Стропила из досок и стропильная система заводского изготовления. В чем отличие

• угол наклона кровли;
• способ соединения элементов конструкции;
• материал, который будет использован для кровельного покрытия;
• наличие потолочного перекрытия между этажами и чердаком в строении.

Различия между стропильной фермой и подстропильной

Металлические фермы представляют собой конструктивные элементы скатных крыш. Они представляют собой жесткие металлоконструкции, способные передавать нагрузку на колонны, стены и фундамент зданий или сооружений. Эти конструкции играют важную роль в распределении нагрузок от ветра и снега, предотвращая их чрезмерное воздействие на здания.

Металлические фермы состоят из стоек, раскосов, обрешеток и прочих элементов, формирующих каркас крыши. Они применяются в конструкциях зданий с большими пролетами или в случаях, когда отсутствуют дополнительные опоры для передачи кровельных усилий.

При производстве таких металлических ферм используют стальные профили, часто применяя уголки. Для более тяжелых конструкций используют тавры и двутавры, а для гидротехнических сооружений – круглые и профильные трубы.

Прочностные характеристики фермы определяются ее формой, которая, в свою очередь, зависит от угла наклона крыши, длины пролета и расположения чердачного перекрытия. В зависимости от формы поясов, фермы могут быть:

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

Решетки, составляющие каркас, могут быть:

• безраскосными;
• раскосными;
• треугольными.

Описание нашей продукции

Подстропильные фермы являются вспомогательным элементом стропильной металлоконструкции и используются в качестве основания. Они необходимы при недостаточной длине стропильной фермы, то есть когда ее длина меньше расстояния между колоннами.

Подстропильные фермы усиливаются в опорных местах, устанавливаются в продольном направлении и монтируются к закладным деталям. Они опираются на монтажный столик, который воспринимает вертикальные нагрузки.

Данный вид ферм может используется в зданиях, где несущие стены расположены перпендикулярно, а также в одноэтажных промышленных многопролетных сооружениях.

Существует несколько видов таких ферм:

• для скатных крыш;
• для крыш с малым уклоном;
• со стойками, предназначенные для малоуклонных крыш с преднапряженной арматурой;
• для перекрытий полного пролета.

Что такое стропильная ферма?

Стропильная ферма представляет собой пространственную жесткую конструкцию, состоящую из различных элементов (ферм), которые соединены металлозубчатыми пластинами. Каждая ферма несет определенные нагрузки и передает их на вертикальные элементы, такие как колонны, балки или стены здания. Стропильная ферма обеспечивает значительную прочность и жесткость крыши, что позволяет использовать меньше строительных материалов в процессе возведения крыши по сравнению со стропильной системой, состоящей из отдельных досок. Благодаря жесткости конструкции, фермы передают нагрузки исключительно вертикально, без распирания стен. Такие конструкции позволяют реализовать проекты с пролетами до 50 метров. Фермы увеличивают жесткость всего здания, обеспечивая передачу только вертикальных нагрузок на стены, что особенно актуально для каркасного домостроения. Они применяются в строительстве всех типов зданий из различных материалов. Основное отличие между стропильной системой и стропильной фермой заключается в том, что стропильные фермы способны осуществлять архитектурные решения, недоступные стропилам, выполненным из отдельных досок. У стропильных ферм нет недостатков по сравнению со стропилами.

• Единая система кровли и перекрытий. Это позволяет снизить затраты на создание излишне прочного перекрытия традиционного вида.
• Высокая геометрическая точность конструкций. Ровная крыша исключает образование отходов и мусора на строительной площадке, а вес конструкции снижается в два раза.
• Меньшие нагрузки на основание. Жесткость конструкции фермы предотвращает распирание стен, что повышает прочность здания.
• Возможность использования для больших пролетов. За счет своей жесткости конструкция позволяет применять фермы на пролетах до 50 метров.

Сферы применения стропильных ферм

1. Малоэтажное строительство: кровли одноэтажных зданий, мансардные этажи, балки перекрытия на межэтажных перекрытиях.
2. Модульные дома: благодаря использованию жестких узлов на межэтажных перекрытиях, конструкция модулей усиливается.
3. Промышленные здания: конструктивные решения для крыш промышленных зданий и навесов с большими пролетами.
4. Многоквартирные дома: проекты замены крыш при реновации и реконструкции, а также архитектурно сложные формы крыш для многоквартирных зданий.

