Нажмите "Enter" для пропуска содержимого

Расчет деревянной стропильной фермы

Практические советы

Для строительства коттеджа лучшим будет треугольный стропильный вариант. Это очень удобно для двухскатных крыш и крыш с висячими стропилами. Устойчивость односкатной ферме придают установленные связывающие приспособления. Эти связки из деревянных реек закрепляют в основание стойки находящийся по центру.

Необходимые элементы для стропильной конструкции:

  • Стойки из металла
  • Бруски деревянные
  • Уголки металлические
  • Отвес
  • Болты и скобы
  • Трубки профильные
  • Сварочное устройство

Допустимо изготовление кровельной фермы своими руками. Начать следует с разметки стропил, все подготовительные работы и изготовление деталей и предварительную сборку “наживую” делают на земле. Готовую конструкцию устанавливают в вертикальном положении параллельно устанавливаемой стене.

ВНИМАНИЕ! Фермы – это важные, несущие элементы крыши. Очень ответственно отнеситесь к их сооружению.

Особенности стропильных ферм из дерева и металла

При выборе стройматериала для изготовления стропильных ферм необходимо учитывать нагрузки, которые будут воздействовать на кровлю, а также назначение сооружения. На крыше постройки могут располагаться водяные баки, солнечные батареи, а также вентиляционные камеры.

Стропильные фермы из дерева

Стропильные фермы, изготовленные из дерева пользуются наибольшей популярностью. Они соответствуют большинству требований, предъявляемых к данной конструкции.

Фото стропильной системы из дерева

Деревянные фермы используются в следующих случаях:

  • При возведении мансардных крыш;
  • При строительстве спортивных, коммерческих, промышленных и сельскохозяйственных объектов;
  • Для восстановления плоских крыш построек различного назначения.

Деревянные стропильные фермы обладают следующими достоинствами:

  • Легкость и автоматизированность процесса изготовления;
  • Работы по проектированию выполняются за довольно короткие сроки;
  • Легкость монтажных работ;
  • Небольшой вес;
  • Возможность реализации дизайнерских идей в плане конфигурации;
  • Легкость выполнения теплоизоляционных работ;
  • Экологическая безопасность материала;
  • Обладает высокими технологическими и эксплуатационными характеристиками;
  • Относится к первой категории пожарной безопасности (стройматериал обрабатывается в заводских условиях).

Конструкции, выполненные из дерева необходимо тщательно обрабатывать антисептиками и антипиренами. Они защитят конструкцию от огня, насекомых, грибков и гнили.

Металлические стропильные фермы

Стропильные фермы из металла используют в случаях, когда необходимо создать конструкцию повышенной жесткости. Такие стропильные системы прекрасно подойдут при обустройстве стропильных ферм длиной более десяти метров. В этом случае из стали должны быть выполнены не только стропила, но и коньковые опоры и мауэрлатный брус. Монтаж осуществляется с помощью швеллера. Стропильные ноги из металла крепят с помощью приваренных уголков.

Стальные стропильные фермы имеют следующие преимущества:

  • Длительный срок эксплуатации;
  • Высокая прочность конструкции;
  • Не подвергается гниению и разрушению;
  • Стойкость;
  • Конструкцию удобно использовать в случаях, когда необходимо перекрыть высокие здания большой площади.

К недостаткам металлических ферм относят:

  • Большой вес конструкции;
  • Необходимость использования специальной техники для подъема металлической конструкции на необходимую высоту;
  • Высокая стоимость;
  • Неустойчивость материала;
  • Достаточно высокая вероятность деформации металла при высоких температурах.

Монтаж

В качестве примера ниже описан наиболее простой процесс монтажа стропильных конструкций при возведении односкатной кровли.

  • Сначала в соответствии с приведенной формулой рассчитывается величина перепада стен: Ш х tgL

Буквой Ш обозначено расстояние между двумя опорными стенами, а tgL– это тангенс угла уклона кровли.

