Деревянные фермы. Первое знакомство.
Настоящая статья является переводом на русский язык статьи с сайта KREATÍVLAKÁS.COM «Более 3500 творческих статей по строительству, строительству, живописи и ландшафтному дизайну.» Ссылка на оригинал статьи
Деревянные балки обычно формируют один структурный элемент, но некоторые типы можно также использовать как отдельно стоящие. Современные фермы усилены ранее описанными обычными ребрами жесткости и металлическими зажимами, входящими в систему применяемых металлических крепежных элементов и переключателей (1.72). (см. рис. 1).
Последний элемент можно использовать как для постоянных, так и для временных конструкций крыш.
Стальные тросы для противодействия нагрузкам чаще всего устанавливаются в нижнем натянутом поясе опор, заменяя нижнюю горизонтальную(большую) деревянную балку.
Простые в сечении фермы похожи по дизайну на традиционные деревянные крыши по внешнему виду (1.73. (см. рис. 1).
Конструкция крыши, состоящая из сплошных секционных ферм
Решетчатая панель редко используется для строительства крыши. Сами по себе балки решетки представляют собой сложные конструкции, трудоемкие в производстве (1.74. (см. рис. 1).
Решетчатые балки используются в качестве продольной защиты, поддерживающие стропила. На концах панелей они передают свою нагрузку на стены здания (1.75. (см. рис. 1). Преимуществом такой конструкции является то, что она не требует поддержки на промежуточном этапе.
Кровельные конструкции, состоящие из решетчатых опор
Выполненная в виде плотной конструкции, крыша обычно состоит из ферм на расстоянии 0,90-1,40 м, которые скреплены между собой планками или металлическими бандажами и прикреплены к базовым элементам с помощью клепальных муфт (1,77. (см. рис. 1). Верхние ленточные бруски кронштейнов также образуют конек крыши, и поэтому кровля непосредственно соединена с ними. Этот тип является наиболее распространенным среди ферм в настоящее время.
Любые составные или оконтуренные структуры крыши могут быть сформированы от предкрылковых поддержек решетки. Для сложных конструкций кровли (178. Рисунок 6) различные составные части крыши обычно соединяются путем построения меньших «крыш», определяющих меньшие «крыши» на «крышах», поддерживающих большие крыши. Следуя геометрии крыши, балки меньшего сечения будут становиться все меньше и меньше по мере приближения к коньку.
Конечно, конструкция, размеры и расположение опорных кронштейнов для соединительной крыши должны учитывать большую нагрузку на соединительную поверхность. Грузоподъемность опор, расположенных на данном участке, может быть увеличена за счет использования больших поперечных сечений или за счет сжатия сеток опор. Аналогичным правильным решением может быть уменьшение расстояния между элементами ферм (более плотное распределение) на данном участке.
Сгруппированная часть опор образована усеченными балками различной конструкции в соответствии с геометрией формы крыши (1.79. (см. рис. 1). Расположение и система подключения усеченных балок указаны в предварительных планах. В линии кромки гребня имеется балка специального размера, которая соединена с двух сторон все более мелкими усеченными балками. Усеченные балки, которые соединены от различных направлений, также соединены во всех случаях проставленными размеры соединениями батареи, и соединены струбцинами.
1.79. Комплектная крышка, состоящая из решетчатых балок. Источник: https://kreativlakas.com/
Усеченных опоры передают свою нагрузку через разделяющие нагрузку деревянные элементы на соседние двухсторонние опоры (1.80. (см. рис. 1).
Принцип действия современных деревянных кровельных конструкций, известных как фермы, идентичен ранее применяемым. Существенно отличаются взаимосвязи конструктивных элементов ферм. Приведем несколько примеров из трех их групп. К первой группе относятся кровельные конструкции с различными связующими соединениями: скрепленные болтами структуры крыши; структуры крыши сформированные от разделов размера доски с соединениями с стандартными краями провода. Существует два типа скрепленных соединений: симметричное отношение, если окантовка объединяет три элемента (гвоздь используется для двойного сдвига), асимметричное, если она связывает только два элемента (гвоздь используется для одиночного сдвига).
