Узлы металлических балок: основные способы соединения

Крепление стропил к балкам перекрытия осуществляется при возведении мансардных крыш с незначительным весом. Узлы крепления получаются максимально надежными, если правильно выбрать вариант монтажа и следовать технологии.

Конструкция стропильной системы

Система стропил является своеобразным каркасом крыши. Все узлы и элементы должны обладать достаточной жесткостью для выдерживания нагрузки при распоре и сдвиге. Конструкционные элементы изготавливают из дерева, чтобы кровля имела легкий вес. Материал необходим качественный, с небольшим числом трещин и сучков. Для мауэрлата, прогона и подушек берут сорта твердых пород дерева.

В систему стропил входят следующие элементы:

  • Мауэрлат – своего рода фундамент кровли, служащий опорой. Благодаря ему вес одинаково распределяется по периметру постройки. Это толстая балка, прикрепленная к стене, уложенная строго параллельно балке конька.
  • Ноги стропил. Определяют внешний вид верха дома и уклон крыши.
  • Коньковый прогон. Это брус, положенный в горизонтальном положении, на котором закрепляют стропила.
  • Боковой прогон. Аналогичен коньковому, но фиксируется по центру стропильных ног на скате.
  • Затяжка. Соединяет крайние стропила, чтобы они не расходились.
  • Подкос (ноги под стропами). Состыковывается с лежнем и стропильной ногой, что делает его более стойким.
  • Лежень. Устроенный поверху внутренней стены постройки, параллельно коньку, брус. Служит для установки подкоса и стойки.
  • Конек крыши. В этом месте соединяются скаты кровли, набивается сплошная обрешетка для повышения прочности.
  • Свес. Часть крыши, ограждающая стены от контакта с большим объемом атмосферных осадков.
  • Кобылки. Устанавливаются для увеличения длины стропил, если их не хватает при монтаже свесов.
  • Обрешетка. Сплошная или из реек, служащая основой для кровельного материала.

Важно выбрать подходящие методы соединения участков системы, качественно их соединить с общей кровлей для стойкости к расчетной нагрузке.

Устройство перекрытия по деревянным балкам

Установка деревянных балок перекрытия позволяет решить такие задачи:

  1. достичь необходимых показателей прочности и жесткости перекрытия;
  2. обеспечить соответствие звукоизоляции и сопротивления теплопередаче уровню необходимому для энергосбережения;
  3. выдержать соответствие установленным нормативам показателей паро- и воздухопроницания.

Выбор балки для межэтажных перекрытий:

По виду и типу:

  • Балки перекрытия из бруса. Чаще всего для изготовления балок выбирают брус прямоугольного сечения. Высота бруса должна находится в пределах 140-240 мм, а толщина 50-160 мм. При этом выдерживается правило: толщина балки составляет не менее 1/24 от ее длины. Профессионалы отмечают, что большая прочность присуща деревянной балке с соотношением сторон 7:5.
  • Балки перекрытия из бревна. Экономически более выгодное решение. Бревно обладает большой стойкостью к нагрузкам, но и низкой стойкостью к изгибу. Бревно пригодно для использования только если выдержано в сухих условиях не менее одного года.
  • Балки перекрытия из досок. Использование доски приводит к уменьшению потребляемого для устройства перекрытия количества пиломатериалов. Но, стоит отметить, что в данном случае понижается устойчивость перекрытия к огню, долговечность и звукоизоляция. Обычно доска используется при строительстве чердачного перекрытия. Чтобы усилить доски можно воспользоваться приемом — срастить вместе две доски по длине. Тогда суммарное сечение будет соответствовать уровню нагрузки. Такая конструкция может выдерживать нагрузку в 2 раза большую, нежели бруса или две доски, уложенные вплотную друг к другу. В данном случае крепление осуществляется саморезами или гвоздями, зафиксированными в шахматном порядке с шагом 20 см.

Рекомендуем! Подробное описание деревянных балок перекрытия — типы, виды, расчет балки на изгиб, прочность и нагрузку.

Сечение балок деревянного перекрытия

Напрямую зависит от величины предполагаемой нагрузки на балки. Нагрузку делят на постоянную, создаваемую полом, мебелью, и переменную, зависит от количества одновременно находящихся на перекрытии людей и предметов.

Способ монтажа деревянных балок перекрытия

Монтаж цельных деревянных балокУкладка цельных деревянных балок.

