Виды ферм стропильных – Стропильная ферма — как сделать схема, план раскладки, уголки и стыковку деревянных стропил для двухскатной крыши, примеры на видео и фото

Виды стропильных ферм | Энциклопедия строительства YouSpec

Степень устойчивости и надежности крыши напрямую зависит от качества установки ее несущей конструкции, основу которой составляют стропильные и подстропильные фермы.

• Стропильные фермы
• Виды затяжек

В процессе эксплуатации несущая конструкция будет подвергаться воздействию значительных внешних нагрузок.

Стропильные фермы

Под понятием стропильная ферма подразумевается жесткая конструкция, использующаяся при строительстве скатных крыш.

Стропильные фермы выполняют важную задачу – предают нагрузку, которая воздействует на крышу строения и стеновые элементы короба дома. Чаще всего для изготовления в бытовом строительстве этих конструктивных элементов используется древесина, однако возможны и другие варианты (металл, железобетон).

Для изготовления деревянных стропильных ферм могут использоваться брус, доски и лес-кругляк.

При возведении домов, имеющих значительные размеры, длина пролета которых больше 16м, целесообразна установка ферм, имеющих растянутые стойки, они изготавливаются из металла. Это связано с тем, что применение деревянных растянутых стоек достаточно сложно реализовать, в то время как установка аналогичных элементов из металла не связана с такими сложностями.

Также существенным недостатком деревянных несущих конструкций является то, что при формировании ферм процесс связан со значительными трудозатратами, в то время как сборку комбинированных элементов, состоящих из металла и дерева, выполнить достаточно просто.

При возведении жилых зданий обустройство кровли открытыми фермами используется крайне редко. Гораздо чаще применяется вариант, характеризующийся наличием закрытых потолочных перекрытий. А вот в производственном строительстве открытые несущие конструкции – это вполне привычное явление.

Сегодня можно встретить самые разные виды стропильных ферм. Выбор вида ферм осуществляется с учетом угла кровельных скатов, выбранного кровельного покрытия, вида соединения основных конструктивных узлов, а также отсутствия или наличия потолочного перекрытия.

Например, при возведении плоской кровли с покрытием из рулонного битумного материала, угол наклона кровельного ската которой не превышает 12 градусов, наиболее оптимальной формой для стропильной фермы будет трапеция, а также прямоугольник.

Если выполняется возведение двускатной кровли, покрытой тяжелыми кровельными материалами, то идеальными вариантом будут стропильные треугольные системы.

Скажем прямо, треугольные стропильные системы – самый популярный вариант геометрической формы несущих элементов. В соединении с наклонными стропилами треугольные фермы позволяют создавать как одно- , так и двускатные крыши, имеющие разный угол кровельных скатов.

При возведении крыш для коттеджей также довольно часто применяются фермы висячего типа. Выбор вида стропил также зависит от способа крепления их к стеновым элементам дома.

Для того чтобы добиться высокой степени жесткости и устойчивости стропил, устанавливаются подстропильные фермы, представляющие собой дополнительную связку между нижним и верхним поясами. Подстропильные фермы изготавливаются из досок и устанавливаются в плоскости размещения средней стойки стропил.

Простые конструкции треугольных стропил могут применяться при установке домов, в которых не предусмотрено размещение внутренних несущих стен. В связи с этим точками опоры для них будут служить только несущие стены строения.

Как правило, при длине пролета не более 6 м такие системы состоят из пары стропильных ног, двух подкосов и затяжки. Если же длина пролета больше чем 6 м, то рекомендована установка дополнительных подкосов, а также центрального опорного элемента.

Виды затяжек

Затяжки, установленные на стропила, могут значительно осложнить свободное перемещение по чердачному помещению. Для устранения этого неудобства упор стропильных ног выполняется на стеновые элементы, в этом случае затяжка устанавливается примерно на середине длины ноги.

Давайте рассмотрим с вами еще один популярный вариант обустройства затяжки, называемый ригелем. Благодаря его использованию удается получить максимально удобное для эксплуатации чердачное пространство.

Однако и эта затяжка далека на самом деле от идеала, так как при ее установке в области изгиба ноги и месте присоединения ригеля возникает значительное распорное усилие, передающееся на стены сооружения.

В связи с этим установка ригельных систем допустима только при наличии устойчивых стен дома, которые связываться в единую монолитную конструкцию с крышей дома посредством балок перекрытия и чердачного пространства.

Опорой для стропильных ног, как правило, являются не сами стены, а брус, расположенный в их верхней точке – мауэрлат.

