Все, что нужно знать о стропильных фермах

При строительстве любой кровли самое важное – безопасность и надёжная защита от негативного влияния окружающей среды. Чтобы добиться этого, необходимо использовать деревянные или металлические системы стропил.

Что это такое?

Стропильной фермой называют целый комплекс элементов конструкции, куда входят обрешётка, раскосы, стойки. После сборки конструкция станет надёжным «скелетом» будущей крыши.

Под стропильной фермой прежде всего понимается жёсткая конструкция, актуальная при постройке скатных кровель. Главная задача фермы состоит в распределении основной нагрузки, которую оказывают стены строения. Изготавливаются чаще всего такие конструкции из древесины, но возможна установка из аналогичных материалов.

Основой при возведении деревянной типовой конструкции выступают закруглённые брусья, обычные доски. Дополнительные элементы присоединяются к основной конструкции, буквально врубаясь в необходимые участки. Если детали созданы из досок, то в присоединении участвуют болты, кольцевые шпонки, а также гвозди.

Фермы, имеющие металлические основания растянутой формы, задействуются при возведении крупномасштабных построек, когда пролёт имеет протяжённость свыше 16 метров. Если речь идёт о возведении конструкции при помощи растянутых стоек из досок, то сложно добиться надёжности закрепления узлов. Однако если использовать элементы из металла, то прочно закрепить узлы довольно легко.

Чтобы собрать деревянную ферму, нужно приложить много усилий. Гораздо быстрее процесс пойдёт, если использовать не только деревянные детали, но и металлические. Такой тип сборки называется комбинированным.

При постройке жилых домов крайне редко планировщики прибегают к варианту крыши с открытыми фермами. Чаще всего фермы просто закрываются специальными перекрытиями для потолка. При возведении построек производственной направленности на кровле оставляют открытые фермы.

Несущими частями такой конструкции часто становятся балки. Строительные балки производятся на основе железобетона, укладываются под стропила и перекрывают шаги колонн длиной 12, 18 м. Эти части конструкции выполняют роль промежуточной опоры.

Основные требования

Вне зависимости от вида строительных материалов перед основной отделкой необходимо построить крепкую и надёжную конструкцию, чьей главной задачей станет устойчивость и прочность крыши.

Если конструкция с элементами из подстропильных и стропильных комплексов была возведена правильно, то её надёжность гарантирована. Конструкция с лёгкостью выдержит нагрузки любого типа, будь они временными или постоянными.

От материала и конструкции фермы требуется максимальная прочность, безопасность и устойчивость.

Обзор видов

При выборе типа конструкции и материала, из которого будет изготовлен костяк кровли, следует учесть материал самих стен. Колонны из металла или железобетонного полотна, подстропильные системы и стены из кирпича станут надёжной опорой для несущих основ.

Характеристики ферм позволяют классифицировать их по данным параметрам:

архитектурное оформление конструкции;
схема в статике;
вид решётки;
очертания стропильных поясов.

Самым важным критерием для классификации ферм считается очертание поясов. Оно рассчитывается при учёте параметров пролёта, конструкционных особенностей кровли, а также при учёте уровня возможной нагрузки. Выбор материала также напрямую зависит от уклона (в расчёт берётся уклон пояса на максимальной высоте).

При возведении плоских крыш чаще всего задействуются фермы, оснащённые параллельными поясами.
Если материалом для строительства крыши стали стальные или асбестоцементные листовые перекрытия, то лучшим вариантом станет несущая система в виде трапеции.
В частном строительстве чаще всего можно встретить конструкции треугольных конфигураций.
При учёте варианта очертаний проводится и выбор решётки. Если задействуются системы в форме трапеции или разновидности с параллельными поясами, то лучшим вариантом становятся решётки треугольных форм. Решётка укрепляется при помощи дополнительных стоек.
Часто используются решётки, оснащённые шпренгелями

По признаку конструктивного оформления

По оформлению конструкции можно разделить все фермы:

на тяжёлые (двустенные), с двумя фасонными листами в узлах конструкции;
лёгкие (одностенные), в конструкции которых только один лист.

При строительстве зданий, имеющих длинный пролёт (промышленные постройки), используются конструкции большого веса. При возведении огромных промышленных помещений «скелет» кровли выполняет роль рамы, на которую опираются несущие системы.

По материалу

По разновидностям материала системы ферм могут создаваться:

из древесины;
из стали;
комбинированные.

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.

Выбор материала

Самым ответственным и важным всегда считается выбор материала для строительства. К материалу предъявляются особые требования: он должен обеспечивать высочайшую прочность, быть достаточно жёстким и не деформироваться. Актуален и ценовой показатель, поскольку стоимость — довольно ощутимый фактор, особенно в частном строительстве.

Дерево

Древесина считается одним из самых популярных и недорогих строительных материалов.

Конструкции из дерева актуальны для следующих случаев:

при возведении крыш по типу мансарды;
при установке объектов как промышленной, так и других направленностей;
при реставрации плоских крыш различных построек.

