Основные
дефекты стальных стропильных ферм:
погнутость
(особенно опасна для сжатых стержней);
наличие
дефектов в узлах ферм (трещины в основном
металле и в сварных швах; наличие
прерывистых швов; чрезмерное сближение
сварных швов при сварке поясов и решетки;
расцентровка осей стержней в пределах
узла фермы; расцентровка в приложении
нагрузки в узлы фермы).
Усиление
металлических конструкций может
производиться после их частичного или
полного разгружения или под нагрузкой.
Основные
методы усиления:
изменение конструктивной схемы каркаса
в целом или его отдельных эл-ов; создание
предварительного натяжения; увеличение
площади сечения; усиление соединений.
l.)Усиление
металлических конструкций, работающих
на растяжение, сжатие и изгиб,
увеличением их поперечного сечения
элементов
производится присоединением дополнительных
элементов. Совместная работа обеспечивается
путем сварки, а также с помощью болтового
или заклепочного соединения. Следует
стремиться к сохранению центровки
усиливаемых элементов и узлов соединений.
Усиление
ферм следует начинать с элементов и
узлов нижнего пояса, а затем производить
усиление верхнего пояса.
Рис.
15.1. Усиление увеличением поперечного
сечения без изменения гибкости
металлических
элементов
Рис.
15.2. Усиление увеличением поперечного
сечения с уменьшением гибкости
металлических элементов
Уменьшение
расчетной длины отдельных элементов
эффективно в случае, когда не обеспечена
их устойчивость. Усиление сжатых
элементов уменьшением его расчетной
длины в плоскости стропильной фермы
производится установкой дополнительных
раскосов или подвесок (рис. 15.3, а),
из плоскости фермы или для отдельно
стоящих стоек – предварительно
напряженных шпренгелей (рис. 15.3, б, в).
Рис.
15.3. Усиление стальных конструкций за
счет уменьшения их расчетной длины:
а
– установкой дополнительных раскосов;
б, в – установкой предварительно
напряженных шпренгелей: 1 – усиливаемый
элемент, 2 – дополнительные раскосы,
3 – дополнительная подвеска, 4 –
предварительно напряженные шпренгели
Усиление
отдельных элементов металлических
конструкций, имеющих погнутости,
трещины, вмятины и разрывы сечений,
производится, как правило, после их
разгружения выравниванием, присоединением
дополнительных деталей (рис. 15.9, 15.10.)
или заменой поврежденной части (рис.
15.11).
Рис.
15.9. Усиление элементов стальных
конструкций, имеющих повреждения,
накладками: а – из уголка; б – из
швеллера с дополнительными соединительными
планками; в – из пластины
Рис.
15.10. Усиление искривленных стальных
элементов шпренгелем
Рис.
15.11. Восстановление элементов стальных
конструкций вырезанием
и заменой
поврежденной части: а – элементов из
спаренных уголков;
б – элементов из
одиночного уголка
II.)Усиление
сварных швов
производят путем увеличения их длины
или толщины. Стыковые швы не усиливают
из-за концентрации местных напряжений.
Усиление угловых швов выполняется
увеличением их длины и (или) катета.
Рис.
15.12. Усиление сварных швов: а – увеличением
длины за счет наложения
лобового
шва; б – увеличением высоты катетов
угловых швов: 1 – существующие швы,
2
– дополнительный лобовой шов, 3 –
дополнительная наплавка
Рис.
15.13. Усиление узловых соединений: а, б
– сварных; в – клепаных:
1 –
дополнительные швы, 2 – накладки, 3 –
дополнительные фасонки,
4 –
дополнительные ребра, 5 – дополнительные
высокопрочные болты
Усиление
заклепочных и болтовых соединений
при ослабевании стяжки пакета деталей
производится увеличением количества
заклепок и болтов (рис. 15.13, в) или их
заменой высокопрочными болтами с
предварительным напряжением путем
закручивания гаек тарировочными
ключами.
III.)Усиление
металлических конструкций изменением
их расчетной схемы
позволяет перераспределить усилия
между элементами (методы: изменение
места передачи нагрузки, повышение
степени внешней статической
неопределимости, повышение степени их
внутренней статической неопределимости).
Рис.
15.16. Схемы усиления стропильных ферм:
а – предварительно напряженными
затяжками, б – шарнирно-стержневыми
цепями, в – включением конструкции
фонаря
в совместную работу с фермой:
1 – затяжка, 2 – натяжное приспособление,
3 – стальной канат, 4 – подвеска, 5 –
дополнительная стойка, 6 – дополнительный
раскос
Соседние файлы в папке билеты по реконструкции
- #
- #
- #
- #
- #
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:
- Если имеют место механические нагрузки, то это не приводит к деформации.
- Из-за того, что металлические фермы полые, они имеют относительно небольшой вес.
- Тот, кто строит частный жилой дом, может позволить себе купить такую конструкцию.
- Использование металлических частей даёт возможность создавать фермы, имеющие сложную конфигурацию. При этом не происходит потери прочности.