В данном случае балки укладываются без сращивания. Чтобы минимизировать прогиб, нужно укладывать их вдоль более короткой стены. Таким образом, количество балок увеличится, но длина каждой отдельной балки уменьшится.

Монтаж усиленных (срощенных) балокУкладка усиленными (срощенными) балками.

Этот способ монтажа предполагает монтаж стыка на внутренней стене постройки.

Укладка балок короткими прогонамиУкладка короткими прогонами.

На жаргоне строителей их называют разменниками. По сути, это балки, уложенные перпендикулярно к продольным балкам. Служат для усиления перекрытия.

Схема укладки балок короткими прогонами

Материал подготовлен для сайта

Следует учесть, что устройство перекрытия по деревянным балкам будет надежным при условии правильного выбора породы дерева. Так, не подходят для этого вида работ лиственные породы. Причиной этому является плохая устойчивость на изгиб, а вот древесина хвойных пород подходит идеально. Главное, чтобы она была очищена от коры и обработана антисептическим раствором.

Читайте также:  Гидроизоляция плит перекрытия под стяжку

Плюсы деревянных балок перекрытия:

  • малый вес. Это позволяет уменьшить нагрузку на стены и фундамент дома, упростить транспортировку и облегчить процесс монтажа;
  • возможность выполнять работу вдвоем, своими руками, без привлечения специальной техники;
  • доступность и сравнительно низкая стоимость;
  • возможность уложить изоляцию;
  • высокая скорость проведения работ.

Минусы деревянных балок перекрытия:

  • ограничения по длине закрываемого пролета. Длина деревянных балок не превышает 6 000 мм, а закрывать они могут максимум 4 500 мм. без установки дополнительной вертикальной опоры;
  • потребность в дополнительной защите древесины от гниения, биологического разрушения и расколов;
  • зыбкость. Деревянная балка может «играть» при перемещении по ней людей и создавать дополнительный шум. Требуется устройство дополнительной звукоизоляции.

Достоинства

Преимущества конструкций:

Достоинства
  • универсальность строительного материала заключается в том, что его применяют для формирования опорного каркаса кровли, черновых полов и опалубки перекрытий;
  • вес деревянных двутавров (1 погонный метр колеблется в пределах от 3,2 до 5,8 кг) позволяет монтировать конструкции без привлечения грузоподъемных механизмов;
  • высокая скорость монтажа перекрытий сокращает сроки малоэтажного строительства;
  • прочностные характеристики не уступают показателям аналогичных конструкций из металла и бетона;
  • ДДБ перекрывают пролеты длиной до 15 м;
  • высокая звукоизоляция и низкая теплопроводность обеспечивают комфортные условия пребывания людей в доме;
  • простота изготовления балок позволяет наладить их производство в домашней мастерской;
  • пропитка антисептиками и огнезащитными составами значительно повышают безопасность эксплуатации конструкций;
  • форма поперечного сечения позволяет в продольных проемах балок прокладывать коммуникации различного назначения, что увеличивает объем и полезную площадь помещений;
  • цены на ДДБ существенно ниже стоимости аналогичных изделий из других материалов.

Соединение в косой замок

Соединение в прямой и косой замок

Данный метод сращивания специалисты называют самым сложным. Такое соединение крайне сложно осуществить человеку без должной квалификации или опыта. Однако надежность получившейся конструкции действительно стоит потраченных усилий. Компании, которые занимаются строительством зданий из бруса, прекрасно знают о том, как соединить два бруса в длину именно таким методом, но зачастую умалчивают об этом, чтобы сэкономить время и поддерживать высокий уровень производительности.

Соединение в косой замок

Итак, первым делом с торцов деревянной детали необходимо выпилить косые элементы. При этом должен быть соблюден определенный угол, повторены необходимые изгибы, а габариты должны полностью соответствовать. В итоге должен получиться некоторого рода шип и паз, которые в конечном итоге и образуют косой замок. После этого два бруса необходимо соединить, приложив обработанные места друг другу. Для достижения максимальной надежности и прочности соединения используют специальные деревянные нагели.

Сопряжения  со специальными колоннами из стального материала

Опирающаяся конструкция из балок на колонны может быть сделана в виде шарнирного, а также жесткого крепления. Но все же, по возможности следует опирать балки поверх и подавать всю нагрузку только в центральной части профильного каркаса колонны.

