Деревянные стропила для крыши: особенности устройства надежной конструкции из дерева

Правильные узлы — надёжная стыковка

Узел деревянной фермы — это место стыковки дух и более элементов. Является слабым местом сооружения. Если сборка выполнена некачественно, с зазорами, то ферма не получит требуемую высокую жёсткость.

Варианты исполнения узлов:

1. Соединения ног с мауэрлатом.
2. Дополнительные связи для усиления жёсткости.
3. Соединения стропил для увеличения их длинны.

Существуют разные способы монтажа деталей, которые позволяют получить жёсткое или скользящее соединения. В первом случае нужно внимательно подходить к работе, поскольку из-за переменчивых погодных условий древесина может сжиматься и расширяться. В результате может появиться деформация.

Жёсткие соединения

Детали при этом способе соединяются намертво. По этой причине древесина должна быть высокого качества и обработана специальными составами для отталкивания влаги. При некачественном материале возможен разрыв соединения из-за деформации.

Классификация:

1. Врубка в стропильную ногу. Её глубина не должна быть больше трети высоты доски. Стропила при этом должны упираться в мауэрлат. Фиксировать их нужно под углом, гвоздями или саморезами.
2. Нашивка подпорных брусков на стропила. Закрепляются бруски при помощи металлических уголков.

Вся нагрузка ложится на несущие стены. Поэтому они должны быть усиленными, а материал крыши лёгким.

Скользящий вариант

Соединение скользящего типа используют только для наслонных стропил. Висящие стропила упираются на коньковый прогон, в результате несущие стены не принимают нагрузку. Для установки крыши такой вариант установки неприемлем.

Крепление ферм к внутренним стенам

Фермы, покоящиеся на внутренних несущих стенах могут быть прибиты к стене с каждой стороны гвоздями 90мм наискось. Проверьте правильный размер шага ферм. По чертежу может понадобиться ряд блоков в этом месте. Прибейте все фермы ко всем пересекающим стенам таким же образом.

Уголок для крепления стропильных ферм к внутренним стенам

Фермы, сконструированные для крепления только на наружных стенах — без внутренней поддержки — должны крепиться по другому, так как они обычно имеют изгиб, который будет выпрямляться под предполагаемой нагрузкой, такой как черепица или снег. Эти фермы должны быть оставлены как-бы совбодными от внутренних стен так, чтобы они могли двигаться вверх и вниз. Они крепятся к пересекающим стенам уголком для стропил, который представляет собой маленький уголок с прорезями, которые позволяют ферме сдвигаться при изменении нагрузки (см нижний рисунок на стр. 181). Может также потребоваться другой каркасный » якорь» , такой как металлическая пластина для закрепления ферм к внешним стенам против урагана.

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».

Какие материалы используются для изготовления стропил?

Стропильные фермы могут быть деревянными, собранными при помощи болтовых соединений или металлическими сварными, монолитными железобетонными. При выборе стройматериала для конструирования стропил следует учитывать предназначение постройки, а также и нагрузки, которые будут воздействовать на кровлю.

На крышу также оказывает нагрузку различное оборудование, например, вентиляционные камеры, водяные баки, солнечные батареи. Стропильная ферма для крыши из дерева является наиболее распространенным вариантом. Если дом построен из бревен или брусьев, то мауэрлатом в таком случае может быть верхний венец.

Если же стены здания построены из пенобетонных блоков или кирпича, то деревянные стропильные фермы нужно опирать на брус, установленный вровень с внутренней поверхностью стенки.

Снаружи его нужно оградить дополнительными рядами кладки из кирпича. Под брус следует подложить гидроизоляционный материал. Это может быть рубероид, сложенный вдвое.

Стропильная система из дерева достаточно проста в изготовлении, ее без труда можно подогнать на месте монтажа. При надобности их несложно нарастить, укоротить или подтесать. Следует отметить, что деревянные стропила нужно обработать антипиренами и антисептическими препаратами. Это увеличивает срок службы всей кровельной конструкции.

