Как выбрать схему стропильной фермы

Фермы для вальмовых крыш: такие конструкции имеют четыре ската, которые собираются в одной точки. Их используют преимущественно для создания крыш с сложной архитектурной формой, что особенно актуально для зданий с множеством выступов и углов.

Чем отличается стропильная ферма от подстропильной

Металлические фермы являются ключевыми конструкционными элементами скатных крыш. Они представляют собой жесткие металлоконструкции, которые осуществляют передачу нагрузки на колонны, стены и фундамент сооружения. Благодаря им осуществляется компенсация ветровых и снеговых нагрузок.

Металлические фермы состоят из таких элементов как стойки, раскосы, обрешетка и другие компоненты, которые вместе выполняют роль каркаса крыши. Их активно используют при строительстве зданий с большими пролетами или сооружений, где отсутствуют дополнительные опоры для передачи сил, возникающих на кровле.

Для производства металлических ферм применяются стальные профили, при этом уголки используются наиболее часто. Более тяжелые конструкции усиливаются с помощью тавров и двутавров, а для гидротехнических сооружений применяются круглые и профильные трубы.

Прочностные характеристики фермы зависят от ее формы, которая определяется уклоном крыши, длиной пролета и расположением чердачного перекрытия. В зависимости от формы поясов фермы могут быть:

• сегментными (арочными);
• полигональными;
• с параллельными поясами;
• треугольными.

Структуры решеток также отличаются:

• безраскосными;
• раскосными;
• треугольными.

Наша продукция

Подстропильные фермы служат вспомогательным элементом стропильной металлической конструкции, выступая в качестве ее основы. Они необходимы, когда длина стропильной фермы оказывается недостаточной, то есть меньше расстояния между колоннами.

Подстропильные фермы обеспечивают дополнительную прочность в опорных точках. Их устанавливают в продольном направлении и фиксируют к закладным деталям, опираясь на монтажные столики, которые воспринимают вертикальные нагрузки.

Эти фермы применяются в зданиях, где несущие стены расположены перпендикулярно, а также в одноэтажных промышленных многопролетных строениях.

Типы подстропильных ферм:

• под скатную крышу;
• для крыш с малым уклоном;
• со стойками для малоуклонных крыш с преднапряженной арматурой;
• для перекрытий полного пролета.

Какую ферму установить

В малоэтажном деревянном строительстве фермы изготавливают из бруса, досок или круглых лесоматериалов. Соединения могут быть выполнены с использованием врубки или металлических креплений. Как правило, сосна является наиболее подходящим видом древесины из-за своей качества, прочности и доступности. Она обладает высокой устойчивостью к влаге и благоприятной плотностью. Кроме того, сосну легко обрабатывать и адаптировать.

Для повышения прочности иногда применяются комбинированные конструкции, которые включают как древесину, так и металл. Это особенно важно при создании опор под коньковые прогоны с высокими нагрузками или для длинных прогонов, что позволяет избежать применения распорок в наслонной системе.

При выборе формы и конструкции стропильной фермы учитываются тип соединения, наличие или отсутствие потолочного перекрытия, угол наклона кровли и материал кровельного покрытия. Например, для крутых скатов подходит треугольная ферма, а для плоской кровли рекомендуется использовать конструкции в форме трапеции или прямоугольника. Подбор типа крыши для деревянного дома можно посмотреть в дополнительных источниках.

Как установить стропильную ферму

Перед установкой крайне важно провести точные расчеты стропильной конструкции, выбрать качественные материалы и прочные элементы для крепежа. При монтаже брусья, доски или бревна не должны провисать под собственным весом или весом кровли. Поэтому необходимо устанавливать поперечные балки и распорки, или же использовать средний прогон, представляющий собой толстый несущий брусок, который монтируется поперек стропил.

Стропильные фермы закрываются потолочными перекрытиями, после чего укладывают утеплитель и гидроизоляцию, дополнительно монтировав отделочные материалы. При выборе отделочного материала для потолка в деревянном доме рекомендуется использовать натуральные и экологичные варианты, такие как вагонка из дерева, блок-хаус или имитация бруса, строганные доски, массив или деревянные панели. Реже применяются такие варианты как штукатурка, краска и гипсокартон. Более подробную информацию о том, как лучше оформить потолок в деревянном доме, можно найти в блоге “МариСруб”.

