Стропильные фермы – основа крыши

Устойчивость и надежность возводимых крыш зависит от качества ее несущей конструкции, основу которой составляют стропильные и подстропильные фермы. Эта конструкция должна выдерживать значительные нагрузки, включающие вес кровельного «пирога», массу снега, накапливающегося за зиму и воздействие ветра.

Общие сведения о стропильных фермах

Под определением фермы стропильные в строительстве понимают жесткие конструкции, которые используются для устройства скатных крыш.

Задача ферм – передача нагрузки, оказываемой на кровлю, на стены строения. Изготавливают этот элемент крыши, как правило, из дерева, но возможны и другие варианты.

Чтобы изготовить деревянные стропильные фермы, используют доски, брус или лес-кругляк.

Для соединения отдельных элементов ферм из бревен и бруса используется метод врубки, а если детали изготовлены из досок – то такие анкеры, как гвозди, болты и зубчато-кольцевые шпонки.

При строительстве домов большой площади (длина пролета больше16 метров) современные строители применяют фермы, имеющие растянутые стойки, изготовленные из металла.

Так как при использовании растянутых стоек из дерева довольно сложно осуществить надежное соединение узлов, в то время как при выборе стоек из металла этот вопрос решается просто.

Кроме того, стропильные деревянные фермы требуют серьезных трудозатрат при сборке, в то время как этот этап работы при использовании комбинированных ферм (металл и дерево) проходит намного быстрее.

Как правило, при строительстве жилых зданий не используется вариант устройства крыши с открытыми фермами. Обычно, конструкция закрывается потолочными перекрытиями. Тогда, как в промышленном строительстве вариант с открытыми фермами является одним из самых распространенных.

Как выбрать схему фермы?

Выбор формы, в которой должны быть выполнена ферма стропильная, осуществляется с учетом следующих моментов:

• Уклон кровли;
• Материал наружного покрытия кровли;
• Тип соединения отдельных элементов ферм;
• Наличие или отсутствие потолочных перекрытий.

К примеру, если планируется устройство практически плоской кровли (угол наклона не более 12 градусов) с покрытием битумными рулонными материалами, то наиболее выгодный вариант формы – прямоугольник или трапеция.

При более значительных углах наклона кровли и тяжелых покрытиях необходимо выбирать треугольные фермы.

Высота фермы рассчитывается по формуле:

• Для прямоугольника – 1/6*L;
• Для треугольника – 1/5*L,

где буквой L обозначена длина пролета фермы.

Наиболее распространенный вариант в частном строительстве – треугольная стропильная ферма. В комбинации с наклонными стропилами, данная форма позволяет создавать, как односкатные, так и двухскатные крыши с различными углами наклона.

При строительстве коттеджей с двухскатными крышами, также, используются фермы с висячими стропилами. Выбор формы стропил зависит от того, каким образом фермы крепятся к стенам дома.

Чтобы добиться необходимой устойчивости ферм, устанавливают дополнительные связки для верхнего (сжатого) и нижнего пояса. Связки изготавливают из досок и размещают их в плоскости расположения средней стойки фермы.

Конструктивные решения для простых ферм в форме треугольника

Наиболее простая конструкция применяется для домов, не имеющих внутренней несущей стены с длиной пролета да6 метров. В этом случае, стропильная ферма имеет опору только на внешние стены строения.

Ее конструкция очень проста, она состоит из двух стропильных ног, затяжки и двух подкосов. Если ширина пролетов более6 метров, то требуется установка дополнительных подкосов и центрального опорного элемента.

Затяжки, установленные на фермах, как правило, затрудняют проход по чердачному пространству. Чтобы устранить этот недостаток, опору для концов стропильных ног планируют непосредственно на стенах, а затяжку располагают примерно на середине высоты ноги.

Такой вариант затяжки называется ригелем.

Данная конструкция позволяет создавать удобное пространство чердака, но из-за изгиба стропильной ноги в том месте, где присоединен ригель, в ферме возникает так называемый распор, который передается на стены.

Поэтому данные фермы с ригелем можно применять только при достаточно устойчивых стенах, которые прочно связаны при помощи балок перекрытия чердака.

Опоры под стропила

В качестве опоры для строительных ферм, как правило, используются не сами стены дома, а специально установленный брус (мауэрлат).

Исключение представляют только бревенчатые дома, при их строительстве опорный брус не используется, его функции выполняет верхний венец сруба.

А вот если дом строится из кирпича или железобетона, то ферма подстропильная – это необходимый элемент устройства крыши. Их задача – равномерное распределение нагрузки на стены.

Как правило, фермы подстропильные – это очень прочные конструкции, выполненные из металла. Элементы фермы соединяются при помощи болтов или сварки. В некоторых случаях используются железобетонные конструкции.

Расчет стропильных систем

Чтобы произвести расчет стропильных систем, необходимо учесть все нагрузки, которые на них будут оказываться.

Нагрузки можно поделить на три группы:

• Постоянные (это вес всего кровельного пирога);
• Временные (вес снега, ветровая нагрузка, вес людей, которые поднимаются для ремонта крыши и пр.);
• Особые (к этому виду можно отнести, например, сейсмическую нагрузку).

Расчет снеговой нагрузки производится с учетом погодных условий региона.

Для вычисления применяется формула:

S=Sg*μ

• Sg – это расчетное значение веса снеговой нагрузки на квадратный метр покрытия. Этот показатель является условным и определяется по таблицам, в зависимости от региона.
• А μ – это коэффициент, зависящий от угла наклона кровли.