Второй способ изготовления подразумевает соединение элементов методом «шип-паз». Также применяются гвозди, скобы, хомуты и болты. При высыхании древесины эти крепления слабеют, по этой причине нужно иногда проверять состояние стропильной конструкции и ее укрепление.

Третий способ заключается соединении деревянных частей при помощи стальных фасонных деталей и саморезов. Используя угловые соединительные элементы можно в сжатые сроки и без особых затруднений собрать любую конструкцию.

Стропильные балки из железобетона вообще не нужно обрабатывать. Следует отметить, что установить кровлю на подобных материалах намного сложнее, чем на стропилах из дерева.

Поэтому стальные и железобетонные стропильные фермы обычно применяют при возведении крупных зданий: железобетонных или больших кирпичных домов. К преимуществам такой кровли можно отнести долговечность и высокую прочность.

Довольно трудно «подогнать» по месту. Для этого необходим металлорежущий инструмент и сварка. Стальные конструкции можно изготовить двумя способами. Первый способ — заводской. Специальные компании производят конструкции из оцинкованного тонкостенного проката, обладающего С и Z-образным сечением.

Такие профили в сравнении с черным прокатом значительно более легкие. Это позволяет выполнить установку с использованием маломощной грузоподъемной техники или даже ручным способом.

Части этих стропильных ферм соединяют саморезами, поскольку сварка может вызвать к повреждение защитного цинкового слоя. Собирать их можно в заводских условиях. Собранную конструкцию необходимо перевезти на место и выполнить монтаж с помощью специальных механизмов или грузоподъемной техники.

С помощью сварки можно выполнять конструкции из простого черного проката. В дальнейшем необходимо обработать его ортофосфорной кислотой, а затем покрыть атмосферостойкой эмалью. При изготовлении металлических стропильных систем используются уголки, двутавровые балки и швеллеры.

Стропильные фермы деревянные, через жесткие конструкции которых нагрузка передается на несущие стены строения, пришли к нам из Европы. Расчет и конструирование под каждое здание производится индивидуально. Это не только упрощает устройство крыши и значительно ускоряет процесс, но обеспечивает также отличное качество и прочность.

Решетчатые деревянные фермы сегодня нередко изготавливаются в заводских условиях на деревообрабатывающих предприятиях. Материалом для них служит древесина, соответствующим образом высушенная и заранее обработанная специальными средствами.

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.

Советы по выбору материала для стропильной фермы

Самым главным моментом выбора стропильной конструкции является подбор строительного материала, который может обеспечить требуемую степень прочности, жесткости, надежности. Значение имеет и ценовая категория, к которой относится материал.

Деревянные фермы

Стропильные фермы на основе дерева являются наиболее популярным вариантом, который соответствует большинству предъявляемых к конструкции требований.

Их применяют в следующих случаях:

• при устройстве кровель мансардного типа;
• при возведении коммерческих, сельскохозяйственных, спортивных, промышленных объектов;
• во время восстановления плоских кровель сооружений разного назначения;

Основными достоинствами деревянных стропильных ферм по отношению к другим разновидностям таких конструкций являются:

• простота процесса производства и его автоматизированность;
• короткие сроки выполнения работ по проектированию;
• легкость осуществления монтажа (благодаря наличию готовых элементов конструкции);
• широкая перспектива реализации самых необычных дизайнерских решений в плане формы, конфигурации и т.д.;
• сравнительно небольшой вес;
• возможность применения в случае пролетов больших размеров (наибольшая длина может составлять 18 м);
• возможность утепления и простота его осуществления;
• отличные эксплуатационные качества и технологические характеристики;
• принадлежность к первой категории пожаробезопасности (материал проходит соответствующую обработку в заводских условиях);
• соответствие требованиям экологической безопасности.

Специфика металлических стропильных ферм

Для обеспечения повышенной жесткости применяют стропильные системы на основе металла. Этот вариант максимально подходит при устройстве стропильных ферм значительной длины (более 10 м). В таких случаях из стали изготавливаются не только стропила, но также брус мауэрлата и коньковые опоры. Укладка производится не с помощью деревянной соединительной детали, а посредством швеллера. Для крепления стропильных ног используются приваренные уголки.