Исключением из общего правила в этом случае являются только деревянные дома, в конструкции которых монтаж мауэрлата не предусмотрен, а его функцию выполняет верхний венец.

При возведении кирпичных домов обустройство подстропильной фермы – важный этап в обеспечении надежности и функциональности крыши. В этом случае данные элементы позволяют максимально равномерно распределить нагрузку по поверхности стен.

Для обеспечения высокой степени надежности подстропильные фермы должны представлять собой достаточно надежные конструкции. Если для их изготовления использовался металл, то соединение их элементов выполняется с применением сварки либо болтов.

В некоторых случаях допустима установка этих элементов из железобетона, однако в этом случае использование изделий из этого материала, должно быть предусмотрено в проектной документации ввиду их значительного веса.

Стропильная ферма – важный конструктивный элемент любой крыши. И от правильности и качества ее установки во многом зависят технические и эксплуатационные характеристики будущей крыши.

Это тоже интересно:

Какие бывают и где применяются стропильные фермы. Расчет стропильных ферм. Как сделать ферму для крыши

Основу несущей конструкции крыши составляют фермы, которые бывают стропильными и подстропильными (см. фото). От того, насколько качественно они выполнены, зависит прочность, надежность и срок эксплуатации кровли. Деревянные фермы для крыши должны выдерживать не только вес так называемого кровельного «пирога», но и существенные нагрузки, являющиеся результатом воздействия сильных ветров и атмосферных осадков.

Что такое стропильные фермы?

Стропильная ферма представляет собой используемую для устройства скатных крыш жесткую конструкцию. Она необходима, чтобы перераспределить нагрузку, которой подвергается кровля, на стены здания. Материалы изготовления ферм бывают разные, но чаще всего используется древесина.

Деревянная ферма для крыши как на фото выполняется из досок, бруса или леса-кругляка. Чтобы соединить в одну конструкцию все элементы, произведенные из бруса и бревен, применяют такой метод как врубка, а если задействованы доски, то металлические крепления – гвозди, болты, анкеры, зубчато-кольцевые шпонки и прочее.

В малоэтажном строительстве при изготовлении деревянных стропильных ферм применяют обычно пиломатериалы хвойных пород по причине их дешевизны и простоты подгонки. При установке стропильных брусьев надо в обязательном порядке исключить возможность их провисания по длине под весом кровли и собственным весом. Делается это одним из двух способов: устанавливают средний прогон – толстый несущий брусок поперек стропила или поперечные балки и распорки.

В настоящее время, чтобы избежать значительных трудозатрат при сборке фермы, применяют комбинированные конструкции из металла и дерева, и тогда установка стропильной системы занимает гораздо меньше времени. Вариант создания кровли с открытыми фермами при строительстве жилых домов не используют – систему закрывают потолочными перекрытиями. В промышленном строительстве наоборот — обычно используют открытую конструкцию.

Выбор схемы фермы

При выборе формы стропильной фермы учитывают следующие факторы:

• угол уклона кровли;
• тип соединения, который предполагается использовать при создании конструкции;
• материал покрытия поверхности крыши;
• наличие/отсутствие потолочного перекрытия.

Например, если при постройке дома создается почти плоская кровля с покрытием из битумных рулонных материалов, тогда самым оптимальным, по мнению специалистов, является форма трапеции или прямоугольника. Треугольные фермы монтируют, если крыша имеет крутые скаты и на ее поверхность планируют уложить тяжелые покрытия.

Для определения высоты фермы пользуются формулами:

Буква L – это длина пролета стропильной фермы.

При постройке частного дома, как правило, возводят треугольную стропильную систему. Такая форма фермы в комбинации с наклонным дает возможность строить односкатные и двускатные кровли, имеющие разные углы наклона. Когда возводятся коттеджи с двухскатными крышами, нередко применяют конструкции с висячими стропилами. При этом стропила резные могут стать настоящим украшением кровли.

С целью обеспечения надежности и прочности ферм для их верхнего и нижнего пояса монтируют дополнительные связки, которые изготавливают из досок и помещают в плоскости нахождения средней стойки.

Конструкция простых треугольных ферм

Во многом схема раскладки стропил зависит от длины пролета здания и наличия/отсутствия внутренних несущих стен. Используется простая стропильная ферма в том случае, если она опирается исключительно на внешние стены постройки (у дома нет опор внутри) и параметр пролета не превышает 6 метров.