- В отличие от деревянных конструкций, металлические — не являются пожароопасными.
- Нет опасности — пострадать от грибка или насекомых.
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:
- Нужно решить, каковы должны быть размеры крыши в длину и ширину.
- Нужно учитывать, какая у конструкции должна быть форма.
- Рассматривается не только материал для изготовления распорок, но и тот — который будет использоваться, для нижнего и верхнего поясов.
- 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:
- Для небольших построек используется профиль сечением 40х20х2 мм и длиной 4,5 м.
- В тех случаях, когда длина конструкции составляет 5 м или больше, рекомендуется к использованию профиль 40х40х2 мм.
- 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:
- Она будет иметь только один скат.
- Крыша двускатная.
- Возможен вариант с использованием плоской формы.
- Купольная.
- Шатровая форма.
- 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:
- Верхний и нижний пояс.
- Основные стойки.
- Раскосы.
- 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):
- 6-15;
- 15-20;
- 22-35.
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:
BC: Расчет 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:
Расчет фермы
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:
- СНиП 2.01.07-85 (содержит информацию, которая необходимо для правильного расчёта нагрузки).
- 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:
- Самостоятельные работы, в результате которых должна быть создана металлическая конструкция.
- Покупка подходящей модели у фирмы-изготовителя.
- 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:
Анализ фермы. Метод сечений
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:
Изготовление и Расчет прочности 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:
Расчет фермы
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.
Рано или поздно у владельцев частного дома возникает необходимость возвести на участке навес для машины или летнего отдыха, беседку, небольшую загородку с крышей для домашних животных, навес над поленницей. Чтобы кровля над таким сооружением была надежно закреплена, необходимо правильно спроектировать и смонтировать металлические несущие конструкции.
Мы приветствуем нашего уважаемого читателя и предлагаем ему статью о том, что такое фермы из профильной трубы, как их правильно рассчитать и смонтировать в беседки и навесы на Вашем участке.
Что такое ферма
Ферма – это конструкция из прямолинейных элементов, соединенных между собой в узлах в прочную систему неизменяемой геометрической формы. Чаще всего встречаются плоские конструкции, но в больших нагруженных конструкциях применяют объемные (пространственные) фермы. Практически в частных домах фермы выполняют из дерева и металла. Из дерева изготавливают небольшие конструкции стропил, навесов, беседок. Зато прочный и высокотехнологичный металл – практически идеальный материал для несущих металлоконструкций.
Для изготовления сложных конструкций применяют прокат сплошного сечения и трубы. Профильные трубы (квадрат, прямоугольник) имеют большую устойчивость к смятию и изгибу, небольшие конструкции для дома монтируют без применения сварки с помощью краб-систем, поэтому для усадебных построек чаще всего используют именно профильную трубу.
Конструкционные особенности ферм
Составляющие элементы конструкции фермы:
- Пояс.
- Стойка – вертикальный элемент, соединяющий верхний и нижний пояс.
- Раскос (подкос).
- Шпренгель – опорный раскос.
- Фасонки, накладки, косынки, заклепки, болты – всевозможные вспомогательные и крепежные материалы.
Высоту фермы считают от самой нижней точки нижнего пояса до самой верхней точки. Пролет – расстояние между опорами. Подъем – отношение высоты фермы к пролету. Панелью называют расстояние между узлами пояса.
Виды ферм из профтрубы
Фермы подразделяются по очертанию поясов. Бывают двухпоясные и трехпоясные разновидности. В небольших сооружениях применяются более простые двухпоясные фермы. Каждая разновидность имеет определенный уклон и высоту в зависимости от длины пролета и формы фермы.
Типы ферм по очертаниям поясов: балки с параллельными поясами (прямоугольные), треугольные (двускатные и односкатные), трапецеидальные (двускатные и односкатные), сегментные (параболические), полигональные (многоугольные), консольные; с ломаным приподнятым или вогнутым нижним поясом и разнообразной формой верхнего пояса; арочные с горизонтальным и арочным нижним поясом; сложные комбинированные формы.
Фермы также различают по типам решеток – см. на рисунке. В частных постройках чаще всего встречаются решетки треугольного и раскосного типа – более простые и менее металлоемкие. Треугольные решетки обычно применяются в прямоугольных и трапецеидальных конструкциях, раскосные – в треугольных.
Советы по выбору качественного профиля
Прежде чем возводить любую конструкцию, следует определиться с выбором материала. При покупке металлического профиля или труб следует внимательно осмотреть заготовки – нет ли трещин, раковин, наплывов, нестыковок по шву, большого количества помятых и погнутых заготовок. При покупке оцинкованных материалов – желательно убедиться в качестве покрытия – нет ли отслоений и наплывов.
При покупке необходимо потребовать копию сертификата и чек. Обязательно нужно убедиться в соответствии толщине стенки трубы заявленной в документах. Трубы в гараже на коленке не сделаешь, и подделок не бывает, но на плохое качество материала можно натолкнуться, поэтому покупать лучше в достаточно крупных магазинах.
