Как построить простую деревянную ферму. Виды конструкций
Фермы из древесины ранее использовали в строительстве при возведении мосто в. Но дерево восприимчиво к воздействию атмосферных осадков, и его повреждают насекомые, невзирая на многочисленные пропитки. На сегодняшний день активное использование деревянных ферм продолжается только для формирования основания крыши. В некоторых случаях индивидуальной жилой застройки применяют фермы из дерева в качестве перекрытий между этажами.
Классификация по назначению:
- С наслонными стропилами. Это распорные конструкции, которые имеют незначительные параметры. Применяют для формирования перекрытий длинной не более 18 метров.
- С висячими стропилами. Это система, которая состоит из нескольких стропил и соединяющих узлов. Ферму такого вида можно выполнять в различных вариантах, даже с асимметрией. Этот вид предпочтительнее для формирования основания для крыши. При большой длине этой фермы требуется установка дополнительных распорок, чтобы усилить конструкцию.
Конструкции различаются не только типом стропил, но и по своей форме. Отличия заключаются в очертаниях поясов. Что такое ферма в строительстве — это пространственная конструкция, которая служит основанием для закрепления вспомогательных элементов.
Классификация по форме:
- Параллельные пояса. Применяют для формирования перекрытий между этажами. Однако конструкцию можно использовать на крышах с малым углом ската.
- Треугольные. Используется в небольших индивидуальных домах. Каркас выполняют из нескольких треугольников, которые соединяют при помощи нескольких деревянных брусков.
- Прямоугольные. Используют на крышах с небольшим уклоном.
- Существуют варианты соединений с трапециевидным очертанием, а также искривлённым верхним поясом. Широкое распространение они не получили по причине сложности изготовления.
Форма элементов обусловлена запасом прочности, который формируется исходя из длины крыши. Для короткой крыши достаточно простой треугольной конструкции. Длинную же ферму требуется оснащать дополнительными элементами или выбирать более сложный вариант — например, трапециевидный. Часто приходится импровизировать в процессе изготовления из-за несимметричных крыш.
Этап III. Рассчитываем внутреннее напряжение ферм
Самое важное и ответственное задание – это правильно произвести расчет фермы из профильной трубы и подобрать нужный формат внутренней решетки. Для этого нам понадобится калькулятор или подобное ему другое программное обеспечение, а также некоторые табличные данные СНиПов, которые за это:
- СНиП 2.01.07-85 (воздействия, нагрузки).
- СНиП п-23-81 (данные по стальным конструкциям).
По возможности ознакомьтесь с этими документами.
Форма крыши и угол наклона
Ферма нужна для какой конкретно кровли? Односкатной, двускатной, купольной, арочная или шатровой? Самый простой вариант, конечно же, это изготовление стандартного односкатного навеса. Но и достаточно сложные фермы вы также способны рассчитать и изготовить самостоятельно:
Стандартная ферма состоит из таких важных элементов, как верхний и нижний пояс, стойки, раскосы и вспомогательные подкосы, которые еще называют шпренгелями. Внутри ферм располагается система решеток, для соединения труб используется сварные швы, клепки, специальные парные материалы и косынки.
И, если вы собираетесь изготовить сложную по форме крышу, то такие фермы станут для нее идеальным вариантом. Их очень удобно изготавливать по шаблону прямо на земле, и только потом поднимать наверх.
Чаще всего при строительстве небольшого дачного домика, гаража или бытовки применяются так называемые фермы полонсо – особая конструкция треугольных ферм, соединенных затяжками, и нижний пояс здесь выходит приподнятым.
По сути, в этом случае, чтобы повысить высоту конструкции, нижний пояс делают ломаным, и он тогда составляет 0,23 от длины полета. Для внутреннего пространства помещения очень удобно.
Итак, всего есть три основных варианта изготовления фермы в зависимости от наклона крыши:
- от 6 до 15°;
- от 15 до 20°;
- от 22 до 35°.
В чем разница спросите вы? Например, если угол конструкции будет небольшой, всего до 15°, тогда фермы рационально делать трапециевидной формы. И при этом вполне можно уменьшить вес самой конструкции, беря в высоту от 1/7 до 1/9 от от общей длины полета.
