Стропильная система восьмигранного навеса

Сразу скажу - эту конструкцию я вряд ли даже начну в этом году. Более приоритетно - починить водостоки, доделать забор, дренаж и туалет. Тем не менее, сидит эта штука у меня в мозгу и уже серьезно мешает основной работе. Поэтому надежда только на вас, уважаемые форумчане, - что вы поставите меня на место с моими чисто теоретическими изысканиями, и я понуро пойду работать.

Итак, речь пойдет о стропильной конструкции восьмигранного навеса (беседки без пола и стен) диаметром описанной окружности 4,4 м и углом ската кровли 22,5 град. В навес предполагается вход с трех сторон (несмежных). Поэтому укрепить эти грани можно только верхними укосинами. Да, и в остальных пяти проемах не хотелось бы городить распоры, нижние укосины и т. п., чтобы иметь возможность выходить из-под навеса в любую сторону.

Таким образом, имеем:
- диаметр не такой уж и маленький;
- угол ската кровли небольшой;
- соединение опорных столбов с фундаментом шарнирное, поскольку пола не будет;
- укосины только верхние.
Поэтому без расчета, хотя бы приблизительного, не обойтись.

Сначала я попытался нарисовать в Скетчапе свой будущий навес (пока без нарожников):

В данном случае реализован стандартный метод опоры всех накосных стропил на восьмигранный конек. Из особенностей – затяжки, установленные на разных высотах, что позволяет избежать наиболее проблемного узла соединения затяжек.

Но я - фанат расчетов @svg2000 - https://www.forumhouse.ru/threads/424675/. Впрямую эти расчеты неприменимы для шатровых крыш. Тем не менее, на мой взгляд, некоторые данные оттуда можно почерпнуть. Например, в расчете двускатной стропильной системы с несущим коньком указывается, что основным требованием к коньку является "отсутствие значимого прогиба под действием вертикальных нагрузок". При выполнении этих условий такую стропильную систему можно отнести к наслонной. Наверно, нет нужды говорить, что при прочих равных условиях наслонная стропильная система имеет преимущества перед висячей в виде практически полного отсутствия горизонтального распора стен (в нашем случае – опорных столбов, что особенно актуально ввиду их шарнирной опоры на фундамент).

Обычно в беседках (навесах) центральный столб не делают, поэтому вся стропильная конструкция является висячей со всеми вытекающими последствиями. Однако ее можно приблизить к наслонной стропильной системе, если две из восьми накосных стропилины на противоположных столбах реализовать в виде фермы:

Обратим внимание на то, что на рисунке показаны не соседние столбы, а противоположные, т. е. максимально удаленные друг от друга. Верхушку такой фермы можно рассматривать в качестве конька для оставшихся шести накосных стропил. И для такого конька должно довольно хорошо выполняться условие "отсутствия значимого прогиба под действием вертикальных нагрузок". Т. е. подобная ферма по сути может заменить центральный опорный столб и фактически превратить всю стропильную конструкцию из висячей в наслонную.

Ферма реализована по классическому принципу – доски, с обеих сторон от которых установлены фанерные накладки. Однако ничто не мешает изменить этот «пирог», т. е. фанерные накладки установить внутри, а с обеих сторон от них установить доски меньшей толщины (по сравнению с доской в первом варианте):

В ближайших ко мне базах выбор строганого ПМ небольшой – доски толщиной 45 и 20 мм и шириной 95 и 145 мм. Поэтому в первом варианте фермы (доска - внутри, фанера – снаружи) можно использовать одинарные доски 45х95 мм. А во втором варианте фермы (фанера – внутри, доски – снаружи) можно использовать двойные доски 20х95 мм. Первый вариант будет прочнее, но больше по расходу ПМ. Второй вариант – менее прочный, но меньше по расходу ПМ.

Наконец, можно модернизировать второй вариант, максимально увеличив площадь внутренних фанерных накладок:

Расход фанеры при этом фактически не изменится, поскольку во всех трех вариантах достаточно будет одного листа фанеры 1220х2440. Зато в третьем варианте вполне можно отказаться от досок-распорок, функции которых на себя возьмет центральный лист фанеры. Получим нечто вроде деревянного двутавра. Центральный вырез сделан для возможности установки разновысоких затяжек между оставшимися шестью накосными стропилами.