Крайне важно, чтобы каждый деревянный материал прошел обработку защитными средствами. В противном случае древесина может начать гнить, покрываться плесенью, ослабевать и трескаться с течением времени. В случае комбинированных ферм необходимо тщательно изолировать металл от дерева, чтобы избежать коррозии металлических элементов. Компания “МариСруб” занимается самостоятельным производством бруса и бревна, уделяя особое внимание обработке и качеству своих изделий.

Выбор высоты фермы

Основные размеры фермы подбираются с учетом эксплуатационных требований и конструктивных особенностей объекта.

Для треугольных ферм высота определяется сразу по двум показателям – пролету и углу наклона, которые зависят от кровельного материала. В случае с фермами трапециевидной формы или фермами с параллельными поясами высота выбирается с целью добиться наименьшей массы конструкции. Общая масса состоит из массы поясов и решетки: чем выше ферма, тем меньше будет масса поясов, но в то же время увеличивается масса решетки. Поэтому при определении высоты стремятся найти оптимальное усредненное значение, которое теоретически составляет 1/4-1/5 от пролета. Однако на практике такая высота часто вызывает трудности при транспортировке конструкций и увеличивает объем помещений, что ведет к повышению затрат на отопление и устройстве стеновых ограждений. Поэтому на практике подходящей считается высота, соответствующая 1/7-1/12 от пролета.

Кроме того, важным является расчет высоты с учетом требований к жесткости конструкции. Минимальное значение определяется исходя из допустимого прогиба металлических конструкций. При проектировании металлических стропильных ферм жесткость, которая закладывается, значительно больше тех показателей, которые требуется на практике. Что касается стропильных ферм конструкций и сооружений, работающих с подвижными нагрузками (такими как мостовые краны или подкрановые эстакады), то требования к жесткости здесь гораздо выше тех, которые нужны по факту, и это не всегда оправдано с экономической точки зрения.

Выбор оптимальной схемы, очертания поясов и системы решетки представляет собой сложный процесс, при котором принимаются во внимание нагрузки, эксплуатационные требования, архитектурные решения и экономические аспекты. В том числе иногда большие расходы на сталь могут компенсироваться простотой монтажа фермы, а в других случаях при малой потребности в металле существенно увеличивается объем помещений, что приводит к дополнительным затратам на отопление и материалы для стен в пределах высоты фермы. Поэтому на практике приходится подбирать оптимальный вариант, жертвуя чем-то одним, например, простотой производства, легкостью монтажа, транспортировкой, стоимостью конструкции или высотой и так далее.

Проектирование кровли частного дома с учетом классической стропильной системы

Стропильная система состоит из следующих компонентов:

• конькового прогона;
• мауэрлата;
• конструкций, которые придают системе прочность и жесткость: ригелей, распорок, подкосов и стоек;
• самих стропил, висячих и/или наслонных.

Кровельная система стропил: детали

Мауерлат — это деревянный брус, который укладывается на арматурный пояс или прямо на каменную стену здания и является первым элементом стропильной системы. Он может крепиться к закладным деталям, например, шпилькам, вмонтированным в армирующий пояс, или же с помощью проволочных стяжек, укладываемых в толщу стен. Для коттеджей из дерева необходимость в установке мауэрлата отсутствует, так как функции его выполняют непосредственно стены.

На рисунке справа: 1 — кладка; 2 — обвязочный пояс; 3 — мауэрлат; 4 — элементы стропил.

2. Стропила

• Висячими называются стропила треугольной формы, которые опираются на стены дома в нижних точках. Нагрузки на изгиб и сжатие, которые действуют на стропильные ноги и вызывают распирание стен, компенсируются с помощью крепления нижних и верхних затяжек к стропилам.
• Наслонными называются стропила, которые опираются не только на конечные, но и на средние точки опоры. Такими опорами служат межкомнатные стены или колонны. Используя наслонные стропила, можно создать каркас крыши с пролетом более 6 м.

Проекты домов с многощипцовой крышей, обладающие сложной планировкой, могут комбинировать эти типы кровельных каркасов.

3. Коньковые прогонные стропильные системы.

Эти элементы соединяют ноги стропил между собой.

4. Конструкции, обеспечивающие устойчивость кровельного каркаса.

Сюда входят диагональные раскосы и стяжки, подкосы и т.д., которые устанавливаются при возведении многоскатных кровель, в основном во фронтонах.