Крепеж с боковой стороны

При крепеже с боковой стороны, кроме сжимающего нагружения во всем каркасе возникает основной момент, когда из-за действия данной силой появляется так называемый эксцентриситет, отчего каркас получает большую нагрузку, таким образом, приводит к излишнему расходу металлического каркаса колонны.

Для того чтобы эта нагрузка могла передаваться правильно и только через каждое ребро, тогда необходимо сделать так, чтобы ребра немного выступали от своего уровня, обычно это может составлять от 15 и до 20 миллиметров. Это же ребро же придется немного отстрогать, чтобы после общая нагрузка могла передаться на всю площадь ребра.

Процесс опирания двух балок с верхней части колонн

Таким же образом, как и в предыдущем необходимо:

  1. опереть их через ребро и довести до головки колонн;
  2. тут их нужно соединить, совместив между собой и закрепить болтами;
  3. с верхней части лучше болты не закреплять, если при этом вам не потребуется сделать узел в жестком варианте;
  4. между ними  придется установить соответствующие пластины, чтобы потом лишний раз не пришлось стягивать их вместе.

Помимо этого можно опереть сразу две балки на один оголовок колонны с помощью следующей конструкции

В данной соединительной части главную роль играет балка, расположенная на нижней полкой на самом оголовке каждой колонны.

  1. Чтобы передавать всю поперечную силу ее придется усилить ребром.
  2. Ребро дальше крепим так, чтобы при процессе монтажных работ оно оказалось над самой полкой колонны.
  3. Дальше их необходимо соединить болтами, а также с помощью специальных накладных пластинок (проследите, что вся нагрузка располагалась симметрично).
  4. Здесь тоже не нужно соединять все балки с верхней части, чтобы не образовался узел.
  5. Ребра же на колоннах в данном случае не потребуются.
  6. Между ними лучше всего оставить небольшой проем, размером в 10 или 20 мм.

Шарнирные крепления  на колонны с боковой части

При любом креплении с боковой стороны нужно рассчитать все колонны и создать так называемый эксцентриситет. При опирании при помощи шарнирного крепежа нагрузка будет передаваться только через опорное ребро и только на опорный стол. Небольшой столик обычно производят из прочного листового стального материала, но или используют не равнополочного угла. Высота столика может быть определено при условии прочной установки каждого сварного шва. Тут необходимо столик приварить с трех основных сторон. Общую ширину этого столика придется делать с учетом на 20 — 40 мм, немного больше размера балочного ребра.

Читайте также:  Устройство бетонного пола по грунту в частном доме своими руками

Общий диаметр всех отверстий создаются на 3 или 4 мм больше диаметральных параметров каждого болта, но только, чтобы она не могла повиснуть на болтах, а наоборот успела прекрасно лечь на данный столик.

При использовании шарнирного опирание ребер в колонну каркаса не потребуется. Между данным ребром, служащим в качестве опоры, а также колонны монтируется металлическая прокладка, толщина, которой не должна превышать 5 мм.

Сопряжение с колоннами в жестком варианте (сварка)

Изготовить жесткую соединительную деталь можно будет только при помощи болтов, но или прибегнуть помощи сварки. Все же болтовой вариант соединения считается более технологичным. Так как в данном случае практически все детали разрабатываются, а также окрашиваются на производстве. При построении каркаса придется их просто установить, а болты потуже затянуть.

Между опорными ребрами, а также колонны придется установить несколько стальных прокладок, чтобы балки и колонны плотно прилегали друг к другу. То есть в данном случае зазора между ними не должно быть.

Максимальное количество необходимых болтов придется рассчитывать только согласно возникающему моменту.

Укладка балок перекрытий в стену

Укладка балок перекрытий в стену не менее важный процесс, чем расчет самих конструкций и от того насколько все будет сделано правильно зависит не только целостность всего дома, но порой и жизнь его обитателей.

Причем это касается как деревянных балок перекрытия, так и металлических: и те, и другие подвержены в местах стыковок выпадению конденсата, образования плесени и грибков (для деревянных балок), усиленной коррозии в торцах балок из металла.

Все это способствует ослаблению материала и может привести к его разрушению, повлекшее за собой обвал межэтажного перекрытия дома. Поэтому все действия по защите торцов балок перекрытий, включая и балки (лаги) при устройстве пола, сводятся к тому чтобы защитить эти части от конденсата и пагубного влияния жучков-паразитов (для деревянных балок).