Какой материал выбрать для каркаса
В большинстве случаев для каркаса усадебных построек или кровли дома выбирают сталь. Для очень небольших конструкций иногда используют алюминиевые и стеклопластиковые профиля – обычно в покупных изделиях (тентах, качалках). Для возведения металлоконструкций можно использовать трубы полого сечения и профиля сплошного сечения (круг, полосу, квадрат, швеллер, двутавр).
Огромным преимуществом прямоугольных и квадратных труб по сравнению с профилем того же веса является высокая устойчивость к смятию и другим деформациям. Поэтому сплошные профиля можно заменить гораздо более легкими профтрубами – это очень значительно облегчает (в 2 раза и больше) и удешевляет конструкцию трубчатого типа.
Размеры сечения труб выбирают в зависимости от длины пролета и расстояния между опорами и фермами. В частных усадьбах навесы и другие конструкции не очень большие, и можно воспользоваться советами специалистов или найти готовые чертежи в интернете.
При расстоянии между опорами до 2 м для небольших навесов с пролетами длиной до 4 м подойдут профиля 40×20х2 мм, при пролетах до 5 м – 40×40х3, 60×30х3 мм; пролетах длиннее 5 м – 60×40х3, 60×60х3 мм. Если планируется автомобильный навес на две машины шириной 8-10 м, то профиль потребуется от 60×60 до 100×100 с толщиной стенки 3-4 мм. Размеры профиля зависят от расстояния между фермами.
Профтрубы поступают в продажу отрезками длиной 6 и 12 м. При длине 12 м металл расходуется экономнее, но для транспортировки таких труб нужен длинномер. Перед покупкой материалов следует продумать, как вы будете отрезать заготовки и сколько их разместится в трубе длиной 6 м или 12 м, и подсчитать, сколько отрезков профтрубы Вам понадобится.
Ориентироваться на номинальный вес нельзя – вес 1 м.п. в конкретной партии будет отличаться от номинального, и скорее всего в сторону увеличения (изготавливать изделия с более толстой стенкой выгоднее продавцам – цена идет за тонну). При покупке по весу материал придется докупать и довозить – а это лишние расходы.
Преимущества и недостатки разных металлов
Практически для конструкционных профильных труб используются стали следующих видов: углеродистые обыкновенного качества и качественные, конструкционные, легированные. Трубы бывают с защитным цинковым покрытием. Используют и алюминий – но редко, для небольших, чаще сезонных конструкций. Алюминиевые профиля применяют для небольших конструкций.
Традиционно для небольших конструкций в частной усадьбе для возведения стальных конструкций с фермами применяют углеродистую сталь Ст3сп, Ст3пс, иногда оцинкованную. Такая сталь имеет достаточную прочность для обеспечения надежности конструкции, разницы по коррозионной стойкости у всех трех типов сталей практически нет.
Если на конструкции будут попадать осадки, рано или поздно проржавеют и изделия из конструкционных и изделия из легированных сталей. Небольшое количество легирующих элементов от коррозии не защищают (для конструкций можно применять низколегированные стали типа 30ХГСА, 30ХГСН, 38ХА – в содержание легирующих элементов в них 2-4 %, и на коррозионную стойкость это количество не влияет).
По прочности конструкционные и легированные стали должны быть немного долговечнее углеродистых – они более устойчивы к циклическим нагрузкам. Но это качество у сталей проявляется после термообработки – а закалка с отпуском могут покоробить трубы, и обычно такую термообработку на готовых изделиях никто не делает. На бесшовных трубах может быть проведен отжиг – после отжига в металле снимаются остаточные напряжения (наклеп), но он становится более мягким.
Конструкционные стали (20А, 45, 40, 30А) имеют более высокое качество и более высокую цену. Легированные стали еще дороже (и есть вероятность, что Вам продадут трубы из стали 3 взамен легированной). Поэтому при монтаже конструкций шириной менее 20 м не имеет смысла покупать профтрубы из легированной или конструкционной стали. Применять оцинкованную профтрубу однозначно имеет смысл, если монтаж будет производиться при помощи краб-систем.
[info-box type=»bold»]Если монтаж будет производиться путем сварки, сварные швы будут ржаветь так же быстро, как и обычный металл без покрытия[/info-box]. Но если тщательно следить за швами, регулярно проводить антикоррозионную обработку (очистку, грунтовку, окраску), то оцинкованная труба предпочтительней. Если же Вам нужен временный навес на 10 лет для стройматериалов, а затем Вы навес будете сносить – тем более не заморачивайтесь, покупайте обычные трубы из углеродистой стали без покрытия.
Если Вы планируете возводить на участке очень большой навес или ангар с большой длиной пролета, стоит обратиться к профессиональным строителям и сделать проект – они определят, какую сталь Вам выбрать.
