Виды ферм в строительстве

Перед тем как сделать расчет фермы для навеса и крыши, нужно учесть ее разновидности, преимущества и недостатки каждого типа. Расскажем о том, какие действия необходимо предпринять для того, чтобы провести установку, какую конструкцию фермы лучше выбрать и как рассчитать необходимые показатели, опираясь на технические характеристики.

Особенности использования металлических ферм

При строительстве часто используются фермы различных видов. Долгое время их делали из деревянных брусьев и досок. Однако металлические конструкции имеют перед ними существенные преимущества:

1. Если имеют место механические нагрузки, то это не приводит к деформации.
2. Из-за того, что металлические фермы полые, они имеют относительно небольшой вес.
3. Тот, кто строит частный жилой дом, может позволить себе купить такую конструкцию.
4. Использование металлических частей даёт возможность создавать фермы, имеющие сложную конфигурацию. При этом не происходит потери прочности.
5. В отличие от деревянных конструкций, металлические — не являются пожароопасными.
6. Нет опасности — пострадать от грибка или насекомых.

Фермы и мосты

Разновидности ферм

Использование таких конструкций широко распространено. При этом для разных целей применяются различные типы металлических ферм.

Обычно используются следующие типы таких конструкций:

• Параллельные являются наиболее простыми с точки зрения их устройства. Они состоят из нескольких одинаковых деталей.
• Арочные конструкции имеют типовое строение. Они состоят из внутренней и внешней арочных поверхностей, соединёнными между собой при помощи большого количества рёбер жёсткости. Такие конструкции могут иметь различный радиус арки.
• Треугольные металлические системы иногда представляют собой односкатную металлическую конструкцию. Они, например, могут применяться для устройства односкатной крыши. Применяются также треугольные двухскатные варианты. Их обычно используют для крыш, в которых поверхности по отношению друг к другу находятся под острым углом.

• Полигональные конструкции применяются в тех случаях, когда нужно работать с тяжёлым настилом. Использование их связанно с выполнением сложного монтажа.
• Конструкции трапецевидной формы применяются аналогично полигональным, но имеют более простую форму.
• Сегментные конструкции представляют собой наиболее сложный вид металлических ферм.

Здесь приведены не все, а наиболее распространённые виды металлических конструкций.

Строение фермы

Типовые конструкции состоят из следующих узлов:

• У каждой структуры имеется верхняя и нижняя поверхность. Их называют верхним и нижним поясами.
• Эти поверхности укреплены решётками, которые связывают их друг с другом.
• Перпендикулярно поясам предусмотрены рёбра жёсткости, называющиеся стойками.
• Раскосы – это рёбра жёсткости, которые расположены под углом к поверхности. Они придают конструкции жёсткость.
• Шпренгеля – это специальные виды раскосов, которые играют вспомогательную роль.

Точку, в которой сходятся два или большее количество рёбер, называют узлом. Панелью называют расстояние между соседними узлами. Пролёт представляет собой расстояние между опорами конструкции.

Считается, что чем больше решёток установлено здесь, то тем более высокая у неё прочность.

Большое значение имеет то, по какой схеме расположены внутренние решётки. При этом стремятся найти компромисс между экономией металла, потраченного на детали конструкции и прочностью структуры.

Для внутреннего устройства металлической фермы применяется несколько видов конструкций:

• Одним из распространённых стандартных вариантов является треугольное расположение решёток. Однако этот вариант имеет относительно небольшую прочность. Её достоинством является наиболее экономное расходование металлических стержней.

• Шпренгельную схему рационально использовать в тех случаях, когда максимальная нагрузка приходится на верхнюю арку. В ней решётки располагаются таким образом, чтобы под её воздействием не было нарушено основание, существующее между прогонами.
• Раскосная схема расположения решёток применяется при нагрузке, действующей примерно в равной мере на оба прогона.
• Крестовое расположение эффективно тогда, когда нагрузка действует не только в вертикальном, но и в нескольких косых направлениях.
• Некоторые виды делают из тавров. В таких случаях наиболее часто используют перекрёстную систему расположения решёток.
• Полураскосное и ромбическое расположение деталей применяется для установки ферм, имеющих вертикальную ориентацию. Примерами таких конструкций являются мачты. Их также используются для устройства мостов.

Применяются фермы, предназначенные для устройства кровли, в их число входят прямые, односкатные и двухскатные металлические конструкции.

Они обладают высокой прочностью. При их эксплуатации надо учитывать, что они не деформируются даже на больших пролётах.

Как проектировать ферму

Использование металлических ферм в строительстве считается очень эффективным. Это связано со следующим. У этих конструкций высокая прочность, отличные эксплуатационные качества, относительно низкая стоимость по сравнению с использованием альтернативных вариантов, способность не деформироваться даже в случае наличия высоких нагрузок.

Вместе со строительными фермами используют кровельные материалы любых типов, учитывая, что такие конструкции способны их легко выдержать.

Общие принципы

При проведении проектирования необходимо учитывать следующее:

• Рациональная форма конструкции не только способна обеспечить его прочность, но и способствует экономии затраченных средств.

• Металлическая ферма имеет высокую устойчивость в двух направлениях. У неё хорошая обтекаемость. Структура должна быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечить высокие эксплуатационные качества.
• Необходимо сочетать экономное использование металла с высокой прочностью.

Перед началом работы требуется определиться с тем, какую конструкцию необходимо получить.

Начало работы

Прежде, чем приступить к проектированию, необходимо решить следующие вопросы:

1. Нужно решить, каковы должны быть размеры крыши в длину и ширину.
2. Нужно учитывать, какая у конструкции должна быть форма.
3. Рассматривается не только материал для изготовления распорок, но и тот — который будет использоваться, для нижнего и верхнего поясов.
4. Необходимо определить углы наклона и учесть нагрузку, которую должна будет выдержать крыша.

