Важность соединения стропил с балками в конструкции крыши неоднократно обсуждалась в литературе. Лично я тоже считаю, что это ключевое и ответственное соединение во всем стропильном каркасе крыши. Многие неудачи при строительстве стропильных каркасов, которые я видел, вызваны ошибками в проектировании или исполнении этого соединения.
В следующей статье в качестве предупреждения описывается простой случай разрушения фермы крыши, приведший к очень большим последствиям.
Мое участие в этой истории началось с телефонного звонка с просьбой о технической консультации. Все началось просто — с вопроса о соединении стропил с кирпичом. Телефонные звонки на эту тему происходят как минимум несколько раз в неделю. В данном случае, прежде чем я успел задать несколько стандартных вопросов о размерах элементов, схеме крыши, пролете между опорами и типе покрытия, мне сказали, что лучше приехать и посмотреть самому, так как крыша уже готова (фото 1).
Через день я уже был на месте, и вот что я обнаружил. Большой односемейный дом в оболочке и частично закрытый. Крыша практически завершена. Стропильно-стоечные фермы. Пролет между рейками около 9 м. Угол наклона крыши рассчитан на 35°. Каждая стропильно-воротниковая ферма создает на стропилах раскосые усилия. Раскос создается вертикальной нагрузкой на фермы, создавая горизонтальные силы, опирающиеся на каменную кладку.
Стропильные крыши имеют тенденцию "расходиться" по обрешетке кладки. Чтобы противостоять этому явлению, особое внимание следует уделить проектированию и строительству подходящего соединения стропил с брусьями. Это не особенно сложная техническая проблема, как с точки зрения дизайна, так и с точки зрения исполнения. Кто обычно виноват в возникновении сбоя? По опыту знаю, что все может быть по-разному.
Рисунок 2. Смещение стропил после кирпичной кладки из-за подкоса.
Кто виноват?
Ошибка со стороны проектировщика возникает в результате незнания или неопытности, а также игнорирования или упущения из виду больших сил, действующих на раскосы. Хотя чаще всего это связано с довольно шаблонным подходом к проектированию следующей стропильной фермы. Причиной этой ошибки может быть механизм "копирования-вставки" деталей соединения из предыдущего проекта. По сей день я помню разговор с одним проектировщиком о соединении стропил с кирпичом. На мой вопрос: "К какой силе распорки вы пришли в результате расчетов?" — он ответил с обезоруживающей честностью: "Сэр, я уже, наверное, спроектировал сотню таких крыш, так что я их уже даже не считаю". Я хотел ответить, что мне еще мало сотни крыш, поэтому я все равно буду их считать.
Виноват подрядчик, если он игнорирует положения проекта ферм и использует "старые добрые проверенные решения". На вопрос строителя, почему она отличается от проекта, он отвечает: "Вы хотите переплатить? Я построил не одну такую ферму и знаю, как это делается. Вы останетесь довольны!". Вина инвестора проистекает из желания сэкономить на материалах. В качестве примера могу привести историю моего разговора с инвестором.
Рисунок 3. Вращение соединения стропила с воротником.
Стандартный разговор с техническим консультантом и вопрос о соединении стропил с балкой, стропильно-воротниковой или подкосной крышей. После примерно 30 минут разговора я предлагаю использовать два усиленных уголка в соединении, хотя, конечно, я указываю, что это должно быть обсуждено с его конструктором. После некоторого раздумья строитель отвечает, что, вероятно, он все-таки не будет принимать решение, потому что подрядчик говорит, что "стропила" выдержат и что нет смысла тратить лишние деньги. Я ответил, что, конечно, это ваше решение и ваши последствия. Хотя я попросил, чтобы мы вместе оценили стоимость этого решения.
Было 20 ферм, таким образом, 40 соединений стропил с кирпичом. Я предложил два угловых кронштейна в соединении, что дает 80 штук усиленных угловых кронштейнов. Стоимость одного углового кронштейна, скажем, 4 руб. 4 руб x 80 шт. = 320 руб. Кроме того, системные гвозди для угловых скобок, для ровного счета, допустим, 30 руб. В целом, общая стоимость этого решения 350 руб, я не вычитаю стоимость "стропил", которые мы не используем.