Сделать самому или заказать
Фермы для навеса над машиной или кровли беседки имеют небольшие размеры и простую конструкцию – чаше всего треугольную с несколькими подкосами и стойками. Выполнить такую конструкцию можно и самостоятельно, если у Вас имеются хотя бы начальные навыки сварщика и Вы не боитесь осваивать новые работы.
Но изготовление ферм требует аккуратности, наличия помощника, очень ровного участка в усадьбе – для раскладки и сварки конструкций, наличия сварочного аппарата и времени. Можно заказать готовые конструкции на заводе или строительной фирме, а смонтировать самому.
Требования к расчету профильной трубы для строительства фермы
При расчетах размеров и толщины стенки профильных труб, требуемых для сооружения Ваших металлоконструкций; учитываются следующие условия:
- Размеры металлоконструкции, и в частности, длина, шаг опор – расстояние между опорами.
- Высота опор и ферм.
- Форма ферм.
- Максимальная снеговая нагрузка зимой.
- Ветровая нагрузка.
- Возможные особенности геологических условий (сейсмическая активность, возможность оползней).
- Вес покрытия.
Что будет, если рассчитать неправильно
При неправильных расчетах возможны следующие последствия:
- Конструкции фермы будут деформироваться под весом снега, мокрой листвы.
- В самом неудачном случае конструкции будут деформироваться под собственным весом.
- Вся конструкция может обрушиться при сильном ветре.
- Деформация рано или поздно приведет к разрушению фермы и всей конструкции, что опасно для человека и может повредить предметы, находящиеся под навесом – машину, например.
- Непрочная и подвижная конструкция будет приводить к разрушению кровли, положенной на ферму.
- При применении слишком мощного и тяжелого профиля неоправданно возрастают затраты на материалы и работы при возведении металлоконструкции.
Проектируем ферму и ее элементы
Полный и точный расчет нагрузки на ферму вместе с эпюрами сложен, и для его выполнения следует обратиться к специалистам.
При проектировании крупных навесов, ангаров, гаражей из металлоконструкций точный расчет требуемого профиля необходим, но для строительства не слишком больших навесов или беседок в частной усадьбе можно воспользоваться общеизвестными рекомендациями специалистов.
[info-box type=»bold»]Для очень маленьких конструкций (навес в вольере для животных, навес над запасом дров) достаточно использовать трубы размером 40×20 мм с толщиной стенки 2 мм; для беседок и навесов над столами, барбекю или местами отдыха – 40×40 мм с толщиной стенки 3 мм; навес над местом для автомобиля – от 60×40 до 100×100 мм с толщиной стенки 3-4 мм.[/info-box]
Если ферм и опор у навеса несколько и шаг опор менее 2 м, можно взять более тонкую трубу, если всего 4 опоры и две фермы и длина пролета 6-8 м и больше – более толстую.
Допустимые нагрузки на фермы приведены в таблице:
| Ширина пролета, м
Размер трубы на толщину стенки, мм |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Для профильной трубы | ||||||
| 40×40х2 | 709 | 173 | 72 | 35 | 16 | 5 |
| 40×40х3 | 949 | 231 | 96 | 46 | 21 | 6 |
| 50×50х2 | 1165 | 286 | 120 | 61 | 31 | 14 |
| 50×60х3 | 1615 | 396 | 167 | 84 | 43 | 19 |
| 60×60х2 | 1714 | 422 | 180 | 93 | 50 | 26 |
| 60×60х3 | 2393 | 589 | 250 | 129 | 69 | 35 |
| 80×80х3 | 4492 | 1110 | 478 | 252 | 144 | 82 |
| 100×100х3 | 7473 | 1851 | 803 | 430 | 253 | 152 |
| 100×100х4 | 9217 | 2283 | 990 | 529 | 310 | 185 |
| 120×120х4 | 113726 | 3339 | 1484 | 801 | 478 | 296 |
| 140×140х4 | 19062 | 4736 | 2069 | 1125 | 679 | 429 |
| Для прямоугольной трубы (при вертикальном расположении большей стороны) | ||||||
| 50×25х2 | 684 | 167 | 69 | 34 | 16 | 6 |
| 60×40х2 | 1255 | 308 | 130 | 66 | 35 | 17 |
| 80×40х2 | 1911 | 471 | 202 | 105 | 58 | 31 |
| 80×40х3 | 2672 | 658 | 281 | 146 | 81 | 43 |
| 80×60х3 | 3583 | 884 | 380 | 199 | 112 | 62 |
| 100×50х4 | 5489 | 1357 | 585 | 309 | 176 | 101 |
| 120×80х3 | 7854 | 1947 | 846 | 455 | 269 | 164 |
Чертежи и схемы
При изготовлении металлоконструкций выполнение чертежа с точными размерами обязательно! Это позволит закупить нужное количество материала, сэкономит время при сборке и подготовке заготовок, позволит без проблем проконтролировать размеры металлоконструкции в процессе монтажа и уже готового сооружения. В данном случае от точности сборки зависит безопасность Вас и Ваших домочадцев – рухнувшее от снега или от ветра сооружение может принести много бед.