Нужно принять во внимание, что у конструкций из металлического профиля имеются особые точки равновесия, которые обеспечивают прочность и стабильность конструкции. Опоры в этих местах должны быть сделаны из наиболее качественного материала.

Как выбрать материал

Для создания строительных ферм принято использовать металлический профиль в виде прямоугольной или квадратной трубы. Промышленность выпускает эти детали различных видов. Рекомендуется делать выбор с учётом следующих рекомендаций:

1. Для небольших построек используется профиль сечением 40х20х2 мм и длиной 4,5 м.
2. В тех случаях, когда длина конструкции составляет 5 м или больше, рекомендуется к использованию профиль 40х40х2 мм.
3. Для конструкций большого размера предпочтительно применять профиль 40х60х3 мм.

Что учитывать при проектировании

Важное значение имеет наличие ветров или дождей в местности, где происходит стройка. Такие нагрузки должны учитываться в процессе проектирования.

Для проведения расчётов прочности удобно использовать имеющиеся в интернете онлайн калькуляторы фермы, специально предназначенные для таких вычислений.

Нужно учитывать, что наиболее простая конструкция будет состоять из минимального количества деталей – несущих частей, определяющих форму и вертикальных столбиков из профиля, обеспечивающих прочность. Такую металлическую ферму не только можно сделать самостоятельно, но и приобрести у поставщиков или заказать у профессиональных специалистов.

Выбор формы крыши

При определении опорной конструкции для крыши, нужно выбрать подходящую конструкцию для крыши. В частности требуется определить угол наклона плоскостей.

Прежде всего требуется сделать выбор типа крыши, которую предполагается ставить.

Возможны следующие варианты:

1. Она будет иметь только один скат.
2. Крыша двускатная.
3. Возможен вариант с использованием плоской формы.
4. Купольная.
5. Шатровая форма.
6. Арочная крыша.

Для самостоятельного проектирования наиболее простым вариантом является односкатная крыша. Нужно знать, как рассчитать ферму для навеса. При проектировании нужно обеспечить правильное расположение следующих элементов:

1. Верхний и нижний пояс.
2. Основные стойки.
3. Раскосы.
4. Вспомогательные крепёжные элементы – подкосы.

Последние элементы также имеют второе название – шпренгели. У фермы перекрытия металлические можно соединять между собой соединять при помощи клёпок, сварных швов, особых парных материалов или косынок.

Металлическую форму удобно изготавливать, находясь на земле, а затем поднимать для установки на верх здания.

Важным обстоятельством является выбор угла наклона верхнего пояса крыши относительно нижнего. Обычно при проектировании рассматриваются следующие диапазоны (в градусах):

В первом случае можно обеспечить достаточную прочность путём использование трапециевидной формы конструкции. Высота при этом составит 1/7-1/9 от всей длины.

При определении конструкции распорок нужно учитывать, что могут быть применены следующие решения:

• Треугольная форма расположения имеет свои важные достоинства. Она проста для проведения расчётов навеса из профильной трубы. Треугольную конструкцию относительно просто обслуживать. Она надёжна и долговечна. Такую конструкцию относительно просто сделать. Однако при устройстве такой металлической фермы используется чрезмерное количество профилей. В центральной части решётки приходится использовать длинные стержни из профиля.

• Полигональные фермы представляют собой относительно сложные конструкции. Их выгодно использовать для проектирования больших ферм. В таких системах обычно детали скрепляют сваркой. Однако рассматриваемые конструкции обеспечивают высокую прочность и экономно используют металлические детали.
• Фермы, в которых верхний и нижний пояса расположены в параллельных плоскостях. Эта конструкция полностью сделана из повторяющихся деталей, что существенно упрощает её проектирование. При этом длина стержней и решёток, а также способы крепления металлических частей идентичны в любом месте конструкции.
• Трапециевидная односкатная ферма. При необходимости осуществить жёсткую фиксацию сооружения это предпочтительный вариант. Она может быть установлена, используя в качестве опоры колонны. Особенностями её формы являются небольшие уклоны вдоль боковых частей конструкции. При этом в такой металлической ферме отсутствуют длинные центральные стержни.

При установке фермы важно таким образом распределить опоры, чтобы нагрузка на металлическую ферму была минимальной. Перед тем, как рассчитать ферму, важно понять, какая конструкция опор будет использована.

Видео описание

В видео приведён пример расчёта металлической фермы:

Выбор типа опорных решёток

Расположение внутренних опор подбирается таким образом, чтобы они выдерживали необходимые нагрузки. При этом нужно принимать во внимание форму потолка, вид и геометрию крыши. В качестве калькулятора фермы из профильной трубы можно воспользоваться специальным приложением.

Нужно обеспечить такую систему расположения решёток, чтобы напряжение, действующее на неё было сосредоточена в тех местах, где находятся опоры. Если это удастся сделать, то в металлической ферме будут отсутствовать изгибающие напряжения.

Если об этом не позаботиться, то изгибающая сила станет дополнительной нагрузкой для металлической конструкции и существенно снизит её прочность и надёжность. Чтобы преодолеть такие сложности, придётся использовать опоры, имеющие более крупное сечение.

Этап проведения расчётов напряжений

После того, как были определены детали проекта, необходимо рассчитать напряжения, возникающие при эксплуатации металлической фермы выбранной конструкции. Итогом такого рассмотрения будет правильно подобранная конфигурация системы внутренних решёток.

Видео описание

В этом видео приведены методы расчёта ферм:

Для выполнения расчёта металлической фермы потребуется специальное программное обеспечение или специализированный онлайн калькулятор.

В процессе вычисления должны быть использованы данные взятые из таблиц, содержащихся в следующих документах:

1. СНиП 2.01.07-85 (содержит информацию, которая необходимо для правильного расчёта нагрузки).
2. СНиП п-23-81 (этот документ включает в себя данные, относящиеся к различным металлическим конструкциям).

