Висячие стропила
Если в здании нет долевой стены или других опор, могущих поддерживать коньковый прогон, то приходится устраивать висячие стропила, не требующие существования средней опоры.
Если бы две стропильных ноги ab и ас, связанные вверху (в точке а), были поставлены на две стены, упираясь нижними точками b и с в мауерлаты (фиг. 634), то такая ферма под действием нагрузки дала бы весьма большой распор на стены, который стремился бы опрокинуть опорные стены наружу.
Действительно, при равноскатной крыше и равной нагрузке R = R2 на оба ската, для левой половины крыши, разлагая силу R1 на две составляющие в точках а и b, получим в каждой силу, ранную 1/2 R1; затем, разлагая силу 1/2 R1, приложенную в точке а, по двум направлениям — горизонтальному аz и но оси стропильной ноги ax - R1/2sina, где а — угол наклонения ного к горизонту, перенесем точки приложения последней слагающей в точку b и здесь разложим на слагающие по двум направлениям: вертикальному, дающему слагающую ах sin a = R1/2sin a sin a = R1/2, которая вместе с уже приложенною здесь вертикальною силою составит полное вертикальное давление на левую опору R1, и по горизонтальному направлению, причем получим горизонтальную составляющую by = ах cos а = R1/2sin a coc a = 1/2 R1 cotg a; последняя сила представляет величину горизонтального распора, передаваемого опорной стене стропильною фермою, состоящею из двух ног без затяжки.Так как такой горизонтальный распор невыгоден для устойчивости стен, то его уничтожают устройством особой части стропил — затяжки, или ригеля.
Таким образом, затяжка (bс, фиг. 635) является необходимою частью висячей стропильной фермы; в ее концы врубаются ноги, связанные между собою верхними концами; затяжка представляет здесь растянутую часть, а ноги — сжатые и, кроме того, изгибаемые приложенными к ним силами (давление, передаваемое кровлею).
а) Висячие фермы для пролетов до 7,5 м. Фермы из двух ног и затяжки (фиг. 636) употребляются для пролетов не свыше 7,5 м, так как при больших пролетах очень длинная затяжка сильно провисает, и стропильные ноги требуют промежуточных подпор.
Детали врубок: вязка верхних концов стропильных ног — в проушину со скреплением болтом или скобами (см. фиг. 627); врубка ног в затяжку — простым (при угле а > 35°) зубом (фиг. 636) или (при угле a < 35°) двойным зубом (фиг. 637) с шипом или без шипа. Эта врубка скрепляется обоймою, называемою уздою; узда при простом зубе должна составлять с осью стропильной ноги угол менее 90°, а при двойном — менее 80°. Глубина врубки зуба — 1/4 или 1/5 толщины затяжки, расстояние врубки от конца затяжки (ab. фиг. 638) определяется по величине горизонтального распора, равного P кг.
где s — ширина, l — длина конца затяжки по скалывающемуся слою, R — 10,5 кг на 1 кв. см — коэффициент прочного сопротивления на скалывание сосны вдоль волокон; отсюда:
Из вышесказанного видно, что часто устраиваемые и рекомендуемые врубки (А и B, фиг. 639) нерациональны, так как сопротивление их, обусловливаемое площадью скалывания по ху, не находится в соответствии с величиною горизонтальной слагающей и может оказаться недостаточным; основывать же сопротивление врубки на сопротивлении железных скреплений не следует, гак как эти последние играют лишь второстепенную роль в плотничных соединениях. Кроме того, при врубке В конец стропильной hoi и, под влиянием некоторого смятия торцевой части zy, может расколоться по направлению zv, что значительно ослабит стропила. Поэтому, если бы случилась надобность врубить ногу близ конца затяжки, врубку следует исполнить, как представлено на фиг. 640, и затянуть ее уздою t, размеры которой следует рассчитать на достаточное сопротивление горизонтальной слагающей.