Основы расчета фермы
Перед тем, как рассчитать размеры, выбирают форму крыши сооружения и его габаритные размеры. Затем рассчитывают размеры кровли, определяют количество и форму ферм, расстояние между ними.
Типы ферм зависят от формы кровли, а формы кровли сооружения в усадьбе выбирают в зависимости от назначения и места расположения металлоконструкций. Консольные и примыкающие к дому фермы обычно выполняют односкатными треугольными, отдельно стоящие навесы – с полигональными, треугольными, сегментными конструкциями и арками. Беседки могут иметь шести- и восьмискатную кровлю или кровлю фантазийной конструкции с фермами нестандартной конструкции.
Для расчета ферм необходимо рассчитать нагрузку на кровлю и на одну ферму. При расчетах учитывают нагрузку снегового покрова, кровельного покрытия, обрешетки, вес самих конструкций. Точные расчеты – задача для профессионала-строителя. Основой для расчета служат [info-box type=»bold»]СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85» и СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81»[/info-box].
Для расчетов применяются метод вырезания вырезание узлов (участков, где стержни соединены шарнирно); метод Риттера; метод замены стержней Геннеберга. В современных компьютерных программах чаще применяется метод вырезания узлов.
Лучше воспользоваться готовым типовым проектом или нашими рекомендациями по выбору профилей. Собрать ферму простой трапециевидной или треугольной конструкции не слишком сложно, и при наличии опыта сварки и монтажа металлоконструкций самостоятельный монтаж навесов и беседок вполне возможен. Если Вы хотите соорудить большой навес с длиной фермы 10 м и больше – нужно выполнить проект у специалистов.
Влияние угла наклона
На конструкцию фермы в первую очередь влияет угол наклона скатов (ската). Угол наклона выбирается в первую очередь в зависимости от формы кровли и размещения металлоконструкции. У примыкающих к зданиям навесов должен быть больший угол наклона кровли – для более быстрого скатывания сползающего с кровли снега и стока льющейся воды.
У одиночных конструкций угол наклона кровли может быть меньше. Угол наклона зависит также от количества выпадающих в Вашем регионе осадков – чем больше осадков, тем больше должен быть угол наклона кровли. Чем круче кровля, тем меньше осадков на ней задерживается.
Небольшой уклон ската – до 15° — используется на небольших отдельно стоящих навесах. Высота ската примерно равна 1/7-1/9 длины пролета. Применяют фермы трапециевидной формы.
Уклон от 15° до 22° — высота ската равна 1/7 длины пролета.
Уклон от 22° до 30°- 35° — высота ската равна 1/5 длины пролета, при таком уклоне применяют обычно треугольные конструкции, иногда с ломаным нижним поясом для облегчения конструкции.
Параметры базовых углов
Для правильного расчета количества и длин отдельных элементов фермы из профтрубы необходимо определить базовые углы между элементами. В общем случае нижний пояс перпендикулярен опорам, верхний пояс имеет наклон к горизонтали в зависимости от угла наклона кровли. Оптимальный угол наклона раскосов к горизонтали/вертикали — 45°, стойки должны быть строго вертикальны.
Точный угол наклона кровли либо задается проектом, либо находится по соотношениям, приведенным выше ([info-box type=»bold»]для уклона до 15° — высота ската примерно равна 1/7-1/9 длины пролета; для уклона от 15° до 22° — 1/7 длины пролета; для уклона от 22° до 30°- 35° — высота ската равна 1/5 длины пролета[/info-box]).
Определив точный угол наклона кровли, определяют длины заготовок для изготовления фермы – эта информация потребуется при выполнении работ.
Значимые факторы выбора участка
Если есть выбор, для установки металлоконструкций следует выбрать ровный участок, не подверженный оползням и заболачиванию. Но в небольших приусадебных участках выбора чаще всего нет – навес для машины размещают сразу за воротами, веранду возле дома, беседку в глубине участка. Возможно, участок придется выровнять, иногда осушить.
Если есть опасность сползания пластов земли, или Вы проживаете в сейсмоопасном районе, проектирование проекта любой конструкции выше собачьей конуры следует предоставить профессионалам для обеспечения Вашей же безопасности.
Как рассчитать нагрузку
Снеговая нагрузка на 1 м² кровли рассчитывается по [info-box type=»bold»]СП 20.13330.2017 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85»[/info-box] в зависимости от региона. При расчетах берется не площадь кровли, а площадь проекции кровли на горизонталь. Аналогично рассчитывается вес обрешетки и кровельного покрытия. По чертежу рассчитывается вес одной фермы и умножается на их количество.
Нагрузка на одну ферму рассчитывается делением суммы общей нагрузки на кровлю снега, веса обрешетки и покрытия, веса самих конструкций, на количество ферм.
Входная дверь и козырек
Козырьки над входной дверью имеют небольшие размеры и выполняются консольными.