Для того, чтобы качественно провести нужные расчёт навеса, знакомство с этими документами является необходимым.

Покупка или изготовление фермы

После того, как была выбрана конструкция, произведены необходимые расчёты, продумана схема металлической фермы, необходимо её изготовить. Для этого можно прибегнуть к одному из следующих вариантов:

1. Самостоятельные работы, в результате которых должна быть создана металлическая конструкция.
2. Покупка подходящей модели у фирмы-изготовителя.
3. Заказ у профессионалов и последующая оплата выполненной работы.

Каждый из этих способов имеет свои особенности.

При самостоятельном изготовлении цена готовой строительной конструкции будет минимальной. При этом мастер, который создаёт металлическую ферму, обладает значительной свободой в выполнении своих замыслов. С другой стороны, он принимает на себя ответственность за возможные ошибки, сделанные на любом этапе работы. При этом необходимо найти и правильно выбрать все необходимые детали для фермы, выполнить работу с металлом, требующую специальных навыков.

Самостоятельное изготовление ферм из профильной трубы доступно только для профессионалов своего дела и в тех случаях, когда речь идёт о небольших и несложных конструкциях.

Покупка у поставщика гарантирует высокое качество изготовления, но будет стоить существенно дороже по сравнению с первым вариантом. Однако может оказаться, что металлической фермы с нужными параметрами в ассортименте продавца не нашлось.

В таком случае можно сделать конструкцию на заказ, обратившись к профессиональным специалистам. Однако в этом случае необходимо правильно поставить задачу. Перед тем, как заказать изготовление металлической фермы, нужно тщательно продумать её конструкцию.

Видео описание

В этом видео рассказано о методе сечений при расчёте ферм:

Проведение сборки

Если конструкция создана, то предстоит её установка. После того, как она была закуплена или изготовлена самостоятельно, её привозят на территорию стройки.

Для установки нужно предпринять следующие действия:

• Фермы необходимо подготовить. Их сваривают на земле, не поднимая их на верх здания.
• Нужно подготовить вертикальные опоры, на которых будут находиться металлические фермы. Они должны быть установлены строго вертикально. Это необходимо проверить с помощью отвеса.
• На вертикальные столбы нужно приварить горизонтальные трубы.
• Теперь необходимо поднять подготовленную ферму наверх.
• Готовую конструкцию требуется почистить, обезжирить и покрасить краской. Важно следить за тем, чтобы были покрашены все участки, в том числе и соединения труб.

После того, как конструкция была установлена, надо провести дополнительную обработку.

Видео описание

В этом видео приведен расчёт фермы для навеса:

Что делать после установки

Необходимо принять меры для того, чтобы обеспечить сохранность металлических частей. Для этого детали обрабатывают антикоррозийным составом и красят, чтобы защитить от неблагоприятного воздействия.

Пример расчёта треугольной односкатной фермы

Для определения параметров фермы из профильной трубы необходимо предварительно определить необходимую длину и ширину конструкции. Высота будет зависеть от угла между поверхностями. Обычно её величина составляет от 1/4 до 1/5 от длины.

В треугольных конструкциях применяют угол от 35 до 50 градусов. Чаще всего применяют равный 45 градусам.

Поскольку прочность фермы из профильной трубы (пролёт 6 метров) обеспечивается расположением решёток, важно рассчитать, на каком расстоянии они должны быть друг от друга установлены.

При расчёте фермы из профильной трубы, в которых используются длина пролёта, превосходящая 30 метров, необходимо учесть расчёт строительного подъёма.

При планировании устройства металлической фермы рассчитывают диаметр используемых труб и нагрузку, которая должна на них приходиться.

Нужно помнить, что хотя на тонких материалах можно сэкономить средства, тем не менее, они не будут достаточно прочными, чтобы обеспечить надёжную и долговечную эксплуатацию строительной фермы.

Когда производится расчёт навеса из металлопрофиля, калькулятором может быть специализированный сайт, который предоставляет услугу по проведению таких вычислений.

Для примера будет рассмотрен расчёт треугольной фермы, размеры которой составляют 4х6 метров. Подходящим будет профиль 3х3 сантиметра с толщиной стенок 1,2 мм.

Схема устройства фермы для навеса такова, что длина нижнего прогона равна 3,1 м, а верхнего – 3,9 м. Там, где находится узкий перпендикулярный край односкатной фермы, нужно поставить вертикально расположенные стойки. Их высота должна составлять 0,6 м.

На участках, которые нужно укрепить ставят косые перемычки треугольником. Их можно делать из более тонкого профиля. На 6 м длины необходимо поставить пять конструкций, расположив их равномерно. Рекомендуется укрепить их вспомогательными косыми распорками, расположив их в перпендикулярной плоскости. Для этого подойдёт профиль размером 20х20 мм. Расстояние между ними составляет 0,5 м.

Видео описание

В этом видео вы узнаете, какую программу использовать для расчета треугольной фермы и какие показатели при этом учитывать:

Коротко о главном

Металлические фермы обладают высокой прочностью и используются для устройства крыш, строительства мостов, и в других случаях, когда необходимо закрыть большие пролёты.

Фермы бывают параллельными, арочными, треугольными и трапециевидными. Чем меньше угол наклона крыши, тем более простую форму фермы применяют и используют меньше распорок.

Для небольшой конструкции применяют профиль сечением 40х20х2 мм длиной 4,5 м; большие пролеты требуют более прочного профиля от 40х60х3 мм сечением и длиной более 5 м.

Сборку фермы производят на горизонтальной поверхности, и лишь затем ее поднимают и приваривают к основанию.

Расчёт треугольной фермы для навеса или крыши основывается на знании таких параметров, как площадь навеса, высота распорок и расстояние между ними, угол наклона навеса.

