Что такое ферма для односкатных крыш и как ее правильно сконструировать?

Односкатная крыша становится популярным трендом в строительстве частных домов. Прямые линии и простота конструкции отлично вписывается в такие стилевые направления как скандинавский или хай-тек.
Справиться с возведением сможет и новичок, главное, правильно рассчитать и собрать ферму для односкатной крыши. От надежности ее соединений зависит прочность, срок службы кровли, безопасность жильцов.

Нужно ответственно подойти к выбору формы, материала для фермы, учесть действующие требования нормативно-технической документации.

Что это такое?

Стропильной фермой называют соединенные между собой элементы, которые выступают опорой для одного или нескольких скатов кровли.
Назначение конструкции – равномерное распределение нагрузки, которой подвержена крыша, стены постройки.

Чтобы получить такую жесткую конструкцию используют пиломатериал или металл. Причем элементы из древесины чаще применяются в малоэтажном строительстве жилых домов, дач, хозпостроек для домашних животных. Ферма из металла практикуется при сборке складских ангаров, навесов, беседок, гаражей, теплиц.

Применение металлических ферм

1. Стандартные фермы. Имеют оптимальные размеры, подходят для зальных помещений общественных зданий, уклон кровли которых должен быть не меньше 3%.
2. Нестандартные, предназначенные для промышленных и общественных зданий, для которых характерна сложная конструкция, сварные схемы, пролеты большой величины.
3. C повышенным запасом прочности. Область их применения: жилые дома, кровельные площадки для павильонов, спортивных сооружений, торговые комплексы и бизнес-центры с большой площадью, лестницы, ограждения, колонны.

Мы принимаем заявки на простые и сложные конструкции. Можно заказать металлический навес и сооружение для наружной рекламы, арочную систему и кровлю с большим перепадом высот (до 60 градусов). Вся продукция соответствует требованиям СНИП, действует гарантия.

Каждая ферма производится с применением качественных материалов. Сначала специалист компании составляет проект, в котором учитываются форма, габариты, максимальная нагрузка и другие параметры сооружения. Затем в цех доставляется материал (профиль, двутавр), выполняется гибка, резка металла. Далее осуществляется сборка изделий, после чего все части конструкции проверяет специалист ОТК. Далее все передается на сварку, где с помощью профессионального оборудования правильно соединяются все элементы.

Подробнее

Ключевые требования к устройству

Прежде чем приступить к возведению фермы для односкатной крыши важно ознакомиться и учесть в расчетах данные из нормативной документации СНиП 2.01.07-85, СНиП II-23-81. Правильно выбрать форму, размеры конструкции.

Нужно точно определить:

• оптимальный угол наклона ската;
• виды, степень нагрузки на крышу;
• материал, способ соединения элементов конструкции;
• тип кровельного материала;
• необходимо или нет потолочное перекрытие.

Важными факторами станут климатические особенности региона, место расположения постройки.

При наличии затруднений в поиске исходных данных по конкретному региону, правильности проведенных расчетов стоит воспользоваться одним из вариантов строительных онлайн калькуляторов. Этот электронный помощник пригодится новичкам и опытным строителям.

Проектирование

Выполнение работы невозможно без проектной документации и профессиональных конструкторов. Прежде чем создать проект, необходимо определиться с размерами пролета, типом грунтового покрытия, какой будет использоваться кровельный материал. А также на начальном этапе следует определиться с формой крыши и наклона ската. Следует учитывать снеговые и ветровые нагрузки, климатические условия.

На основании этих данных осуществляется выбор типа фермичной конструкции и применяемого типа решетки. После того как все это выполнено, следует рассчитать объем строительных материалов. Лучше покупать с небольшим запасом.