Порядок расчета стропильных конструкций

При расчете стропильных систем и для того, чтобы составить план раскладки стропил, нужно учитывать предполагаемые нагрузки на конструкцию кровли, которые условно можно разделить на 3 категории:

Современные технологии позволяют выпускать стропильные и подстропильные фермы и элементы к ним для крыш разной конструкции и не только для жилых строений. Например, это может быть стропильная система двухскатной крыши бани, гаража и других хозяйственных построек (прочтите: » «).

Металлические и стальные стропильные конструкции

Чтобы изготовить пояса и решетки используют уголки для стропильной системы, а отдельные элементы соединяют сваркой. Оптимальным решением, отличающимся надежностью, специалисты считают конструкцию, для которой пояса делают из тавровых широкополочных балок. Отличие между стальными подстропильными фермами и стропильными заключается в наличии параллельного пояса

Что такое деревянные стропильные фермы

При возведении стропильной системы наряду с такими важным моментом, как выбор ее типа не менее важным является то, из какого именно материала планируется ее изготовление.

В наше время можно выделить следующие виды стропильных ферм: железобетонные, металлические и деревянные.
Металлические стропильные фермы, вне всяких сомнений, имеют более длительный эксплуатационный срок.

Виды стропильных ферм

Но при этом технология их монтажа такая, что с ней далеко не каждый сможет справиться.

Да и вес такие конструкции имеют достаточно внушительный, благодаря чему они не всегда могут быть использованы при возведении частных домов.
Железобетонные конструкции, несмотря на то что обладают отличными эксплуатационными и техническими характеристиками, чаще всего используются для обустройства промышленных сооружений и зданий.

Сегодня наибольшей популярностью в частном строительстве пользуются именно деревянные стропильные фермы, так как это легкий, прочный, дешевый и, при условии правильного монтажа и обустройства кровли, долговечный материал. Они могут изготавливаться из таких пиломатериалов, как обрезная доска, бревна и брус.

Для соединения конструктивных элементов таких стропильных систем чаще всего применяют врубку, а для соединения досок – болты, гвозди и зубчато-кольцевые шпонки.

Стропильная ферма

С латинского «ферма» переводится как «прочная». В принципе, перевод этого слова говорит сам за себя, так как стропильная ферма в первую очередь должна обладать отличным запасом прочности, что позволит ей стойко переносить все нагрузки, которым она будет подвергаться в процессе эксплуатации.

Любая стропильная конструкция состоит из следующих конструктивных элементов: стойка, пояс, раскос, шпренгель или, иными словами, опорный раскос.

Факторы влияющие на выбор конструкции стропильных ферм

• Размера пролетов.
• Угла наклона скатов.
• Требуемой долговечности конструкции.
• Огнестойкости.
• Теплотехнических показателей.
• Климатических условий области возведения.
• Типа и размеров сооружения.

Виды конструкций стропильных деревянных ферм

• Наслонные.
• Висячие.

Наслонные стропила, изготовленные из дерева, представляют собой распорную конструкцию, использующуюся для перекрытия пролетов, имеющих небольшие размеры. При монтаже средней несущей стены стропильная ферма на крыше может устанавливаться в том случае, если длина перекрытия пролетов не превышает 18 метров.

Установленная стропильная ферма на крыше должна обладать достаточным запасом прочности и устойчивости для того, чтобы она смогла достойно перенести снеговые и ветровые нагрузки, а также вес всей кровли.

Стропила должны обладать высокой прочностью и устойчивостью, а также выдерживать максимальные ветровые и снеговые нагрузки и вес самой кровли.

При возведении двускатной кровли фермы треугольные своими концами упираются на мауэрлат, а в верхней их части их поддерживают подстропильные фермы, представляющие собой систему стоек, прогонов и подкосов, посредством которых нагрузки передаются на несущие стены.

Висячие стропильные конструкции представляют собой систему, состоящую из нескольких стропил, узлы которых соединены посредством врубки или гвоздей.
Висячие стропила делятся на такие виды: симметричные, несимметричные, двускатные и односкатные.

Фермы треугольные висячего типа состоят из пары стропильных ног, которые соединены между собой посредством затяжки, она нейтрализует распорные силы, постоянно воздействующие на них.

Если устанавливается висячая ферма на крыше более 18 метров, то для повышения жесткости и снижения прогиба стропильных ног рекомендуется использовать ригели. Помимо этого, такая конструкция собирается при помощи врубки и закрепляется посредством скоб.