Источник blog.brigada174.ru

Виды, особенности и преимущества металлических ферм

Надежны е и прочные металлические фермы – это одно из разновидностей современной продукции металлопроката. Это целостная форма, которая никогда не меняет своих геометрических параметров, даже если жесткие узлы заменены шарнирными. Из них получаются долговечные и надежные конструкции, как навесы, беседки, павильоны и даже целые крыши жилых домов. Но насколько такие конструкции целесообразнее, чем более привычные деревянные?

В этой статье мы расскажем вам о видах, особенностях и преимуществах металлических ферм. Надеемся, вы совершенно по-другому посмотрите на вопрос прочности стропильной системы, особенно, если вы хотите забыть про занозы, точащих древесину жучков и постоянных переживаниях об обработке элементов крыши.

Преимущества и недостатки для частного строительства

Прочные металлические фермы сегодня активно применяются в строительстве частных домов и промышленных зданий. И совсем не обойтись без такой надежной строительной системы в возведении складских помещений, спортивных сооружений, торговых комплексов и павильонов для выставок, а еще для строительства офисных многоэтажных зданий. Что неудивительно, ведь металлические фермы особенно хороши, когда нужно перекрывать большие пролеты.

Фермы из металлической трубы имеют массу ценных преимуществ перед другими:

• Устойчивость к деформациям при нагрузках.
• Небольшой вес благодаря полым конструкциям.
• Доступная стоимость для частного строительства.
• Возможность возведения безопасных сложных конструкций без потери прочности.
• Высокая пожаробезопасность.
• Долговечность, прочность и надежность.

С конструктивной точки зрения использование ферм даже более предпочтительно, чем балки. Ведь при меньшем весе те выдерживают куда серьезнее нагрузки, чем при использовании обычных двутавров и швеллеров. При этом фермы еще и менее металлоемкие.

В какой-то мере металлические фермы служат аналогом стальных балок, но куда более экономичны в плане расхода материала. При этом их эффективность сравнима. А отличие металлической фермы от просто собранных вместе стропил в том, что готовая ферма отлично работает на растяжение и сжатие.

А, в отличие от деревянных стропил, металлические не гниют, не плесневеют, не разрушаются грибками или насекомыми. Их намного сложнее сломать тонной снега. Кроме того, собирают такие стропила быстрее, чем из других материалов.

Виды ферм для разных задач

Вы удивитесь, насколько много видов металлических ферм:

Давайте рассмотрим внимательные самые популярных формы металлических ферм, которые чаще всего производят на заводах:

• Параллельные – самые простые и экономичные, для изготовления которых используются одинаковые детали.
• Классические арочные, в которых нижний и верхний пояс имеют вид дуги, а пояса соединены между собой ребрами жесткости. Разные виды такой арки отличаются между собой радиусом. А сам радиус определяют такими внешними ограничителями, как размеры стропильной системы, запланированный вами дизайн крыши и сложность ее конструкции.
• Треугольные односкатные, которые чаще всего используются для устройства крыши с крутыми скатами.
• Треугольные двускатные, более подходящие для крыш с крутыми скатами, но оставляющие после производства немалую долю отходов.
• Полигональные, которые хорошо подходят для кровли из тяжелого настила, но отличаются сложностью в монтаже.
• Трапецеидальные, подобные полигональным, но с более упрощенной конструкцией.

Сегментные, подходящие для зданий со светопропускающей кровлей, но самые сложные в производстве. Чтобы их изготовить, делают дугообразные элементы с точной геометрией, которая позволяет равномерно распределять нагрузку. А вот популярные и малоизвестные виды ферм для навеса из металла:

Архитектура металлической фермы: элементы, узлы и напряжение

Итак, металлическая ферма – это сварная или сборная система труб и жестких крепежных узлов. Состоит такая конструкция из определенных элементов:

• Пояса, верхний и нижний, которые служат каркасом.
• Решетки, которая связывает оба уровня.
• Стоек, которые смонтированы перпендикулярно к поясу.
• Раскосов, которые присоединены под углом к нижнему и верхнему уровню.
• Шпренгеля – вспомогательного раскоса.
• Узел – это точка, в которой сходится сразу несколько стержней. Здесь трубы соединяют при помощи фасонки – специального металлического листа.
• Панель – это расстояние между соседними узлами, а пролет – расстояние между опорами стропильных систем.

Верхний пояс металлической фермы изготавливают из профильной трубы или двутавровых балок, с применением фланцевого соединения. Нижний – из этих же материалов.

Только, если ферма станет подвергаться нагрузке на уровне панелей, тогда дополнительно необходимо установить парные швеллеры. А внутренние стойки и раскосы изготавливают из круглой трубы, уголка или профильной трубы.

Решетки внутри фермы располагают по самым разным схемам, и все они продиктованы исключительно практическими соображениями. Чем больше поперечных элементов, тем прочнее сама конструкция, и тем дороже она обходится (материала-то уходит больше!). Например, вот в каких вариантах изготавливают треугольную ферму:

Внутренний рисунок металлической фермы подбирают в зависимости от конструктивных требований и планируемого уровня нагрузок. И выбранный тип обрешетки влияет на вес конструкции, ее внешний вид, трудоемкость и бюджет на изготовление самой металлической фермы.

Давайте рассмотрим стандартные виды внутренних решеток металлических ферм:

• Меньше всего узлов в треугольной решетке, которая чаще всего встречается в параллельной и трапециевидной ферме. Причем такая решетка считается наиболее экономной, т.к. у нее минимальная суммарная длина стержней.
• Шпренгельная решетка нужна там, где основная нагрузка приходится на верхний пояс. А потому ее используют, когда нужно сохранить расстояние между прогонами.
• Раскосную ферму делают, когда стойкам приходится противостоять большим усилиям.
• Крестовая разновидность нужна для каркасов, в которых расчетная нагрузка идет сразу в обоих направлениях.
• Перекрестная решетка нужна для ферм, которые делают из тавров.
• Полураскосная и ромбическая решетка нужна для ферм с такой большой высотой, как при создании мостов и мачт. Такие рамы получаются с высокой жесткостью благодаря двум системам раскосов.