  • После этого заготавливается необходимое количество деревянных стропил, предварительно обработанных антисептическими составами.
  • Следующим шагом является установка мауэрлата. Балка по толщине должна соответствовать величине толщины стен. Ее необходимо прикрепить по возможности более жестко и провести качественную гидроизоляцию. В процессе монтажа опорной балки надо следить за соблюдением строго горизонтального расположения.
  • После окончания монтажа мауэрлата на нем должны быть обозначены точки установки стропильных ног и вырезаны выемки для них.
  • Заранее подготовленные фермы укладываются таким образом, чтобы они выступали на поверхность опорной балки на 30 см. Закрепление осуществляется с помощью болтов и скоб.
  • Процесс завершается установкой подпорок и монтажом обрешетки. В тех случаях, когда стропильные ноги имеют длину более 4,5 м, подпоры являются обязательным элементом. Поверх смонтированных стропил устраиваются планки обрешетки.

Выбор формы кровли


Помимо односкатного типа в частном строительстве спросом пользуются и другие формы крыши:

  • купольная;
  • шатровая;
  • арочная;
  • двускатная.

Односкатная крыша – простая конструкция, что позволяет строить ее своими силами. Выбирая в качестве материала металл, каркас будет состоять из таких элементов:

  • верхний пояс;
  • нижний пояс;
  • стойки;
  • раскосы;
  • шпренгели (раскосы);
  • крепежные детали (клепки, косынки, сварные швы).

Приобретает популярность односкатка под небольшие дачные постройки, гараж, летнюю кухню с фермой вида полонсо. Это треугольный каркас, где нижний пояс делают приподнятым, ломаным.

Советы по выбору формы

Рассмотрим, как правильно сделать выбор формовой конфигурации конструкции. Чтобы подбор формы был правильным, важными считаются следующие критерии:

  • тип материала покрытия крыши;
  • есть или нет перекрытия на потолке;
  • угол наклона кровли;
  • особенности соединений стропильных элементов.

При постройке плоской крыши, покрытой битумными рулонами, лучше использовать конструкции в виде прямоугольника или трапеции.

Если уклон угла по величине составляет выше 12 градусов, и если покрытия являются тяжёлыми, то лучше использовать конструкции в треугольном формате.

Как правильно произвести расчёт

Непосредственно перед расчётом следует определиться с эксплуатационными нагрузками:

  • постоянными, включающими суммарный вес предполагаемого кровельного покрытия, кровельного пирога и обрешётки;
  • переменными, зависящими от погодных и других условий;
  • особыми, предполагающими установку любого оборудования на кровле.

Основные этапы расчётов производятся с учётом следующих правил:

  • расчёт нагрузок выполняется на каждый квадратный метр монтируемой кровли;
  • для расчёта деревянных стропильных ферм необходимо учитывать тип и породу древесины;
  • параметры сечения и размеров стропильной конструкции зависят от угла кровельного уклона и размеров строения;
  • следует учитывать разницу в расчётах для наслонных и висячих стропильных систем.

Самой простой деревянной стропильной фермой является конструкция, базирующаяся на соединении треугольником боковых сегментов и основания.

Для пролётов более шести метров конструкцию требуется усилить посредством подкосов и стоек. Их количество, а также параметры сечения и место монтажа также следует учитывать при расчётах.

Для получения качественных расчётов с минимальным уровнем погрешности рекомендуется использовать специальные компьютерные программ.

Расчет треугольной деревянной фермы



Укажите размеры в миллиметрахX — длина фермыY — высота фермыZ — толщина брусаW — ширина брусаS — количество вертикальных стоекP — подкосыN — показывать нумерацию деталей

Параметры расчета

Ни один из элементов такой конструкции не являются случайным. Каждый из них определяется точными инженерными расчетами с учетом всевозможных нагрузок, постоянных, временных и особых.

К первым относят вес самой кровли, обрешетки, к временным, соответственно, нагрузку на стропила от снега, ветра и полезную, если есть таковая. В СниП оговорены определенные положения, касающиеся временных нагрузок:

  • снеговая нагрузка – ее величину принимают из расчета 180 кг/кв.м в горизонтальной проекции. Снеговой мешок, образовавшийся на крыше, может увеличить снеговую нагрузку до 400-500 кг/кв.м. Для кровель с уклоном больше 60° при расчетах во внимание не принимают.
  • ветровая нагрузка – нормативно ее величина определена как 35 кг/кв. м. Рассчитывают ее для кровель с уклоном больше 30°.

Все указанные величины подлежат корректировке с поправкой на климатические условия местности.

Что же касается полезной нагрузки на стропила, ее учитывают, если установлены баки, вентиляционные камеры, подвешены потолки и т. д.