Для повышения жесткости конструкции также могут использоваться подстропильные фермы, позволяющие значительно улучшить технические характеристики кровли. Очень важно, чтобы ферма на крыше была максимально надежно закреплена, так как от этого зависит прочность всей кровельной конструкции.

Достоинства деревянных ферм

• Небольшой вес конструкции в сравнении ее с металлическими и железобетонными системами.
• Возможность самостоятельного возведения кровли благодаря относительной простоте выполнения монтажных работ.
• Незначительные финансовые расходы на покупку материалов.

В нашем мире ничего нет идеального. И так же, как существует день и ночь, черное и белое, деревянные конструкции наряду с достоинствами имеют некоторые недостатки.

Недостатки деревянных ферм

• В сравнении с другими материалами деревянные стропильные конструкции обладают относительно небольшой длиной стропильных ног.
• В сравнении с металлическими либо железобетонными конструкциями деревянные имеют небольшой эксплуатационный срок.
• Необходимость использования средств для увеличения огнестойкости и биологической стойкости древесины.

Особенности монтажа деревянных стропильных ферм

Своими концами ноги деревянных ферм опираются на мауэрлат, расположенный на верхней части несущей наружной стены. Если ширина пролета между стенами не более 6,5 м, монтаж наслонных систем допускается выполнять без установки промежуточных опор.

В том случае, когда ширина пролета колеблется от 10 до 12 м, используется одна промежуточная опора, а при более чем 15 м – две.

Монтаж этих конструкций выполняется снизу вверх и начинается с установки промежуточных опор, подкладных досок и лежней. После монтажа и закрепления опорных элементов на лежнях переходят к установке стоек.

Выверку стоек производят при помощи отвеса, и для фиксации их оборудуют двумя раскреплениями. Эти стойки предотвратят складывание кровли при сильных порывах ветрах и обеспечат высокую надежность все кровельной конструкции.

Стропильная ферма – важный элемент кровли. От выбора ее типа, качества монтажа и установки зависят эксплуатационные и технические характеристики кровли, а также то, насколько эффективно крыша в будущем сможет переносить все нагрузки.

Это полезно почитать:

Стропильные фермы: выбор формы конструкции, материала

В доме всегда будет тепло и сухо, если крыша спроектирована и построена с соблюдением всех норм и правил. Стропильные фермы предназначены обеспечивать устойчивость крыши и противостоять временной снеговой нагрузке и постоянной нагрузке, обусловленной весом кровельного материала и утеплителя. Ферма должна равномерно распределять нагрузку на несущие стены здания.

Выбор формы конструкции

Среди вариантов создания ферменной конструкции можно увидеть самые разные виды стропильных ферм. Выбор подходящего решения зависит от нескольких основных факторов:

• Материал кровли.

• Способ крепления элементов.

• Схема расположения несущих стен, способных принимать нагрузку.

• Фантазия заказчика.Одним из самых важных факторов выбора формы конструкции является климатический район, в котором расположена будущая постройка. От этого фактора будет зависеть расчет нагрузок, так как сила ветра и количество осадков оказывают очень большое влияние на требуемую прочность ферменных конструкций, удерживающих кровлю. Количество осадков может очень сильно отличаться в разных районах страны.

Чаще всего при строительстве частных домов используют треугольные фермы. Они способны максимально эффективно принимать нагрузку и являются достаточно простыми в процессе монтажа. Такая конструкция применима в домах без внутренней несущей стены и с длиной пролета в переделах 6 метров. Она состоит из стропил, затяжек и двух подкосов – это самые простые элементы стропильной конструкции, они позволят без проблем спроектировать и установить ее. У образовавшегося подобным образом чердака есть один существенный минус: из-за наличия большого количества затяжек движение по нему будет весьма затруднено.

Конструктивное оформление

Данный признак делит все конструкции на два типа:

• Легкие (одностенные) фермы. Они имеют по одному фасонному листу в узлах.

• Тяжелые (двустенные). В каждом узле присутствуют два фасонных листа.

Внушительная длина пролета обязывает конструкторов предусмотреть использование тяжелой конструкции. В этом случае скелет будет выполнять функцию ригеля.

Расчет необходимой прочности

Изготовление любой конструкции начинается с расчетов. Начинать его следует с определения нагрузок на конструкцию:

• Постоянная нагрузка. Вес пирога кровли и конструкции самой фермы. Определяется в зависимости от конструктивных решений здания.

• Временная нагрузка. Снег, ветер, вес людей, поднимающихся на крышу для производства работ. Определяется в зависимости от района строительства.