В жизни выглядят все эти фермы так:

Вот, например, как выглядит не так часто встречающаяся шпренгельная ферма:

Кровельные металлические фермы, в свою очередь, бывают двускатные, односкатные и прямые. За счет ребер жесткости металлические фермы не деформируются даже на больших пролетах, хотя с виду довольно хрупкие.

Также металлические фермы делят на виды по количеству поясов. Это плоские фермы, где узлы и стержни находятся в одной плоскости, и пространственные, более сложные, в которых пояса находятся в параллельных плоскостях.

Проектирование ферм для крыши дома

Итак, давайте рассмотрим: как точно рассчитать ферму для навеса или более солидной постройки так, чтобы вы не закупили слишком много материала и правильно просчитали прочность.

Мы советуем вам взять готовые типовые проекты, которые уже практикуют, и которые проверенные временем. Идеально, если вы сможете проконсультироваться насчет выбранной схемы с опытным мастером, а затем уже перейдете к реализации.

Если вы решили справиться самостоятельно, тогда первым делом составьте схему будущей металлической фермы. Определите, какие контуры у нее будут, необходимо ли пространство под потолком, какое будет кровельное покрытие.

Высота металлической фермы зависит от типа кровельного материала, ее веса, угла наклона и возможности перемещения самой фермы.

Нормативные документы

Итак, фермы должны соответствовать таким государственным стандартам:

• ГОСТ 23118-99 (об общих ТУ для конструкций из стали).
• ГОСТ 23119-78 (о требованиях к производству ферм, когда нужна сварка уголков).
• ГОСТ 23119-78 (о ТУ на производство металлических ферм, сварка профильных труб). А, чтобы правильно спроектировать металлическую ферму, вам понадобится информация из таких источников:
• СНиП, П-23-81 (о стальных конструкциях), и СНиП 2.01.07-85 (о нагрузках и воздействиях).

Ферму для навеса или гаража вы можете сделать «на глаз», не особо заморачиваясь. В любом случае, вы по наитию задействуете больше материала, чем нужно, и тем самым добьетесь нужной прочности. А вот для дома такие фермы нужно рассчитывать максимально точно, чтобы тем смогли выдержать все силы стихий и сами по себе не создавали ненужной нагрузки на фундамент.

Для этого учитывают такие факторы:

• Постоянные нагрузки, как вес кровельного покрытия.
• Периодические нагрузки, как переменчивая погода, ураганы и даже смерч.
• Дополнительные нагрузки, как снеговые и ветровые, а также вес человека, который может находиться на кровле во время ремонтных работ.

Чем больше высота фермы, тем выше ее несущая способность. Также на несущую способность влияют ребра жесткости – чем их больше, тем крепче сама ферма. Но тем она тяжелее и дороже обходится.

К слову, самые легкие металлические фермы получаются, когда их высота равна 1/7 или 1/9 длины пролета. Дополнительно их облегчают специальной решеткой, в которой усилие по сжатию принимается короткими стойками.

Расчет высоты и длины фермы

При проектировании изготовлении металлических ферм важно необходимо выполнить некоторые пункты расчета металлической фермы:

• Шаг 1. Определите ширину пролета в постройке, выберите форму крыши и угол ската.
• Шаг 2. Выберите контур пояса с учетом предполагаемого уровня нагрузки на ферму.
• Шаг 3. Рассчитайте размер каркаса и то, будете ли собирать его или варить самостоятельно, или же закажете.
• Шаг 4. Чтобы рассчитать оптимальную высоту металлических ферм, примените такие формулы (L – длина фермы):

Н=1/4×L либо Н=1/5×L, если рама треугольной формы Н=1/8×L, если параллельная, трапецеидальная или полигональная. При этом сам уклон верхнего пояса должен быть 1/8×L или 1/12×L.

Теперь определяем размеры панелей. Напомним, что панель – это расстояние между стойками, которую передают всю нагрузку. Причем угол раскоса у разных ферм – разный, и панели им отвечают. Например, в ферме с решеткой треугольной формы такой угол составляет 45 градусов, а с раскосной решеткой – 35 градусов.

И, наконец, определяем угол расстановки раскосов, который должен составлять от 35 до 50 градусов, идеально, если 45.

Проверить полученное вами значение вы сможете при помощи специальных программ, которых сегодня немало:

Подбор параметров фермы Подбирают нужную конструкцию фермы исходя из формы чердачного перекрытия, угла наклона крыши и нужная длина пролета. Так, наиболее практичной для кровли жилого дома считается ферма треугольной формы, которая будет иметь высоту около пятой части длины пролета:Если же длина пролета будет значительной, от 14 до 20 метров, отдайте предпочтение конструкции с идущими вниз раскосами. При этом верхняя часть фермы должна иметь панель длиной от 1,5 до 2,5 метров. Так, оба пояса конструкции будет иметь четное количество панелей.

Такие фермы позволят избежать длинных раскосов, что поможет сопротивляться продольному изгибу. Хотя обычно для этого приходится делать большое сечение, утяжеляющее всю конструкцию в несколько раз. При этом верхняя часть фермы разбивается на двенадцать или шестнадцать панелей, по 2-2,75 метра.

Но иногда потолок крыши планируется геометрически сложным. В таком случае его среднюю часть приподнимают над опорами или же используют те же фермы Полонсо. Да, такой вариант немного сложнее обычной треугольной формы, но мы уверены, что вы справитесь!

