что такое прогон в кровле
Что такое прогон в кровле
В основе любого современного сооружения лежит надежный металлический каркас, позволяющий снизить давление на грунт и при этом придать зданию дополнительную устойчивость и жесткость. Прогоны, являясь одним из важнейших элементов, применяются в основном на стадии кровельных работ. Они принимают на себя дополнительные нагрузки климатического характера (ветер, снег) и позволяют придать высокую несущую способность сооружению.
Виды металлических прогонов
В зависимости от предстоящих работ и требуемого результата различают несколько разновидностей усиливающих деталей. Каждая из них обладает своими преимуществами, а также имеет недостатки и определенную специфику использования. Все выпускаемые сегодня изделия можно разделить на:
Для изготовления сплошных моделей чаще всего используют прокатной швеллер, реже двутавр. По форме сечения различают:
Последние актуальны в проектах с шагом стропил до 12 метров. Их устанавливают на объектах, которые не будут испытывать снеговых нагрузок и предполагают монтаж легкой кровли. В конструкциях, предназначенных для эксплуатации в более сложных условиях целесообразно применять сквозные прогоны, перфорированные двутавры, тонкостенные балки, вес которых меньше решетчатых.
Особенности монтажа прогонов из металла
Учитывая конструктивные особенности различают три типа деталей:
Монтируют изделия в узлах верхнего пояса стропильной фермы, для чего используются небольшие отрезки уголков, планок или изогнутые стальные листы. Благодаря металлическим прокладкам удается снизить перепад, возникающий между расположенными рядом элементами.
Прогон имеет вид балки и всегда располагается только в горизонтальной плоскости. Является важной частью системы связей каркаса, фермы. Выбор длины и сечения зависит от многих факторов: особенности конструкции, габариты и форма кровли, температурный режим и другие климатические факторы, характерные для региона строительства. Если предполагаются сложные условия эксплуатации и при этом крыша имеет большие пролеты, каркас крыши дополнительно укрепляется подбалочными конструкциями и подкосами. Они помогают усилить систему в продольном направлении и повысить прочностные характеристики в целом.
Области применения
Помимо швеллера, двутавра, балок различного назначения, кровельные, а также стеновые металлоконструкции не обходятся без использования прогонов. Они берут на себя снеговые и ветровые воздействия, увеличивая жесткость и устойчивость всего здания. То есть, дополнительная нагрузка приходится на стропила и каркас не напрямую, а передается через дополнительны элементы, что позволяет снизить негативное воздействие и повысить эксплуатационных характеристики. Также они используются для поддержания балок сооружения. При этом сами изделия опираются на несущие элементы: колонны, несущие стены, траверсы, фермы и др. Особенно актуальны данные детали при возведении зданий большой площади:
Чтобы рассчитать параметры и правильно подобрать прогоны, необходимо учесть все виды нагрузок, которые будет испытывать сооружение: вес кровельных материалов и элементов несущей металлоконструкции, периодическое климатическое воздействие.
Способы крепления прогонов
В зависимости от конструкционных особенностей проекта и предъявляемых технических требований, различают два основных способа соединения данных деталей: сварной, посадку на болты разного типа точности или заклепки.
Сварка используется при необходимости создания жесткого соединения. Она значительно удешевляет проводимые работы, позволяет получить плотное водо- и газонепроницаемое крепление. Заклепки наиболее трудоемкий и затратный способ, однако он незаменим в условиях повышенной вибрации. Альтернативой заклепочным соединениям могут выступать крепления на высокоточных болтах. Выбор точности болтов зависит от назначения и предполагаемых нагрузок.
Виды стропильной системы двухскатной крыши: для маленьких и больших домов
В основе каждой крыши лежит большое количество балок, стропил, стоек и прогонов, которые все вместе называются стропильной системой. За многовековую историю видов и способов ее организации накопилось немало, и каждая имеет свои особенности в построении узлов и врубок. Подробнее о том, какой может быть стропильная система двухскатной крыши и как при этом должны крепиться стропила и другие элементы системы поговорим подробнее.
Конструкция стропильной системы двускатной крыши
В разрезе двухскатная крыша представляет из себя треугольник. Состоит она из двух прямоугольных наклонных плоскостей. Две эти плоскости соединяются в высшей точке в единую систему коньковым брусом (прогоном).