Когда врубка стропильных ног в затяжку произведена по правилам, явствующим из фиг. 636 и 637, при значительном горизонтальном распоре концы затяжки ab (фиг. 641) могут выйти настолько длинными, что обусловят здесь перегиб кровли: в этих случаях, для смягчения и маскирования этого перегиба, сбоку на фермы набивают кобылки из 4—5-сантиметровых (1,5—2-дюйм.) досок ас, к которым и прибивается затем обрешетка иод кровлю.Фермы висячих стропил устанавливаются на наружных стенах здания, причем в деревянных постройках на верхний венец затяжка нарубается шипом (прирубом) k (фиг. 642), а в каменных она кладется на мауерлаты (М, фиг. 643), уложенные по внутренним обрезам стен. Для того, чтобы при этом не происходило изгибания конца затяжки, опора (венец, мауерлат) должна лежать на вертикали X, проведенной из точки (о) пересечения осей стропильной ноги и затяжки.
б) Висячие фермы для пролетов от 7,5 до 13 м. В фермах, перекрывающих пролеты от 7,5 до 13 м, затяжка делается составною и поддерживается вертикальным брусом, врубленным верхним концом между верхними концами стропильных ног (а, Фиг. 644); этот брус называются бабкою. Притом, если длина ног более 5 м (2,5 саж.), то, кроме того, устраиваются подкосы ed и fd, упирающиеся нижними концами в бабку, а верхними — в стропильные ноги.В такой ферме подкосы являются частями сжатыми, ноги — сжатыми и изгибаемыми, а затяжка и бабка — растянутыми. Врубки частей устраиваются следующим образом:
а) Стропильные ноги в бабку врубают, как показано на фиг. 645, А — случай, когда угол наклонения стропильной ноги мал, В — когда он велик; глубина врубки ног в бабку е = 1/5—1/6; толщины бабки S; такова же глубина врубки шипа, ширина же последнего равна одной трети ширины бабки. Врубка усиливается железными скреплениями: двумя скобами (mn — с каждой стороны по одной), или обоймою xyz, стягиваемою с бабкою болтом у.
b) Ноги врубаются в затяжку зубом, как было сказано выше, и скрепляются с нею уздою.c) Затяжка сращивается из двух брусьев прямым или косым замком и скрепляется накладками а и b (фиг. 646) из широкого 6—9-сантиметрового (2,5—3,5'') железа и 2—4 болтами пп. Затяжка подвешивается к бабке посредством хомута х с болтом р; чтобы иметь возможность поднимать и опускать затяжку, под нее на хомут х подбивают железные клинья z; иногда с тою же целью хомут устраивают из двух половин (k и k', фиг. 647), верхние концы которых укрепляются к бабке болтом р, а нижние, навинтованные, служат для поддерживания затяжки посредством накладки m, подтягиваемой гайками nn.
d) Подкосы (В и B1, фиг. 647) врубаются в бабку зубом с шипом n таком расстоянии от конца бабки, чтобы не было возможно скалывание ее концов (аb); это соединение скрепляется одною парою больших скоб (st), или двумя парами малых (v и w, фиг. 648).е) Верхние концы подкосов врубаются зубом или гребнем в среднюю треть длины стропильных ног, согласно общим правилам, указанным для врубки подкосов (см. стр. 375); скрепляются с ногами скобами.
При установке фермы врубаются концами затяжки в верхний венец или кладутся на мауерлаты, по вышеизложенному.
в) Висячие фермы для пролетов от 13 до 17 м. Пролеты свыше 13 м и до 17 м перекрываются висячими фермами о двух бабках, с составною затяжкою, поддерживаемою бабками в местах соединения между собою образующих ее брусьев (фиг. 649).