Расположение стропил имеет шаг от 0,6 до 2 м, что зависит от типа утеплителя, кровельного покрытия, площади сечения стропильных балок, а также характера действующих дождевых, ветровых и снеговых нагрузок.

Проекты крыш загородных домов: технология монтажа

Первоначально идет подготовка основания – создание армированного пояса по стенам здания для выравнивания поверхности. Это основание подлежит двойной гидроизоляции, после которой монтируется мауэрлат. Используя детально прорисованные чертежи стропильной системы, основанные на расчетах, происходит подсчет материалоемкости системы стропил и кровельного покрытия. Монтаж системы начинается с краев, где устанавливаются две конструкции, связывая их коньковым прогоном. После этого монтируются рядовые стропила. Соединение элементов системы друг с другом осуществляется с помощью железных скоб, вырубок, гвоздей и металлических уголков. Прочность соединений достигается с использованием дополнительных скоб, болтов и нагелей. Элементы затяжки соединяются между собой способом “в зуб”.

Проектирование крыши частного дома, предусматривающее усиленную систему

Проекты сложных крыш частных домов должны учитывать необходимость усиления каркасных конструкций. Сюда могут входить системы упоров и подкосов, включающие шпренгельные фермы и шпренгели.

Шпренгель – это конструкция из бруса, служащая опорой для стойки, обеспечивающей основание для диагонального стропила. Укладка шпренгеля осуществляется на мауэрлат или угол двух наружных стен. Шпренгельные фермы применяются для усиления диагональных стропил в местах, находящихся далеко от углов.

Проекты домов с простой крышей и сложной кровлей: тонкости современного подхода

Таким образом, в отличие от традиционного понимания, современные системы снижают потребность в материалах, при этом не уменьшая надежности проектируемых конструкций.

Годы изысканий в этой области привели к разработке новых принципов проектирования стропильных ферм и технологий их производства.

Понимание конструкции ферм из стропил помогает лучше разобраться в этих принципах.

Структура системы стропильных ферм формируется с помощью ребер (ферм), которые располагаются друг от друга на расстоянии от 60 до 90 см, на которые затем укладывается обрешетка и кровельное покрытие. Установочные ребра монтируются на мауэрлат, после чего они фиксируются между собой прогонами. Использование ветровых связей придает конструкции дополнительную жесткость. Любая ферма или ребро выполнены из диагоналей и поясов одинаковой толщины, соединенных между собой специально разработанными металлозубчатыми пластинами.

Конструкция представляется в виде решетки, у которой высота превышает размеры основания. Это может быть выполнено в форме полусферы или многоугольника (например, треугольника). Выбор треугольной формы обусловлен равномерным распределением нагрузки и стабильностью конструкции. Фермы, выполненные в форме соединения нескольких треугольников с решетчатой связкой, помогут перекрыть широкие пролёты.

На рисунке сверху: 1 — нижний пояс фермы, 2 — мауэрлат, 3 — прогон и связь.

Проектирование конструкций ферм реализуется индивидуально для каждого строящегося дома.

Новые принципы создания ферм, отличные от традиционного подхода

1. Классическая система стропил включает в себя элементы, такие как подкосы, затяжки, схватки и стойки, которые предотвращают распирание стен под воздействием нагрузки от стропил.

Современные фермы выделяются тем, что их основания, представляющие собой нижние пояса, не испытывают значительных нагрузок. Это основание может одновременно выполнять роль перекрытий и воспринимать растягивающие силы. Более того, сжатие и растяжение распределяются равномерно по всему треугольнику фермы благодаря диагоналям. Ферма функционирует как единое ребро жесткости, что позволяет минимизировать количество усиливающих элементов и уменьшить расход древесины.

Эти примеры наглядно демонстрируют преимущества фермерских конструкций по сравнению с традиционными стропильными системами и подчеркивают их экономическую эффективность. Экономия может составить 20% и более в зависимости от специфики проекта.

4. Благодаря тому, что ферма представляет собой цельное ребро жесткости, они могут использоваться для больших конструкций с пролетом до 12 м без дополнительных опор! В каркасном доме плоская крыша может быть реализована исключительно с помощью ферм.