• Особые. Все, не вошедшие в предыдущие категории нагрузки.

Выбор материала для будущей фермы

Изготовление стропильных ферм осуществляют из нескольких основных материалов:

• Железобетон. Его применяют, если есть необходимость установить крышу с большим пролетом.

• Дерево. Конструкции из него популярны при строительстве небольших частных домов.

• Так же в частном строительстве популярны металлические стропильные фермы.

Стальная ферма

Стальные фермы могут быть треугольными, при этом с параллельными поясами или полигональные. Последние варианты служат хорошей основой при использовании листового кровельного материала. Фермы заводского производства имеют унифицированные размеры. Их выбирают при пролетах, кратных шести метрам.

Некоторые элементы ферм приходится соединять при помощи сварочного аппарата непосредственно на строительной площадке. Для изготовления поясов или решеток применяются уголки дл стропил. Тавровые широкополочные балки считаются среди специалистов лучшим решением обеспечивающим наибольшую надежность конструкции. Единственное отличие между стропильными и подстропильными конструкциями – это наличие параллельного пояса. Размеры зависят от параметров конструкций.

Частное строительство требует применения ферм, произведенных с использованием профильных труб, они могут быть горячекатаными и гнутыми с прямоугольным или квадратным сечением. У изделий с такой формой меньше вес и расход материалов, но при этом они не уступают в прочности уголкам или таврам. Эта система отличается простотой сборки. Осуществлять сварку можно на стройплощадке непосредственно перед монтажом конструкции.

Стропильные фермы металлические заслужили себе место на рынке благодаря своим качествам:

• Они обладают повышенным уровнем прочности и стойкости.

• Материал не подвержен гниению или быстрому разрушению.

• Отличается весьма длительным сроком службы.

• Устройство стропильных ферм в зданиях с большой площадью или при большой высоте становится проще при применении стальной конструкции.

Так же у этого материала есть несколько ощутимых недостатков:

• Немаленький вес конструкции вынуждает строителей использовать технику.

• Подверженность влиянию экстремальных температур. Возможность деформации в следствие использования при слишком высокой температуре.

• Такие конструкции обычно дорого стоят.

Фермы из железобетона

Железобетонные фермы принадлежат разным категориям:

• Безраскосные треугольные конструкции.

• Системы, применяемые при устройстве кровель с маленьким уклоном.

• Сегментные конструкции, они могут быть с раскосом или без него.

Такие стропильные фермы оценивают по прочности, морозостойкости материалов, применяемых при изготовлении таких стропильных ферм, средней плотности бетона, толщине слоя бетона вблизи арматурного каркаса, защите от коррозии и по марке стали, из которой изготовлена применяемая арматура.

Подобные конструкции имеют большой недостаток: из-за большого веса фермы при ее монтаже непременно понадобится помощь специальной техники. Именно поэтому такой вариант применяют только при строительстве промышленных зданий, торговых центров или любых других домов с большими пролетами.

Деревянные фермы

Самым популярным материалам при строительстве небольших домов является древесина. Этот материал очень легок, но при этом обладает достаточной прочностью. При правильной установке и эксплуатации крыша долгое время не будет вызывать проблем.

Такие фермы незаменимы, если конструкцией стропильных ферм предусмотрена мансарда. Помимо частного строительства дерево применяют при изготовлении стропильной фермы для коммерческих, спортивных, промышленных или сельскохозяйственных объектов небольших размеров. Древесина незаменима при восстановлении плоских кровель.

Люди выбирают деревянные стропильные фермы для строительства по ряду причин:

1. Простой и автоматизированный процесс устройства такой кровельной фермы.

2. Проектирование выполняется в очень короткий срок.

3. Наличие готовых элементов позволяет сильно упростить процесс монтажа.

4. Благодаря доступности материала и простоте его обработки становится возможным осуществить самые смелые архитектурные решения.

5. Маленький вес, благодаря чему монтировать конструкцию возможно без применения техники и, соответственно, цена работ значительно снижается.

6. Применение при достаточно больших пролетах (до 18 м).

7. Легкость укладки утепляющих материалов.

8. После специальной обработки на заводе материалу назначают первую категорию пожарной безопасности.

9. Древесина экологична и отвечает всем требованиям в этой сфере.

При выборе этого природного материала на этапе подготовки и монтажа следует внимательно наблюдать за обработкой специальными растворами. В случае некачественной работы конструкция не сможет долгое время радовать заказчиков, ведь материал подвержен воздействию гнили, грибков, насекомых и огня.