Укладка деревянных балок перекрытий в стену

В большинстве случаев деревянные балки заводятся в стену в специально подготовленные для этого гнезда, которые сооружаются в процессе кладки. Размер опорных участков балок должен быть не менее 150 мм. Концы, опирающиеся на стены, срезаются по углом в 60º, обжигаются, обрабатываются антисептиком и оборачиваются в два слоя рубероидом.

Крепление деревянных балок перекрытия к стене

Однако, торцы балок оставляют обязательно оставляют открытыми для того чтобы они постоянно обтекались потоками воздуха, предотвращая таким образом образования конденсата на поверхности торцов.

Кроме того, концы балок должны находиться в гнездах чтобы со всех сторон между стеной и балкой оставалось свободное пространство в 40–50 мм, которое по окончанию монтажа заполняется утеплителем, например, минеральной ватой.

Диффузия водяного пара в деревянной балке

В домах из сруба или оцилиндрованного бревна концы балок заводят в гнезда на размер не менее 70 см для чего в стенах вырезаются специальные пазы. Во избежание скрипов в места укладки балок перекрытий в стену закладывается гидроизоляционный материал.

Следует отметить, что в случае подрубки концов балок допускается уменьшение размера на одну четвертую высоты балки, иначе под нагрузкой в этом месте могут образоваться трещины что существенно ослабит прочность перекрытия.

В случае с каркасными домами концы балок крепятся к брусу обвязки с помощью гвоздей или металлических скоб.

Укладка металлических балок перекрытий в стену

В отличие от деревянных балок концы металлических балок перед заделкой их в стену покрывают горячим битумом или суриком после чего их (концы) оборачивают минеральной ватой или войлоком, защитив их таким образом от промерзания.

При возведении стен из керамического кирпича, дойдя до уровня балок, определяют места и укладывают опорные подушки, установку которых проверяют по уровню или нивелиру.

Концы металлических балок после укладки крепят металлическими анкерами Т-образной формы.

Опирание металлических балок

В качестве опорных подушек используют листовой металл толщиной около 20 мм или крупный уголок величиной 160 х 160 х 12. Не исключено применение опорных подушек сверху и снизу конца металлической балки. В принципе конструкций опорных подушек может быть много, но предназначение во всех одинаковое: уложить и надежно закрепить металлическую балку (балки) перекрытий в стену.

Шип в проушину

Угловые и тавровые (пример: Т-образное соединение оконной рамы) пересечения удобно выполнять методом шип-гребень в проушину. В данном случае проушину делают в торце вертикальной детали, пропилы под шип – в горизонтальной ее составляющей.

Работа начинается с разметки проушины. Толщина заготовки делится на три. Тонкой ножовкой делают пропилы на глубину, равную ширине другой заготовки. С помощью стамесок удаляют лишнюю древесину, стенки проушины выравнивают наждачной бумагой.

Размечают вторую заготовку. Ширина шипа должна быть равна ширине первой заготовки, толщина равняться толщине шипа. Пропилы выполняют ручной ножовкой, тщательно контролируют глубину и угол наклона. Лишнее снимают стамеской.

Читайте также:  Глубина опирания плит перекрытия на кирпичную стену

Окончательную доводку по толщине выполняют с помощью наждачной бумаги. Детали должны соединяться с легким усилием и не распадаться под собственным весом.

Самостоятельное изготовление клееного элемента

Существует несколько вариантов самостоятельного изготовления клееного бруса:

  • соединение трёх элементов в одну конструкцию;
  • склеивание двух деталей в форме символа Z;
  • соединение ламелей с использованием специальных элементов, металлических вставок.

Самым практичным считается первый способ, он гораздо проще двух остальных. На начальной стадии работ отбирают доски для бруса и укладывают их на центральный элемент таким образом, чтобы годовые кольца древесины смотрели в противоположные стороны. На поверхности досок делают пометки чёрным маркером или простым карандашом, что будет указывать на последовательность их укладки.

Центральный элемент зачищают с обеих сторон наждачной бумагой, что позволит создать шероховатую поверхность, улучшить адгезию клея. Боковые доски обрабатывают только в месте прилегания к основному брусу. На следующем этапе работ обезжиривают поверхности растворителем, наносят антисептик и антипирены. Эти жидкости и защитные составы наносятся поочерёдно: сначала растворитель, затем другие пропитки после высыхания основного состава. Обрабатывают не только боковые стороны пиломатериала, но и торцы.