Схема двускатной крыши
Теперь о составляющих системы и их назначении:
В системе могут еще присутствовать кобылки. Это доски, которые удлиняют стропильные ноги для образования свеса. Дело в том, что для защиты стен и фундамента дома от осадков желательно чтобы кровля заканчивалась как можно дальше от стен. Для этого можно взять длинные стропильные ноги. Но стандартной длины пиломатериалов в 6 метров для этого часто не хватает. Заказывать нестандарт — очень дорого. Поэтому стропила просто доращивают, а доски, которыми это делают называются «кобылки».
Конструкций стропильных систем довольно много. В первую очередь их разделяют на две группы — с наслонными и висячими стропилами.
Разница в конструкции наслонных и висячих стропил
С висячими стропилами
Это системы, у которых стропильные ноги опираются только на наружные стены без промежуточных опор (несущих стен). Для двускатных крыш максимальный пролет составляет 9 метров. При установки вертикальной опоры и системы подкосов увеличить его можно до 14 метров.
Висячий тип стропильной системы двускатной крыши хорош тем, что в большинстве случаев нет необходимости ставить мауэрлат, а это делает установку стропильных ног проще: не нужно делать врубки, достаточно скосить доски. Для связи стен и стропил используется подкладка — широкая доска, которую крепят на шпильки, гвозди, болты, ригеля. При таком строении большая часть распирающих нагрузок компенсирована, воздействие на стены направлено вертикально вниз.
Виды стропильных систем с висячими стропилами для разных пролетов между несущими стенами
Стропильная система двухскатной крыши для небольших домов
Существует дешевый вариант стропильной системы, когда она представляет собой треугольник (фото ниже). Такое строение возможно, если расстояние между наружными стенами не более 6 метров. Для такой стропильной системы можно расчет по углу наклона не делать: конек должен быть поднят над затяжкой на высоту не менее 1/6 длины пролета.
Но при таком построении стропила испытывают значительные изгибающие нагрузки. Для их компенсации или берут стропила большего сечения или врубку коньковой части делают так, чтобы их частично нейтрализовать. Для придания большей жесткости в верхней части с обоих сторон прибивают деревянные или металлические накладки, которые надежно скрепляют вершину треугольника (тоже смотрите не картинке).
На фото также показано, как дорастить стропильные ноги для создания свеса кровли. Делается врубка, которая должна выходить за пределы линии, проведенной от внутренней стены вверх. Это необходимо, чтобы сместить место надреза и уменьшить вероятность надлома стропила.
Коньковый узел и крепление стропильных ног к подкладной доске при простом варианте системы
Для мансардных крыш
Вариант с установкой ригеля — используется при организации под крышей жилого помещения — мансарды. В этом случае он является основой для подшивки потолка расположенного ниже помещения. Для надежной работы системы такого типа, врубка ригеля должна быть безшарнирной (жесткой). Лучший вариант — полусковороднем (смотрите на рисунке ниже). В противном случае крыша станет неустойчивой к нагрузкам.
Стропильная система двухскатной крыши с приподнятой затяжкой и узел врубки ригеля
Обратите внимание на то, что в этой схеме присутствует мауэрлат, а стропильные ноги для повышения устойчивости конструкции должны выходить за пределы стен. Для их закрепления и стыковки с мауэрлатом делается врубка в виде треугольника. В этом случае при неравномерной нагрузке на скаты, крыша будет более стабильна.
При такой схеме почти вся нагрузка ложится на стропила, потому их необходимо брать большего сечения. Иногда приподнятую затяжку укрепляют подвеской. Это необходимо для предотвращения ее прогиба, если она служит опорой для материалов обшивки потолка. Если затяжка небольшой длины, ее можно подстраховать по центру с двух сторон досками, прибитыми на гвозди. При значительной нагрузке и длине таких страховок может быть несколько. В этом случае тоже достаточно досок и гвоздей.
Для больших домов
При значительном расстоянии между двумя наружными стенами устанавливается бабка и подкосы. Такая конструкция обладает высокой жесткостью, так как нагрузки компенсированы.
Стропильная система двухскатной крыши для большого пролета и узлы врубки конька и стропил
При таком длинной пролете (до 14 метров) сделать затяжку цельной сложно и дорого, потому ее делают из двух балок. Соединяется она прямым или косым прирубом (рисунок ниже).
Прямой и косой прируб для соединения затяжки
Для надежной стыковки место соединения усиливается стальной пластиной, посаженной на болты. Ее размеры должны быть больше размеров врубки — крайние болты вкручиваются в цельную древесину на расстоянии не менее 5 см от края врубки.
