкать опорную стену. Общая система (коньковая доска, стропила, хомуты и потолочная балка) определяется IRC. Дополнительную информацию о крышах см. в главе 8 IRC 2018 года.

Weyerhaeuser EWP обычно доступен длиной до 48 футов. Они часто используются строителями в качестве заменителей обычных деревянных изделий, таких как 2×8 и 2×10, в крышах с традиционным каркасом. Строители могут предпочесть один длинный кусок микроллама там, где им пришлось бы использовать несколько кусков пиломатериала, например, для изготовления длинной коньковой доски.

Эта замена иногда создает запросы на запечатанную документацию/расчеты, поскольку используемый продукт является «разработанным» и не указан в строительных нормах. Эти запросы не являются необходимыми или обязательными. Чтобы считаться заменой любой из системных частей, EWP Weyerhaeuser должен быть 9.0035 эквивалентен или лучше, чем  элемент, который он заменяет. Проще говоря, это означает, что продукт EWP должен быть такого же/большего размера и такой же/более высокой прочности, чем заменяемая деталь. Дополнительную информацию о замене см. в Техническом справочнике Weyerhaeuser 1502.

Например, мастер может использовать для коньковой доски 40-футовый кусок микроллама размером 1 ¾″ x 9 ¼″ вместо трех или четырех кусков пиломатериала размером 2×10. Это было бы приемлемо, поскольку Microllam имеет аналогичные размеры. Для этой замены документация/расчет не нужны.

Несущая крыша

Этот тип крыши аналогичен конструкции пола, где балки имеют несущие опоры на каждом конце. Конструктивные уклоны крыши обычно варьируются от 0:12 до максимум 12:12.

Структурные крыши обычно имеют коньковые балки на верхних концах вместо коньковой доски, описанной выше для сжатых крыш. См. пример, показанный ниже. Вальмовые элементы и ендовы в несущих крышах также считаются несущими балками, что означает, что они имеют опору на каждом конце и поддерживают реакции от присоединенных балок крыши. Расчеты могут быть произведены для балок и балок в системе несущей крыши с использованием Forte 9.Программное обеспечение 0218® WEB или Javelin ^®  .

Weyerhaeuser EWP Roof 

Этот тип крыши представляет собой запатентованную систему, в которой используются стропила TimberStrand LSL и потолочные балки, а также вальмовые, ендовные и коньковые элементы Microllam LVL или TimberStrand LSL. Геометрия крыши, требуемые размеры элементов и сведения о соединениях указаны в нашем Руководстве по проектированию системы крыши, TJ-9005. Подобно компрессионной крыше, построенной в соответствии с IRC, эта система также носит предписывающий характер. Здесь покрытый скат крыши может варьироваться от 4:12 до 12:12 и иметь расстояние между стропилами до 24″ по центру.

Информация и подробности, представленные в руководстве, основаны на испытаниях, проведенных компанией Weyerhaeuser для демонстрации эквивалентности традиционным каркасным системам. Любая система, построенная с использованием этого руководства, должна полностью основываться на этом руководстве, без замены материалов/деталей. Как и в случае компрессионных крыш, образуемая система имеет треугольную форму с коньковой доской, двумя стропилами и потолочной стяжкой внизу. Как и в случае компрессионных крыш, расчеты элементов не могут быть предоставлены для отдельных элементов, поскольку большая часть информации основана на тестировании системы или продуктах, которые соответствуют или превосходят нормативные требования.