Односкатная кровля

Зачастую проект здания предполагает наличие односкатной кровли, в этом случае популярна и очень надежная треугольная система стропил не применяется.

Монтаж ферменных конструкций

Фермы стропильные устанавливают в определенном порядке:

1. Расчет величины перепада между несущими стенами постройки.

2. Производство стропил. Иногда этот пункт включает в себя обработку материалов специальными составами во избежание коррозии или гниения.

3. Монтаж мауэрлата. Его толщина должна соответствовать толщине несущих стен, принимающих нагрузку. Этот важный элемент жестко закрепляют и тщательно гидроизолируют. Следует проследить за строго горизонтальным положением балки.

4. После этого начинают установку стропильных ног. Перед вырезанием выемок под них производят тщательный замер с последующей разметкой.

5. Иногда строители вынуждены производить сращивание стропил по длине.

6. После сбора стропильные и подстропильные фермы укладывают с выступом за балку, равным 30 см. закрепление производят с применением скоб или болтов.

7. Финальным этапом является монтаж обрешетки с последующей укладкой кровли.

Выводы:

Из всего вышесказанного можно сделать несколько выводов и тем самым помочь построить крышу идеальной формы, как на фото в строительном журнале.

• Дерево и металл способны защитить конструкции и, соответственно, весь дом от негативных воздействий внешней среды.

• Обращать внимание при выборе подходящего решения для здания следует на прочность, устойчивость и надежность будущей конструкции.

• Фермы предназначены передавать нагрузку на стены и впоследствии на фундамент и почву основания. Поэтому прочность всего дома зависит не только от фермы.

• Классификация ферм осуществляется по статической схеме, типу решетки, материалу и очертанию поясов.

• Помимо дерева и металла используют комбинированные варианты выбора материалов.

• Дополнительные связки между поясами способны увеличить устойчивость.

• Одним из важнейших этапов производства является верный расчет, который в свою очередь зависит от корректного определения всех нагрузок.

Меры предосторожности

Следует отдельно отметить, что осуществлять строительные работы на крыше могут только профессионалы. Они работают со страховкой и не позволяют себе излишне рисковать. Без специальной подготовки и некоторого оборудования работать на крыше не рекомендуется, это чревато несчастными случаями. Самостоятельно выполнять монтаж ферм допускается только на невысоких крышах одноэтажных домов, бань или хозяйственных построек

Видео

Добавить комментарий

5.2. Порядок расчета стропильных ферм

Проектирование фермы начинают с ее компоновки. На этой стадии выбирают статическую схему и очертание фермы, назначают вид решетки и определяют генеральные размеры. Затем производят статический расчет фермы, подбор сечений элементов фермы, расчет и конструирование ее узлов.

5.2.1. Определение нагрузок на ферму

Стропильные фермы рассчитываются на нагрузки, передающиеся на них в виде сосредоточенных сил в узлах: постоянную – от веса кровли, конструкций подвесного потолка, собственного веса фермы со связями и др.; временные – от снега, а также от ветра (при уклонах кровли более 30^о), подвесного подъемно-транспортного оборудования (при его наличии) и других возможных технологических нагрузок.

Равномерно распределенная нагрузка подсчитывается сначала на 1 м²площади, затем по грузовой площади находится сосредоточенная сила, действующая на каждый узел.

При возможном загружении фермы снеговой нагрузкой на половине пролета может измениться знак усилия с «плюса» на «минус» в средних малонагруженных элементах решетки. В практических расчетах такие элементы принимаются конструктивно по предельно допустимой гибкости как сжатые (независимо от знака усилия).

При жестком сопряжении ригеля с колонной ферма в составе рамы испытывает воздействие рамных опорных моментов и продольной силы (усилия от распора) N_р, передающейся при восходящем опорном раскосе на нижний пояс фермы.

Значение опорных моментов М_лиМ_ппринимаются при одной и той же комбинации нагрузок. При определении усилий в стержнях фермы опорные моменты заменяются двумя парами горизонтальных сил, приложенных на опорах:

Н₁ = М_л/h_о иН₂ = М_п/h_о,

где h_о– высота фермы на опоре по центрам тяжести поясов.

5.2.2. Определение усилий в стержнях фермы

При работе ферм с элементами из уголков или тавров принимается допущение, что все стержни соединены в узлах шарнирно, оси всех стержней прямолинейны, расположены в одной плоскости и пересекаются в узле в одной точке.