Основными преимуществами стальных стропильных ферм являются:

• повышенный уровень прочности;
• стойкость;
• неподверженность разрушению и гниению;
• значительный срок службы;
• удобство применения при необходимости перекрытия сооружений большой площади и высоты.

Следует указать также недостатки металлических ферм:

• значительный вес создаваемой конструкции;
• применение специальной техники для подъема конструкции на требуемую высоту;
• неустойчивость материала и высокая вероятность его деформации в условиях высокого температурного фона;
• дороговизна.

Стальные стропильные фермы бывают трех типов:

• спараллельными поясами;
• треугольные;
• полигональные.

При планировании мягкой кровли оптимально подходят фермы с параллельными поясами или полигональные. В случае применения листовых материалов лучше выбрать треугольные конструкции.

Промышленность выпускает стропильные фермы унифицированных размеров, которые рассчитаны на пролеты, длина которых составляет 18, 24, 30 и 36 метров.

Для изготовления поясов и решеток ферм в большинстве случаев применяются уголки, а скрепление отдельных элементов осуществляется посредством сварки. Наиболее рациональной считаются конструкции, для изготовления поясов которых были использованы тавровые широкополочные балки. Процесс изготовления подобных конструкций довольно простой, к тому же на них уходит меньше материала, но надежность и прочность конструкции от этого не страдают.

Во время строительства частных домов во многих случаях используются стальные стропильные фермы, материалом для которых служит профильная труба. По сравнению с фермами на основе уголков, швеллеров или тавра подобные конструкции обладают меньшим весом.

Такие конструкции могут собираться прямо на строительной площадке. При этом используется сварочный аппарат.

Фермы изготавливаются на основе гнутых или горячекатаных профильных труб. При этом используется сталь толщиной от полутора до пяти миллиметров. Сечение профиля трубы может быть квадратным или прямоугольным.

В настоящее время в строительстве нередко применяют также железобетонные стропильные фермы. Они представляют собой очень прочные решетчатые конструкции для перекрытия значительных по длине пролетов.

Подобные фермы целесообразно монтировать на кровлях одноэтажных строений, покрытие которых испытывает очень большие нагрузки.

Как сделать фермы самостоятельно?

Инструменты для установки стропильных ферм.

Раньше фермы подобного типа сооружались на стройплощадках, однако сегодня подобные конструкции изготавливаются в заводских условиях.

Изготовление ферм выполняется на специальном оборудовании.

Если выполняются конструкции из дерева, то они должны пройти обработку защитными средствами, которые способны предотвратить гниение.

Благодаря применению новейших технологий можно соорудить изделия подобного типа для крыш различных форм.

Можно изготовить как фермы полностью, так и их отдельные детали, которые в дальнейшем будут собраны в единую конструкцию на стройплощадке.

Постройки из стали и железобетона

В приватном строительстве достаточно часто применяются и постройки из стали. Типы ферм могут быть следующими:

• треугольные;
• полигональные;
• с несколькими поясами.

Если в планах сооружение мягкой крыши, то можно использовать фермы двух последних типов. Для листовых материалов подходят изделия треугольной формы. В индустриальных условиях изготавливаются конструкции из стали стандартных размеров, которые подходят для пролетов, длина которых составляет 18, 24 и 36 м.

Пояса ферм и решетки изготавливаются из металлических уголков. Рациональной является постройка, пояса которой сооружаются из широкополочных балок. Подобные конструкции легко изготавливать. Чтобы соорудить такие элементы, понадобится лишь небольшое количество материалов. Однако изделия являются прочными и надежными.

Схема устройства фермы из профильной трубы.