Для того чтобы схема работала нормально, необходимо правильно сделать подкосы. Они передают и распределяют часть нагрузки от стропильных ног на затяжку и обеспечивают жесткость конструкции. Для усиления соединений используются металлические накладки
Крепление подкосов для стропильной системы висячими стропилами
При сборке двухскатной крыши с висячими стропилами сечение пиломатериалов всегда больше, чем в системах с наслонными стропилами: точек передачи нагрузки меньше, следовательно на каждый элемент приходится большая нагрузка.
С наслонными стропилами
В двускатных крышах с наслонными стропилами, концами они опираются на стены, а средней частью опираются на несущие стены или колонны. Некоторые схемы распирают стены, некоторые нет. В любом случае наличие мауэрлата обязательно.
Простейший вариант наслонных стропил
Безраспорные схемы и узлы врубок
Дома, сложенные из бревен или бруса плохо реагируют на распорные нагрузки. Для них они критичны: стена может развалиться. Для деревянных домов стропильная система двухскатной крыши должна быть безраспорной. О видах таких систем поговорим подробнее.
Простейшая безраспорная схема стропильной системы приведена на фото ниже. В ней стропильная нога упирается в мауэрлат. В таком варианте она работает на изгиб, не распирая стену.
Простая безраспорная система двускатной крыши с наслонными стропилами
Обратите внимание на варианты крепления стропильных ног к мауэрлату. В первом, площадку опирания обычно скашивают, ее длина при этом — не более сечения балки. Глубина врубки — не более 0,25 ее высоты.
Верх стропильных ног укладывается на коньковый брус, не скрепляя его с противоположным стропилом. Получаются по строению две односкатные крыши, которые в верхней части примыкают (но не соединяются) одна с другой.
Такую схему без наличия опыта делать не рекомендуется: при малейшей неточности выполнения появляются распорные силы и конструкция становится нестабильной.
Намного проще в сборке вариант со скрепленными в коньковой части стропильными ногами. Они практически никогда не дают распора на стены.
Вариант крепления стропил без распора на стены
Для работы этой схемы стропильные ноги внизу крепятся при помощи подвижного соединения. Для закрепления стропильной ноги к мауэрлату сверху забивается один гвоздь или снизу ставится гибкая стальная пластина. Варианты крепления стропильных ног к коньковому прогону смотрите на фото.
Если кровельный материал планируется использовать тяжелый, необходимо увеличить несущую способность. Достигается это увеличением сечения элементов стропильной системы и усилением конькового узла. Он приведен на фото ниже.
Усиление конькового узла под тяжелый кровельный материал или при значительных снеговых нагрузках
Все приведенные выше схемы двускатных крыш стабильны при наличии равномерных нагрузок. Но на практике такого практически не бывает. Предотвратить сползание крыши в сторону большей нагрузки можно двумя способами: установкой на высоте около 2 метров схватки или подкосами.
Варианты стропильных систем со схватками
Установка схваток повышает надежность конструкции. Чтобы она нормально работала, в местах ее пересечения со стоками крепить нужно к ним гвоздями. Сечение бруса для схватки используют такое же, как и для стропил.
Схемы стропильных систем двускатных крыш со схватками
К стропильным ногам крепятся ботами или гвоздями. Могут устанавливаться с одной или двух сторон. Узел крепления схватки к стропилам и коньковому прогону смотрите на рисунке ниже.
Крепление схватки к стропильным ногам и коньковому брусу
Чтобы система была жесткой и не «поползла» даже при аварийных нагрузках достаточно в таком варианте обеспечить жесткое крепление конькового бруса. При отсутствии возможности его смещения в горизонтали, крыша выдержит даже значительные нагрузки.
Системы наслонных стропил с подкосами
В этих вариантах для большей жесткости добавлены подстропильные ноги, которые еще называют подкосами. Они устанавливаются под углом 45° по отношению к горизонту. Их установка позволяет увеличить длину пролета (до 14 метров) или уменьшить сечение балок (стропил).
Подкос просто подставляется под требуемым углом к балкам и прибивается гвоздями с боков и снизу. Важное требование: подкос должен быть срезан точно и плотно прилегать к стойкам и стропильной ноге, исключая возможность ее прогиба.