В ширину козырек должен быть равен ширине крыльца + по 300 мм с каждой стороны. По глубине навес должен закрывать ступени. Длина козырька равна сумме длины площадки и ступеней. Длина верхней площадки должна быть в полтора раза шире двери, то есть 0,9×1,5 = 1,35 м. Плюс по 250 мм на каждую ступеньку.
Например:
для крыльца с двумя ступенями и шириной 1200 мм размеры накрываемой площади (горизонтальной проекции козырька) равны:
длина (глубина козырька) = 1,35 + 2×0,25 = 1,85 м;
ширина = 1,2 + 0,3×2 = 1,8 м.
Лучше ориентироваться на реальные размеры крыльца. Размеры козырька определяются, исходя из размеров накрываемой площади и конструкции (формы) ферм.
Как рассчитываются веранды
Веранда – легкий навес, примыкающий к стене здания, под которым размещают зону отдыха или обеденный стол. Конструктивно навес бывает консольным или балочно-опорным.
Фермы, как правило, имеют односкатную треугольную форму. Изредка встречаются плоские кровли и конструкции трапециевидной формы, но использование таких навесов приводит к намоканию стены дома в дождь и в период таяния снега. Минимальная ширина навеса над верандой – 2 м, максимальная обычно не превышает 3 м (горизонтальная проекция). Можно сделать навес и меньшей ширины, но тогда на веранде поместятся только кресла и журнальный стол, обеденный стол со стульями не разместишь.
Навес треугольной формы должен иметь скос от 15° до 35° на Ваш выбор. Длину верхнего пояса рассчитывают самым простым способом – через синусы-косинусы или по теореме Пифагора.
Допустим, горизонтальная проекция веранды равна 2 м, скос 30°. Длина стойки в самой высокой части треугольной балки равна 2 м х cos 30°= 2 х √3/2= 0,855 м. Длина верхнего пояса равняется корню из суммы квадратов длин стойки и нижнего пояса:
(это вытекает из теоремы Пифагора, где сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы).
Высота до нижнего пояса фермы должна быть не меньше 2 м, а еще лучше 2,5 м или чуть выше – под низкой крышей высоким членам семьи будет некомфортно ходить.
Как рассчитать стоянку для машин
Размеры стоянки для машин рассчитываются, исходя из следующих факторов:
- Количества автомобилей.
- Ширины автомобилей – от 1,6 у класса А (мини) до 1,82 и больше у класса F (представительских).
- Длины автомобилей – от 3,6 у мини до 4,9 и больше у представительских машин.
- Высоты навеса.
- Особенностей расположения места для стоянки – отдельно от дома или вплотную к нему.
Ширина навеса между опорами равна ширине машины + 1 метр для свободного открывания дверей. Если есть возможность, сделайте ширину немного больше – будет легче парковаться и легче выходить из машины (если предусмотреть 1 м для открывания дверей, то нормально открывать двери Вы сможете только между опорами). Если машин две, то к суммарной ширине машин добавляют расстояние между автомобилями – минимум 0,8 м и 1 м на открывание дверей.
Ширина кровли навеса должна быть шире расстояния между опорами на величину свесов. Величина свеса с одной стороны составляет 300-350 мм.
По длине также следует предусмотреть запас длины минимум 1 м и больше. Чем больше размеры навеса, тем лучше он защищает автомобиль от осадков. Высокий навес защищает от косого дождя хуже, поэтому он должен иметь большие размеры, чем низкий навес.
Для стоянки, примыкающей к дому, обычно применяют консольные или односкатные конструкции треугольной формы. Для отдельно стоящих стоянок чаще всего используют треугольные двускатные, сегментные (полукруглые) и полигональные фермы. Впрочем, для отдельно стоящих навесов применимы фермы любой конфигурации.
Как правильно рассчитать навес
Навесы на приусадебном и дачном участке бывают самых разнообразных назначений и размеров. Навесы устанавливаются над запасом топлива, в загородках для домашних животных и вольерах для собак, местах для работы на воздухе и сушки трав и фруктов, в местах отдыха.
Размеры навесов диктуются назначением и наличием выделенного места для навесов. Кровли и фермы могут быть самых разнообразных форм. Для расчетов навеса можно воспользоваться рекомендациями для веранд и навесов для машины.
Бесплатные программы для расчета
Рассчитать фермы можно с помощью бесплатных программ для расчета:
- На сайте http://sopromatguru.ru/raschet-balki.php.
- На сайте http://rama.sopromat.org/2009/?gmini=off.
Пример расчета
Пример расчета фермы отдельно стоящего навеса для автомобиля среднего класса (D):
Ширина автомобиля 1,73 м, длина 4,6 м.
Минимальная ширина фермы между опорами:
[info-box type=»bold»]1,73 + 1 = 2,73 м, для удобства открывания дверей принимаем ширину 3,5 м.[/info-box]
Ширина фермы с учетом свесов кровли:
[info-box type=»bold»]3,5 + 2×0,3 = 4,1 м.[/info-box]
Длина навеса:
[info-box type=»bold»]4,6 + 1 = 5,6 м, принимаем длину 6 м.[/info-box]
При такой длине можно устанавливать опоры через 2 м или меньше. Для облегчения несущих конструкций принимаем расстояние между опорами 1,5 м.