Виды и материалы для изготовления ферм

В зависимости от назначения, стропильные фермы классифицируются по различным типам.

1. Деревянная стропильная ферма-каркас собирается на строительном участке и затем устанавливается и крепится на готовый дом. Деревянный материал легок, что обеспечивает удобство транспортировки. Сборка каркаса на крыше может быть неудобной и небезопасной, поэтому такая конструкция позволяет экономить время и силы.
2. Ферма-перекрытие используется для перекрытия пространства между лестничными пролетами.

Деревянные каркасы разделяются по типам, и существуют четыре основных вида.

1. С параллельным поясом – это конструкции, которые укрепляют межэтажное пространство.
2. Треугольные – предназначены для строительства крыш, где для перекрытия одного основания используют 2-3 стропильные фермы, соединенные деревянным брусом.
3. Прямоугольные – еще один вид, применяемый для укрепления кровли, но не используется для крыш с большим уклоном.
4. В случае нестандартной формы крыши применяются фермы в виде трапеции или с изогнутым верхним поясом.

Фермы изготавливаются из деревянных стоек или бревен, однако также могут использоваться и другие материалы:

• Стальное основание и деревянный каркас – такая конструкция может выдерживать большие нагрузки по сравнению с полностью деревянной фермой. Давление равномерно распределяется по железному основанию, сокращая воздействие на деревянный каркас.
• Для небольших сооружений, таких как сараи или погреба, для каркаса крыши может использоваться фанерная труба. Этот материал легкий в транспортировке и монтаже, хотя по надежности уступает дереву и металлу, поэтому его применение ограничено не несущими конструкциями.
• Сочетание стеклопластика и дерева не часто применяется, в основном по индивидуальному заказу. Такие конструкции прочные, легкие и могут быть подняты на здание или собраны прямо на стройплощадке.
• Клееный брус и доски – наиболее распространенный материал для создания каркаса крыш, несмотря на то что конструкции получаются массивными, они чаще всего применяются в строительстве.

Производство и сборка ферм

Схема и форма фермы определяются на основании проектных данных здания. При этом, несмотря на то что строительство зданий осуществляется по единой схеме, необходимо учитывать ряд важных аспектов:

• угол наклона кровли;
• метод соединения элементов конструкции;
• материал, который предполагается использовать для покрытия крыши;
• существует ли потолочное перекрытие между этажами и чердаком в здании.

Если кровля будет плоской и покрываться легким строительным материалом, то заказываются и производятся заводские прямоугольные или трапецеидальные фермы.

Массивные треугольные фермы рассчитываются по количеству и устанавливаются на крыши с крутым скатом. Их форма обеспечивает устойчивость к тяжёлым кровельным материалам.

Форма треугольной конструкции обычно используется для жилых помещений, в отличие от других форм, предназначенных для технических и подсобных помещений.

Длина основания крыши определяет направление установки стропил. Чтобы определить подходящую форму, необходимо учитывать, есть ли дополнительные опоры из внутренних стен. При отсутствии таких опор и длине менее шести метров, можно применять простую ферму, которая устанавливается на внешнюю стену.

Если длина пролета превышает шесть метров, необходима центральная опора, которая устанавливается в середине стропила. Также нужно смонтировать подкосы и затяжки, которые будут фиксировать стропильные балки. Это обеспечивает надежное перекрытие на чердаке, по которому можно безопасно перемещаться без риска перегрузки конструкции.

Ригели в стропильных фермах используются для создания прочных стен. Кроме того, они соединяются перекрытием, для чего применяются балки или доски. В случае отсутствия такой конструкции, в местах крепления ригелей может возникнуть изгиб стропильного каркаса.

Стропила опираются на установленное перекрытие, но не на стену. Это обеспечивает равномерное распределение нагрузки, предотвращая перегрузку стены стропильной ногой.

Перекрытие, на которое опирается ферма, называется мауэрлат, этот материал не требуется при установке крыши на дома с деревянными стенами, поскольку они не могут выдерживать такие нагрузки. В случае с кирпичной стеной подстропильная ферма необходима, так как тяжесть равномерно распределяется на несущую конструкцию.