Системы с подстропильными ногами. Сверху распорная система, снизу — безраспорная. Узлы правильной рубки для каждой расположены рядом. Внизу — возможные схемы крепления подкоса
Но не во всех домах средняя несущая стена расположена посередине. В этом случае есть возможность установить подкосы с углом ннаклона относительно горизонта 45-53°.
Система стропил со смещенным относительно центра вертикальным прогоном
Системы с подкосами необходимы если возможна значительная неравномерная усадка фундамента или стен. Стены садиться по-разному могут на деревянных домах, а фундаменты — на слоистых или пучнистых грунтах. Во всех этих случаях рассматривайте устройство стропильных систем такого типа.
Система для домов с двумя внутренними несущими стенами
Системы с подстропильными балками
В данных системах коньковый прогон не ставят: он дает распорные силы. Стропила в верхней части соединяются одна с другой (подрезаются и стыкуются без зазоров), места соединения усиливаются стальными или деревянными накладками, которые прибиваются гвоздями.
В верхней безраспорной системе распирающую силу нейтрализует затяжка. Обратите внимание, что затяжка ставится под прогоном. Тогда она работает эффективно (верхняя схема на рисунке). Устойчивость может обеспечиваться стойками, или расшивками — балками, установленными наискосок. В распорной системе (на картинке она внизу) поперечине — это ригель. Он устанавливается над прогоном.
Есть вариант системы со стойками, но без подстропильных балок. Тогда к каждой стропильной ноге прибивается стойка, которая вторым концом опирается на промежуточную несущую стену.
Крепление стойки и затяжки в стропильной системе без подстропильного прогона
Для крепления стоек используются гвозди дляной 150 мм и болты 12 мм. Размеры и расстояния на рисунке указаны в миллиметрах.
Прогонная и беспрогонная кровля: ключевые отличия
Основное назначение кровли – защита внутреннего объема зданий от негативных воздействий окружающей среды – осадков, ветра и экстремальных температур.
Основные отличия прогонной и беспрогонной кровли
Кровельное покрытие состоит из ограждающих материалов, несущих элементов, на которые она опирается и связей, обеспечивающих заданную форму, устойчивость и прочность.
В зависимости от области применения различают теплые и холодные кровли, а по конструктивному решению:
При выборе того или иного типа на этапе проектирования учитывают:
При покрытии прогонов между фермами с определенным шагом (1,5-3 м) выполняют «поперечные» связи, на которые затем укладывается кровельный профнастил или другой материал. При беспрогонной схеме на стропильные элементы кладут плиты или панели, которые совмещают как несущие, так и ограждающие функции.
Очевидно, что вариант с прогонами более сложен в монтаже и требует большего расхода металла. Недостаток беспрогонной кровли – большой вес плит, что требует усиления расположенных ниже несущих элементов.
Монтаж кровли с прогонами
В качестве прогонов чаще всего применяют катаные балки, различные гнутые профили и (при небольшом шаге) сквозные конструкции. Они устанавливаются на верхний пояс стропильных ферм в узлах крепления и фиксируются с помощью болтов или сварки.
Дальнейшее обустройство зависит от того, какая будет кровля: теплая или холодная. Первую выбирают для отапливаемых помещений, вторую – для тех, где температурный режим не важен или имеется избыточное выделение тепла (например, в основных металлургических цехах).
Для строительства теплых крыш на прогоны часто укладывают профлисты асбестоцементные или иные плиты, а также сэндвич-панели с достаточной толщиной слоя утеплителя. Ограждающие конструкции крепятся к прогонам саморезами или иным (в зависимости от вида) способом.
Холодные кровли предельно просты в исполнении. Для них используют любые материалы: асбестоцементные или металлические листы с небольшой массой, например, профнастил.
Разновидности прогонов
Задача прогонов – воспринимать нагрузку от кровли и, через стропильные системы, равномерно распределять ее на нижние несущие элементы зданий.
Различают сплошные и решетчатые прогоны. Первые имеют больший вес, однако проще в изготовлении (из катаных швеллеров или двутавров) и монтаже.
Среди разновидностей – гнутые профили различной формы сечения, которые применяют при незначительных нагрузках и шаге ферм до 12 м.
При больших усилиях рекомендуют применять «сквозные» (перфорированные) балки, которые дешевле решетчатых, но отличаются лучшими прочностными характеристиками.