Конструктивные особенности

Любая ферма для крыши состоит из ряда элементов, соединенных между собой. Среди основных:

1. Верхний пояс.
2. Нижний пояс.
3. Решетки. Размещаются между верхним и нижним поясом. Служат усилением конструкции.
4. Стойки. Они же ребра жесткости, которые фиксируются под прямым углом к верхнему и нижнему поясу.
5. Раскосы. Также добавляют ферме жесткости. Монтируются к поверхности под углом. Один из видов раскосов – шпренгеля.
6. Узел. Так принято называть точку, где сходятся несколько ребер.
7. Панель – расстояние между расположенными рядом узлами.
8. Пролет. Часть фермы между опорами (стойками).

Успешный опыт строительства показывает, что чем больше решеток стоит на каждом пролете фермы, тем прочнее выйдет крыша.

Если сборка деревянной фермы производится сразу сверху здания, то металлическую ферму лучше изготовить и собрать согласно разработанному чертежу на земле, а потом вместе с помощниками поднять наверх.

Монтажные работы

Процесс строительства с применением стальных элементов подразумевает четкое выполнение пошаговых действий. Изначально проводятся земельные работы по возведению фундаментальной основы и стен. После этого на стройплощадку доставляют фермы. Процесс сборки, сварки, зачистки и покраски изделий осуществляется на земле. Далее готовые конструкции поднимают на место установки, используя для этого подъемный кран. Дальнейшие работы осуществляются согласно составленному проекту.

Виды

В зависимости от формы, сложности конструкции в частном строительстве применяются такие виды ферм:

1. Треугольные. Простая форма позволяет собрать ферму быстро, нет необходимости в сложных расчетах. Применяются при возведении крыш под большим углом, навесов. Обеспечивают хорошее естественное освещение подкровельного пространства. Толщина металла, дерева для обустройства подбирается с учетом веса кровельного материала. При сварке металлических деталей придется потрудиться, чтобы получить острые углы на опорах.
2. Полигональные. Изготавливаются из профильных труб. Применение – крыша складских помещений, ангаров. Пролеты получаются больших размеров. Сварка деталей требует серьезных навыков. Плюс – экономный расход металла.
3. С параллельными поясами. Отличный вариант прочной фермы. Удобно собирать из металла. Все элементы повторяются. Количество стыков минимально. Такую конструкцию получиться сварить и своими силами.
4. Трапециевидная с опорой на стойки. Будет оптимальным решением, когда необходимо надежно зафиксировать постройку. Имеет по бокам раскосы.

Форма фермы напрямую взаимосвязана с видом кровельного покрытия. Для плоской односкатной крыши, покрытой рубероидом или ондулином, лучше всего выбрать трапециевидную или прямоугольную ферму. Под кровлю с крутым скатом, где будет настилаться металлочерепица, профнастил лучше выбрать треугольную ферму.

Выделяют 3 варианта возведения фермы, с учетом наклона крыши:

• 6-15 градусов;
• 15-20 градусов;
• 22-35 градусов.

С наклоном до 15 градусов односкатную крышу лучше делать с фермой трапециевидной формы. При этом чем меньше будет вес кровли, тем выше должна быть ферма. При большем показателе наклона применяются более сложные конструкции стропильных систем.

Способ проекций

На рис. 2 симметричная шарнирно-опёртая раскосная ферма пролётом L = 30 м, состоящая из шести панелей 5 на 5 метров. К верхнему поясу приложены единичные нагрузки P = 10 кН. Определим продольные усилия в стержнях фермы. Собственным весом элементов пренебрегаем.Опорные реакции определяются путём приведения фермы к балке на двух шарнирных опорах. Величина реакций составит R (A) = R (B) = ∑P/2 = 25 кН. Строим балочную эпюру моментов, а на её основе — балочную эпюру поперечных усилий (она понадобится для проверки). За положительное направление принимаем то, что будет закручивать среднюю линию балки по часовой стрелке.