Такие фермы состоят из двух ног (AB и A1B), затяжки из трех брусьев (AM, MN и NA1), подмог (CD и C1D1), поддерживающих нижнюю связь ног, двух бабок (DE и D1E), к которым подвешена затяжка при помощи хомутов (М и N), и ригеля (DD1), врубленного концами в верхние концы бабок.Здесь сжатыми и изгибаемыми частями являются стропильные ноги и подмоги, только сжатою частью — ригель, и растянутыми — затяжка и бабки. Подобные фермы устраиваются только для крыш каменных строений; они ставятся на двойные мауерлаты (фиг. 650, от m и m1) для того, чтобы не происходило перекашивания затяжки.
Врубки частей устраиваются так:
a) стропильные ноги связываются между собою верхними концами в проушину со скреплением болтом или двумя скобами;
b) нижние концы ног и подмог врубаются в затяжку — простым или двойным зубом с шипом (фиг. 650) и скрепляются двумя обоймами (уздами) s и s1;
c) бабки F врубаются в ноги шипом n (фиг. 651) и соединяются с подмогою зубом с шипом, а с ригелем — зубом без шипа или тоже с шипом; глубина этих врубок делается в 1/6—1/4 толщины бабки; это соединение усиливается прибитыми посредством гвоздей накладками tt и обоймой k, стянутою болтом r, или скобами р, скрепляющими ногу с подмогою; иногда же эти накладки заменяются двумя скобами k и k1 с каждой стороны (фиг. 652);
d) брусья, образующие затяжку, сращиваются прямым замком с усилением его накладками и болтами; хомут, поддерживающий затяжку, устраивается, как было сказано выше (фиг. 646 и 647).г) Висячие фермы для пролетов от 15 до 21 м. При пролетах от 15 до 21 м устраиваются висячие стропила о трех бабках; в таких фермах имеются следующие части: две ноги (AB и A1B, фиг. 653), затяжка AAi (из трех брусьев), три бабки ВС, MN и M1N1, две подмоги ST и S1T, и два подкоса MC и M1C.
Все части этих ферм приведены в треугольную систему; из них сжатыми и изгибаемыми будут ноги и подмоги, только сжатыми — подкосы и растянутыми — затяжка и бабки.
Все врубки частей производятся подобно ранее описанным, за исключениемсоединения боковых бабок с подмогою, ногою и подкосом, которое представлено на фиг. 654; скрепляются эти врубки или скобами, как показано на фиг. 652, или обоймою и накладками (по фиг. 654), Затяжка связывается из трех брусьев, причем для среднего бруса берется 8,5-метровое (4-саженкое) бревно, а для крайних — 6,5-метровое (3-саженное) при пролете до 17 м, или же из четырех брусьев, длиною по 6,5 м при пролете до 21 м. Затяжка подвешивается ко всем трем бабкам посредством хомутов.Если бы встретилась необходимость в устройстве деревянных висячих стропил для пролета более 21 м, то следовало бы поставить фермы с 5, 7 или более бабками; однако надо заметить, что для больших пролетов выгоднее устраивать стропила железные, которые выходят проще, легче и в некоторых случаях даже дешевле деревянных, имея, кроме того, преимущество — несгораемость.
Для пролетов до 8,5—10,5 м, особенно при большом подъеме крыши, можно устраивать висячие стропила с ригелем (r, фиг. 655); при этом фермы делаются или с затяжкою (AA', фиг. 655), или без нее (фиг. 656). В фермах с затяжкою ригель увеличивает жесткость фермы, скрепляя между собою средние части ног; наибольшее значение ригель приобретает при равномерной на оба ската крыши нагрузке; при односторонней же нагрузке фермы (P, фиг. 655) ригель уменьшает прогиб ноги AB, так как отчасти передает давление на другую ногу А'В, заставляя ее выгнуться вверх и тем участвовать в сопротивлении прогибу ноги AB.В таких фермах ригель всегда является сжатою частью, ноги — сжатыми и изгибаемыми, затяжка — растянутою.