Основные правила установления фиксированных связей: один стежок должен состоять не менее чем из четырех гвоздей; максимум 15 сегментов могут быть сформированы в направлении силы; в случае отдельных панелей, гвоздь по диагонали; всегда устанавливайте гвозди в области сдвига; гвозди не следует использовать для вытягивания; гвозди должны быть вставлены только перпендикулярно направлению соединенных элементов; длина гвоздей должна быть близка к общей толщине элементов.
Винтовые конструкции крыши: конструкции крыши обычно состоят из элементов с симметричным соединением, Соединенных винтовыми соединениями (5-8. (см. рис. 1). Во всех случаях винтовые соединения должны быть рассчитаны на двойное отверстие. Наружный диаметр шайб должен быть в 5-8 раз больше диаметра применяемых винтов (8 мм мин) с каждой стороны. Во многих случаях внутренние, круглые, гладкие или зубчатые шайбы используются в дополнение к винтовым соединениям.
Устройство и монтаж кровли: стропильная система
В этой статье изложены основные сведения о стропилах, стропильных фермах, обрешетке, чердаках, мансардах, карнизных свесах и слуховых окнах. Информация будет полезна клиентам строительных организаций, специализирующихся на монтаже крыш.
Крыша — это не только эффектный кровельный материал, надежно защищающий все строение от осадков. Скелет всей конструкции — стропильная система: именно от ее прочности и надежности зависит срок службы всей крыши. Поэтому на данном этапе строительства следует усилить контроль качества выполнения работ. Но для того, чтобы знать, на что следует обращать внимание, необходимо ознакомиться со свойствами материала и изучить правила монтажа.
Какие нагрузки испытывает кровля во время эксплуатации
Стропильная система — это собранная из отдельных элементов конструкция, предназначенная для равномерного распределения и передачи нагрузки от кровли на стены и перегородки. Стропила бывают стальными, деревянными или комбинированными: выбор зависит от проектного решения. Но основное требование, которое к ним предъявляется, общее: они должны выдерживать нагрузки, которые оказывают на них атмосферные явления и вес кровельных материалов:
Все вышеуказанные факторы оказывают периодическое воздействие на стропила (снег, сильный ветер) и постоянные (вес элементов конструкции), но при этом возможна комбинация сразу нескольких. Поэтому правильный расчет и монтаж несущих элементов очень важен.
Какие бывают стропила
Речь пойдет о наиболее часто встречающихся системах: сложные архитектурные сооружения создаются по иному принципу. Существует классификация стропил по принципу «работы» и устройству. Они бывают двух видов: к первому относятся стропила наслонные, ко второму — висячие.
Наслонные используются чаще всего: стропила такого типа можно увидеть в домах с внутренними несущими стенами или опорами в виде колонн. Они представляют собой балки, установленные под углом, один конец которых крепится к коньковому прогону (верхнему горизонтальному брусу), а другой опирается на мауэрлат (брус, уложенный на несущую стену). Вес кровли давит на коньковый прогон, а от него нагрузка переходит к системе подкосов и стоек. Стойки — это вертикально расположенные брусья, а подкосы устанавливаются под углом. Они, в свою очередь, давят на внутренние столбы и стены здания.
Такая конструкция может использоваться в том случае, если расстояние между опорами или ширина пролетов не превышает 16 м (данные получены в результате расчета). При больших расстояниях (когда длина стропильной ноги превышает 8 м) необходима установка промежуточных опор. Увеличение сечения бруса или бревна, чтобы обеспечить необходимую жесткость, не всегда возможно: здание может не выдержать большой вес стропильной конструкции.