Третий вариант получается самым экономичным.

Дальше – оставшиеся шесть накосных стропил 45х145 (чтобы можно было сделать выпилы для опоры на столбы). Их можно снабдить разновысокими затяжками (как в Скетчапе). И нарожники:

Что обо всем этом думают профессионалы?

 

А из метала Не ?
Что так умучиваться то. Столько сами себе проблем и работы лишней.
Файл с Инета. Подобные видел. И красиво и в тоже время все жестко.

 

Просто я с деревом, можно сказать, работал (туалет делал), а с металлом - нет. Поэтому как-то настороженно к металлу. Впрочем, потихоньку прихожу к выводу, что по крайней мере столбы надо из трубы делать. И сваривать их по периметру уголком или профильной трубой. Металлические столбы, в отличие от деревянных, можно забетонировать, забутовать, ввинтить. Тогда получится заделка (если я правильно этот термин употребляю) вместо шарнира.
Но там другая проблема - в месте будущего навеса вода находится в 30-40 см от поверхности. Бетонировать проблемно будет. Поэтому я и написал, что сначала - дренаж (перед этим, возможно, ИГИ), а потом уже навес.
Впрочем, даже если и металл будет, все равно проблема горизонтального распора столбов будет стоять. И если ее возможно избежать, то почему бы нет? Металл, конечно, крепче дерева, но тоже ведь не вечен. А получить металлической балкой по голове не хочется.
И потом - все равно где-то нужно будет совмещение дерева с металлом делать. Либо на границе металлическая верхняя обвязка - деревянные стропила. Либо на границе металлические стропила - плита ОСБ под мягкую кровлю.

 

Советую сходить по рынкам, по выставкам, и прочим кузнецам.
Посмотреть как делают и как сделанно.
Или вспомнить 80-90 когда мало было материала, посмотреть как все крепилось, беседки в детсадах, рынки, и прочие мелкие строения. И иногда вообще без фундамента.
Уже много новых креплений, и много хорошей краски.
Но то что ваша конструкция будет с метала крепче и дешевле, это факт.
Можете сами посчитать материалы и работу, даже если сварному за пару дней заплатить, предварительно все можно нарезать в размеры.
Или освоить сварку, купить сварочник и для себя делать потихоньку самому, если уж с деровом вам хватает терпения, то метал это вообще лекго.

 

@Контекстолог, лучше из металла. Я хотел одно время дом в виде восьмигранника сделать, с башенкой в центре. Приключений много - пользы нет. На реальный размер при дётся делать конкретную конструкцию из металла в центре, иначе вся стропилка будет норовить сложиться. Хотя возможно для небольшой беседки и получится сделать без этой хитрой детали, но сложно, с металлическим перфорированным крепежом, металл-коннекторыми гвоздями и конструкционными саморезами. Вряд ли оно того стоит.

 

Промежуточный вариант

 

