расчет фермы для крыши
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.
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:
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.
Конструктивные особенности
Любая ферма для крыши состоит из ряда элементов, соединенных между собой. Среди основных:
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.
В зависимости от формы, сложности конструкции в частном строительстве применяются такие виды ферм:
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:
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. 
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:
Есть у такой конструкции и недостатки:
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:
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:
От правильного выбора толщины металлопрофиля зависит жесткость и устойчивость всего каркаса. Попытка сэкономить в этом случае не оправдана.
Выбор формы кровли
Помимо односкатного типа в частном строительстве спросом пользуются и другие формы крыши:
Односкатная крыша – простая конструкция, что позволяет строить ее своими силами. Выбирая в качестве материала металл, каркас будет состоять из таких элементов:
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:
Определение ветровой нагрузки предусматривает учет таких факторов:
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:
Для определения размеров металлоконструкции следуют следующим данным:
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.
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.
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
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:
Заключение
Ферма для односкатной крыши выступает опорной конструкцией и отвечает за равномерное распределение нагрузки, что приходится на кровлю и опорные стены. Для сборки используется дерево либо металл. По техническим характеристикам и сроку службы металл в разы превосходит дерево. Для начала монтажа необходимо провести расчеты ключевых параметров будущего каркаса, оценить степень снеговой, ветровой, постоянной нагрузки.
Для расчетов лучше воспользоваться строительным онлайн калькулятором. Разнообразие форм стропильного каркаса позволяет создавать крыши больших размеров, реализовывать нестандартные проекты. Детали для фермы лучше заказать на заводе, а вот монтаж получиться провести своими руками.
Как сделать расчёт фермы и выбрать наиболее надёжную конструкцию: рекомендации и примеры
Перед тем как сделать расчет фермы для навеса и крыши, нужно учесть ее разновидности, преимущества и недостатки каждого типа. Расскажем о том, какие действия необходимо предпринять для того, чтобы провести установку, какую конструкцию фермы лучше выбрать и как рассчитать необходимые показатели, опираясь на технические характеристики.
Особенности использования металлических ферм
При строительстве часто используются фермы различных видов. Долгое время их делали из деревянных брусьев и досок. Однако металлические конструкции имеют перед ними существенные преимущества:
Разновидности ферм
Использование таких конструкций широко распространено. При этом для разных целей применяются различные типы металлических ферм.
Обычно используются следующие типы таких конструкций:
Здесь приведены не все, а наиболее распространённые виды металлических конструкций.
Строение фермы
Типовые конструкции состоят из следующих узлов:
Точку, в которой сходятся два или большее количество рёбер, называют узлом. Панелью называют расстояние между соседними узлами. Пролёт представляет собой расстояние между опорами конструкции.
Считается, что чем больше решёток установлено здесь, то тем более высокая у неё прочность.
Большое значение имеет то, по какой схеме расположены внутренние решётки. При этом стремятся найти компромисс между экономией металла, потраченного на детали конструкции и прочностью структуры.
Для внутреннего устройства металлической фермы применяется несколько видов конструкций:
Применяются фермы, предназначенные для устройства кровли, в их число входят прямые, односкатные и двухскатные металлические конструкции.
Они обладают высокой прочностью. При их эксплуатации надо учитывать, что они не деформируются даже на больших пролётах.
Как проектировать ферму
Использование металлических ферм в строительстве считается очень эффективным. Это связано со следующим. У этих конструкций высокая прочность, отличные эксплуатационные качества, относительно низкая стоимость по сравнению с использованием альтернативных вариантов, способность не деформироваться даже в случае наличия высоких нагрузок.
Вместе со строительными фермами используют кровельные материалы любых типов, учитывая, что такие конструкции способны их легко выдержать.
Общие принципы
При проведении проектирования необходимо учитывать следующее:
Перед началом работы требуется определиться с тем, какую конструкцию необходимо получить.
Начало работы
Прежде, чем приступить к проектированию, необходимо решить следующие вопросы:
Нужно принять во внимание, что у конструкций из металлического профиля имеются особые точки равновесия, которые обеспечивают прочность и стабильность конструкции. Опоры в этих местах должны быть сделаны из наиболее качественного материала.