Однако нельзя рассматривать стропильные фермы как универсальное решение, поскольку у них имеются определенные ограничения.
Есть ряд условий для их применения:

• Создание каркасной конструкции из ферм требует использования специализированного программного обеспечения и службы профессионалов, имеющих соответствующую квалификацию для работы с такими программами.
• Производство ферм осуществляется на заводе с использованием высокотехнологичного оборудования.
• Только те металлозубчатые пластины, которые были приобретены у официальных поставщиков, могут обеспечить соответствие изделий проектным требованиям.
• Комплекс этих условий не всегда подходит для всех регионов страны. Это значит, что географическое расположение производителей пропускает определенные границы в применении ферм.

Это видео наглядно демонстрирует основные этапы производства ферм:

Дома с ломаными крышами, проекты которых предполагают сложную архитектурную структуру, иногда может оказаться нецелесообразно строить с использованием ферм для крыши. Это связано с тем, что сложности в форме кровли могут значительно повысить затраты на материалы, что приведет к тому, что стоимость создания традиционной стропильной системы и системы ферм окажется практически одинаковой. В ряде случаев проектирование ферм может вообще оказаться невозможным. Именно в таких ситуациях традиционные стропильные системы будут наиболее целесообразными.

Типы стропильных ферм в зависимости от проекта здания

Стропильные фермы представляют собой основной конструктивный элемент кровли зданий, который поддерживает ее форму и жесткость.

В зависимости от конкретного проекта здания могут применяться различные типы стропильных ферм. Рассмотрим некоторые распространенные варианты:

Глухие односкатные стропильные фермы: это один из простейших и наиболее экономичных типов стропильных ферм. Он состоит из одной горизонтальной балки и диагональных элементов, которые уменьшают прогиб и обеспечивают жесткость. Такие фермы используются для крыш со скатом в одном направлении.

Глухие двускатные стропильные фермы: это наиболее распространенные конструкции, состоящие из двух скатов, соединенных вершиной в центре. Они могут иметь различные формы и размеры, что делает их универсальными для различных типов зданий.

Фермы для вальмовых крыш: такие конструкции имеют четыре ската, собраные в одной точке. Они в основном используются для создания крыш со сложной геометрией, например, в зданиях с множеством выступов и углов.

Мансардные стропильные фермы: такие фермы имеют более крутые скаты в нижней части крыши, что позволяет создать дополнительное пространство под крышей. Обычно они используются в зданиях с мансардами или другими подобными помещениями.

Глухие стропильные фермы с параллельными поясами: такие фермы состоят из двух параллельных балок, соединенных диагональными элементами. Они применяются преимущественно для межэтажных перекрытий с большими пролетами, для плоских крыш различных зданий и для балок над большими проемами в стенах.

Выбор определенного типа стропильной фермы обуславливается множеством факторов, включая размер и форму крыши, ожидаемые нагрузки, стоимость и общую концепцию здания.

Каждый из представленных видов может быть адаптирован в соответствии с конкретными требованиями проекта.

Цех стропильных ферм на заводе «Карельский профиль»

Для производства стропильных ферм на нашем заводе создан специальный цех, который оборудован современными станками Mitek.

Деревянные фермы на нашем предприятии изготавливаются исключительно в заводских условиях, так как для запрессовки пластин необходимо использовать специализированные гидравлические прессы с направляющими, которые обеспечивают точность сборки.

При производстве фермы применяются соединительные пластины точно тех марок и размеров, которые были предусмотрены расчетами с использованием программного обеспечения PAMIR MiTek.

Справочник программы включает в себя параметры п/м и наименования пластин, из которых будет производится конструкция.

При проектировании аккаунтируются снеговые, ветровые и сейсмические нагрузки;

Мощный С-пресс с давлением 30 тонн фиксируется на подвижной кран-балке, что позволяет его перемещение одним человеком без особых усилий.

Полы в рабочей зоне пресса сделаны из металла для удержания магнитных столов, на которых расположены подвижные настольные установки для прессования верхней и нижней пластин за один заход.

Лазерная проекция LAP указывает точное расположение досок и пластин, что позволяет достичь скорости сборки одной фермы всего около 5 минут. Использование автоматизированного оборудования увеличивает производственные мощности на 50%, повышает точность конструкции и сокращает долю ошибок в процессе производства ферм на 90%

Наш завод готов обеспечить расчет и изготовление стропильных ферм любой конфигурации практически под любой проект.