Здравствуйте, профессионалы! Помогите, пожалуйста, советом.
В меру своих возможностей я сделал проект шатрового навеса (беседки без пола). Во вложении – файл Скетчап. Для удобства все элементы сгруппированы и разделены на слои.
Хотелось бы понять, проходит ли такой вариант навеса по прочности, изгибу, сдвигу, скручиванию и т. п. – не знаю, какие характеристики в данном случае необходимы?
Место – Санкт-Петербург, Гатчина. Снеговая нагрузка – III-IV регион (на границе). Ветровая нагрузка – II регион. ИГИ нет. Вниз после 60-80 см идет красная глина (возможно, суглинок), на которой в дожди фактически «стоит» вода (возможно, это верховодка).
Диаметр описанной окружности – 4400 (расстояние между центрами противоположных стоек). Расстояние между соседними стойками – 1700. Стойки – круглые трубы 89х4. Высота стоек – 2500 от уровня брусчатки (я планирую в дальнейшем поднять уровень брусчатки на 20-30 см, поэтому высота – с запасом).
Фундамент под стойки:
– либо винтовой (но тогда придется сваривать сваи и стойки через муфту),
- либо брать трубы 4 м, бурить вниз на 1,5 м и бетонировать (или бутовать щебнем?).
Нижней обвязки у стоек нет. Верхняя обвязка – сдвоенный уголок 5, который «одевается» на стойки (для в этого в стойках делаются вырезы, чтобы уголки опирались на стойку не только плашмя, но и ребром) и приваривается. Между уголками – угловые косынки (под 45 град., 30 см по высоте), которые привариваются к уголкам и стойкам. Внутренние уголки связываются профильными трубами 40х40 с помощью сварки. От середины этих профильных труб идут укосы (тоже из профильных труб) к стойкам (тоже на сварке). Вот, собственно, вся металлическая часть.
На уголки крепится мауэрлат и на него - стропильная система (все из дерева). Стропильная система состоит из одной фермы (по типу деревянного двутавра), к которой крепятся накосные стропила (их длина чуть меньше 3 м), к которым в свою очередь крепятся нарожники. Сверху – плиты OSB 12 мм и мягкая кровля.
Вопросы.
1. Имеет ли такая конструкция право на существование?
2. Какой вид фундамента лучше (винтовой, бетонирование, бутование)?
3. Нужно ли на трубы варить «подпятник»?
4. Достаточно ли для стоек круглых труб 89х4?
5. Проходит ли по изгибу сдвоенный уголок 5 при расстоянии между стойками 1700 и с учетом угловых косынок?
6. Насколько можно уменьшить угловые косынки (в проекте – 30 см по высоте)?
7. Имеет ли смысл заменить профильную трубу, связывающую внутренние уголки, на полосу 40х5 (или на уголки 4)?
8. Есть ли необходимость в затяжках между накосными стропилами?
9. Можно ли для нарожников взять доску толщиной 20 мм вместо 45 мм.

Что-то не сообразил сразу картинки выложить.

 

Спрошу по-другому. Сколько будет стоить получить у профессионала ответы на мои вышеперечисленные вопросы?

 

Я конечно любитель в стройке.
Но все что вы описали пройдет по нагрузкам, плиту бы залил, столбы не углублял бы ниже питы, если вода рядом, а то гульнет и не заметите.
И стропилку желательно из метала (если б делал) все через сварку.
будет и прочнее. Но из дерева тоже пройдет, если уж вы так хотите дерево.
Нечего переживать на ваш век и век внуков точно хватит.

 

Спасибо большое за отклик! Вот Вы один и отвечаете мне.
Да, я понимаю, что большинство узлов по нагрузкам проходит. Думаю, что в этой конструкции на 90% - запас прочности с избытком (где-то даже с явным). Но на оставшиеся 10% узлов запас «впритирку», а, возможно, даже и не хватает. Не будем забывать, что в этой конструкции в отличие от стандартных беседок нет нижней обвязки и нет связей между стойками (хотя бы в виде перил).
Поэтому я и хотел бы, хотя бы приблизительно, просчитать всю эту конструкцию на прочность (изгиб, сдвиг, скручивание и т. п.). Самое главное – найти наиболее уязвимые узлы конструкции и усилить их. Ну, и конечно если удастся сэкономить на каких-то излишне усиленных элементах и узлах – тоже неплохо.
Можно, конечно, на биржу выйти, но, во-первых, хрен знает, сколько это может стоить. А, во-вторых, не хотелось бы на студентов попасть – просчитать прочность на изгиб сдвоенного уголка я и сам могу. Мне нужно, чтобы это все-таки был спец по металлоконструкциям.
Плита – это круто! Но у меня дом 6х8 на винтовых сваях стоит с 2013 года – пока полет нормальный. Делать плиту под навес мне кажется излишеством. Я сейчас забор делаю. Бурю на 1-1,5 м диаметром 20-30 см и забутовываю щебнем с послойной трамбовкой. Пока двое ворот стоят как вкопанные, а как будет дальше – зима покажет. Думаю – может, и столбы для навеса так же забутовать? Мне кажется, 1,5 м вниз должно хватить. Но, в принципе, можно и забетонировать.
Стропилка из металла мне не нравится по той причине, что плиты OSB будут ложиться фактически на ребро стропила (профильной трубы или уголка). А на деревянных стропилах можно сделать идеальный скос. Потом где-то я вычитал высказывание одного профи по металлоконструкциям: «Вся сварка – в цеху, на объекте – только болтовые соединения». Понимаю, что это утрировано, тем не менее, рациональное зерно здесь все-таки есть – очень много зависит от качества сварки. И, если сравнивать стропильную систему из дерева с фермой посередине (мой вариант), то, думаю, по прочностным характеристикам она может и не уступать стропилке из металла, где все стропила сходятся в одной точке и свариваются. Я даже всерьез рассматривал ферму из металла, где вместо OSB– лист 2-3 мм, а вместо досок – уголки. Но иметь такую «гильотину» над головой – как-то стремно.
Я сильно не переживаю, просто мне больше по душе японский подход – максимально подробно на бумаге, зато легче «в бою». Например, в 2017-2018 я делал туалет. 2 месяца проектировал, потом зимой ездил (благо зима тогда была бесснежная) и строил сначала не на месте, а на «площади» - есть у меня такое место, покрытое брусчаткой (как раз где я и хочу делать навес). Все выпилил, подогнал. Зато по весне на все строительство до ввода в строй ушло пару выходных. Соседи удивлялись – знали бы они, сколько я до этого времени потратил, удивлялись бы в обратную сторону.