Если даже фермы Полонсо не подходят, т.к. высота потолка от опор планируется быть еще выше, тогда ставят многоугольные металлические фермы, в которых поднят нижний пояс. Так, чтобы увеличить высоту конструкции до 0,23 длины пролета, расположенный внизу пояс делают ломаным.

При угле кровли 6-15° ставят трапециевидные или асимметричные фермы. Если же вы хотите получить красивую внешнюю форму, но при этом ровный потолок, тогда лучше выбрать сегментную.

Тем более, что на нее израсходуется намного меньше материала. И эффективность сегментной формы растет с удлинением пролета:

Источник samstroy.com

Стропильная ферма: классификация, выбор схемы, расчет, изготовление и монтаж

Чтобы крыша представляла собой надежную конструкцию, она должна иметь прочную основу. Добиться этого путем монтажа только одних стропил не всегда удается. Повысить надежность помогает стропильная ферма, которая идеально подходит для перекрытия даже 30-метровых крыш. Рассмотрим, что она представляет собой.

Расскажем о классификации, выборе ее схемы, особенностях узлов и используемых материалах. Читайте и узнаете, как рассчитываются, изготавливаются и монтируются фермы.

Общие сведения

Крыша без прочного каркаса не может обладать высокой надежностью. Именно наличие фермы обеспечивает необходимую надежность. При строительстве крыши могут создаваться стропильные, и даже подстропильны и. От их качества напрямую зависит прочность кровли. Конструкции обязаны обладать устойчивостью к воздействию ветра, снега и других осадков. Они должны выдерживать вес покрывного материала кровли.

Итак, что такое ферма в строительстве – это жесткая конструкция, которая создается во время монтажа кровли со скатами. После ее возведения нагрузка с крыши равномерно распределяется по опорным стенам.

Ранее фермы из пиломатериала повсеместно использовались при строительстве мостовых конструкций. Однако на древесину отрицательно воздействуют осадки. Кроме того, ее повреждают различные насекомые даже после обработки специальными пропитывающими составами. Поэтому такие конструкции из древесины сейчас используют только при строительстве крыш. Из них формируют основания.

На заметку! При возведении частных домов иногда деревянная ферма еще может применяться в качестве балки межэтажного перекрытия.

Классификация ферм

В первую очередь фермы классифицируются по назначению. Их конструкция может включать наслонные или висячие стропила. Первый вариант представляет собой распорные конструкции. Наслонные стропила позволяют сформировать перекрытия длиной максимум 18 м.

Фермы с висячими элементами включают несколько узлов. Поэтому конструкции могут иметь разные исполнение. Их даже создают ассиметричными. При возможности лучше в качестве основания для крыши применять именно фермы, у которых висячие стропила. Если же конструкция будет иметь существенную длину, тогда обязательно монтируют дополнительные распорки, которые позволят сделать более прочную крышу.

Перечисленные виды ферм отличаются друг от друга не только стропилами. Они также изготавливаются разной формы. Другими словами, конструкции отличаются друг от друга очертанием поясов, на которых закрепляются все остальные элементы крыши.

Фермы изготавливают разной формы с учетом особенностей определенной крыши Источник upload.wikimedia.org

Различаются фермы по форме следующим образом:

1. Фермы, у которых пояса параллельны между собой. Такие конструкции часто используются в качестве межэтажных перекрытий. Их также применяют, когда выполняют строительство крыш, у которых маленький угол ската.
2. Фермы треугольной формы. Эти конструкции создают для частных малоэтажных построек. Каркас таких ферм состоит из нескольких треугольников. Они часто соединяются между собой деревянными брусками.
3. Фермы трапециевидной формы или с кривым верхним поясом. Они редко используются во время возведения крыш, потому что отличаются сложной конструкцией.
4. Прямоугольные фермы. Их создают, когда необходимо построить кровлю с незначительным уклоном.

Все виды ферм в строительстве обеспечивают необходимый запас прочности крыши. Однако его формирование осуществляется с учетом длины конструкции. Если крыша короткая, тогда в основном создают конструкции треугольной формы. Трапециевидная ферма – это сложный вариант. Он может создаваться при строительстве, например, длинных и несимметричных крыш.

Часто при возведении домов приходится импровизировать и изготавливать нестандартные конструкции.

Материалы изготовления

Дерево является не единственным материалом, из которого изготавливают фермы. Их еще создают из стали. Ведь металлические конструкции тоже часто используют в частном домостроении, когда крышу покрывают листовым прокатом.

Стальные фермы стропильные изготавливают не только на месте строительства дома, но и в заводских условиях. Предприятия выпускают конструкции с унифицированными размерами. Длина таких конструкций составляет 18, 24, 30 и 36 м.

Металлические фермы создаются из стальных уголков и профилированных труб с прямоугольным и квадратным сечением. Все элементы свариваются между собой. Для их изготовления также используют тавровые широкополочные балки. Специалисты считают такие конструкции оптимальным решением, которое отличается высокой надежностью.

На заметку! При большой длине пролетов могут даже применяться железобетонные фермы. Эта разновидность решетчатых конструкций в основном используется при строительстве одноэтажных построек.

Производители выпускают железобетонные фермы для крыш с небольшим уклоном. Изготавливаются также треугольные безраскосные конструкции и сегментные раскосные изделия. Железобетонные фермы обладают высокой прочностью и большим весом. Поэтому при их монтаже всегда используют строительную спецтехнику.

Несмотря на возможность использования металлических и железобетонных конструкций, чаще все-таки применяют деревянные фермы перекрытия при строительстве частных домов. В основном их изготавливают из брусьев. Если на конструкцию воздействуют большие нагрузки в вертикальном направлении, тогда она может быть создана из широкой доски. Конкретный материал для изготовления фермы выбирается в зависимости от выделенного бюджета на строительство и требуемой прочности итогового изделия.