Т.е. руководствуйтесь таким правилом: чем меньше вес, тем больше должна быть высота фермы. А вот если мы вас будет иметь уже сложную геометрическую форму, тогда нужно выбрать другой тип фермы и решеток.
Виды ферм и формы крыши
Вот пример конкретных ферм для каждого вида крыши (односкатной, двускатной, сложной):
Давайте разберемся с видами ферм:
- Треугольные фермы – классика изготовления основы для крутых скатов крыши или навесов. Сечение труб для таких ферм нужно подбирать с учетом веса кровельных материалов, а также эксплуатации самой постройки. Треугольные фермы хороши тем, что обладают простыми формы, просты в расчете и исполнении. Их ценят за подкровельное обеспечение естественным светом. Но отметим и недостатки: это дополнительные профили и длинные стержни в центральных сегментах решетки. А также здесь вам придется столкнуться с некоторыми сложностями при сварке острых опорных углов.
- Следующий вид – полигональные фермы из профильной трубы. Они незаменимы при сооружении больших площадей. Сварка у них уже более сложной формы, а поэтому для облегченных конструкций их не проектируют. Зато такие фермы отличаются большей экономией металла и прочностью, что особенно хорошо для ангаров с большими пролетами.
- Прочной считается также ферма с параллельными поясами. Отличается от других такая ферма тем, что у нее все детали – повторяющиеся, с одинаковой длиной стержней, поясов и решеток. То есть здесь минимум стыков, а поэтому рассчитывать и варить такую из профильной трубы проще всего.
- Отдельный вид – это односкатная трапециевидная ферма с опорой на колонны. Такая ферма идеальна, когда необходима жесткая фиксация сооружения. У нее есть уклоны (раскосы) по боковым сторонам и отсутствуют длинные стержни верхней обрешетки. Подходит для крыш, которым особенно важна надежность.
Крепление утеплителя, пароизоляции, гидроизоляции
После того, как обрешетка готова, необходимо утеплить кровлю. Для этого укладывают слои в последовательности:
- Гидроизоляционный слой;
- Утеплитель;
- Пароизоляция.
Гидроизоляцию крепят степлером внахлест к обрешетке. При этом не следует материал натягивать, он должен слегка провисать.
Далее укладывается теплоизоляционный слой таким образом, чтобы не возникало воздушных зазоров.
Пароизоляция укладывается в конечном этапе перед укладкой покровного материала.
ВНИМАНИЕ!
Если скат имеет минимальный уклон, то в качестве утеплителя можно укладывать керамзит или опилки. Пароизоляция и гидроизоляция
Пароизоляция и гидроизоляция
Виды нагрузок и нюансы проведения расчетов
Для точного расчета параметров фермы односкатной крыши нужно учесть воздействие на нее разных типов нагрузок:
- Постоянная. Сюда относят вес самой кровельной конструкции, дымоход, телевизионные антенны.
- Временная. Воздействие снега, ветра и другого внешнего воздействия.
- Особая. Учитывается в исключительных случаях. К примеру, когда постройка находится на сейсмическом участке, вблизи вулкана.
Определение ветровой нагрузки предусматривает учет таких факторов:
- высота постройки;
- преобладающее направление ветра в определенном регионе;
- плотно застроенная местность или открытая местность.
Для вычисления снеговой нагрузки потребуется знать вес снега на 1 кв. метр кровли
При возведении односкатной крыши для частного дома чаще всего выбирается треугольная стропильная ферма, где стропила идут под наклоном.
Для расчета высоты треугольной фермы используют такую формулу:
Ферма-треугольник возводится под углом от 35 до 50 градусов. Оптимальный показатель – 45 градусов. Высоту прямоугольной фермы получают, умножив 1/6*L.
Для расчетов больших металлических ферм с длиной пролета от 30 м важен еще такой параметр как строительный подъем.
Особенности определения параметров деревянных конструкций:
- При пролете до 4,5 м используются цельные стропила с рекомендуемым сечением 50х150 мм при шаге 0,6 м, 75х175 мм при шаге 1,1 м.
- При пролете до 6 м. При большом уклоне нужно стыковать стропила по длине и использовать подкосы. Рекомендуемое сечение 50х200 мм при шаге 0,6 м, 100х200 мм при шаге 1,1 м.