Главными особенностями ферм из древесины, по сравнению с аналогичными конструкциями, можно назвать следующие:

скорость проектирования увеличена в несколько раз;
автоматизированность установки и простота всех этапов строительства;
простота при проведении монтажных работ (элементы уже готовы, их остаётся только правильно установить);
возможность реализовать даже самые смелые дизайнерские задумки в отношении конфигурации, формы и других аспектов;
конструкция весит сравнительно немного;
возможность монтажа в ситуациях, когда пролёты имеют большие размеры (максимальная длина – 18 м);
возможность провести утепление, общая простота этой процедуры;
прекрасные технические и эксплуатационные качества;
материал считается пригодным для обработки в промышленных условиях, а значит, относится к первой категории материалов по пожаробезопасности;
экологичность.

Металл

Стальные конструкции из профильной трубы могут похвастаться повышенной жёсткостью, в отличие от деревянных конкурентов. За счёт этого качества металлические системы стропил часто используются в случае, если конструкции нужно придать дополнительную жёсткость. Это хороший вариант, если устанавливаются фермы большой длины, свыше 10 метров. В этой ситуации не только стропила должны быть выполнены из стали, но и опоры конька, и брус мауэрлата.

Установка должна производиться не при помощи соединяющихся частей из древесины, а при использовании специальных швеллерных профилей.

Для крепежа оснований стропил необходимы уголки, которые были предварительно приварены.

Главные плюсы ферм из стали:

более высокая прочность по сравнению с другими вариантами;
стойкость к различным коррозионным явлениям и физическому влиянию;
материал не способен гнить и имеет особую устойчивость к деформации;
длительный срок службы;
если требуется перекрыть периметр крупногабаритного здания, сделать это очень просто при помощи стальных элементов.

Некоторые минусы металлических конструкций:

сама конструкция весит немало, использование таких элементов даёт дополнительную нагрузку на кровлю;
при установке необходимо использовать специальную технику (чтобы поднимать изделия на определённую высоту);
детали не выдерживают слишком резкие температурные перепады и могут деформироваться;
достаточно высокая стоимость.

Фермы из стали подразделяются на три вида:

имеющие параллельные пояса;
в форме треугольника;
полигональные.

Для постройки мягкой крыши отлично подходят стропильные конструкции, имеющие параллельные пояса. Также можно использовать полигональные модели.

Если будут использоваться материалы в виде листов, то лучшим вариантом станут конструкции треугольной формы.

Фермы, которые выпускаются на фабриках, подходят под универсальные размеры пролётов – 18, 24, 30 и 36 метров в длину.

При создании решёток конструкций и поясов чаще всего используются уголки. Отдельные элементы скрепляются через приваривание. Самой надёжной можно назвать конструкцию, при обустройстве поясов которой были задействованы балки с широкими полками (тавровые).

Само изготовление не слишком сложное, такой способ работы требует меньшего количества материала. При этом прочность и надёжность конструкции остаются на высоте.

Особенности расчёта нагрузок

При установке стропильной системы важно не только верно определить наилучший вариант формы и материала, но и провести расчёт планируемой нагруженности.

Нагрузки можно подразделить на три вида:

неизменные: к этому типу относится общий вес крыши;
временные: вес снежного покрова или наледи, сильный ветровой поток;
особый тип нагрузки: возможность землетрясения.

Система стропил, созданная при помощи балок и ферм, становится несущей. Состоит такая система из множества элементов. При установке конкретного типа конструкции и её формы важно понимать, что это всегда очень ответственный процесс. Каждый этап имеет своё значение, но особое место отводится проектированию. Все расчёты должны быть произведены правильно, учтены многие факторы, ведь от этого зависит безопасность будущей постройки.

Расчёт базируется на сложнейших вычислениях, произвести которые может только профессионал.

Технология монтажа

Как пример, ниже представлен наиболее простой вариант монтажных работ стропильной системы (использован при постройке односкатной крыши). Конструирование можно выполнить своими руками.

Вначале нужно на чертеже рассчитать уровень перепада между стенами: tgL х Ш. Значок «Ш» обозначает расстояние между двумя стенками-опорами. Тангенс угла (кровельный уклон) обозначается значком «tgL».
После проведения расчёта следует подготовить нужное число стропил из досок, обработав древесину антисептиком.
Дальше следует постройка мауэрлата. Доска должна быть соизмерима с величиной диаметра стенок. Балку нужно укрепить очень крепко и жёстко, нелишней будет хорошая гидроизоляция. При монтаже необходимо соблюдать горизонтальное положение конструкции.
Затем обозначаются участки для укладки стропильных оснований (после обозначения таких участков врезаются выемки).
Фермы должны так располагаться, чтобы они шли на выступ по опорной конструкции примерно на 30 см. Закреп можно произвести при помощи строительных скоб и специальных болтов.
Итогом работ станет укладка обрешётки и подпорок. Если основание стропил превышает 4,5 метра в длину, то подпорки просто необходимы. Сверху установленных конструкций прокладываются обрешёточные планки.