При ширине пролета не более 6 м возможно использование висячих стропил: они могут устанавливаться в отсутствии внутренних опор. Как и в случае с наслонной конструкцией, висячие стропила нижней частью опираются на мауэрлат, а верхней соединяются вполдерева или прорезным шипом. Для дополнительного крепления верхних концов можно использовать скобы (естественно, при условии использования деревянных брусьев или бревен для изготовления стропил). Жесткость конструкции можно придать с помощью ригеля — поперечной стяжки.
Стропила могут быть изготовлены не только из деревянных бревен, брусьев или досок: подходящим материалом также являются металлические профили. Благодаря особой форме, они обладают достаточной жесткостью, а соединяться могут при помощи сварки.
Расстояние между стропилами зависит от климата в данной местности, типа кровли и особенностей устройства обрешетки: оно может колебаться от 300 мм до 1 м.
Основные сведения о стропильных фермах
Лучшим решением во многих случаях будет устройство кровли на основе стропильных ферм. Они применяются в домах со свободной планировкой, без внутренних опор. Форма стропильных ферм чаще всего представляет собой треугольник (это самая жесткая геометрическая фигура), собранный из деревянных, металлических деталей или отлитый из бетона. При этом, в середине треугольника установлены стойки и подкосы, предназначенные для равномерного распределения нагрузки, а его внутренние углы соответствуют углам наклона скатов кровли. Стропильные фермы размещаются через равные промежутки (в пределах 1–2 м) и скрепляются друг с другом горизонтальными перемычками: таким образом формируется крыша.
Помимо треугольной формы, стропильные фермы могут быть выполнены полигональными или трапецеидальными: внешне их конструкция напоминает фермы для строительства мостов. Первый вариант предполагает наличие горизонтальной средней части и двух переломов, а второй применяется при минимальном уклоне скатов. Выглядит такая крыша так же, как плоская, но фактически скаты присутствуют. Стропильные фермы данных типов хорошо сочетаются с новыми технологиями устройства кровли на основе рулонных материалов, не требующих (в отличие от других кровельных материалов) больших углов наклона скатов. Полигональные и трапецеидальные фермы не требуют больших затрат на производство, так как создаются из сравнительно малого количества строительных материалов: стойки и подкосы в их конструкции коротки. Но при этом существуют и недостатки, основным из которых является невозможность устройства чердака. Это вынуждает применять подобные системы преимущественно для строительства производственных зданий.
Обрешетка: какой она бывает и от чего зависят ее параметры
Поверх стропильных ног крепятся брусья, предназначенные для укладки кровельных материалов: их прибивают к деревянным стропилам длинными гвоздями. Эти брусья в совокупности называются обрешеткой. Кроме несущей функции, обрешетка играет роль ребер жесткости и одновременно с этим равномерно распределяет нагрузку на стропила.
Шаг обрешетки выбирается в зависимости от используемого кровельного материала: к примеру, каждый вид металлочерепицы обладает профилем, отличающимся от профиля того же материала другого вида. Ребра жесткости у них расположены на разных расстояниях. То же касается черепицы любого типа (керамической, полимерной, цементно-песчаной). Для укладки листовых кровельных материалов применяется разреженная обрешетка с шагом в 30–40 см.
Но некоторые материалы, такие, как плоский шифер, слюда, еврорубероид, битумная черепица, требуют устройства сплошной обрешетки. Такая обрешетка может быть создана из влагостойкой фанеры или листов OSB: это объясняется тем, что монтаж гибкой черепицы и еврорубероида выполняется методом наклеивания и герметичность возможна лишь при условии монолитной основы. Кроме того, сплошная обрешетка необходима на коньке, ендовах, на карнизных свесах и ребрах.