Треугольная рамная ферма с прямоугольным очертанием

Применяется как мансардная ферма при обустройстве двускатной треугольной крыши. В этом случае, часть стропильной системы является и каркасом мансарды. Балки межэтажного перекрытия могут служить затяжкой. Имеет массу конструктивных решений, основанных на  использовании дополнительных подкосов и прогонов.

Ферма ножницы

Оригинальная конструкция, где нижняя плоскость состоит из двух сегментов (затяжек), имеющих уклон, и нижний пояс фермы уже не заполняет подкровельное пространство. В промышленных зданиях и некоторых дизайнерских разработках зачастую не предусматривается межэтажное перекрытие. Это дает ряд преимуществ в эстетическом плане. Но все же, чтобы выполнять основную функцию – противостоять растяжке стропил, необходимо обеспечить угол наклона сборной затяжки не более 2/3 угла стропил.

Особенности монтажа

Установку на крышу здания нужно выполнять с учётом некоторых особенностей. Если сборка будет проводиться на земле, то расчёт деревянной фермы нужно провести до начала процесса сборки — на стадии проектирования.

Технологические решения монтажа:

  • 
Мауэрлат — располагается сверху несущих стен. На него должны опираться «ноги» стропильной фермы.
  • При расстоянии пролёта между стенами менее 6 метров можно не устанавливать дополнительные промежуточные подпорки.
  • Для деревянных ферм пролётом 12 метров требуется устанавливать промежуточную подпорку. При большей длине пролётов подпорок должно быть 2.
  • Начинают монтаж с установки промежуточных подпорок. Затем монтируют лежни и подкладные доски.
  • Стойки выверяют отвесом перед тем, как закрепить. Фиксировать их нужно специальными раскреплениями.
  • Монтаж подпорок и обрешётки — это завершающий этап.

Конечные эксплуатационные характеристики зависят от типа деревянной стропильной фермы и качества монтажных работ.


Разметка стропил — это тот элемент, на который требуется обратить повышенное внимание при самостоятельном изготовлении. Все работы нужно проводить на земле, чтобы было удобно работать. Элементы опирают на специальные козлы, которые позволяют удобно размещать конструкцию. Перед закреплением готовой фермы на крыше следует использовать временное крепление для проверки точности изготовления.

Опора для стропильной системыnbsp;

При создании опоры для фермы предпочтительно использовать не стены постройки, а специально для этого предназначенный брус, который называют мауэрлатом. В нем нет необходимости только при строительстве бревенчатых домов, поскольку тогда функцию опоры возлагают на верхний венец деревянного сруба.
 
Что касается возведения дома из кирпича или других стройматериалов, то ферма подстропильная является неотъемлемым элементом обустройства кровли. Она необходима для равномерной передачи нагрузок на стены. Фермы подстропильные обычно представляют собой прочные фермы металлические стропильные или железобетонные конструкции, элементы которых соединяют между собой, используя сварку или болты (прочтите также: «Стропильная кровля — строим вместе«). 

Стропильные фермы и балки: что лучше

Основой крыши любой конфигурации является опорная конструкция, состоящая из прямых сплошных балок, стропил либо стропильных ферм. Первыми можно перекрывать лишь ограниченное по величине пространство, примером могут послужить наслонные стропила в малых постройках. Если же необходимо перекрыть большие пролеты, то приходится использовать либо составные балки, либо различного типа. Обыкновенные фермы образуют размещенные с расчетным шагом (1,5–3,5 м) ребра, поддерживающие обрешетку, поверх которой настилают кровлю. Подъем стропил, равный отношению высоты фермы к ее длине, зависит от таких параметров, как материал покрытия и условия устройства сооружения. Из дерева обыкновенно устраивают для пролетов малых и средних размеров. Их устройство с увеличением пролета значительно усложняется и в подобных случаях более предпочтительны стальные.

Преимущества использования

  • их расчет и проектирование сложнее стропильных или балочных опор, однако они предполагают рациональный расход стройматериалов, поэтому экономически выгодны;
  • использование клееного бруса, обеспечивающий им небольшой вес, позволяет применять конструкции в строениях с легким фундаментом, что приводит к снижению затрат и существенному сокращению сроков возведения дома;
  • в отличие от балочных опорных систем, которые можно использовать на пролетах до 4,5 м, фермы приемлемы для перекрытия пролетов до 30 м;
  • они универсальны и подходят для любого типа крыши, бесчердачного или с чердаком.

