2.Настилы и обрешетки построечного изготовления

2.1. Конструкции кровельных настилов

По конструкции кровельные настилы построечного изготовления могут быть одинарными или двойными. В зависимости от расположения на крыше различают поперечный, продоль­ный и косой одинарные настилы (рис. 2.1). Косой настил при­бивают под углом 45 - 60° к прогонам, наклонным балкам или стропилам. Он образует с последними жесткую пластину в плоскости крыши, обеспечивающую пространственную неизменяемость покрытия. В двойном настиле (см. рис.1.2, а) верхний слой называется защитным и принимается сплошным из досок, толщиной 1,6  1,9 см и шириной 7,5  15 см. Он явля­ется основанием для наклейки рулонного гидроизоляционного ковра. Верхний настил прибивается под углом 45 - 60° к рабочему разреженному на­стилу из досок толщиной 2,5  4, шириной 10  15 см. Зазор между дос­ками, или шаг досок рабочего настила, назначается по расчету из условия пол­ного использования несущей способности досок.

Обрешетка из досок или брусков применяется в качестве основания под кровлю из асбоцементных и волнистых стеклопластиковых и плоских листов, листовой стали и профнастила, черепицы, гонта и теса. Расстояние между брус­ками по скату кровли (шаг обрешётки) назначается в зависимости от вида и размеров кровельного материала (см. рис. 1. 2, б, в).

Рис. 1.2. Конструкции кровель: а – холодная рулонная по двойному настилу; б – холодная стальная по разреженному настилу (обрешётке); в - черепичная по обрешётке, стропилам и прогонам; г – вентилируемая тёплая совмещённая рулонная; д – то же из штучных материалов (черепицы, шифера, гонта, теса и т. п.); е – невентилируемая тёплая совмещённая рулонная кровля.

Рис. 2.1. Схемы расположения кровельных настилов на крыше: l – пролёт настила; а – шаг прогонов (стропил); в – шаг несущих стропильных конструкций (стропил, ферм, рам и т.п.)

2.2. Расчет элементов кровельных настилов

Настилы и обрешетку кровли рассчитывают по двухпролетной неразрезной схеме с пролетами, равными расстоянию между прогонами или стропи­лами, на два сочетания нагрузок:

1-е загружение (стадия эксплуатации): постоянная и временная от снега (расчет на прочность и прогиб). Для высоких крыш учитывается вет­ровая нагрузка (рис. 2.2, а). Расчёт ведётся с учётом коэффициента =0,95 для КУЭ2 и=0,85 для КУЭ3(см. табл. 6.4 СНБ);

2-е загружение (стадия изготовления и монтажа): постоянная и вре­менная монтажная от сосредоточенного груза 1 кН (100 кгс) с коэффици­ентом перегрузки γ_f = 1,2 (расчет только на прочность с коэффициентом = 1,2 для КУЭ2 и=1,05 для КУЭ3) (рис. 2.2, б).

Следует иметь в виду, что постоянная нагрузка от собственного веса конструкций действует всегда вертикально по хорде или дуге ската по­крытия. Снеговая нагрузка согласно СНиП 2.02.07 – 85 задается вертикаль­ной и распределенной по пролету (рис. 2.2, в). Сосредоточенная расчет­ная нагрузка от веса человека с инструментом Ρ = 1,2 кН распределяет­ся между элементами настила по следующим правилам (см. п. 7.4.2.2 СНБ 5.05.01 - 2000): при сплошном одинарном настиле или при разреженном настиле с шагом досок или брусков до 150 мм нагрузку Р следует передавать на две доски или два бруска, а при расстоянии между осями досок или брус­ков более 150 мм - на одну доску или один брусок; при двойном настиле (рабочем и защитном, направленном под углом к рабочему) сосредоточен­ный груз следует распределять на ширину 500 мм рабочего настила. То же можно принять при одинарном настиле с распределительным бруском, подшитым снизу, в середине пролета. Это делается для исключения "кла­вишной" работы досок одинарного настила при действии сосредоточенной монтажной нагрузки.

Сплошной одинарный и двойной настилы рассчитывают только на дейст­вие нормальных составляющих нагрузок, в кН/м, обычно собираемых с ра­счетной полосы шириной 1 м и вычисляемых по формулам:

постоянная –

снеговая –

монтажная –

где - угол наклона ската кровли к горизонту (). При пере­менном угле наклона кровли рассчитывают настилы по зонам с максималь­ным cos в каждой зоне или на всем покрытии;

; ;=1,4 или 1,6 в зависимости от отношения.

В соответствии с расчетной схемой наибольшие изгибающие моменты воз­никают при 1-м загружении на опоре

при 2-м загружении в пролёте

где – пролёт настила.