При выборе сплошных прогонов учитывается комплекс нагрузок, действующих на элементы (осевые и поперечные силы, изгибающий моменты и т.д.), а также угол ската. При этом прогиб при нормативной нагрузке по нормали к скату не должен превышать 0,05%.
Решетчатые прогоны изготавливаются из большого числа элементов и соединительных деталей и весьма трудоемки в изготовлении и монтаже.
В качестве типового, наиболее простого в производстве, рекомендуется трехпанельный прогон. Его поясами являются два швеллера, решетку выполняют из гнутого профиля. В данной конструкции верхний пояс воспринимает нагрузки на сжатие и изгиб, а остальные элементы – исключительно продольные усилия, что « в сумме» обеспечивает высокую стойкость.
Монтаж беспрогонной кровли
В зависимости от расстояния между стропильными фермами для обустройства беспрогонной кровли применяют крупнопанельные плиты стандартных длин 3,6 или 12 метров. Продольные ребра, как и в случае с прогонами, опираются на верхний пояс балок и фиксируются как минимум по трем углам.
Поскольку железобетонные плиты имеют солидный вес в последнее время на смену им приходят металлические панели, чья масса (в том числе из-за меньшей толщины) ниже в 4-5 раз. Второе достоинство таких конструкций – простота крепежа и изготовления. Недостаток – больший расход стали.
Использование стали дает возможность изготовить утепленные стальные сэндвич-панели, которые состоят из каркаса с внутренним наполнением утеплителем, гидроизоляционного слоя и защитного покрытия из профнастила.
Подводя итоги
Кровельная конструкция – особо ответственный элемент здания. Она должна обеспечивать две основных задачи: защиту внутреннего объема от воздействия окружающей среды и равномерную передачу нагрузки несущим элементам (от колон до фундамента).
В зависимости от предназначения сооружения используются различные способы обустройства кровли, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. Оценка характеристик при проектировании БМЗ должна вестись «в комплексе»: с учетом как экономических и монтажных, так и эксплуатационных качеств.
Статьи по теме:
Украина, г. Харьков,
пр. Московский, 142, офис 42
Прогоны кровли
Прогон является горизонтальным элементом конструкции здания, по которому укладывается настил покрытия. Опорой прогона служат основные несущие конструкции – фермы либо балки. Прогоны применяются в качестве несущего материала для устройства покрытий, подконструкций стеновых ограждений и вспомогательных несущих систем. При монтаже кровли прогоны принимают нагрузку от кровельного покрытия, передавая ее на стропильную конструкцию.
Прогоны кровли выполняются из следующих материалов:
Виды прогонов
Прогоны сплошного сечения. Прогоны сплошного сечения используют при шаге ферм не больше 6 м. Генподрядные организации рекомендуют изготавливать элементы по неразрезной и разрезной схеме. Работа прогонов при малоуклонной кровле схожа с работой прокатных балок на вертикальную нагрузку. Если кровля имеет большой уклон и прогоны расположены на скате, они работают на изгиб в двух плоскостях. Расчет прогонов сплошного сечения осуществляют на нагрузку от снега и веса кровли. В этом случае используется расчетная схема, аналогичная схеме однопролетной разрезной балки.
Решетчатые прогоны. Решетчатые прогоны используют при шаге стропильных ферм больше 6 м. Наиболее простой конструкцией прогона данного вида является прутково-шпренгельный прогон с нижним поясом и решеткой из круглой стали. Расчет прогонов осуществляется аналогично расчету ферм с неразрезным верхним поясом. При этом верхний пояс работает на сжатие с изгибов в двух плоскостях или в одной плоскости, если скатная составляющая нагрузка отсутствует. Другие элементы испытывают продольное усилие.
Расчет прогонов
Расчет прогонов осуществляют на нагрузки от ветра, снега, собственного веса элементов и веса кровли. В ряде случаев учитывается нагрузка от пыли. Если уклон кровли составляет менее 20°, нагрузка от ветра действует снизу вверх, разгружая прогоны. В данной ситуации следует проверить прогон на возможность отрыва от несущей конструкции. Также требуется проверка общей устойчивости прогона. Если общая устойчивость обеспечена настилом или связями, то для расчетов может учитываться упруго-пластическая работа материала. Проверка прогиба прогонов проводится только в плоскости, нормальной к скату кровли. Полученный показатель не должен превышать предельного значения, которое регламентируется нормами. Прогиб определяется от временных длительных и постоянных нагрузок.