Правильно рассчитать ферму крыши

Изготовление стропильных ферм своими руками

В предыдущих статьях мы рассматривали различные конструкции стропильных систем, выполненных из дерева, например стропильные системы четырехскатных крыш. Но во многих случаях при возведении дома для крыш используют готовые деревянные, стальные или металлические стропильные фермы. Подобное решение вполне понятно, далеко не каждый способен рассчитать правильно нагрузку на все элементы стропильных систем и не ошибиться с выбором материала. И это еще полдела, поскольку далее из этого материала нужно грамотно и качественно стропильную систему смонтировать, чтобы крыша простояла столько, сколько ей положено.

Понятие стропильной фермы

Прежде чем мы будем разбирать достоинства и недостатки различных готовых стропильных конструкций, нужно разобраться с терминологией. В технической литературе имеется два определения стропильной фермы:

Согласно первому фермой называется конструкция из стропильных ног, ригелей, стоек, распорок и подкосов, которые соединены между собой и лежат в одной плоскости.
Согласно второму ферма – это висячая конструкция, которая состоит из нижнего и верхнего пояса, стоек и раскосов. Второе определение считается более правильным, и наше описание мы будем строить исходя из него.

После ответа на вопрос, что такое ферма, можно переходить к рассмотрению различных вариантов готовых ферм. Выбор конструкции ферм для каждой конкретной крыши зависит от того, как расположено чердачное перекрытие, каков уклон кровли, необходимая длина пролета.

Уклон кровли 22-30º

Если по проекту вашего дома уклон кровли должен составлять от 22 до 30º, а кровельным материалом вы выбрали шифер, железо или этернит, то самый лучший выбор – треугольная ферма высотой 1/5 длины пролета (фиг. 1). Поскольку она будет иметь наименьший вес, а наружные стены можно возводить на небольшую высоту в пределах чердака у опор такой фермы. Если пролет составляет от 14 до 20 м, лучше всего выбрать ферму с нисходящими раскосами, также потому что такая конструкция имеет наименьший вес. Длина панели в верхнем поясе фермы должна составлять от 1,5 до 2,5 м. В обеих половинах фермы должно быть четное число панелей, поэтому для вышеуказанных размеров пролета число панелей будет равно 8. Если строится сооружение промышленного типа, то монтаж стропильных ферм ведут на подстропильные фермы, которые связывают между собой опорные колонны и служат основанием для ферм. В таких зданиях длина пролетов может составлять от 20 до 35 м. В этом случае используются фермы Полонсо (фиг. 2). Это конструкция из двух треугольных ферм, которые соединяются затяжкой. Подобное сооружение позволяет убрать длинные раскосы в средних панелях, так как для сопротивления продольному изгибу их сечение нужно всерьез увеличивать, а это утяжелит конструкцию фермы. Верхний пояс разбивается на 12 или 16 панелей, каждая из которых имеет длину от 2 до 2,75 м. Если к фермам подшивается потолок, то затяжка длиной в 4-6 панелей должна крепиться в узлах верхнего пояса.

Одна из разновидностей ферм, которые применяются при таком уклоне кровли, изображена на рисунке – фиг. 4. Здесь для увеличения угла между верхним и нижним поясами используется стержень в первой панели, который имеет наклон вниз. Таким образом уменьшаются усилия в поясах и упрощаются опорные узлы.

Уклон кровли 15-22º

Если уклон кровли составляет от 15 до 22º, то расчет стропильной фермы определяет необходимую высоту, равную 1/7 длины пролета. Чтобы увеличить высоту до 0,16-0,23 длины пролета, нижний пояс делают ломаным (фиг. 9). Это позволяет снизить вес фермы по сравнению с простой треугольной формой на 30%. При использовании таких ферм с 8-ю панелями потребуется небольшое увеличение стен чердака. Длина пролетов для использования таких ферм должна составлять не более 20 м. Для пролетов длиной от 20 м используют ферму Полонсо с ломаным нижним поясом (фиг.10).

Уклон кровли 6-15º

Для таких небольших уклонов используются фермы трапециевидной формы (фиг.11). Наименьший вес трапециевидные фермы имеют при высоте 1/7 или 1/9 длины пролета. Если к ферме потолок не подвешивается, то можно использовать раскосы в виде простой треугольной решетки. Число панелей рассчитывается так же, как и для треугольных ферм. Для установки таких ферм нужно, чтобы стены чердака у опор фермы имели достаточную высоту. Либо проектируется крыша с переломом у опор. Если потолок подвешивается, то панели нижнего пояса должны быть равны панелям верхнего пояса по длине. В таком случае длина панелей составляет 1,5-2,5 м и к раскосам добавляются стойки. Чтобы не утяжелять конструкцию, применяется решетка, изображенная на рисунке, – фиг.12. Здесь сжимающее усилие принимают короткие стойки, на которые меньше действует продольный изгиб.