Метод вырезания узла

Метод вырезания узла заключается в отсечении отдельно взятого узла конструкции с обязательной заменой разрезаемых стержней внутренними усилиями с последующим составлением уравнений равновесия. Суммы проекций сил на оси координат должны равняться нулю. Прикладываемые усилия изначально предполагаются растягивающими, то есть направленными от узла. Истинное направление внутренних усилий определится в ходе расчёта и обозначится его знаком.Рационально начинать с узла, в котором сходится не более двух стержней. Составим уравнения равновесия для опоры, А (рис. 4).∑ F (y) = 0: R (A) + N (A-1) = 0Очевидно, что N (A-1) = -25кН. Знак «минус» означает сжатие, усилие направлено в узел (мы отразим это на финальной эпюре).Условие равновесия для узла 1:∑ F (y) = 0: -N (A-1) — N (1−8)∙cos45° = 0∑ F (x) = 0: N (1−2) + N (1−8)∙sin45° = 0Из первого выражения получаем N (1−8) = -N (A-1)/cos45° = 25кН/0,707 = 35,4 кН. Значение положительное, раскос испытывает растяжение. N (1−2) = -25 кН, верхний пояс сжимается. По этому принципу можно рассчитать всю конструкцию

Метод сечений

Ферму мысленно разделяют сечением, проходящим как минимум по трём стержням, два из которых параллельны друг другу. Затем рассматривают равновесие одной из частей конструкции. Сечение подбирают таким образом, чтобы сумма проекций сил содержала одну неизвестную величину.Проведём сечение I-I (рис. 5) и отбросим правую часть. Заменим стержни растягивающими усилиями. Просуммируем силы по осям:∑ F(y) = 0: R(A) — P + N(9−3)N(9−3) = P — R(A) = 10 кН — 25 кН = -15 кНСтойка 9−3 сжимается.Способ проекций удобно применять в расчётах ферм с параллельными поясами, загруженными вертикальной нагрузкой. В этом случае не придётся вычислять углы наклона усилий к ортогональным осям координат. Последовательно вырезая узлы и проводя сечения, мы получим значения усилий во всех частях конструкции. Недостатком способа проекций является то, что ошибочный результат на ранних этапах расчёта повлечёт за собой ошибки во всех дальнейших вычислениях.

Выбор материалов

По стандарту применяется древесина твердых пород либо металл в виде профильных труб разного сечения. Довольно популярны комбинированные типы стропильных систем. Разберем особенности, плюсы и минусы каждого из материалов подробнее.

Дерево

Популярное сырье в малоэтажном строительстве. Наиболее востребованы обрезные доски, брус хвойных пород. Причины тому – низкая цена, простота обработки, подгонки.

Допустимо применять 2 типа древесины:

1. Клееный брус. Получается путем склеивания нескольких досок между собой в заводских условиях. Стоит дорого. Но даже со временем не трескается, не дает усадки. Показатель влажности колеблется от 8% до 12 %.
2. Доски, брус естественной влажности. Стоит дешево. Но зачастую, высыхая, начинает деформироваться, давать усадку или трескаться.

К преимуществам возведения стропильной системы из дерева стоит отнести:

• доступность сырья;
• низкая цена;
• экологическая безопасность;
• удобство, легкость обработки (резка, сверление, подгонка размеров);
• самобытный внешний вид (отлично впишется в стиль кантри, фахверк, шале);
• возможность сборки своими силами.

Есть у такой конструкции и недостатки:

• ограниченный срок эксплуатации;
• необходимость периодического ухода;
• поддерживает процесс горения.

Для продления срока службы пиломатериалов их в обязательном порядке перед началом монтажа пропитывают антисептиками (от влаги, насекомых), антипиренами (для защиты от огня).
Установка стропильных элементов из дерева подразумевает точность расчетов, благодаря которым будет исключен риск провисания бруса под весом крыши.

Для этого важно продумать размещение поперечных балок либо распорок, поместить средний прогон из толстого куска бруса поперек идущим стропилам. Деревянные элементы могут соединяться между собой способом врубка или металлическими крепежами (болты, анкера, шпонки, гвозди).

Для экономии времени и продления срока службы фермы для односкатной крыши популярной практикой стало использование деревянных и металлических элементов.