Мансардная ферма с прямыми стойками

Особая конструкция с изломанными скатами оправдана, когда невозможно вписать мансардное помещение в простую треугольную крышу. При установке на однопролетный дом необходимо усиление схваток, стояков, верхнего и нижнего пояса (который служит и межэтажным перекрытием). Если есть дополнительная опора из внутренней стены, это не обязательно. Жилое помещение здесь формируют параллельные схватки и стойки. Ферма без центральной опоры, и это дает простор для свободной планировки мансарды.

Плюсы ферм

  • Не требуется опорная стена, что позволяет сделать свободную планировку
  • Внутренние стены возможно достраивать после окончания кровельных работ
  • Быстрый и легкий монтаж
  • Сбор происходит на земле, не надо лазить по крыше
  • При необходимости крышу можно убрать, построить ещё один этаж и смонтировать её обратно
  • Экономичный расход материалов
  • Простота утепления (высота утеплителя даже в углах фермы не менее 400 мм)

Какие материалы используются для изготовления стропил ?

Стропильные фермы могут быть деревянными, собранными при помощи болтовых соединений или металлическими сварными, монолитными железобетонными. При выборе стройматериала для конструирования стропил следует учитывать предназначение постройки, а также и нагрузки, которые будут воздействовать на кровлю.

На крышу также оказывает нагрузку различное оборудование, например, вентиляционные камеры, водяные баки, солнечные батареи. Стропильная ферма для крыши из дерева является наиболее распространенным вариантом. Если дом построен из бревен или брусьев, то мауэрлатом в таком случае может быть верхний венец.

Если же стены здания построены из пенобетонных блоков или кирпича, то деревянные стропильные фермы нужно опирать на брус, установленный вровень с внутренней поверхностью стенки.

Снаружи его нужно оградить дополнительными рядами кладки из кирпича. Под брус следует подложить гидроизоляционный материал. Это может быть рубероид, сложенный вдвое.

Стропильная система из дерева достаточно проста в изготовлении, ее без труда можно подогнать на месте монтажа. При надобности их несложно нарастить, укоротить или подтесать. Следует отметить, что деревянные стропила нужно обработать антипиренами и антисептическими препаратами. Это увеличивает срок службы всей кровельной конструкции.

Второй способ изготовления подразумевает соединение элементов методом «шип-паз». Также применяются гвозди, скобы, хомуты и болты. При высыхании древесины эти крепления слабеют, по этой причине нужно иногда проверять состояние стропильной конструкции и ее укрепление.

Третий способ заключается соединении деревянных частей при помощи стальных фасонных деталей и саморезов. Используя угловые соединительные элементы можно в сжатые сроки и без особых затруднений собрать любую конструкцию.

Стропильные балки из железобетона вообще не нужно обрабатывать. Следует отметить, что установить кровлю на подобных материалах намного сложнее, чем на стропилах из дерева.

Поэтому стальные и железобетонные стропильные фермы обычно применяют при возведении крупных зданий: монолитных железобетонных или больших кирпичных домов. К преимуществам такой кровли можно отнести долговечность и высокую прочность.

Металлические стропильные фермы довольно трудно «подогнать» по месту. Для этого необходим металлорежущий инструмент и сварка. Стальные конструкции можно изготовить двумя способами. Первый способ — заводской.  Специальные компании производят конструкции из оцинкованного тонкостенного проката, обладающего С и Z-образным сечением.

Такие профили в сравнении с черным прокатом значительно более легкие. Это позволяет выполнить установку с использованием маломощной грузоподъемной техники или даже ручным способом.

Части этих стропильных ферм соединяют саморезами, поскольку сварка может вызвать к повреждение защитного цинкового слоя. Собирать их можно в заводских условиях. Собранную конструкцию необходимо перевезти на место и выполнить монтаж с помощью специальных механизмов или грузоподъемной техники.

С помощью сварки можно выполнять конструкции из простого черного проката. В дальнейшем необходимо обработать его ортофосфорной кислотой, а затем покрыть атмосферостойкой эмалью. При изготовлении металлических стропильных систем используются уголки, двутавровые балки и швеллеры.