После предварительного определения опорных реакций фермы, усилия в элементах стропильных ферм от неподвижной нагрузки определяются, как правило, графическим методом – путем построения диаграммы Максвелла-Кремоны или аналитическим методом отдельно для всех загружений. Для симметричного загружения диаграмма усилий строится для половины фермы.

При наличии опорных моментов строится диаграмма усилий от единичного момента М₁, приложенного к левой опоре. Зеркальное отображение этих усилий дает значение усилий в стержнях фермы от единичного момента,

приложенного к правой опоре. Единичный момент заменяется эквивалентной парой сил Н = М₁/h_ос плечомh_о.Умножая значение усилий в стержнях фермы от единичных моментов соответственно наМ_лиМ_п, получаем фактические усилия в стержнях.

Усилия от каждого загружения оформляются в табличной форме (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Расчетные усилия в стержнях фермы, кН (форма таблицы)

Лучше всего расчет ферм выполнить на ЭВМ, воспользовавшись любой из известных программ.

Для подбора сечений элементов ферм необходимо получить для каждого элемента максимально возможное усилие при самом невыгодном сочетании нагрузок.

При приложении нагрузок вне узлов фермы ее пояса рассчитываются на совместное действие продольных усилий и изгибающего момента как неразрезные балки, опирающиеся на узлы ферм. Значение изгибающего момента от сосредоточенной силы Fприближенно определяется по формуле

М = 0,9Fd/4,

где коэффициент 0,9 учитывает неразрезность пояса;

d – длина панели.

способы изготовления и используемые материалы

Надежность крыши очень важна для дома: это прописная истина. В основе крыши лежат несущие конструкции – стропильные фермы. Их монтаж – работа трудоемкая и ответственная, требующая точного расчета. Следует иметь в виду, что стропильная система должна выдерживать вес не только кровельных материалов, но также утеплителя, обрешетки и атмосферных осадков в виде снега и льда. Учитывая это, в конструкцию стропил закладывается максимально возможная прочность.

Стропильная конструкция собирается из следующих элементов: висячих стропил и наслонных, мауэрлата (продольного бруса), коньковых прогонов, боковых, подкосов, раскосов, диагональных связей. Соединенные друг с другом детали образуют стропильную ферму, представляющую собой треугольник, часто собранный из нескольких треугольников.

Стропильная ферма представляет собой треугольник: это самая жесткая фигура

Несущую часть крыши образует система стропил (так называемые стропильные ноги). Угол, под которым они устанавливаются, соответствует углу наклона кровли. Стропильные ноги опираются на мауэрлат, который уложен на стену: это необходимо для равномерного распределения нагрузки. В вершине соединяются другие концы стропил и подконьковый брус (прогон). Именно здесь будет находиться конек кровли. Интервал между стропилами выбирается в зависимости от материала кровли, от сечения стропил и прочего, обычно это расстояние – от 0,8 до 2 м.

Висячие опираются лишь на наружные стены здания и лишены промежуточных опор. Стропильные ноги этой конструкции испытывают нагрузку на изгиб и сжатие. Стенам передается распирающее усилие, а чтобы его уменьшить, стропильные ноги соединяют деревянной или металлической затяжкой. Располагаться затяжка может у основания стропил и на некотором от него расстоянии. В первом случае она будет являться балкой перекрытия, что часто применяется для сооружения мансардных крыш. Увеличение высоты установки затяжки требует применения более прочного и толстого материала, а также усиления его крепления к стропилам.

Стропильная система состоит из нескольких деталей, надежно соединенных вместе

Наслонные стропила применяются реже: они используются для домов, имеющих в своей конструкции среднюю несущую стену или промежуточные опоры в виде колонн. Крайние их концы опираются на мауэрлат, закрепленный на наружных стенах, а средние – на внутри расположенную опору. Такие стропила испытывают нагрузки только на изгиб. Есть еще одно преимущество такой конструкции: она получается более легкой и дешевой, так как для ее сооружения требуется меньше материалов.

Архитектура дома часто допускает сочетание разных стропильных ферм: в части здания с промежуточными опорами применяются наслонные, а там, где таких опор нет – висячие стропила.

Стропильные фермы по материалу, примененному для их изготовления, делятся на:

• деревянные;
• металлические сварные или собранные с помощью болтовых соединений;
• монолитные железобетонные.