Натянутость затяжки увеличивается от устройства ригеля; так, когда ригель врублен и средину длины ног, натянутость затяжки увеличивается в 1,5 раза.
Если фермы устраиваются без затяжки (фиг. 656), то ригель, заменяя ее, уничтожает горизонтальный распор. Однако в такой ферме ноги, вследствие своей упругости, выгибаются под влиянием нагрузки, как показано пунктиром на фиг. 657, при этом нижние концы их А и А' расходятся в стороны (в а и а') и, таким образом, передают на стены строения горизонтальный распор, ограниченный не по своей величине (которая зависит от величины нагрузки на ферму), а по длине возможного перемещения концов ног; перемещение же это будет, при одинаковой нагрузке, тем меньше, чем меньше пролет, чем больше подъем, чем ниже расположен ригель и чем толще стропильные ноги (меньше прогиб).
Таким образом фермы с ригелем без затяжки всегда будут давать некоторый, ограниченный в смысле возможного перемещения концов ног, распор на стены строения, если только нижние концы ног будут неподвижно закреплены в стенах; если же стены не желают подвергать действию распора, то концы стропильных ног укладываются на мауерлаты, как показано на фиг. 658, давая им возможность скользить по мауерлату в пределах наибольшего возможного горизонтального их перемещения.В фермах со свободным движением в нижних концах ног ригель всегда будет растянут, а ноги — сжаты и изгибаемы; наиболее опасные точки ног — места врубки в них ригеля: здесь более всего возможен перелом ноги.
Фермы с ригелем, без затяжки и со свободным движением нижних концов ног, представляют вообще конструкцию слабую и могут применяться только для малых пролетов, не свыше 8,5 м; если же в этих фермах нижние концы ног закреплены неподвижно и если, при достаточной устойчивости стен, последние прими мают на себя распор стропил, то пролет может быть увеличен до 9—9,5 м.
д) Стропила с ригелем и шпалами. Ноги висячих стропил с ригелем без затяжки иногда подпирают в их нижних частях подкосами (фиг. 659), упирающимися в короткие брусья b, называемые шпалами; внешний конец шпал нарубается прирубом на стену деревянного строения или кладется на мауерлат каменного здания, внутренний же конец шпал поддерживается прогоном х, положенным по потолочным балкам. Стропильные ноги врубаются в шпалы зубом и скрепляются скобами или обоймами.Подобная конструкция стропил не может быть признана рациональною, так как:
a) фермы ее, как и при одном ригеле r без шпал, дают распор на стены, хотя и не столь большой, как без шпал;
b) подкосы а, передавая давление на потолочные балки, увеличивают их нагрузку и в то же время передают им все сотрясения, испытываемые крышею (от порывов ветра, ходьбы и пр.);
c) если подсчитать количество материала, идущего на прогоны х, шпалы и подкосы, то окажется, что устройство вместо этих частей цельной затяжки потребует меньше материала и обойдется дешевле.
Таким образом фермы со шпалами во всех отношениях выгодно заменить фермами с ригелем и затяжкою; единственное удобство, которое представляют фермы с ригелем и шпалами, состоит в том, что при их устройстве средняя, наиболее высокая часть чердака ничем не загромождена, тогда как существование затяжек сильно затрудняет ходьбу по чердаку.
Врубка ригеля в стропильные ноги производится полусковороднем, причем, если ригель устроен из бруса, то он скрепляется с ногою парою скоб (s, фиг. 660, A); однако выгоднее заменять брусчатый ригель досчатым, в виде парных схваток т, врезанных в ноги с обеих сторон полусковороднем (фиг. 660, В) и стянутых с ними болтами; такой ригель полезно укреплять в средине его длины прокладкою Z из куска бруса, стянутого с досками mm болтом.При устройстве стропил с ригелем последний следует располагать на высоте не менее 1,8 м над полом чердака (чтобы он не мешал свободному проходу); длина же ригеля не должна превышать 4,8 м в свету.