Что такое чердаки и мансардные этажи
Скаты, расположенные под большим углом, образуют чердачное помещение. Хозяин дома должен определить, как оно будет использовано. Там могут быть проложены инженерные коммуникации (система вентиляции и кондиционирования), устроен склад или даже оборудовано жилое помещение. В зависимости от предназначения, чердак может быть устроен с утеплением или без него. Но жилой чердак, называемый мансардой, утепляется обязательно: между кровлей и обрешеткой укладывают минеральную или стекловату, плиты из пенополиуретана.
Конструкция мансардных крыш должна быть такой, чтобы обеспечить максимально возможную полезную площадь под кровлей. Для этого предусматривают излом в поперечном сечении: с его помощью формируют высокий потолок чердачного помещения за счет более пологой верхней части скатов и более крутой нижней. Следует заметить, что пол мансарды должен выдерживать значительные нагрузки, а значит, должен быть сооружен по тому же принципу, что и полы нижних этажей.
О карнизных свесах и слуховых окнах
Карнизные свесы необходимы для защиты наружных стен от дождя и талого снега: они просто отводят влагу на некоторое расстояние. Кроме того, они защищают чердак от продувания и заметания снега. Поэтому стропила обязательно должны выходить за внешние стены: минимальный вынос составляет не менее 0,5 м, максимальный — до 2 м. Выбор зависит от количества осадков, выпадающих за год в данной местности, а также конструктивных особенностей крыши дома. В том случае, если стропила не выходят за стены, свес формируют при помощи специальных «кобылок»: досок, которые прибиваются к нижнему краю стропил.
Слуховые окна необходимы для обеспечения естественного освещения чердака и вентиляции. Они также могут быть своеобразным украшением кровли: их обрамляют резными деталями и чеканкой, стилистической росписью.
Строительство деревянной стропильной фермы на пролёты крыши
Для надёжной установки кровли на любую постройку требуется основание. В его качестве служат стропила, которые обычно укладываются на несущую балку. Но это не всегда надёжное и эффективное решение, особенно для длинных крыш. В качестве альтернативы получила широкое применение стропильная ферма, которая отличается низкой стоимостью, повышенной прочностью и простотой установки. Такая конструкция способна перекрыть до 30 метров крыши.
Виды конструкций
Фермы из древесины ранее использовали в строительстве при возведении мостов. Но дерево восприимчиво к воздействию атмосферных осадков, и его повреждают насекомые, невзирая на многочисленные пропитки. На сегодняшний день активное использование деревянных ферм продолжается только для формирования основания крыши. В некоторых случаях индивидуальной жилой застройки применяют фермы из дерева в качестве перекрытий между этажами.
Классификация по назначению:
Конструкции различаются не только типом стропил, но и по своей форме. Отличия заключаются в очертаниях поясов. Что такое ферма в строительстве — это пространственная конструкция, которая служит основанием для закрепления вспомогательных элементов.
Классификация по форме:
Форма элементов обусловлена запасом прочности, который формируется исходя из длины крыши. Для короткой крыши достаточно простой треугольной конструкции. Длинную же ферму требуется оснащать дополнительными элементами или выбирать более сложный вариант — например, трапециевидный. Часто приходится импровизировать в процессе изготовления из-за несимметричных крыш.
Материалы изготовления
Брус из дерева применяется чаще всего. При большой вертикальной нагрузке используют широкую доску. Существуют иные варианты:
Сооружения из цельного бруса или клееных досок наиболее распространены. Конечный выбор зависит от требуемых показателей прочности и бюджета. В строительстве индивидуальных жилых домов выгоднее применять только древесину.
Достоинства и недостатки
Преимущества использования стропильной и подстропильной фермы:
Малый вес и высокая жёсткость — это определяющие параметры при выборе стропильной фермы в качестве основания кровли. Плюсом является возможность сборки на земле с последующей установкой.
Недостатки системе тоже присущи:
Сложность заключается в самостоятельной сборке — её нельзя проводить спустя рукава. Высокая точность соединения узлов гарантирует качество основания крыши. За неимением строительного опыта ферму лучше купить, но придётся переплатить.
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:
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.
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.
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:
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.