Подстропильная ферма из стали отличается от стропильной наличием дополнительного пояса. Они имеют стандартные размеры. В процессе возведения частных домов в большинстве случаев используются стальные изделия, которые сооружаются из профильных трубок прямоугольного сечения. Подобные конструкции имеют меньший вес, чем изделия, которые сооружаются из металлического уголка.

Подобную конструкцию можно соорудить на стройплощадке с помощью сварочного устройства.

Чтобы сделать фермы, рекомендуется использовать гнутые трубки. Сталь должна иметь толщину приблизительно 2-4 мм.

В современных строительных работах используются и железобетонные фермы. Подобные фермы лучше всего монтировать на крыши построек небольшой высоты, которые испытывают существенные нагрузки на покрытия. Фермы из данного материала можно разделить на:

1. Раскосные и безраскосные изделия.
2. Конструкции для кровель с небольшим уклоном.
3. Треугольные конструкции.

При возведении жилых построек изделия из железобетона используются редко. К недостаткам таких ферм можно отнести немалый вес и сложность установки.

Особенности монтажа

Установку на крышу здания нужно выполнять с учётом некоторых особенностей. Если сборка будет проводиться на земле, то расчёт деревянной фермы нужно провести до начала процесса сборки — на стадии проектирования.

Технологические решения монтажа:

• Мауэрлат — располагается сверху несущих стен. На него должны опираться «ноги» стропильной фермы.
• При расстоянии пролёта между стенами менее 6 метров можно не устанавливать дополнительные промежуточные подпорки.
• Для деревянных ферм пролётом 12 метров требуется устанавливать промежуточную подпорку. При большей длине пролётов подпорок должно быть 2.
• Начинают монтаж с установки промежуточных подпорок. Затем монтируют лежни и подкладные доски.
• Стойки выверяют отвесом перед тем, как закрепить. Фиксировать их нужно специальными раскреплениями.
• Монтаж подпорок и обрешётки — это завершающий этап.

Конечные эксплуатационные характеристики зависят от типа деревянной стропильной фермы и качества монтажных работ.

Разметка стропил — это тот элемент, на который требуется обратить повышенное внимание при самостоятельном изготовлении. Все работы нужно проводить на земле, чтобы было удобно работать

Элементы опирают на специальные козлы, которые позволяют удобно размещать конструкцию. Перед закреплением готовой фермы на крыше следует использовать временное крепление для проверки точности изготовления.

Конструкция простых треугольных ферм

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.

Определение скатной крыши

Крышей здания принято называть верхнюю конструкцию возведенного строения, которая выполняет следующие функции:

защиту здания от неблагоприятных погодных условий;

теплоизоляцию верхней части здания;

восприятие нагрузок от выпавших осадков и ветрового воздействия.

Крыши могут быть плоскими или наклонными. В условиях российского климата, которому присущи частые дожди и обильные снегопады, крыши жилых зданий в частном домостроении принято делать наклонными, чтобы воспрепятствовать накоплению воды на крыше и возможному ее протеканию. Наклонные плоскости, формообразующие конструкцию крыши, называют скатами. Соответственно, такие крыши называют скатными.

Металлические фермы промышленных и гражданских зданий

Металлическая ферма – это стержневая строительная конструкция, которая передает нагрузки от кровли или перекрытия на колонны или стены зданий и сооружений. Ферма состоит из верхнего и нижнего пояса, раскосов и стоек. Раскосы и стойки называют решеткой фермы. Опорный раскос называют шпренгелем.

Более подробно о фермах можно прочитать на странице:

Проектирование любой фермы начинается с компоновка конструктивной схемы фермы. Подробную информацию о компоновке ферм можно почитать на странице:

После выбора общей компоновки, назначают предварительные генеральные размеры ферм. Подробно об этом написано на странице:

После того как назначены генеральные размеры фермы, следует назначить сечения ферм. Рекомендации читаем на странице:

Помимо компоновки фермы, необходимо обеспечить ее устойчивость из плоскости ферм. Как ее обеспечить, читаем на странице:

На основе расчетной схемы выполняются все расчеты. Расчетную схему с указанием геометрических размеров и усилий показывают на чертеже. Зачем это нужно? Наверное, так эксперту удобнее проверять, но у него и так есть на руках все расчеты. Вероятно это дань советским традициям, когда использовались типовые серии. Брали расчетную схему из типовой серии, делали ссылку, а самих расчетов не требовалось. Возможно, это нужно проектировщику, который будет разрабатывать КМД.