 

Если переживаете за нижние крепление, то что мешает сделать тоже самое что и на верху, с углами и все это прикопать и залить как вы привыкли на -1.5 м столбы которые будут забетонированы, но работы прибавится вдвое больше.
Можно еще добавить В верху распорки метр, в помощь к углам, уж точно не куда не денется.
Вот ваш вариант .

 

@Контекстолог, я не профессионал конечно, но где эстетика в этой "городухе"? Каково назначение навеса? Гостей отпугивать или ещё что?
А если сделать затяжки из стального троса? Подобрать по нагрузке толщину и натянуть тарлепами?

 

Так в принципе, ничего не мешает. Вопрос целесообразности. Я понимаю, что в идеале залить плиту. или ленту. Самый главный вопрос - а действительно ли это нужно по соображениям прочности, устойчивости и т. п.
На мой непрофессиональный взгляд, заглубления на 1,5 м вполне достаточно, причем, не важно - сваей, забутовкой или бетонированием. Более актуален, наверно, вопрос диаметра и толщины труб-стоек.

Да, я пересмотрел в Интернете сотни, если не тысячи картинок навесов. Видел и этот навес - он для меня как образец того, чего я хочу. С другой стороны, как там усилено внизу и вверху - не видно. Да, и судя по растениям, этот навес стоит там, где глубина промерзания ноль и снеговая нагрузка тоже ноль.
Ладно, буду дальше инфу собирать. Может, на форуме dwg выложить? Там металлисты кучкуются (правда, не дачные, тем не менее) - вдруг что-то посоветуют?

 

Так в том-то и дело, что эстетика у всех разная. Для меня, например, вход без лестницы и порога - это основная эстетика. Встречал я на просторах этого форма единомышленников - их не так много, но они есть.
Я сейчас жалею, что туалет так не делал - чтобы идти к нему по брусчатке и внутри него тоже брусчатка без всякого порога. Часть сарая для велосипедов (а их у нас штук восемь) тоже хочу делать так же - чтобы не было порога. Зачем пороги? Для усложнения жизни?
Плюс ко всему, в проектируемом мной навесе подразумевается вход с трех сторон. Не всем нравится такая "проходная" беседка. А по мне - самый раз. Это именно навес от дождя, а не беседка. К тому же сделать впоследствии беседку из навеса - можно, а обратно - никак.

Смешно, конечно, но я и этот вариант рассматривал. Если он будет целесообразнее "угловых косынок", укосов и стропильной фермы, то - почему бы нет? Из ЛСТК тоже можно (дорого только).
Короче, каждому свое.

 

@Контекстолог, какая брусчатка? Причем пороги? Я вас спрашиваю об вот этой вот стропильной городухе над головой! Фанера, доски... это по вашему эстетично? Да любой промсклад по сравнению с вашим вариантом - готический собор.