Как выбрать материал
Для создания строительных ферм принято использовать металлический профиль в виде прямоугольной или квадратной трубы. Промышленность выпускает эти детали различных видов. Рекомендуется делать выбор с учётом следующих рекомендаций:
Что учитывать при проектировании
Важное значение имеет наличие ветров или дождей в местности, где происходит стройка. Такие нагрузки должны учитываться в процессе проектирования.
Для проведения расчётов прочности удобно использовать имеющиеся в интернете онлайн калькуляторы фермы, специально предназначенные для таких вычислений.
Нужно учитывать, что наиболее простая конструкция будет состоять из минимального количества деталей – несущих частей, определяющих форму и вертикальных столбиков из профиля, обеспечивающих прочность. Такую металлическую ферму не только можно сделать самостоятельно, но и приобрести у поставщиков или заказать у профессиональных специалистов.
Выбор формы крыши
При определении опорной конструкции для крыши, нужно выбрать подходящую конструкцию для крыши. В частности требуется определить угол наклона плоскостей.
Прежде всего требуется сделать выбор типа крыши, которую предполагается ставить.
Возможны следующие варианты:
Для самостоятельного проектирования наиболее простым вариантом является односкатная крыша. Нужно знать, как рассчитать ферму для навеса. При проектировании нужно обеспечить правильное расположение следующих элементов:
Последние элементы также имеют второе название – шпренгели. У фермы перекрытия металлические можно соединять между собой соединять при помощи клёпок, сварных швов, особых парных материалов или косынок.
Металлическую форму удобно изготавливать, находясь на земле, а затем поднимать для установки на верх здания.
Важным обстоятельством является выбор угла наклона верхнего пояса крыши относительно нижнего. Обычно при проектировании рассматриваются следующие диапазоны (в градусах):
В первом случае можно обеспечить достаточную прочность путём использование трапециевидной формы конструкции. Высота при этом составит 1/7-1/9 от всей длины.
При определении конструкции распорок нужно учитывать, что могут быть применены следующие решения:
При установке фермы важно таким образом распределить опоры, чтобы нагрузка на металлическую ферму была минимальной. Перед тем, как рассчитать ферму, важно понять, какая конструкция опор будет использована.
Видео описание
В видео приведён пример расчёта металлической фермы:
Выбор типа опорных решёток
Расположение внутренних опор подбирается таким образом, чтобы они выдерживали необходимые нагрузки. При этом нужно принимать во внимание форму потолка, вид и геометрию крыши. В качестве калькулятора фермы из профильной трубы можно воспользоваться специальным приложением.
Нужно обеспечить такую систему расположения решёток, чтобы напряжение, действующее на неё было сосредоточена в тех местах, где находятся опоры. Если это удастся сделать, то в металлической ферме будут отсутствовать изгибающие напряжения.
Если об этом не позаботиться, то изгибающая сила станет дополнительной нагрузкой для металлической конструкции и существенно снизит её прочность и надёжность. Чтобы преодолеть такие сложности, придётся использовать опоры, имеющие более крупное сечение.
Этап проведения расчётов напряжений
После того, как были определены детали проекта, необходимо рассчитать напряжения, возникающие при эксплуатации металлической фермы выбранной конструкции. Итогом такого рассмотрения будет правильно подобранная конфигурация системы внутренних решёток.
Видео описание
В этом видео приведены методы расчёта ферм:
Для выполнения расчёта металлической фермы потребуется специальное программное обеспечение или специализированный онлайн калькулятор.
В процессе вычисления должны быть использованы данные взятые из таблиц, содержащихся в следующих документах:
Для того, чтобы качественно провести нужные расчёт навеса, знакомство с этими документами является необходимым.
Покупка или изготовление фермы
После того, как была выбрана конструкция, произведены необходимые расчёты, продумана схема металлической фермы, необходимо её изготовить. Для этого можно прибегнуть к одному из следующих вариантов:
Каждый из этих способов имеет свои особенности.
При самостоятельном изготовлении цена готовой строительной конструкции будет минимальной. При этом мастер, который создаёт металлическую ферму, обладает значительной свободой в выполнении своих замыслов. С другой стороны, он принимает на себя ответственность за возможные ошибки, сделанные на любом этапе работы. При этом необходимо найти и правильно выбрать все необходимые детали для фермы, выполнить работу с металлом, требующую специальных навыков.
