Кроквяна ферма - вибір схеми

Основу несучої конструкції даху становлять ферми, які бувають кроквяними та підкроквяними (див. фото). Від того, наскільки якісно вони виконані, залежить міцність, надійність та термін експлуатації покрівлі. Дерев'яні ферми для даху повинні витримувати не тільки вагу так званого покрівельного «пирога», а й суттєві навантаження, що є результатом впливу сильних вітрів та атмосферних опадів.

Що таке кроквяні ферми?

Кроквяна ферма являє собою жорстку конструкцію, що використовується для пристрою скатних дахів. Вона необхідна, щоб перерозподілити навантаження, яке піддається покрівлі, на стіни будівлі. Матеріали виготовлення ферм бувають різні, але найчастіше використовують деревину.

Дерев'яна ферма для даху, як на фото, виконується з дощок, бруса або лісу-кругляка (розрахунок круглого лісу в кубах - калькулятор). Щоб з'єднати в одну конструкцію всі елементи, виготовлені з бруса та колод, застосовують такий метод як врубка, а якщо задіяні дошки, то металеві кріплення – цвяхи, болти, анкери, зубчасто-кільцеві шпонки та інше.

У малоповерховому будівництві при виготовленні дерев'яних кроквяних ферм застосовують зазвичай пиломатеріали хвойних порід через їхню дешевизну і простоту підгонки. При установці кроквяних брусів треба обов'язково виключити можливість їх провисання по довжині під вагою покрівлі та власною вагою. Робиться це одним із двох способів: встановлюють середній прогін - товстий брусок, що несе, поперек крокви або поперечні балки і розпірки.

Коли зводиться будова, що має велику площу, а відповідно і проліт довжиною понад 16 метрів, у будівельній галузі використовують ферми з розтягнутими металевими стійками, оскільки якщо зробити їх з дерева, то надійне з'єднання вузлів забезпечити практично неможливо. кріплення").

В даний час, щоб уникнути значних трудовитрат при складанні ферми, застосовують комбіновані конструкції з металу та дерева, і тоді встановлення кроквяної системи займає набагато менше часу. Варіант створення покрівлі з відкритими фермами під час будівництва житлових будинків не використовують – систему закривають стельовими перекриттями. У промисловому будівництві навпаки – зазвичай використовують відкриту конструкцію.

Вибір схеми ферми

Порада:
Не робіть ПОМИЛКИ у розрахунках!
Використовуйте будівельні калькулятори онлайн - розрахунок будівельних матеріалів та конструкцій для ремонту та будівництва швидко та точно.

• кут ухилу покрівлі;
• тип з'єднання, який передбачається використовувати під час створення конструкції;
• матеріал покриття поверхні даху;
• наявність/відсутність стельового перекриття.

Наприклад, якщо при будівництві будинку створюється майже плоска покрівля з покриттям із бітумних рулонних матеріалів, тоді найоптимальнішим, на думку фахівців, є форма трапеції або прямокутника. Трикутні ферми монтують, якщо дах має круті скати, і на її поверхню планують укласти важкі покриття.

• якщо прямокутна ферма – 1/6 х L;
• якщо конструкція трикутна – 1/5 х L.

При будівництві приватного будинку, як правило, зводять трикутну кроквяну систему.Така форма ферми в комбінації з похилим планом крокв дає можливість будувати односхилі та двосхили покрівлі, що мають різні кути нахилу. Коли зводяться котеджі з двосхилими дахами, нерідко застосовують конструкції з висячими кроквами. При цьому крокви різьблені можуть стати справжньою окрасою покрівлі.

З метою забезпечення надійності та міцності ферм для їх верхнього та нижнього пояса монтують додаткові зв'язки, які виготовляють із дощок та поміщають у площині знаходження середньої стійки.

Конструкція простих трикутних ферм

Багато в чому схема розкладки крокв залежить від довжини прольоту будівлі та наявності/відсутності внутрішніх несучих стін. Використовується проста кроквяна ферма в тому випадку, якщо вона спирається виключно на зовнішні стіни будівлі (у будинку немає опор усередині) і параметр прольоту не перевищує 6 метрів.

Подібна конструкція дерев'яної покрівлі включає: 2 кроквяні ноги, затяжку та 2 підкоси. Коли ширина прольоту понад 6 метрів, необхідний монтаж по центру опорного елемента і будуть потрібні додаткові підкоси. Щоб затяжки не перешкоджали проходу горищем, спирають кроквяні ноги на стіни, а їх встановлюють на середині висоти ніг. Такий варіант жорсткого чи шарнірного з'єднання вертикальних елементів за допомогою опорної балки називають ригель.

Подібна конструкція забезпечує наявність зручного для використання горищного простору, але в тому місці, де є ригель, унаслідок вигину кроквяної ноги у фермі з'являється розпірна напруга, що передається стінам. Тому ферми з ригелем встановлюють у будівлях за умови наявності міцних і стійких несучих стін, які надійно пов'язані балками перекриття горища.Звичайно, розрахунок дерев'яних балок повинен бути виконаний спочатку (онлайн калькулятор пиломатеріалу).

Опора для кроквяної системи

При створенні опори для ферми переважно використовувати не стіни будівлі, а спеціально для цього призначений брус, який називають мауерлатом. У ньому немає необхідності тільки при будівництві зроблених з колод будинків, оскільки тоді функцію опори покладають на верхній вінець дерев'яного зрубу.