Если требуется более прочный материал, применяются металлические фермы, которые способны выдерживать нагрузки кровельного покрытия.

Стропильные конструкции состоят из узловых элементов, которые являются слабыми местами ферм. При сборке важно, чтобы в узлах не оставалось промежутков, иначе строительный материал не будет достаточно жестким и прочным. К узловым местам относятся:

Крепление ферм к внутренним стенам

Фермы, опирающиеся на внутренние несущие стены, могут быть прикреплены к стене с каждой стороны с использованием 90-миллиметровых гвоздей, которые забиваются под углом. Важно проверить правильный шаг ферм в соответствии с проектной документацией. В случае необходимости может потребоваться установка ряда блоков в этом месте. Таким образом, все фермы следует фиксировать ко всем пересекающим стенам аналогичным образом.

Фермы, предназначенные для крепления только на наружных стенах — без внутренней поддержки — требуют другого подхода. Они обычно имеют изгиб, который восстанавливается под предполагаемыми нагрузками, такими как черепица или снег. Такие фермы оставляются свободными от внутренних стен, чтобы они могли двигаться вверх и вниз. Крепление осуществляется с помощью уголков для стропил, которые представляют собой небольшие уголки с прорезями, позволяющими ферме смещаться при изменении нагрузки (см. нижнюю иллюстрацию на стр. 181). Также может потребоваться дополнительный каркасный «якорь», такой как металлическая пластина, для прикрепления ферм к внешним стенам в условиях сильных ветров или ураганов.

Опора для гипсокартона

Опора для гипсокартона для ферм, параллельных внутренним стенам, выполняется аналогично обычным потолочным балкам. Опора для полнопролетных ферм должна быть прикреплена к нижним хордам, а не к верхним обвязкам, чтобы опора могла двигаться вместе с хордой при нагрузках крыши. Это обеспечит поддержку на том же уровне, что и нижние хорды.

Большинство плотников прибивают короткие доски размером 5х10 см поверх нижних хорд, находящихся с обеих сторон параллельно стене. Эти доски фиксируются с каждого конца стены и каждые 180-200 см друг от друга. Затем длинная доска того же сечения, что и хорда, прикрепляется к коротким доскам параллельно стене. Каждая длинная доска служит опорой для гипсокартона (см. рисунок слева).

Альтернативный метод использует опору в форме «лестницы», где блоки прибиваются горизонтально между хордами, вровень с нижним ребром, с каждого конца и каждые 60 см по всей длине внутренней стены (нижний рисунок справа). Эта опора располагается поперек стены. Блоки могут быть закреплены к стене с помощью уголков для крепления ферм.

Когда внутренние связи и опоры установлены на своих местах, наружная часть крыши может быть закончена так же, как и стандартная двускатная крыша.

Пока добавляется новая глава: «Обшивка крыши», вы можете перейти к следующему разделу книги: Строительство лестниц.

РАЗДЕЛЫ КНИГИ ЛАРРИ ХОНА «ОЧЕНЬ ЭФФЕКТИВНЫЙ ПЛОТНИК»

• Биография Ларри Хона
• Начало строительства каркасного дома
• Расчет пиломатериалов для каркасного дома
• Как построить фундамент для каркасного дома
• Как построить перекрытие каркасного дома
• Как построить каркасные стены
• Как построить каркас крыши
• Строительство лестниц

Статические схемы и очертания ферм: особенности выбора

Выбор оптимальной схемы металлической стропильной конструкции осуществляется на этапе проектирования на основании следующих факторов:

• Назначение объекта строительства.
• Архитектурно-конструктивные решения.
• Расчетные нагрузки.
• Сравнение возможных вариантов с технико-экономическим обоснованием в пользу определенной статической схемы и очертания.

Для зданий, мостовых сооружений и транспортных галерей целесообразно выбирать балочные разрезные фермы. Их основные преимущества заключаются в простоте изготовления и монтажа на объекте без необходимости устройства сложных опорных узлов. Однако, недостатком является большое количество металла, необходимого для производства таких конструкций. При ширине пролета от 40 метров, такие сооружения собираются из отдельных элементов в ходе монтажных работ.