Самостоятельное изготовление ферм из профильной трубы доступно только для профессионалов своего дела и в тех случаях, когда речь идёт о небольших и несложных конструкциях.
Покупка у поставщика гарантирует высокое качество изготовления, но будет стоить существенно дороже по сравнению с первым вариантом. Однако может оказаться, что металлической фермы с нужными параметрами в ассортименте продавца не нашлось.
В таком случае можно сделать конструкцию на заказ, обратившись к профессиональным специалистам. Однако в этом случае необходимо правильно поставить задачу. Перед тем, как заказать изготовление металлической фермы, нужно тщательно продумать её конструкцию.
Видео описание
В этом видео рассказано о методе сечений при расчёте ферм:
Проведение сборки
Если конструкция создана, то предстоит её установка. После того, как она была закуплена или изготовлена самостоятельно, её привозят на территорию стройки.
Для установки нужно предпринять следующие действия:
После того, как конструкция была установлена, надо провести дополнительную обработку.
Видео описание
В этом видео приведен расчёт фермы для навеса:
Что делать после установки
Необходимо принять меры для того, чтобы обеспечить сохранность металлических частей. Для этого детали обрабатывают антикоррозийным составом и красят, чтобы защитить от неблагоприятного воздействия.
Пример расчёта треугольной односкатной фермы
Для определения параметров фермы из профильной трубы необходимо предварительно определить необходимую длину и ширину конструкции. Высота будет зависеть от угла между поверхностями. Обычно её величина составляет от 1/4 до 1/5 от длины.
В треугольных конструкциях применяют угол от 35 до 50 градусов. Чаще всего применяют равный 45 градусам.
Поскольку прочность фермы из профильной трубы (пролёт 6 метров) обеспечивается расположением решёток, важно рассчитать, на каком расстоянии они должны быть друг от друга установлены.
При расчёте фермы из профильной трубы, в которых используются длина пролёта, превосходящая 30 метров, необходимо учесть расчёт строительного подъёма.
При планировании устройства металлической фермы рассчитывают диаметр используемых труб и нагрузку, которая должна на них приходиться.
Нужно помнить, что хотя на тонких материалах можно сэкономить средства, тем не менее, они не будут достаточно прочными, чтобы обеспечить надёжную и долговечную эксплуатацию строительной фермы.
Когда производится расчёт навеса из металлопрофиля, калькулятором может быть специализированный сайт, который предоставляет услугу по проведению таких вычислений.
Для примера будет рассмотрен расчёт треугольной фермы, размеры которой составляют 4х6 метров. Подходящим будет профиль 3х3 сантиметра с толщиной стенок 1,2 мм.
Схема устройства фермы для навеса такова, что длина нижнего прогона равна 3,1 м, а верхнего – 3,9 м. Там, где находится узкий перпендикулярный край односкатной фермы, нужно поставить вертикально расположенные стойки. Их высота должна составлять 0,6 м.
На участках, которые нужно укрепить ставят косые перемычки треугольником. Их можно делать из более тонкого профиля. На 6 м длины необходимо поставить пять конструкций, расположив их равномерно. Рекомендуется укрепить их вспомогательными косыми распорками, расположив их в перпендикулярной плоскости. Для этого подойдёт профиль размером 20х20 мм. Расстояние между ними составляет 0,5 м.
Видео описание
В этом видео вы узнаете, какую программу использовать для расчета треугольной фермы и какие показатели при этом учитывать:
Коротко о главном
Металлические фермы обладают высокой прочностью и используются для устройства крыш, строительства мостов, и в других случаях, когда необходимо закрыть большие пролёты.
Фермы бывают параллельными, арочными, треугольными и трапециевидными. Чем меньше угол наклона крыши, тем более простую форму фермы применяют и используют меньше распорок.
Для небольшой конструкции применяют профиль сечением 40х20х2 мм длиной 4,5 м; большие пролеты требуют более прочного профиля от 40х60х3 мм сечением и длиной более 5 м.
Сборку фермы производят на горизонтальной поверхности, и лишь затем ее поднимают и приваривают к основанию.
Расчёт треугольной фермы для навеса или крыши основывается на знании таких параметров, как площадь навеса, высота распорок и расстояние между ними, угол наклона навеса.