Открытые фермы применяются при возведении промышленных зданий, складов. В частном строительстве стропильную систему делают закрытой, обшивают потолочными материалами.

Для строений больших размеров, где длина пролета может превышать 16 м, дерево в качестве материала для фермы не применяется. Только металлические стойки обеспечат прочность и надежность узлов конструкции.

Профильные трубы из металла

Для изготовления ферм применяются профильные трубы квадратного либо прямоугольного сечения. Выбор диаметра, толщины стенок металлопрофиля зависит от размеров постройки, нагрузки.

При подборе габаритов профильных труб стоит учесть такие моменты:

1. Для небольших зданий хватит труб длиной до 4,5 м размерами 40*20*2 мм.
2. Когда нужно собрать ферму длиной от 5 м, то размеры профиля должны быть 40*40*2 мм.
3. Если это крыша большого дома, офиса, производственного цеха, то габариты профильных труб для фермы должны быть 40*60*3 мм.

Для самостоятельного изготовления ферм лучше брать трубы квадратного сечения толщиной от 3 до 5 мм. С ними будет проще работать.

Основные преимущества металлического каркаса для кровли:

1. Имеет высокую несущую способность, за счет чего не деформируется под действием больших нагрузок.
2. Возможность использования любого типа кровельного материала.
3. В отличие от дерева металл не горит, не подвержен гниению.
4. Создание сложных по конструкции каркасов без риска потери прочности.
5. Длительный срок службы.
6. Не нуждаются в периодическом уходе.
7. Готовые металлические фермы имеют небольшой вес.
8. Доступная цена металлопрофиля.
9. Изготовление каркасов нестандартных форм.
10. Экономный расход материала.

От правильного выбора толщины металлопрофиля зависит жесткость и устойчивость всего каркаса. Попытка сэкономить в этом случае не оправдана.

Типы навесных строений

Навесы из профтрубы классифицируют по типу опорной и стропильной систем.

Тип опорной системы зависит от места расположения навеса относительно других строений. Разделяют пристроенные, консольные и отдельностоящие конструкции.

Рекомендуем ознакомиться: Воздуховоды из оцинкованной стали, их виды и применение

Так как крыша – основная часть навесной конструкции, сложность возведения навеса зависит именно от формы кровли.

По типу стропильной системы выделяют одно– и двускатные, арочные и шатровые навесы.

Выбор формы кровли

Помимо односкатного типа в частном строительстве спросом пользуются и другие формы крыши:

• купольная;
• шатровая;
• арочная;
• двускатная.

Односкатная крыша – простая конструкция, что позволяет строить ее своими силами. Выбирая в качестве материала металл, каркас будет состоять из таких элементов:

• верхний пояс;
• нижний пояс;
• стойки;
• раскосы;
• шпренгели (раскосы);
• крепежные детали (клепки, косынки, сварные швы).

Приобретает популярность односкатка под небольшие дачные постройки, гараж, летнюю кухню с фермой вида полонсо. Это треугольный каркас, где нижний пояс делают приподнятым, ломаным.

Виды нагрузок и нюансы проведения расчетов

Для точного расчета параметров фермы односкатной крыши нужно учесть воздействие на нее разных типов нагрузок:

1. Постоянная. Сюда относят вес самой кровельной конструкции, дымоход, телевизионные антенны.
2. Временная. Воздействие снега, ветра и другого внешнего воздействия.
3. 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. Данные берутся из специальной таблицы по каждому конкретному региону. Эти цифры умножают на поправочный коэффициент (зависит от угла наклона ската).
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:

1/5*L, где L – длина одного пролета каркаса.

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.

При расчете шага нужно учитывать, что максимальное расстояние от одной опоры до другой равно 1,7 м. При нарушении этого параметра прочность и надежность конструкции будет под вопросом.
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.

1. Материал – металлопрофиль квадратного сечения 3*3 см с толщиной стенок 1,2 мм.
2. В схеме устройства длина нижнего прогона будет 3,1 м, верхнего – 3,9 м.
3. 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.