Смотреть: пример оформления расчетной схемы фермы на чертеже.

Мы подробно рассмотрим следующий вид ферм:

Самый выгодный угол наклона раскосов к поясу составляет 45 — 50° (в раскосной решетке 35 — 50°).

Опорный раскос может быть восходящим или нисходящим. Нисходящие раскосы более предпочтительны, т.к. работают на растяжение.

Генеральными размерами фермы — это пролет фермы (т.е. длина фермы) и ее высота. Оптимальное отношение высоты фермы к ее пролету h/l ≈ 1/8, т.к. при этом отношении металлоемкость фермы будет минимальная.

Фермы эффективны при пролете от 6-8 метров. Использовать фермы меньше пролетом меньше 6 метров не целесообразно, т.к. проще использовать балки.

При назначении высоты фермы, следует учитывать условия транспортировки ферм:

— транспортировка ферм по железной дороге требует габарит конструкции по вертикали — не более 3,8 м по горизонтали — 3,2 м;

Пролеты ферм принимаются кратные 3 м (до 18 м.), а для больших пролетов — кратными 6 м (18, 24, 30, 36 м. и т.д.). Отступления от этих размеров допускаются при специальном обосновании.

Типы ферм.

Фермы в зависимости от очертания можно разделить на следующие типы:

— фермы с параллельными поясами;

— фермы с полигональными поясами;

— треугольные фермы. Применяют при крутых крышах.

Выбор типа фермы зависит от архитектуры здания, материала кровли, системы водоотвода и т.д.

Тип решётки

Геометрическая неизменяемость фермы достигается устройством решетки (Система поясов и раскосов).

— треугольная решетка;

— раскосная;

— ромбическая решетка;

— полураскосная.

При проектировании ферм, могут быть полезными следующие типовые серии:

№ п/п	Номер	Наименование	Примечания
1	Серия 1.460.2-10/88	Стальные конструкции покрытий одноэтажных производственных зданий с фермами из парных уголков.	Смотреть
2	Серия 1.460.2-11	Стальные конструкции покрытий одноэтажных производственных зданий с применением ферм с поясами из широкополочных двутавров.	Смотреть
3	Серия 1.460.3-14	Стальные конструкции покрытий производственных зданий пролетами 18, 24 и 30 м с применением замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения типа «Молодечно». Чертежи КМ.	Смотреть
4	Серия 1.466-2	Пространственные решетчатые конструкции из труб типа «Кисловодск». Рабочие чертежи.	Смотреть
5	Серия 1.263.2-4	Унифицированные конструкции стальных ферм для покрытий зальных помещений общественных зданий.	Смотреть

Расчет треугольной фермы и его особенности ↑

При расчете учитываются требования СНиП  по «Стальным конструкциям» и «Нагрузкам и воздействиям». Грамотно рассчитать стропильные системы из металла можно только при наличии специальных знаний. При этом учитываются многочисленные факторы, поэтому проектировщики, как правило, обращаются при расчетах к помощи специальных программ.

Что же лежит в основе расчетов треугольной фермы: пример

Фермы находятся под постоянным воздействием таких нагрузок, как вес кровли, фонарей, подвесных водосточных систем, вентиляторов, собственный вес несущей конструкции и других. К временным нагрузкам относят давление ветра, снега, вес людей, находящихся на крыше, подвесного транспорта.

На заметку
Ветровую нагрузку учитывают при уклоне фермы, начиная с 30⁰.

Принимаются во внимание также особые или периодические нагрузки, типа сейсмических, урагана и т. д

Пример расчета в программе SCAD

https://youtube.com/watch?v=N9i2e9M9k0A%3F