Форму кровли принимаем треугольную двускатную – она самая простая в изготовлении и одновременно экономичная по расходу материалов. Угол наклона кровли принимаем 30° – при таком угле наклона на кровле не будет задерживаться снег и опавшие листья.
Высота фермы в центре (центральной стойки) будет равняться:
Длину верхнего пояса фермы (одной половины) находим по теореме Пифагора:
[info-box type=»bold»]Итого: длина нижнего пояса фермы составляет 4,1 м; верхнего пояса – две половинки по 2,355 м, общая длина 4,71 м, стойка в центре имеет высоту 1,16 м.[/info-box]
Для таких недлинных ферм вполне достаточно использовать квадратную трубу 40×40 мм с толщиной стенки 3 мм.
Основные этапы работ по изготовлению и монтажу ферм своими руками
До монтажа ферм выполняют работы по планировке участка, установке опор, бетонированию фундаментов опор, привариванию боковых связей или боковых ферм. Затем монтируют поперечные фермы.
Порядок выполнения работ по изготовлению и монтажу ферм:
- На ровной поверхности сваривают фермы.
- Обрабатывают фермы антикоррозионной грунтовкой, дважды окрашивают. Не окрашивают места под приварку ферм к опорам. Можно эти работы выполнить и после монтажа ферм, но на высоте красить неудобно.
- Поднимают фермы, устанавливают на опоры, выверяют углы и горизонтальность, приваривают к опорам. Эти работы выполняет бригада из нескольких человек.
- Закрашивают места сварки.
- Монтируют обрешетку, укладывают кровельное покрытие.
Как сварить фермы
Сборку ферм производят на ровной площадке. Перед сборкой нарезают заготовки, зачищают от ржавчины, сошлифовывают заусенцы на срезах. Элементы фермы скрепляют струбцинами, проверяют размеры, углы, плоскостность. Сваривают конструкцию с одной стороны, дают остыть, переворачивают на другую сторону. Снимают струбцины и проваривают вторую сторону. Затем сошлифовывают валик на шве. Особенности сварки ферм Вы можете увидеть на нашем видео:
Если у Вас небольшие навыки сварщика и монтажника, можно заказать изготовление фермы в специализированной организации или бригаде.
Заключение
Устройство навеса, монтаж ферм – сложная квалифицированная работа. Небольшие навесы и беседки можно выполнить самостоятельно с помощью членов семьи.
Монтаж крупных металлоконструкций лучше доверить бригаде профессионалов. Но за профессионалами тоже нужен контроль. Мы прощаемся с нашим уважаемым читателем и надеемся, что наша статья поможет Вам разобраться в видах ферм, выборе конструкции, материала и порядке проведения работ по сооружению навесов и беседок на Вашем участке. Подписывайтесь на рассылку нашего сайта, приводите друзей, делитесь интересной информацией с собеседниками в соцсетях.
Содержание статьи:
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.
Когда возводится строение, имеющее большую площадь, а соответственно и пролет длиной более 16 метров, в строительной отрасли используют фермы с растянутыми металлическими стойками, поскольку если сделать их из дерева, то надежное соединение узлов обеспечить практически невозможно (подробнее: «Узлы деревянных крыш: особенности крепления»).
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:
- если прямоугольная ферма — 1/6 х L;
- если конструкция треугольная — 1/5 х L.
Буква L – это длина пролета стропильной фермы.
При постройке частного дома, как правило, возводят треугольную стропильную систему. Такая форма фермы в комбинации с наклонным планом стропил 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
Совет: Используйте наши строительные калькуляторы, и вы выполните расчеты строительных материалов быстро и точно.
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.
Подобная конструкция деревянной кровли включает: 2 стропильные ноги, затяжку и 2 подкоса. Когда ширина пролета свыше 6 метров, необходим монтаж по центру опорного элемента и потребуются дополнительные подкосы. Чтобы затяжки не препятствовали проходу по чердаку, опирают стропильные ноги на стены, а их устанавливают на середине высоты ног. Такой вариант жесткого или шарнирного соединения вертикальных элементов при помощи опорной балки называют ригель.
Подобная конструкция обеспечивает наличие удобного для использования чердачного пространства, но в том месте, где есть ригель, по причине изгиба стропильной ноги в ферме появляется распорное напряжение, передаваемое стенам. По этой причины фермы с ригелем устанавливают в зданиях при условии наличия прочных и устойчивых несущих стен, которые надежно связаны балками перекрытия чердака. Естественно, расчет деревянных балок должен быть выполнен изначально.
Опора для стропильной системы
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.