Существуют также и другие варианты ферм:

• Комбинированные конструкции со стальным основанием и деревянными другими частями, использующиеся для закрепления очень тяжелых элементов. Применение двух разных материалов позволяет снизить общий вес фермы. При этом ее прочность остается на прежнем уровне.

• Конструкции из фанерных труб, которые отличаются маленьким весом. Они даже легче изделий из досок. Однако фермы из фанерных труб не отличаются высокой прочностью.
• Конструкции из стеклопластика и дерева – очень редкий вариант. Однако его преимуществом является небольшой вес и высокие прочностные характеристики.

Любая ферма – строительная конструкция, использование которой позволяет не устанавливать дополнительные опоры, если перекрывается большой пролет. Ведь такое изделие обладает высокой жесткостью, прочностью и надежностью. Если конструкция изготавливается из дерева, тогда ее сборку можно осуществить на земле, а потом поднять на нужный уровень дома даже без использования спецтехники.

Кроме того, фермы не прогибаются. Их несущественную деформацию можно определить, если воспользоваться специальным инструментом. Помимо этого, внутри конструкций удобно прокладывать инженерные коммуникации дома.

Важно! Ферма – конструкция, которая всегда должна изготавливаться с высокой точностью. Исключительно так удастся обеспечить прочную основу для крыши. Поэтому рекомендуется обращаться за помощью к профессионалам, хорошо знающим все тонкости создания таких конструкций.

Выбор схемы фермы

Обычно форма фермы выбирается еще на стадии проектирования дома. Во время решения этого вопроса учитывают:

• уклон крыши;
• способ соединения отдельных элементов конструкции;
• используемый покрывной кровельный материал;
• наличие или отсутствие в доме потолочного перекрытия между этажом и чердачным пространством.

Так, если выполняется строительство постройки с плоской кровлей, которая будет отделываться легкими рулонными материалами, тогда чаще создают или монтируют заводские прямоугольные или трапециевидные конструкции. Треугольная ферма в нужном количестве устанавливается, когда необходимо возвести крышу с крутыми скатами. При этом для ее покрытия можно будет использовать тяжелые покрывные материалы.

Важно! Высота прямоугольной фермы определяется по формуле 1/6*L, В ней L – это длина изделия. При вычислении этого же параметра у конструкции с треугольной формой используют 1/5*L.

Треугольные изделия очень часто применяются при возведении частных жилых построек. Такие фермы позволяют построить скатные крыши. При этом они могут иметь различные углы наклона.

На заметку! Ферма будет обладать максимальной надежностью, если ее нижний и верхний пояс укрепить дополнительными связями. Для этого используют доски, которые закрепляются в одной плоскости со средним опорным элементом.

Особенности несложных ферм в виде треугольника

Длина пролета дома влияет, каким образом будет выполнена раскладка стропил. При определении формы конструкции также учитывают наличие или отсутствие дополнительных опор в виде внутренних стен. Если у постройки их нет, а длина пролета не более 6 м, тогда монтируют простую ферму. Ведь она будет опираться исключительно на внешние стены.

Важно! В состав фермы в виде треугольника входит две стропилы. Конструкция также имеет подкосы в количестве 2 штук и затяжку.

Если длина пролета превышает 6 м, тогда обязательно дополнительно создается опорная конструкция по центру фермы. Кроме того, монтируется еще несколько подкосов, а затяжки закрепляют посередине стропильных ног. Данное исполнение позволяет беспрепятственно передвигаться по чердачному пространству. Ведь затяжки не будут мешать движению людей.

Важно! Опорная балка, которую используют для жесткого или шарнирного соединения вертикально расположенных деталей, представляет собой ригель.

Стропильные фермы деревянные с ригельным элементом устанавливаются исключительно на стенах с высокой прочностью. Помимо этого, они обязаны быть связаны между собой балками перекрытия. Причиной такого использования ферм является действие в конструкциях распорного напряжения. Оно возникает из-за изгиба стропильных элементов в точках, где закрепляется ригель.

Видео описание

О сборке ферм в виде треугольника рассказано в следующем видео:

Опоры и узлы ферм

Стропильные системы опирают не на стены дома, а на специальный брус. Он равномерно распределяет нагрузку. Поэтому она действует не точечно на стену, где с ней соприкасается каждая стропильная нога.

Специальный брус называется мауэрлатом. Он не используется при строительстве крыши, если стены дома созданы из бревен. Его функцию выполняет верхний венец. Если у дома кирпичные стены, тогда при возведении кровли обязательно монтируются подстропильные фермы. С их помощью осуществляется равномерная передача нагрузок на несущие стены здания.

В качестве таких конструкций могут использоваться фермы из металла. Ведь они обладают наибольшей прочностью.

Каждая ферма строительная состоит из узлов. Они представляют собой места, где соединяются минимум 2-а элемента. Узлы являются слабыми участками конструкций. Их обязательно собирают без зазоров. Иначе ферма не будет иметь требуемый уровень жесткости.

К узлам относится:

• места, где стропильные ноги опираются на мауэрлат;
• точки крепления дополнительных усиливающих элементов;
• места соединения двух стропил при необходимости увеличения их длины.

Элементы фермы соединяются между собой разными способами. Имеется возможность выполнить скользящий или жесткий узел. При создании второго варианта необходимо учитывать, что дереву свойственно расширяться и сжиматься в зависимости от погоды. Поэтому при жестком креплении деревянные элементы могут деформироваться.

При таком варианте детали намертво соединяются между собой. Из-за этого для ферм используют пиломатериал, изготовленный исключительно из высококачественной древесины. Дополнительно его обязательно обрабатывают специальными водоотталкивающими составами.

Если для жесткой состыковки использовать элементы из некачественного пиломатериала, тогда соединение может разорваться в результате деформации деталей. Такой вариант выполняют путем врубки, глубина которой не должна превышать 1/3 высоты детали. Жестко стыковаться элементы также могут путем нашивки подпорных брусков на стропильные ноги.