Ответ клиента: "Вы знаете, как это бывает при строительстве дома — каждый злотый на счету". Я сказал, что если после окончания строительства к вам придет страховой агент и предложит 500 руб за страховку дома, вы заплатите не моргнув глазом, вовремя, каждый год. Я бы посоветовал вам застраховать крышу, чтобы предотвратить ее разрушение. Стоимость этой "страховки" составляет 350 руб, выплачивается один раз на всю жизнь. Каким было окончательное решение строителя, я не знаю.
Неудачное соединение стропил с кладкой
Возвращаясь к рассматриваемой крыше, в данном случае проектировщик, вероятно, упустил из виду большие подкосы и не спроектировал соединение стропил с кладкой. Этот вопрос был полностью проигнорирован при проектировании. Следовательно, подрядчик, не получив никакой информации в проекте, выполнил соединение с помощью гвоздя, забитого через стропило в кладку, как он обычно делал. Это привело к обрушению крыши еще на стадии строительства. Под тяжестью черепицы крыша накренилась наружу на каменную кладку. Верхняя часть стропильных косяков, которые были точно изготовлены и соприкасались с внешним краем кладки, теперь была смещена на несколько сантиметров (рис. 2).
Рисунок 4. Расслоение кладки. 
Отслоение кладки.
Крыша с проектным углом наклона 35° теперь имела угол наклона около 32°. Этот поворот был хорошо виден в соединении стропила с воротником. Нижняя часть сустава раскрылась, а верхняя сжалась (рис. 3).Кроме того, появился еще один элемент. Очевидно, что каменная кладка начала гнить и расслаиваться. Вращения кладки можно было бы избежать, если бы она была более плотно закреплена в бетонной облицовке. Вопрос расслаивания был для меня интересен. Трещина появилась по оси кладки, т.е. на линии, по которой были забиты стропильные гвозди. Гвозди, принимая нагрузку от стропил, передавали ее на центр секции кладки. Это привело к появлению растягивающих напряжений в волокнах и растрескиванию и расслаиванию кладки (рис. 4).
Что стало основной причиной разрушения?
Очевидно, использование стропильных гвоздей в комбинации. Конструктор пересмотрел расчеты после того, как все было готово, и оказалось, что подкос был 15 кН (около 1,5 тонны). Это уже довольно большая величина для фермы в отдельно стоящем доме. Следует отметить, что это значение, полученное в результате расчетов, учитывает все нагрузки, которым будет подвергаться крыша. К ним относятся снеговые нагрузки, внутренние отделочные слои и т.д. Разрушение уже произошло, с появлением первой нагрузки, в виде черепицы. Это показывает, насколько низка (около 4 кН) несущая способность соединения стропил с обрешеткой. Использование столь популярных в наши дни столярных шурупов в этом случае также не сильно увеличит несущую способность. Потому что нагрузка в любом случае передается через хвостовик аналогичного диаметра, что и стропильный гвоздь.
Ремонт и усиление
Первые шаги по усилению были предприняты подрядчиком, когда он увидел смещение стропил. Он затянул дополнительные столярные винты и прикрепил угловые скобы. К сожалению, это было действие "постфактум", которое могло только остановить дальнейшее движение. Сварные зажимы также использовались для прижатия кладки к ободу для предотвращения вращения. Затем планировалось поднять конёк и по очереди подтянуть пары стропил друг к другу, чтобы вернуть их в исходное положение. После рассмотрения ряда идей все стороны пришли к выводу, что крышу необходимо снести и построить заново. Это было сделано.
Рис. 5. Пример использования соединителя SFH для передачи усилий на раскосы.
Перепроектирование и возведение ферм включало использование столярных швов в соединении. После расчетов и консультаций мы совместно выбрали соединение SFH, которое обеспечивало большее, чем требуется, сопротивление раскосов. На фото 5 показано это соединение, использованное в другой конструкции.
В случае с рассматриваемой фермой стоимость всех соединений SFH вместе с системными гвоздями CNA4.0x60 составила приблизительно 150т руб. Это была сумма, которую первоначально следовало инвестировать, чтобы избежать этого провала. Хорошая новость заключается в том, что удалось вовремя заметить этот сбой. Стоимость была бы еще выше, если бы это произошло во время эксплуатации здания. Я считаю, что давайте рассматривать каждую стропильную ферму отдельно. Шаблонный подход к строительству с мыслью "я уже проектировал/делал такие вещи" может иметь очень большие и неприятные последствия.
Добавить комментарий