Если у помещения запроектирован потолок сложной геометрии, когда его середина должна быть поднята относительно опор фермы, используются фермы Полонсо. Для проектов, где потолок здания должен быть поднят на большую высоту относительно опор фермы, заказывают изготовление стропильных ферм многоугольного типа, у которых поднят нижний пояс (фиг. 5, 6). Высота таких конструкций составляет 1/6 или 1/7 длины пролета. Кровля в таком случае может быть прямолинейной или мансардной.

При устройстве односкатной крыши с уклоном в 6-10º используют асимметричную ферму (фиг. 13). Дополнительную информацию о моделировании металлических ферм можно почерпнуть из видео:

Материал для металлических ферм

Все элементы ферм чаще всего изготавливаются из парного профиля, сопряжения в узлах делают с помощью косынок. Конструкция сваривается или клепается. Каково должно быть сечение элементов, сколько нужно сварных швов, какое количество заклепок понадобится, определяют с помощью расчетов. Верхние пояса ферм делают из двух неравнобоких уголков в виде таврового сечения. Стыкуют уголки по меньшей стороне. Нижние пояса выполняются из двух равнобоких уголков. Если ферма подвергается нагрузке в пределах панелей, используют парные швеллеры. Раскосы и стойки делаются из равнобоких уголков так, чтобы они имели крестообразное или тавровое сечение. Если ферма полностью сварная, то для ее изготовления используются тавры.

В индивидуальном строительстве большое распространение получила стропильная ферма из профильной трубы, поскольку такие фермы значительно легче конструкций выполненных из уголка, тавра или швеллера. Кроме того, их можно собрать с помощью сварки непосредственно на стройплощадке. Любая из приведенных выше конструкций может быть изготовлена из труб. Профильные трубы для ферм могут быть горячекатаными или гнутыми. Горячекатаные трубы изготавливают из стальной ленты от 1,5 до 5 мм толщиной квадратного или прямоугольного сечения. Если посмотреть отзывы и сравнить, что чаще монтируют своими руками, деревянные фермы или металлические из трубы, то можно сделать некоторые выводы:

• для кровли из тяжелых материалов — шифер, железо, металлочерепица, черепица — чаще всего используют деревянные конструкции;
• для легких кровельных материалов — ондулин, рулонный кровельный материал. битумные гонты, поликарбонат, прозрачный шифер — чаще монтируют фермы из труб.

ферму рассчитать.

В общем надо соорудить односкатную крышу:
1. пролет 4.5 метра
2. стена - 25 см.
3. свес - как минимум 50 см.

по идее можно соорудить из 6 метровых досок шириной 200. но у нас это дефицит, тем более сухие.

сооружать их швеллеров - дорого.

подумал что можно соорудить из металлических ферм, сваренных их мелкого уголка/профильной трубы. Глянул в инете как это дело рассчитываться - там сопроМАТ сплошной. при этом очень сложно пронять, как разные параметры влияют на прочность.
например возможны несколько вариантов расположения "затяжек" ферм. какой выгоднее(меньше металла по массе при большей несущей способности)? как выбрать шаг расположения? может сделать его переменным? или как углы затяжек выбрать? есть ли более простые методы рассчета? или типа прикидок/таблиц уже готовых?

ferma.jpg
а ещё навес для машины собирать надо. там точно фермы ставить надо, так как швеллеры дорого обойдутся. так что хочется иметь методу/программу рассчета/прикидок.

Последний раз редактировалось igorPNZ; 10.09.2013 в 10:39.

45 градусов? к чему 45? к верху

45 - острый угол относительно полки фермы, при прямоугольной ферме он и снизу, и сверху. Получаются прямоугольные треугольники. На последней картинке треугольники с углом не менее 120 градусов.
С вертикальными стойками прочнее, хотя сварки больше.
Арматура всегда лопнет в месте сварки. При нагреве меняется свойства металла и вместо стали получим прут из мягкого металла в месте сварки. В этом же месте значительно ускоряется ржавление.

Местный Регистрация 02.07.2010 Сообщений 187

Почему именно металл? Я для себя считал деревянные фермы, могу подсказать софт

Местный Регистрация 25.06.2012 Сообщений 942

Почему именно металл?

Для гаража актуально - огнестойкость.
И какая деревянная ферма, к примеру, может выдержать стену 200 мм из газоблоков и кровлю над вторым этажом с 2 тоннами снега?
И можно ли к деревянной ферме зацепить тельфер грузоподъемностью 500 кг.

Местный Регистрация 02.07.2010 Сообщений 187

Про стену не понял, у вас стена сверху на ферме? тельфер в полтонны не проблема, какая ферма выдержит? - правильно рассчитанная. В ферме материал работает не на изгиб как в балке, а на разрыв и на сжатие. Усилие на разрыв дерева не сильно ниже стали, с учетом разности площадей сечения, прочности ферм будут сравнимы. По поводу огнестойкости, что лучше дерево или металл в несущих стропильных конструкциях тут тоже вопрос. Самое слабое место в ферме это узлы соединения. допустим болтовое, гвоздевое соединение просто посчитать, а как считать прочность самодельного шва я незнаю.