Несущие стены дома воспринимают все нагрузки, которые действуют на крышу. Поэтому они должны иметь усиленную конструкцию. При этом рекомендуется покрывать крышу максимально легким материалом.

Особенности расчета крышных ферм

Нагрузки, действующие на кровлю, обязательно учитывают, когда определяют форму и выполняют расчет деревянной фермы. Без этого не удастся создать надежную конструкцию. Нагрузки, действующие на крышу, делят условно на три категории:

1. Временные нагрузки, возникающие из-за скопления снежной массы, воздействия ветра, передвижения людей во время выполнения каких-либо работ.
2. Постоянные нагрузки, причиной появления которых является вес материалов, используемых для покрытия конструкции.
3. Особые нагрузки, включая силы, возникающие в результате движение пластов Земли.

Для расчета нагрузки от снега применяют формулу S=Sg*μ. Для определения Sg используют специальные таблицы и карты. В них указаны величины снеговой нагрузки для конкретных регионов. Они имеют условные значения. При определении коэффициента μ учитывают угол наклона конструкции.

Расчет ветровой нагрузки тоже имеет свои нюансы. При ее определении учитывают:

• высоту дома;
• нормативное значение нагрузки от ветра для конкретного региона;
• место, где возводится постройка (открытая территория или участок между зданиями).

Важно! Расчет ферм должны выполнять исключительно специалисты. Ведь им хорошо известны все нюансы проектирования. Помощь профессионалов позволит избежать ошибок.

Видео описание

Об особенностях расчета фермы при использовании специального программного обеспечения рассказывает специалист в следующем видеоматериале:

Изготовление и сборка ферм

Ранее фермы из дерева для крыш в большинстве случаев изготавливали на строительной площадке. Сейчас многие домовладельцы отдают предпочтение заводским конструкциям. Их изготовление осуществляется при использовании специального оборудования. Это монтажно-прессовые устройства.

Заводские конструкции всегда собирают из элементов, которые предварительно защищают специальными составами. Такие вещества предотвращают гниение древесины. После обработки деревянные элементы также становятся неинтересны для насекомых.

Для соединения отдельных деталей ферм могут использоваться болты. Так, с их помощью закрепляются состыкованные в полдерева на коньке элементы. Для повышения жесткости дополнительно могут использоваться накладки из металла.

На заметку! Большой популярностью пользуются специальные металлические пластины, у которых с одной стороны имеются зубцы. Их применение позволяет надежно зафиксировать узел, где соединяется несколько деталей конструкции. Ведь ферма – это в строительстве крыши самый важный элемент, от которого зависит вся прочность кровли.

Для соединения отдельных элементов также применяются гвозди. После использования их острый конец обязательно загибают. Саморезы тоже используются для сборки узлов ферм. Их нередко применяют вместе с гвоздями.

Фермы для крыш изготавливают различной конструкции. Это удается сделать благодаря современным используемым технологиям и оборудованию. Поэтому лучшим вариантом является обращение в специализированную компанию.

Видео описание

Как выполняется изготовление ферм для крыши можно посмотреть в следующем видеоролике:

Особенности монтажа ферм

Во время монтажных работ обязательно учитывают определенные особенности как местности, так и самой постройки. Если установка ферм осуществляется после их предварительной сборки на земле, тогда не всегда обходятся только одной физической силой. Ведь конструкции могут иметь внушительные размеры и вес. Такие изделия устанавливаются с помощью строительной спецтехники.

Важно! Независимо от места сборки всегда предварительно выполняется расчет ферм. Этот процесс осуществляется еще на стадии проектирования дома.

Во время изготовления и монтажа учитывают следующие правила:

• Стропильные ноги всегда должны опираться на мауэрлат, который предварительно монтируют сверху несущих стен.
• Если между опорными стенами расстояние не более 6 м, тогда разрешается не закреплять дополнительные подпорки. Однако это зависит от особенностей конкретной крыши.

• Стойки устанавливаются строго вертикально. Для их фиксации используют специальные раскрепления.
• Сначала всегда монтируют промежуточные подпорки. Только после этого размещают лежни и дополнительные доски, которые используются в качестве подкладок.
• Если пролет между опорными стенами не превышает 12 м, тогда обязательно устанавливается хотя бы одна промежуточная подпорка. Когда его длина более 12 м, в этом случае подпорок должно быть минимум 2 штуки.

Ферма в строительстве – это важный несущий элемент крыши. Правильно ее построить удается только после тщательной разметки. Этот процесс удобно выполнять на земле. Поэтому в большинстве случаев изготовление и сборка ферм осуществляется возле дома или в заводских цехах. Только после этого они поднимаются и закрепляются на здании.

При этом обычно сначала выполняется их временная фиксация. Это позволяет проверить точность изготовления ферм и только потом осуществить капитальное крепление конструкций.

Видео описание

Чтобы наглядно увидеть процесс монтажа ферм, рекомендуется посмотреть следующие видео:

Коротко о главном

Ферма – это строительная конструкция с повышенной жесткостью. Ее производят из древесины, стали, железобетона и даже в комбинированном исполнении. Конструкция может иметь висячие и наслонные стропильные ноги. Такие изделия еще изготавливают с кривым верхним или параллельными поясами. Они могут иметь форму в виде треугольника, трапеции или прямоугольника.

В узлах конструкции стыкуется минимум 2 элемента. Часто выполняется их жесткое крепление. Скользящие узлы создаются только при монтаже наслонных стропил. Схема фермы подбирается с учетом способа соединения деталей, уклона крыши, используемого кровельного материала.

Расчет конструкций осуществляется после определения ветровой и снеговой нагрузки. Монтаж ферм из дерева на доме выполняется в основном после их сборки на земле при использовании гвоздей, саморезов, зубчатых пластин из металла.

Источник m-strana.ru