Треугольная трехшарнирная арка с приподнятой затяжкой

В мансардных крышах часто применяют висячие стропильные системы с приподнятой затяжкой. Эта система повторяет первую расчетную схему, только затяжка в ней устанавливается не по низу стропильных ног, а сдвигается вверх и чем выше будет расположена затяжка, тем большее растягивающее напряжение она воспринимает. В целом, такая трехшарнирная арка это безраспорная конструкция. Опирание стропил на мауэрлат производят по схеме шарнирно подвижных опор, то есть опора низа стропил делается по типу ползуна. При равномерно распределенной нагрузке на скатах крыши система вполне устойчива, но при уменьшении нагрузки на одном из скатов, может потерять устойчивость и поползти в сторону большей нагрузки. Поэтому, для придания арке устойчивости, ползуны лучше делать с выносом конца стропила за стену. Использование ползунов другого типа требует применения сложных мероприятий для придания системе устойчивости.



Стропила считаются однопролетными балками (приподнятая затяжка не принимается за опору) и рассчитываются как сжатоизогнутые элементы. Для того чтобы не менять сечение стропил, расчет на прочность ведут по максимальному сжимающему усилию и максимальному изгибающему моменту. Расчет на жесткость (прогиб) делается для пролетов между концами стропила и затяжкой. Приподнятая затяжка в мансардном помещении рассчитывается как растянуто-изгибаемый, в чердачной крыше — растянутый элемент. Крепление затяжки к стропильной ноге производится врубкой полусковороднем с конструктивным креплением болтом либо в полдерева или внахлест с болтовым креплением. В первом случае болт устанавливают конструктивно диаметром 12–14 мм, во втором, болты нужно рассчитывать на срез от растягивающего усилия. При креплении затяжки в стропильную ногу полусковороднем, последняя должна быть проверена расчетом на ослабленное сечение. Для этого находится изгибающий момент, действующий на стропильной ноге в месте врубки затяжки и по нему, проверяется уменьшенный врубкой размер сечения стропилины, выдержит оно этот момент или не выдержит.

Также следует учесть, что для врубок типа сковородень и полусковородень должны использоваться высушенные пиломатериалы. В противном случае затяжка выключится из работы из-за разности величины усушки древесины вдоль и поперёк волокон. В затяжке уменьшается высота, а в пропиленом гнезде стропилины размер остаётся практически прежним. При возникновении на скатах крыши большой нагрузки для натяжения затяжки стропила должны будут немного разойтись и задавить щели появившееся в процессе высыхания древесины. Так как такие непредвиденные подвижки крыши нам не нужны, следует заранее использовать высушенную древесину.

Формулы, приведенные на рисунке в качестве иллюстрации показывают, что увеличение высоты арки (которая находится в знаменателе) при неизменном пролете снижает распор, передаваемый на затяжку. А длина пролета, наоборот, находится в числителе, да еще и в квадратичной зависимости, т. е. его увеличение при неизменной высоте резко повышает распор.

В мансардных крышах затяжка, чаше всего, служит еще и балкой для крепления потолка мансардного перекрытия. Такую затяжку можно защитить от провисания установкой подвески. Для коротких затяжек и небольших нагрузок, подвеску выполняют из пары досок, прибитых к коньку арки и ригелю с двух сторон.

При увеличении протяженности приподнятой затяжки для предотвращения ее прогиба можно установить две или три подвески. Никаких хомутов при этом ставить не нужно (не те нагрузки), достаточно будет гвоздевых соединений, но вот они должны быть рассчитаны на срез от растягивающей силы и распределены по всем подвескам. Если же затяжка будет стыковаться по длине, то, для ее крепления, нужен хомут. Также он нужен и при значительном увеличении нагрузки на затяжку.

Затяжка, нагруженная подвесным потолком, передает вес потолка на стропильные ноги, увеличивая их сжатие. Полное сжимающее напряжение низа стропильной ноги получают сложением сжимающего напряжения от внешней нагрузки и нагрузки от затяжки. При этом от действия веса затяжки и нагрузки на нее, на стропилах появляется изгибающий момент, который тоже нужно учитывать. Нагружение длиной затяжки весом перекрытия мансарды делает всю стропильную систему сложнонагруженной. Расчет таких систем лучше самому не делать, это прерогатива конструкторов. Система обязательно проверяется на гибкость верхнего пояса с учетом случайных и запроектированных эксцентриситетов по осям элементов, которые могут напрячь всю элементы конструкции и вытянуть их в струны либо наоборот, согнуть их в дугу и разрушить всю крышу.