Материалы изготовления

Брус из дерева применяется чаще всего. При большой вертикальной нагрузке используют широкую доску. Существуют иные варианты:

  1. 
В целях закрепления элементов с большой массой используют комбинированный вариант. Так, основание фермы могут выполнить из стали, а остальную часть — из дерева. Это позволяет несколько снизить вес без потери прочности. Методы исполнения при этом могут меняться путём комбинирования материалов.
  2. Фанерные трубы. Такой вариант обладает преимуществом в виде малого веса. Фанерные трубы даже легче досок. Это позволяет сформировать низкую стоимость на изделие. Однако в качестве несущей конструкции ферму из фанерных труб используют редко по причине меньшей прочности.
  3. Фермы из стеклопластика в сочетании с деревом встречаются крайне редко. Стеклопластик имеет малый вес и высокую прочность.

Сооружения из цельного бруса или клееных досок наиболее распространены. Конечный выбор зависит от требуемых показателей прочности и бюджета. В строительстве индивидуальных жилых домов выгоднее применять только древесину.

Ферма односкатная

Используется для обустройства односкатной крыши или для зонообразной, где несколько скатов монтируются на разных уровнях. Желательное расположение нижней части с подветренной стороны. Как правило, угол наклона ниже, чем у многоскатных. При длине стропильной ноги более 4,5м, необходимы подпоры ( стойки, подкосы).

Параметры расчета

Ни один из элементов такой конструкции не являются случайным. Каждый из них определяется точными инженерными расчетами с учетом всевозможных нагрузок, постоянных, временных и особых.

К первым относят вес самой кровли, обрешетки, к временным, соответственно, нагрузку на стропила от снега, ветра и полезную, если есть таковая. В СниП оговорены определенные положения, касающиеся временных нагрузок:

  • снеговая нагрузка – ее величину принимают из расчета 180 кг/кв.м в горизонтальной проекции. Снеговой мешок, образовавшийся на крыше, может увеличить снеговую нагрузку до 400-500 кг/кв.м. Для кровель с уклоном больше 60° при расчетах во внимание не принимают.
  • ветровая нагрузка – нормативно ее величина определена как 35 кг/кв. м. Рассчитывают ее для кровель с уклоном больше 30°.

Все указанные величины подлежат корректировке с поправкой на климатические условия местности.

Что же касается полезной нагрузки на стропила, ее учитывают, если установлены баки, вентиляционные камеры, подвешены потолки и т. д.

Достоинства и недостатки

Преимущества использования стропильной и подстропильной фермы:

  1. 
Не требуется устанавливать дополнительные опоры при больших пролётах.
  2. Высокая жёсткость.
  3. Малый вес, который позволяет организовать сборку на земле, а затем поднять на место крепления.
  4. Деформация практически отсутствует. Прогибы не заметить можно только с высокоточным инструментом.
  5. В пространстве между элементами фермы можно провести коммуникации или уложить утеплитель.
  6. Можно создать фигурные детали, которые будут служить элементом декора.
  7. Возможность собрать ферму на земле, а затем поднять её на крышу для установки.

Малый вес и высокая жёсткость — это определяющие параметры при выборе стропильной фермы в качестве основания кровли. Плюсом является возможность сборки на земле с последующей установкой.

Недостатки системе тоже присущи:

  1. 
Высокая стоимость готового изделия заводского изготовления.
  2. Фермы имеют большие размеры, поэтому подкровельное пространство будет несколько съедено.
  3. При самостоятельном изготовлении нужно уделить внимание качеству узлов. Да и сборка должна быть в целом на высоком уровне — идеально, без зазоров и щелей. Поэтому за неимением навыков и инструментов качественную ферму сделать не получится.

Сложность заключается в самостоятельной сборке — её нельзя проводить спустя рукава. Высокая точность соединения узлов гарантирует качество основания крыши. За неимением строительного опыта ферму лучше купить, но придётся переплатить.

Минусы

  • Большое количество крепёжных деталей + — 10000 ед.
  • Обязательный специализированный расчёт
  • Количество человек от 2 до 4.
  • Деревянные стропила или железобетонные конструкции.

Деревянные системы теплее и привычнее, на монтажно-прессовых станках можно изготовить любой размер, конфигурацию и обработать влагозащитными и огнеупорными пропитками. Материал доставят на стройку для сборки и возведения.

Железобетонные фермы прочнее надёжнее водо и морозостойкие, но очень тяжёлые поэтому в основном используются для строительства производственных помещений.