- При пролете больше 6 м. Здесь все стропила будут составными, понадобятся промежуточные стойки для перераспределения на себя части нагрузки и уменьшения провисание балки. Сечение будет как и для длины пролета до 6 м.
Для определения размеров металлоконструкции следуют следующим данным:
- при ширине до 4,5 м — размер изделий 40*20*2 мм;
- при ширине 4,5 — 5,5 м – размер изделий 40*40*2 мм;
- при ширине более 5,5 м — размер изделий 40*40*3 мм либо 60*30*2 мм.
Для упрощения проведения расчетов лучше воспользоваться строительным онлайн калькулятором, который уже содержит табличные данные по каждому региону.
Остается только ввести исходную длину, ширину постройки, диаметр, толщину используемых труб для фермы и другие параметры.
Пример для кровли с длиной пролета 6 м
В качестве примера разберем особенности расчета металлической фермы для навеса 4*6 м.
- Материал – металлопрофиль квадратного сечения 3*3 см с толщиной стенок 1,2 мм.
- В схеме устройства длина нижнего прогона будет 3,1 м, верхнего – 3,9 м.
- Со стороны узкой перпендикулярной части каркаса выставляются вертикальные опоры высотой 0,6 м.
Для усиления каркаса необходимо приварить треугольником перемычки косого типа. Допустимо использовать более тонкий профиль. Для 6 м пролета потребуется 5 перемычек. Размещают их с одинаковым шагом. Перемычки можно укрепить распорками, выставив их под прямым углом. Для распорок хватит профиля 20*20 мм, шаг между распорками 0,5 м.
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 «.
Типы односкатных навесов и их характеристики
Прежде чем отдать предпочтение тому или иному виду односкатной конструкции, необходимо изучить преимущества каждого из видов.
По характеру материала изготовления односкатные конструкции подразделяются на:
- металлические;
- деревянные;
- смешанные.
Металлические навесы односкатного типа монтируются из оцинкованных труб либо из высокопрочного стального профиля. Каркас таких навесов бывает кованым или сварным, стандартной или сложной формы. Металлические односкатные навесы отличаются высокой прочностью, надежностью, долгим сроком эксплуатации. Они не боятся осадков различной интенсивности. Деревянные навесы односкатного типа сооружаются из дерева различных пород, в качестве материала для опорных стоек выбираются брус либо оцилиндрованное бревно. Вагонка или обрезная доска служат для изготовления обвязки и обрешетки. При покрытии материалов специальным составом деревянные навесы становятся защищенными от негативного воздействия природных условий и служат в течение долгого времени.
Смешанные односкатные навесы изготавливаются из металла и дерева. Как правило, опорные элементы таких конструкций сооружаются из металла, а крыша – из древесины.
Гораздо реже односкатные сооружения возводятся с применением камня. Это весьма трудоемкий и дорогостоящий процесс, однако прочность их гораздо выше, нежели у других видов навесов для дачи.
В зависимости от способа расположения односкатные конструкции делятся на:
- отдельно стоящие;
- пристроенные.
Отдельно стоящие односкатные навесы монтируются без привязки к основному сооружению. Их можно располагать в любой части придомовой территории. Зачастую такой вид конструкций используется в качестве зоны отдыха и укрытия автомобилей от осадков.
Пристроенные односкатные козырьки требуют привязки к основному сооружению и служат для защиты, например, крыльца от осадков и солнечного света. Навес над крыльцом так же защищает ступени от снега. Эти конструкции имеют относительно небольшой размер и изготавливаются из легких материалов.
В зависимости от функциональности навесы односкатного типа бывают:
- декоративные;
- функциональные.
Декоративные навесы призваны эстетически дополнять имеющиеся на придомовом участке постройки. Функциональные навесы сооружаются для выполнения полезных функций в виде защиты от различного рода осадков, пыли, солнца.
Производство
Что касается металлических ферм, то строительный опыт показывает, что гораздо проще и быстрее заказать набор необходимых элементов каркаса для крыши на заводе, предоставив ранее разработанный чертеж.
Изготавливать детали для каркаса самостоятельно требует опыта, грамотной подготовки к процессу, что под силу не каждому хозяину частного дома.
При изготовлении деревянных конструкций их предварительно обрабатывают спецсоставами, предупреждающими гниение и поражение насекомыми.
Если же и вовсе нет времени заниматься проектированием, установкой каркаса, то можно заказать монтаж крыши под ключ у строительной компании.