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:
- нагрузки, оказываемые постоянно — к ним относится вес элементов кровельного «пирога»;
- временные — это масса снега (зависит от погодных условий в регионе), вес людей, поднимающихся на крышу для проведения работ, ветровой фактор и прочее;
- особые нагрузки – например, на здания, расположенные в зонах повышенной сейсмической опасности.
Расчет возможной снеговой нагрузки выполняют по формуле:
S=Sg х μ, где
Sg – это вес снеговой нагрузки из расчета на квадратный метр кровельного покрытия. Данная величина является условной, и ее значение определяют по специальным таблицам в зависимости от региона.
μ – это коэффициент, который зависит от угла наклона крыши.
Для определения ветровой нагрузки, необходимо знать:
- тип местности (городская застройка или открытое пространство);
- нормативную величину ветровой нагрузки в данном регионе;
- высоту здания.
Чтобы не допустить ошибку в расчетах и учесть все нюансы, даже такие как, из какой доски делают стропила, эту работу должен выполнять проектировщик при составлении проекта здания (подробная статья: «Как правильно сделать расчет стропильной системы».
Изготовление стропильных ферм
В последние годы при строительстве частных домов стропильным фермам, сделанным прямо на строительных площадках, стали предпочитать конструкции, произведенные в заводских условиях. Их изготавливают на монтажно-прессовом оборудовании. При производстве деревянных элементов их предварительно обрабатывают специальными составами, предупреждающими гниение и поражение насекомыми.
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: «Как сделать стропильную систему своими руками»).
Металлические и стальные стропильные конструкции
В частном домостроении нередко используют стальные фермы стропильные, которые бывают треугольными, с параллельными поясами и полигональные. Два последних типа применяют при обустройстве крыши при помощи листовой кровельной продукции. При этом выбирается треугольная форма фермы. В заводских условиях производят стальные стропильные системы, имеющие унифицированные размеры — на 18, 24, 30 и 36-метровые пролеты (подробнее: «Ферма металлическая, минусы и преимущества»).
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. Их размеры соответствуют параметрам стропильных конструкций.
Для постройки частных домов, как правило, применяют фермы, для производства которых используют профильные горячекатаные или гнутые трубы прямоугольные или с квадратным сечением. Это объясняется просто: их вес меньше, чем у изделий, изготовленных из уголка, тавра или швеллера. Такую систему можно легко собрать из отдельных готовых элементов на стройплощадке перед началом монтажа при помощи сварки.
Нередко для создания кровли, если перекрытие пролетов имеет большую длину, задействуют железобетонные стропильные фермы, представляющие собой прочные решетчатые конструкции. Их рекомендуют монтировать на крыши одноэтажных строений, на покрытия которых будут оказываться повышенные нагрузки.
Железобетонные фермы делятся на следующие категории:
- безраскосные изделия треугольной формы;
- системы для малоуклонных кровель;
- на сегментные раскосные и безраскосные конструкции (для скатных крыш).
Критериями для оценки железобетонных ферм, которые выпускают согласно требованиям ГОСТа, являются:
- прочность и морозостойкость бетона;
- средняя плотность бетона;
- степень защиты от коррозии;
- марки стали для армирования;
- толщина бетонного слоя около арматуры.
Основным недостатком железобетонных конструкций считается их большой вес и необходимость задействовать при монтаже строительную технику.
Стропильные фермы для односкатной кровли
Порядок проведения работ при установке фермы на односкатную кровлю следующий:
- Рассчитывается величина перепада несущих стен по формуле H = Ш х tg L, где H – это искомый результат, Ш – расстояние между противоположными стенами, а tg L – тангенс угла, под которым возводится кровля.
- В зависимости от того, какие бывают стропила из дерева и какие необходимы, производится их заготовка и обработка специальными пропитками (читайте: «Деревянные стропила — виды и особенности»).
- Далее выполняется монтаж мауэрлата, толщина которого должна соответствовать толщине опорных стен. Эту балку необходимо жестко закрепить и качественно гидроизолировать, соблюдая строго горизонтальное расположение.
- Затем на мауэрлате делают разметку, согласно которой будет произведена установка стропильных ног и вырезают для них выемки.
- В ряде случаев при сборке конструкции производится сращивание стропил по длине (читайте: «Стропила для крыши: проектировка»).
- Готовые фермы укладывают таким способом, чтобы они выступали за поверхность балки для опоры на 30 сантиметров, закрепляют их с использованием болтов и скоб.
- Потом производится монтаж подпор, и выполняется обрешетка. Подпоры необходимы, когда длина стропильных ног превышает 4,5 метра. Сверху стропил для обрешетки набивают планки. Часто для создания стропильной фермы необходима стыковка стропил по длине – ее осуществляют на участке, где изгибающий момент минимален.
Выполнять работы на крыше самостоятельно надо исключительно в простых случаях, таких как, к примеру, строительство крыши гаража, бани или хозяйственных построек, а также когда производится замена стропил крыши, во всех других случаях работу следует доверить профессионалам. Интересная статья: «Тесовые крыши — устройство».