Теперь необходимо нанести тонкий слой клея (1–2 мм) на зачищенные и предварительно обработанные поверхности. Верхнюю и нижнюю доски укладывают на центральный брус таким образом, чтобы они находились в одной плоскости. Для скрепления элементов используются струбцины, которые устанавливают на балке через каждые 40–50 см. Время твердения клея указывается производителем (обычно не превышает 2 дней).

Устройство стропильной системы

Когда речь идет о стропильных ногах для обустройства кровли, рассматриваются только следующие виды крыш: простая односкатная, двускатная, мансардная, вальмовая и шатровая.

Плоской крыше стропильная система не нужна. В кровле, имеющей скат, несущая деревянная конструкция выполняет функцию основания для обрешетки, гидроизоляционного покрытия и листов шифера, профнастила или другого аналогичного материала.

Над тем, из чего лучше всего выпиливать стропила для крыши, задумываются, желая сделать конструкцию надежной и долговечной.

Обычно систему, к которой прикрепляется кровельный материал, делают из деревьев хвойных пород.

Устройство стропильной системы

Полученные стропильные ноги обязательно покрывают средством, защищающим древесину от сырости и порчи жучками.

Если планируется устанавливать висячие стропила и затяжки, то нужно закупать пиломатериалы 1 сорта.

Для наслонной несущей конструкции подходит древесина и 1, и 2 сорта. Материал 3 категории следует приобретать, чтобы изготовить подкосы и стойки.

Придерживаться этих рекомендаций очень важно, ведь чем качественнее использованное для создания стропильной системы дерево, тем прочнее кровля дома.

Закупать пиломатериалы и крепежные элементы необходимо после составления чертежей.

Схемы помогают сделать расчет не только этажей, прочности бетонного основания и площади здания, но и несущей конструкции крыши.

Составляя проект будущего дома, надо найти наилучший вариант стропильной системы, который мог бы придать зданию красивый вид и обезопасить его от непогоды.

Пока создаются чертежи строения, следует произвести расчет шага стропил, то есть расстояния, на которое один элемент несущей конструкции будет отдаляться от другого.

Этот параметр должен составлять не менее 60 см и не более 1 м. Шаг следует подгонять под размеры пластов утеплителя, если планируется фиксировать поверх несущей конструкции крыши рулонное полотно или плиточный материал, не позволяющей выходить из дома теплому воздуху.

Чтобы расчет необходимых материалов был верен, нужно знать, что представляет собой стропильная система.

Устройство стропильной системы

Элементами несущей конструкции считаются не только стропильные ноги, но и опорные балки, удерживающие всю систему и уложенные параллельно основанию дома.

Дополнительные составляющие стропильной системы – это распорки, упирающиеся в места, где заканчиваются стены здания, и стойки, отвечающие за фиксацию главных элементов конструкции и установленных вертикально.

Кроме них, к стропильным ногам могут быть добавлены бабки, необходимые для растяжения по вертикали, и стяжки, уравновешивающие систему.

Особенности стропильной системы

Проектируя конструкцию крыши, требуется выбрать наиболее подходящий вариант стропильной системы. Это могут быть висячие или наслонные стропила. Фермы висячего типа обычно применяются для обустройства легкой крыши большой площади. Опорой для висячих стропил служат стены сооружения. Системы с наслонными стропилами – более сложные и основательные конструкции, в которых стропильные ноги имеют дополнительные точки опоры.

При строительстве кровли стропильная система обычно опирается на мауэрлат – деревянные конструкции, смонтированные на продольных стенах или по периметру здания. Такой вариант крепления применяется при возведении крыши на кирпичных или блочных домах. Если по верху стен выполнена монолитная бетонная балка, либо стены выполнены из бруса или бревна, крыша может опираться не на мауэрлат, а на горизонтальные балки, перекрывающие коробку здания в поперечном направлении.

Кровельный каркас с опорой на балки – это наиболее простой вариант строительства легкой мансардной крыши. При проектировании важно правильно рассчитать толщину балок и стропильных ног с учетом нагрузок на кровельную систему. В процессе монтажа необходимо правильно выполнить опирание стропил на балки перекрытия.

Крыша с опорой стропил на балки перекрытия без мауэрлата может монтироваться при условии, что стены здания в состоянии выдерживать высокие точечные нагрузки.