При определении ветровой нагрузки учитываются такие показатели, как:

• нормативное значение ветровой нагрузки (в зависимости от региона);
• высота здания;
• тип местности (открытые пространства или городская застройка).

Найти необходимые таблицы и формулы для расчетов можно в строительных нормах. Как правило, эти расчеты выполняют проектировщики, во время разработки общего проекта дома.

Если рассчитывать только на свои силы при составлении проекта, то велик риск допустить ошибку, которая приведет к тому, что кровельная система окажется ненадежной.

Где изготавливают фермы стропильные?

Если ранее в частном строительстве изготовление стропильных ферм производилось прямо на строительных площадках, то сегодня их выпуск налажен в заводских условиях.

Производство ферм осуществляется на монтажно-прессовом оборудовании. Если производятся деревянные изделия, то они предварительно проходят обработку защитными составами для предотвращения преждевременного гниения и поражения насекомыми.

При использовании современных технологий можно сделать фермы стропильные и подстропильные для крыши любой формы. Причем, выпускаться могут, как фермы целиком, так и их отдельные элементы, которые собираются в конструкцию на строительной площадке

Железобетонные и стальные фермы стропильные

Помимо деревянных конструкций, в частном строительстве часто применяют и стропильные стальные фермы. Они изготавливаются трех типов:

• Треугольные;
• С параллельными поясами;
• Полигональные;

Если планируется устройство мягкой кровли, то подойдут фермы двух последних типов, для листовых кровельных материалов стоит выбирать фермы в виде треугольника.

В промышленных условиях изготавливают фермы стальные стропильные унифицированных размеров, рассчитанные на пролеты длиной 36, 30, 24 и 18 метров.

Пояса ферм и их решетки, чаще всего, изготавливают из уголков, а скрепляют отдельные элементы при помощи сварки. Рациональной является конструкция, пояса которой сделаны из тавровых шикорополочных балок.

Такие конструкции просты в изготовлении, и стали на них идет меньше, при этом, они сохраняют высокие характеристики прочности и очень надежны.

Стальная подстропильная ферма отличается от стропильной наличием параллельного пояса. Они выпускаются в тех же унифицированных размерах, как и фермы стропильные.

При строительстве частных домов чаще применяются фермы стропильные стальные, изготовленные из профильной трубы. Такие конструкции имеют меньший вес, чем фермы, изготовленные из уголка, швеллера или тавра.

Данная конструкция может быть собрана непосредственно на площадке, где проходит стройка, при помощи сварочного аппарата.

Для изготовления ферм применяют горячекатаные или гнутые профильные трубы. Сталь для их изготовления используется толщиной от 1,5 до5 мм, а профиль трубы может иметь прямоугольное или квадратное сечение.

В современном строительстве применяют и стропильные железобетонные фермы. Это прочные решетчатые несущие конструкции, которые применяют для перекрытия пролетов большой длины.

Такие фермы рекомендуется устанавливать на крыши одноэтажных зданий, которые испытывают значительные нагрузки на покрытия.

В строительстве стропильные фермы железобетонные подразделяют на:

• Раскосные и безраскосные сегментные фермы, используемые для скатных крыш;
• Фермы для малоуклонных кровель;
• Фермы безраскосные треугольной формы.

Выпускаются такие фермы в соответствии с требованиями ГОСТ 13015.0, фермы оценивают:

• По показателям прочности бетона;
• По морозостойкости бетона;
• По средней плотности бетона;
• По маркам стали, используемой для армирования;
• По толщине слоя бетона вокруг арматуры;
• По степени защиты от коррозии.

В частном строительстве фермы из железобетона применяются редко, хотя они отличаются большой прочностью и надежностью. К недостаткам этих конструкций следует отнести большой вес и связанные с эти сложности монтажа.

Монтаж стропильных ферм при строительстве односкатной крыши

Поскольку процесс монтажа стропильных ферм требует профессиональных навыков и знаний, то это дело лучше поручать специалистам. Мы же рассмотрим самый простой вариант монтажа при строительстве односкатной крыши своими руками.

На первом этапе следует рассчитать величину перепада стен. Это делается по формуле:

H = Ш * tg L,

При этом  буквой H обозначен искомый перепад стен, буквой Ш – расстояние между опорными стенами, а символ tg L обозначает тангенс угла наклона крыши.

• Далее следует заготовить достаточное количество стропил из дерева и обработать их антисептическими пропитками.
• Следующий этап – установка опорной балки – мауэрлата. Толщина балки должна соответствовать толщине стены, она должна быть жестко прикреплена и хорошо гидроизолирована. При установке опорной балки нужно следить, чтобы его поверхность была строго горизонтальной. После установки мауэрлата на нем размечают места установки стропильных ног и вырезают выемки для их установки.
• Установка стропил. Подготовленные фермы укладывают так, чтобы они на 30 см выступали за поверхность опорной балки. Укрепляют при помощи скоб и болтов.
• Установка подпор и монтаж обрешетки. Подпоры – это необходимый элемент, если длин стропильных ног больше4,5 метров. Поверх установленных стропил набивают планки обрешетки.

Выводы

Стропильные, а также подстропильные фермы – это несущие элементы крыши. Поэтому к их расчету, проектированию и строительству нужно относиться крайне ответственно.

Данные работы должны выполнять только профессионалы – архитекторы, инженеры проектировщики и специалисты-монтажники.

Браться за выполнение работ самостоятельно можно только в самых простых случаях, например, при строительстве крыши гаража или других хозяйственных построек.