Для зданий с большими пролетами рекомендуются рамные стальные фермы. В этом случае достигается экономия металла, который нужен для изготовления конструкций. Еще одним плюсом является уменьшение габаритных размеров фермы, но сложность монтажных работ при этом остается значительным недостатком.

При наличии сложной архитектуры объекта используются арочные фермы. Такие фермы экономически выгодны в плане расхода стали при изготовлении, однако их недостаток связан с увеличением объема помещений при установке арочной системы.

Консольные фермы обычно применяются при строительстве навесов, опор для линий электропередач и подобных объектов.

Если необходимо перекрытие нескольких пролетов, подойдут неразрезные фермы. Благодаря высокой жесткости, это решение позволяет уменьшить высоту металлоконструкций. Расход стали при этом меньше, чем у разрезных ферм. Однако важным недостатком является возникновение усилий при осадке опор и сложность монтажа.

Очертание металлических стропильных ферм выбирается исходя из схемы и типа нагрузок, используемых кровельных материалов, уклона кровли, характера узлов соединения с колоннами и многих других факторов. В целом, форма поясов конструкций влияет на экономичность ферм, и теоретически наиболее экономичной в плане металлоемкости будет ферма, очерченная по графику моментов. Однако нужно учитывать, что криволинейное очертание пояса значительно усложняет производство, что впоследствии увеличивает стоимость металлоконструкций.

Согласно конструктивным особенностям зданий и сооружений, распространены следующие очертания:

• Сегментное с параболическим поясом — для однопролетных балочных систем, где нагрузка распределяется равномерно.
• Полигональное очертание — для тяжелых ферм с большими пролетами.
• Трапециевидное очертание — если нужно упростить узлы и повысить жесткость объекта строительства.
• Параллельные пояса — для больших по площади производственных зданий.
• Треугольное очертание — для консольных ферм, балочных систем подстропильных ферм в целях обеспечения необходимого уклона кровли.

Выбор высоты фермы

Основные размеры выбираются с учетом эксплуатационных требований и конструктивных особенностей объекта.

Для треугольных ферм высота влияет сразу на два ключевых параметра: пролет и уклон, каждый из которых зависит от выбранного кровельного материала. В случае ферм трапециевидной формы или с параллельными поясами, высота определяется таким образом, чтобы обеспечить максимальную легкость конструкции. Общая масса конструкции складывается из массы поясов и решетки. Чем выше ферма, тем меньше будет масса поясов, но больше масса решетки. Поэтому на этапе выбора высоты уделяется внимание поиску оптимального усредненного значения, которое теоретически должно составлять 1/4-1/5 от пролета. На практике, однако, такая высота приводит к значительным сложностям с транспортировкой конструкций и увеличивает объем помещений, что, в свою очередь, влечет за собой повышение затрат на отопление и строительство стен этих помещений. Поэтому в реальной практике высота конструкции чаще выбирается в диапазоне 1/7-1/12 от пролета.

Также стоит обратить внимание на расчет высоты с учетом жесткости конструкции. Минимальное значение высоты определяется исходя из допустимого прогиба металлоконструкций. Для металлических стропильных ферм жесткость, закладываемая на этапе проектирования, значительно превышает требования, которые в итоге предъявляются к этим конструкциям в реальной эксплуатации. Что касается стропильных ферм, предназначенных для конструкций и сооружений, работающих под влиянием подвижных нагрузок (например, мостовые краны или подкрановые эстакады), то теоретические требования к жесткости здесь намного выше, чем в практическом применении, что может потребовать высоты, которая не всегда является экономически оправданной.

Выбор наиболее оптимальной схемы, очертания поясов и системы решетки представляет собой достаточно сложный процесс, в ходе которого учитываются нагрузки, эксплуатационные требования, архитектурные решения и экономические аспекты. Иногда большой расход металла оправдывается простотой монтажа фермы, а в других случаях при малой металлоемкости конструкции существенно увеличивается объем помещений, что приводит к дополнительным затратам на отопление и строительные материалы для стен, необходимых в пределах высоты фермы. Таким образом, на практике необходимо находить оптимальный вариант, жертвуя некоторыми факторами, такими как простота производства, монтажа, транспортировки, стоимость конструкции и высота.