Рис. 2.2. Расчётные схемы элементов настила: а – при загружении в стадии эксплуатации; б – в стадии изготовления, монтажа и ремонта кровли; в – схемы передачи поверхностных нагрузок (s – снеговая, g – постоянная); г – схема разложения на составляющие монтажной нагрузки Р; д – схема передачи монтажной нагрузки на двойной настил.

При 2-м загружении предполагается, что два сосредоточенных груза на ширине 1 м располагаются на расстоянии 0,43от крайней опоры в одном из пролетов (рис. 2.2, б).

Прочность досок указанных настилов проверяется из условия

, (1)

где - расчётное сопротивление древесины изгибу (табл.6.5 СНБ);- коэффициент, учитывающий породу древесины (табл.6.6 СНБ);- коэффициент условий работы (табл. 6.4),

а их жесткость - из условия

, (2)

где W и I - соответственно момент сопротивления, см³, и момент инерции, см⁴, досок, приходящихся на 1 м настила; индекс "к" означает учет нормативных значений нормальных составляющих нагрузок.

Для подбора досок сплошного одинарного настила можно рекомендовать следующий алгоритм:

из условия прочности при 1-м и 2-м загружениях вычисляем требуемые моменты сопротивления 1 м настила

и

где - коэффициент, учитывающий длительное воздействие длитель­ных нагрузок (см. табл.6.4 СНБ); - коэффициент, учитывающий кратковременный харак­тер монтажной нагрузки; из двух величин выбираюти вычисляют толщину одинарного настила (в см) по формуле

;

по сортаменту выбирают стандартную толщину досок и проверяют их на прочность и жесткость по формулам (1) и (2), где W_х=100δ²/6; I_x=100δ³/12.

Этот алгоритм можно упростить, если выразить требуемую толщину до­сок из указанных условий прочности и жесткости:

требуемая толщина досок из условия прочности при 1-м загружении при действии расчетных нагрузок

; ;

то же из условия прочности при 2-м загружении при распределительном бруске посередине пролета

или –

при возможной клавишной работе досок;

требуемая толщина досок из условия жесткости при 1-м загружении при действии нормативных нагрузок

, ,

где ив кПа,ив м.

Из трех условий выбирается большая толщина, уточняется по сортамен­ту досок, после чего делают поверочные расчеты.

Для двойного настила обычно задаются сечением bxh досок рабочего настила, а далее определяют требуемый их шаг () в последовательнос­ти

; .

Максимальный шаг (в м) досок рабочего разреженного настила зависит от толщины косого защитного настила δ и обычно определяется по форму­ле

, (в кПа).

Проверка прочности (W,см^э/м) и жесткости () досок рабочего

настила ведется из условий (1) и (2) при

,

где а - принятый шаг досок, м; b - ширина досок рабочего настила, см; h - толщина досок рабочего настила, см.

Если задаются шагом досок рабочего настила из условия прочности и жесткости верхнего защитного косого настила , то сечение до­сок рабочего настила при заданном и а определяется по фор­мулам

; ;,

где - требуемый момент

инерции досок на 1 м ширины двойного настила. При этом модуль упругости древесины, согласно п.6.1.5.1. Е=10000 МПа.

Обрешетку под кровлю из штучных материалов проектируют из условия ее работы на косой изгиб, так как помимо нормальных составляющих наг­рузок в обрешетинах возникают скатные составляющие нагрузок, вызываю­щие изгиб элементов в двух плоскостях. В этом случае рассматривают от­дельно взятую обрешетину (доску или брусок) и потому нагрузки опреде­ляют с полосы шириной, равной шагу обрешетки :

; ;

; ;

; ;

а изгибающие моменты в двух плоскостях вычисляют от двух загружений по формулам

; ;

; .

Если в плоскости ската обрешетка подкреплена подкосами или тяжами, что имеет место, как правило, в высоких крышах, то пролёт относитель­но оси у обычно уменьшается вдвое.

Проверка прочности обрешетки при косом изгибе ведется из условия

, (3)

где ;.

Приняв ;;;;условие прочности (3) при косом изгибе перепишем в виде

(4)

где Μ - изгибающий момент в вертикальной плоскости.

Проверка жесткости обрешетины ведется в такой последовательности:

;

;

; ;

; ;

; . (5)

Обычно обрешетку проектируют в такой последовательности. В зависи­мости от рода штучного кровельного материала принимают шаг обрешетки и затем находят требуемые ее размеры из алгоритма:

;

; ; (6)

;

; (6)

где ;

; ;;;,i – уклон кровли.

Окончательно по сортаменту принимают стандартные сечения бруска или доски (см. прилож. 4 или прилож. Б СНБ 5.05.01-2000) и делают проверки по формулам (3) - (5).