Расчет нагрузок на ферму односкатной крыши
Односкатная крыша является одной из самых простых и популярных конструкций для фермы. Для правильного проектирования и строительства такой крыши необходимо провести расчет нагрузок, которые она может выдерживать.
1. Снеговая нагрузка
Одним из главных факторов, влияющих на прочность фермы односкатной крыши, является снеговая нагрузка. Величина этой нагрузки зависит от климатической зоны, в которой находится объект, а также от угла наклона крыши.
Для расчета снеговой нагрузки на ферму используется специальная таблица, в которой указываются значения нормативных нагрузок в зависимости от климатической зоны и угла наклона крыши. На основе этих данных производится расчет необходимой прочности фермы и выбор оптимального сечения элементов.
2. Ветровая нагрузка
Другим важным фактором, который следует учесть при расчете фермы односкатной крыши, является ветровая нагрузка. Она зависит от зонирования местности и высоты здания.
Расчет ветровой нагрузки проводится на основе специальных нормативных документов и таблиц, в которых указаны значения нормативных нагрузок для разных зонировок и высот. На основе этих данных выбирается оптимальное сечение элементов фермы и проводится проверка ее прочности.
3. Собственный вес конструкции
При расчете фермы односкатной крыши также необходимо учесть собственный вес конструкции. Он определяется весом всех элементов, входящих в состав фермы, например, стоек, прогонов и стропил.
Собственный вес конструкции должен быть учтен при выборе оптимального сечения элементов фермы и проверке ее прочности. Для этого используются специальные нормативные данные о весе различных элементов.
4. Дополнительные нагрузки
Кроме основных нагрузок, на ферму односкатной крыши также может оказываться дополнительные нагрузки. Например, это может быть нагрузка от снега, который складывается на крыше или от оборудования, установленного на ферме.
Расчет дополнительных нагрузок проводится на основе веса и расположения этих объектов на ферме. Эта информация также необходима для выбора оптимального сечения элементов и проверки прочности фермы.
Вывод
Правильный расчет нагрузок на ферму односкатной крыши является важным этапом проектирования и строительства. Он позволяет выбрать оптимальное сечение элементов и обеспечить прочность конструкции. Необходимость расчета снеговой и ветровой нагрузок, а также учета собственного веса и дополнительных нагрузок являются основными аспектами, которые следует учесть при проектировании фермы односкатной крыши.
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.
Экономическая эффективность фермы односкатной крыши
Фермы для односкатных крыш являются популярным решением для различных строительных объектов, таких как склады, автосервисы, спортивные сооружения и прочие. Однако, кроме функциональных преимуществ, ферма односкатной крыши также обладает существенной экономической эффективностью.
Преимущества фермы односкатной крыши
- Экономия материалов. Ферма односкатной крыши требует меньшего количества строительных материалов по сравнению с двускатной крышей. Это связано с тем, что одна из сторон крыши является вертикальной стеной здания.
- Более простая конструкция. Ферма односкатной крыши имеет более простую конструкцию по сравнению с двускатной крышей. Это позволяет сократить время и затраты на проектирование и строительство.
- Удобство использования. Односкатная крыша обеспечивает легкий доступ к верхней части здания, что делает ее удобной для обслуживания и ремонта.
Экономический эффект
Ферма односкатной крыши обладает рядом экономических преимуществ:
Снижение затрат на материалы. Благодаря экономии материалов ферма односкатной крыши позволяет снизить затраты на строительство. Это особенно актуально при крупных проектах, где существенное сокращение расходов может оказаться финансово выгодным.
Снижение затрат на проектирование. Простота конструкции фермы односкатной крыши позволяет сократить время и затраты на ее проектирование
Это особенно важно, если строительный проект требуется выполнить в кратчайшие сроки.
Низкая стоимость эксплуатации. Ферма односкатной крыши обычно имеет долгий срок службы и не требует особых затрат на обслуживание и ремонт
Это позволяет снизить операционные расходы на долгие годы эксплуатации здания.
Таким образом, ферма односкатной крыши обладает существенной экономической эффективностью, позволяя снизить затраты на материалы и проектирование, а также обеспечивая низкую стоимость эксплуатации. Это делает ее привлекательным выбором для строительства различных объектов.