При выборе материала для изготовления стропил учитывают и назначение постройки, и нагрузки, которые будет должна выдерживать кровля. Кроме вышеуказанных нагрузок, это также может быть следующее оборудование: солнечные батареи, водяные баки, вентиляционные камеры.

Деревянная ферма для крыши – самый распространенный вариант. В домах, построенных из брусьев или бревен, мауэрлатом может являться верхний венец. Если стены дома возведены из кирпича, пенобетонных блоков – деревянные стропильные фермы опирают на брус, установленный с внутренней поверхностью стены заподлицо. Снаружи его ограждают дополнительными рядами кирпичной кладки. Под брус подкладывают гидроизоляционный материал, которым может служить вдвое сложенный рубероид.

Деревянные стропильные фермы могут изготавливаться из кругляка, брусьев или досок

Стропильные системы из дерева просты в изготовлении и монтаже, они легко поддаются подгонке на месте установки: при необходимости их несложно укоротить, нарастить или подтесать. Изготовить их можно на строительной площадке или на деревообрабатывающем предприятии. В последнем случае для производства используют МЗП – металлические зубчатые пластины. Для защиты древесины стропила обрабатывают антисептическими препаратами и антипиренами, что значительно продлевает срок службы всей конструкции кровли.

Другой способ изготовления предполагает соединение деталей методом «шип-паз», а также с помощью скоб, гвоздей, хомутов и болтов. По мере высыхания древесины такие крепления ослабевают, поэтому необходимо периодически осуществлять проверку состояния стропильной системы и ее укрепление.

Третий способ – соединение деревянных элементов с помощью саморезов и стальных фасонных деталей. С помощью угловых соединительных элементов можно в короткие сроки и без особых усилий изготовить любую конструкцию.

Монолитные стропильные системы из железобетона используются при сооружении крупных объектов

Железобетонные стропильные балки вообще не подлежат обработке. Кроме того, монтаж кровли на таких материалах выполнить гораздо сложнее, чем на деревянных стропилах. В связи с этим, железобетонные стропильные фермы и стальные стропильные фермы используют при возведении крупных строительных сооружений: больших кирпичных или монолитных железобетонных домов. Положительным свойством такой кровли является ее высокая прочность и долговечность.

Металлические стропильные фермы, в отличие от изготовленных из дерева, достаточно сложно «подогнать» по месту: необходимо применение металлорежущего инструмента, сварки.

Стропильные системы из оцинкованного профиля собираются в заводских условиях

Для изготовления стальных конструкций существует два способа. Первый – заводской: специализированные фирмы изготавливают их из оцинкованного тонкостенного проката, имеющего С и Z-образное сечение. По сравнению с черным прокатом такие профили гораздо более легкие, что дает возможность выполнить монтаж с помощью маломощной грузоподъемной техники, а порой даже ручным способом. Детали таких стропильных ферм соединяются при помощи саморезов, так как сварка может привести к порче защитного слоя из цинка. Сборку можно осуществлять в заводских условиях, после чего необходимо доставить конструкцию на участок и установить с помощью грузоподъемной техники или специальных механизмов.

При помощи сварки можно изготавливать конструкции из обычного черного проката. Для защиты от коррозии его необходимо обработать ортофосфорной кислотой и покрыть атмосферостойкой эмалью. Для изготовления металлических стропильных систем применяются двутавровые балки, уголки и швеллеры.

В некоторых случаях для повышения жесткости и стабилизации геометрических параметров стропильных конструкций из дерева на определенных участках используют элементы из металла. Это важно, например, для изготовления опор под коньковые прогоны, испытывающие наибольшие нагрузки. Пролеты между деталями из металла также часто заменяют на деревянные детали. Такие комбинации позволяют получить конструкцию, прочность которой гораздо выше деревянной, кроме того, это дает возможность использовать деревянные стропила для создания безраспорно-наслонной системы.

Однако, в данном случае необходимо либо хорошо изолировать металл от дерева, либо периодически обрабатывать деревянные детали противогнилостными средствами. На поверхности металлических деталей при отрицательной температуре воздуха появляется конденсат, который является причиной порчи древесины.

При использовании комбинированных систем необходимо изолировать древесину от металла при помощи рубероида

Качественное изготовление стропил имеет очень большое значение для безопасности дома и его надежной защиты от непогоды. Эта работа требует теоретической подготовки и серьезных практических навыков. Кроме того, это тяжелая, ответственная и опасная работа, связанная с подъемом и монтажом тяжелых грузов на высоте. Правильным решением будет привлечение для установки стропильных ферм специалистов, обладающих достаточным опытом.