Местный Регистрация 18.10.2006 Адрес Penza, Russia Сообщений 10,134

начнем с того что с металлом мне работать почемуто лучше получается.
и почемуто мне кажется что металлическая ферма будет меньше, и возможно дешевле.

намного ли добавляют прочности вертикальные прутки? мне сварка пофиг, я варю сам, а вот металл не пофиг я его покупаю. и опять же - как рассчитать? из чего варить? (уголок, профильная труба, размеры какие как элементов так и общая высота фермы?)

софт для дерева и металла сильно отличается?

Местный Регистрация 02.07.2010 Сообщений 187

я считал с помощью простой программы, которая позволяет рассчитать усилия в элементах фермы по заданной нагрузке. https://www.youtube.com/watch?v=xB8woCvlsKM на видио есть ссылка откуда качать.

Далее по рассчитанным усилиям я подбирал сечение элементов и узлов по книге "Расчет деревянных конструкций"

Как осуществить расчет навеса из поликарбоната

Навес простой конструкцией не назовешь, поэтому, прежде чем закупить определенное количество материала, понадобится точная смета. Опорное каркасное сооружение должно будет «пережить» любые нагрузки. Любые осадки, сильный ветер завалят навес, если расчеты будут неверными.

Навес для машины

Поэтому для профессионального расчета понадобится помощь инженера – проектировщика, который подсчитает действие снеговой нагрузки, рассчитает фермы и предоставит вам чертежи навеса. Рассчитать навес еще сложнее, когда он представляет собой отдельную конструкцию, а не пристройку к дому.

Так как уличная упрощенная кровля состоит из столбов, лаг, ферм и покрытия, то считать придется именно эти материалы.

Столбы

При расчете этих опорных элементов учитывается высота нашего навеса и количество столбиков для опоры. Например, при планировании конструкции в 2-5 метров используется толстая труба от 60 до 80мм в сечении. Если размеры навеса получаются большими, то, как вариант, чтобы количество столбов не увеличивать применяют трубу 100х100мм

Обрешетка

Для установки конструкции важно рассчитать толщину и шаг обрешетки. Например, в том случае, если мы планируем сделать навес и шириной 8 метров и длиной 6 метров, то выбирать придется шаг в один метр, а пластик заказываем толщиной в 10 мм

Расстояние между профилями обрешеточного полотна рассчитывается из параметров нагрузки и подбора сечений.

Расчет нагрузки на фермы каркаса и опорную конструкцию поможет вам сделать ваш навес более устойчивым даже в зимний период, когда нагрузка от мокрого снега может достигать в 3, 5 тонн.

Ферма из профильной трубы

Если запланировали арочный навес, то без ферм вам не обойтись. Фермы — конструкции, связывающие лаги и столбы опоры, именно они определяют ширину и размеры навеса.

Навесы из металлических ферм строить посложнее, чем любой каркас. Зато, если вы правильно смонтируете эту конструкцию, все будет очень надежным. Правильный каркас распределяет нагрузку по столбам опоры и лагам, предупреждая разрушение навесной конструкции.

Фермы изготавливаются почти всегда из профилированной трубы, которая считается самой прочной и лучше всего подходит для установки поликарбоната на обрешетку. Форма конструкции ферм может быть различной, как и ее размеры.

Самый главный расчет ферм – это учет материала и уклона.

Например, для односкатного навеса с небольшим уклоном используется асимметричная форма фермы, если угол конструкции небольшой, то использовать можно фермы трапециевидной формы. Чем больше радиус арочной структуры, тем меньше вариантов, что на кровле снег будет задерживаться. Поэтому будет большая несущая способность фермы.

Для расчета иногда применяются специальные программы, не обойтись в этом случае и без калькулятора.

Задумываясь о том, как построить навес, полезно рассмотреть готовые схемы изготовления по фото; там же можно посмотреть примерные расчеты для любой формы навеса.

Примерный расчет для настила высотой до 4 метров

Если вы выбрали простую форму навеса домиком с шириной 6 на 8 метров, то вам расчеты будут следующим:

1. Шаг между опорными столбами (стойками) с торца 3 метра, на боковой стороне 4 метра.
2. Количество столбов из металлической трубы 8 штук.
3. Высота ферм под стропами 0,6 метра.
4. Обрешетка крыши: профильные трубы 12 штук с размерами 40х20х0,2.

Иногда можно сэкономить, уменьшая количество материала. Например, вместо шести стоек установить четыре. Можно и сократить количество ферм или уменьшить каркасную обрешетку. Только не желательно допускать потерю жесткости, так как это приведет к разрушению конструкции.

Автор:
Антон Ермолов

Источники: http://ukroem.ru/stropilnaya-sistema/stalnyie-ili-metallicheskie-stropilnyie-fermyi, http://okolotok.ru/showthread.php/24153-%F4%E5%F0%EC%F3-%F0%E0%F1%F1%F7%E8%F2%E0%F2%FC, http://propolikarbonat.ru/raschet-navesa-iz-polikarbonata

Поделитесь своим мнением