Цена готовых изделий

Помимо того, что фермы можно изготовить самому, их ещё можно купить готовыми. Но, если вы хотите что-то изысканное, то вам будет проблематично сделать покупку, поскольку всё рассчитано под типовые проекты. Если же вы готовы к тому, что вам предложат, тогда соглашайтесь на типовые решения, но будьте готовы переплатить.

В среднем, если односкатная конструкция фермы по себестоимости обходится в районе 1500 руб., то за погонный метр, специалисты берут от 1000 руб. С необходимым количеством поперечин, которые мы указали в расчёте, изделие в готовом виде будет стоить не менее 4000 рублей за единицу.

Таким образом, только за 5 наших ферм, необходимых для обустройства навеса 6 на 4 м, нам придётся заплатить 20000 руб. Цена фермы для навеса кусается и не доступна для каждого. В остальном, будьте готовы платить за изготовление самого навеса. В работу войдет бетонирование, столярные работы, покупка металла на столбы, а также другие виды решённых задач.

В любом случае, покупать готовый вариант это дорого, поскольку вы переплачиваете до 300%. Никакой трудности в том, чтобы сварить ферму для навеса самостоятельно нет, особенно если вы хотя бы когда-то работали со сварочным оборудованием. Современный инвертор позволяет решать сложные задачи, даже если вы новичок сварочного дела.

Покупайте правильные электроды, не экономьте на металле, смотрите, как делают другие, поскольку сегодня в интернете полно различных вариантов обустройства ферм и навесов, в целом. Помните, что навес без ферм хлипкий и не сможет выдержать нагрузки снега в зимнее время.

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.

Как усилить каркас?

Для деревянных ферм крепят вспомогательные связки из досок, которые располагают в одной плоскости со средней опорой. Это укрепит нижний и верхний пояс каркаса.
При разработке проекта металлического каркаса нужно добиться, чтобы нагрузка приходилась на узлы.

В этом случае верхний и нижний пояс, раскосы будут только сжиматься либо растягиваться. Это позволит взять детали меньшего сечения и сэкономить денежные средства.

Очень удобно собрать ферму на шарнирах при условии, что нее будет действовать равномерно распределенная нагрузка.

Монтаж

Порядок крепежа, сборки каркаса из разных материалов отличаются. Рассмотрим каждый из них по отдельности.

Металлической

Последовательность монтажа:

1. Подготовка ферм. Собирать и сваривать элементы между собой лучше на земле.
2. Крепеж вертикальных стоек каркаса. Вертикальность установки проверяется отвесом.
3. К стойкам привариваются трубы в горизонтальном положении. Все сварочные швы зачищаются.
4. Ферма поднимается наверх. Одному этого сделать не выйдет, поэтому придется привлекать помощников.

Готовый каркас обезжиривается, обрабатывается антикоррозийным составом и красится в нужный цвет.

Для удобства сборки на земле лучше предусмотреть специальные опорные мостики, что будут шире, чем каркас. На них сваривать элементы конструкции будет проще.

Деревянной

Порядок монтажа проводится в следующем порядке:

1. Пропитывают деревянные элементы защитным средством – антисептиком.
2. Производят крепеж мауэрлата. Его толщина равна толщине опорных стенок. Мауэрлат гидроизолируют, крепят четко горизонтально.
3. На мауэрлате делают отметки, где будут монтироваться стропила. Выпиливаются под них проемы.
4. Если пролеты будут большой длины, то потребуется по длине сращивать стропила, усиливая их металлическими уголками или пластинами.
5. Фермы крепят так, чтобы был выступ минимум на 30 см за пределы мауэрлата. Фиксация проводится болтами, металлическими скобами.
6. Выставляются подпорки. Они нужны в случае, когда длина стропил свыше 4,5 м.
7. Набиваются планки обрешетки.
8. Изнутри каркаса монтируется потолочное перекрытие. Утепление подкровельного пространства, если это предусмотрено проектом.