Що стосується будівництва будинку з цегли або інших будматеріалів, то ферма підкроквяна є невід'ємним елементом облаштування покрівлі. Вона потрібна для рівномірної передачі навантажень на стіни. Ферми підкроквяні зазвичай являють собою міцні ферми металеві кроквяні або залізобетонні конструкції, елементи яких з'єднують між собою, використовуючи зварювання або болти.

Порядок розрахунку кроквяних конструкцій

При розрахунку кроквяних систем і для того, щоб скласти план розкладки крокв, потрібно враховувати передбачувані навантаження на конструкцію покрівлі, які можна розділити на 3 категорії:

• навантаження, що надаються постійно - до них належить вага елементів покрівельного «пирога»;
• тимчасові – це маса снігу (залежить від погодних умов у регіоні), вага людей, що піднімаються на дах для проведення робіт, вітровий фактор та інше;
• особливі навантаження - наприклад, на будинки, розташовані в зонах підвищеної сейсмічної небезпеки.

Sg – це вага снігового навантаження із розрахунку на квадратний метр покрівельного покриття. Ця величина є умовною, і її значення визначають за спеціальними таблицями залежно від регіону.

μ – це коефіцієнт, який залежить від кута нахилу даху.

• тип місцевості (міська забудова чи відкритий простір);
• нормативну величину вітрового навантаження у цьому регіоні;
• висоту будівлі.

Щоб не припуститися помилки в розрахунках і врахувати всі нюанси, навіть такі, як, з якої дошки роблять крокви, цю роботу повинен виконувати проектувальник при складанні проекту будівлі.

Виготовлення кроквяних ферм

В останні роки при будівництві приватних будинків кроквяним фермам, зробленим прямо на будівельних майданчиках, стали віддавати перевагу конструкції, вироблені в заводських умовах. Їх виготовляють на монтажно-пресовому устаткуванні.

Сучасні технології дозволяють випускати кроквяні та підкроквяні ферми і елементи до них для дахів різної конструкції і не тільки для житлових будівель. ).

Металеві та сталеві кроквяні конструкції

У приватному домобудуванні нерідко використовують сталеві стропи стропильні, які бувають трикутними, з паралельними поясами і полігональні. - на 18, 24, 30 та 36-метрові прольоти.

Щоб виготовити пояси та решітки використовують куточки для кроквяної системи, а окремі елементи з'єднують зварюванням.Оптимальним рішенням, що відрізняється надійністю, фахівці вважають конструкцію, для якої пояси роблять з таврових широкополочних балок. Відмінність між сталевими підкроквяними фермами і кроквяними полягає в наявності паралельного пояса. Їх розміри відповідають параметрам кроквяних конструкцій.

Для будівництва приватних будинків, як правило, застосовують ферми, для виробництва яких використовують профільні гарячекатані або гнуті прямокутні труби або з квадратним перетином. Це пояснюється просто: їхня вага менша, ніж у виробів, виготовлених з куточка, тавра або швелера. Таку систему можна легко зібрати з окремих готових елементів на будмайданчику перед початком монтажу за допомогою зварювання.

Нерідко для створення покрівлі, якщо перекриття прольотів має велику довжину, задіяні залізобетонні кроквяні ферми, що являють собою міцні ґратчасті конструкції. Їх рекомендують монтувати на дахи одноповерхових будов, на покриття яких виявлятимуться підвищені навантаження.

• безрозкосні вироби трикутної форми;
• системи для малоухильних покрівель;
• на сегментні розкісні та безрозкісні конструкції (для скатних дахів).

• міцність та морозостійкість бетону;
• середня густина бетону;
• ступінь захисту від корозії;
• марки сталі для армування;
• товщина бетонного шару біля арматури.

Основним недоліком залізобетонних конструкцій вважається їх велика вага та необхідність задіяти при монтажі будівельну техніку (розрахунок перерізу залізобетонної балки – калькулятор).

Кроквяні ферми для односхилий покрівлі

• Розраховується величина перепаду несучих стін за формулою H = Ш х tg L, де H – це результат, Ш – відстань між протилежними стінами, а tg L – тангенс кута, під яким зводиться покрівля.
• Залежно від того, які бувають крокви з дерева та які необхідні, проводиться їх заготівля та обробка спеціальними просоченнями.
• Далі виконується монтаж мауерлату, товщина якого має відповідати товщині опорних стін. Цю балку необхідно жорстко закріпити і якісно гідроізолювати, дотримуючись строго горизонтального розташування.
• Потім на мауерлат роблять розмітку, згідно з якою буде проведена установка кроквяних ніг і вирізають для них виїмки.
• У ряді випадків при складанні конструкції проводиться зрощення крокв по довжині.
• Готові ферми укладають таким способом, щоб вони виступали за поверхню балки для опори на 30 сантиметрів, закріплюють з використанням болтів і скоб.
• Потім проводиться монтаж підпір, і виконується решетування. Підпори необхідні, коли довжина кроквяних ніг перевищує 4,5 метри. Зверху крокв для решетування набивають планки. Часто для створення кроквяної ферми необхідна стикування крокв по довжині – її здійснюють на ділянці, де момент, що згинає, мінімальний.

Виконувати роботи на даху самостійно треба виключно у простих випадках, таких як, наприклад, будівництво даху гаража, лазні або господарських будівель, а також коли проводиться заміна крокв даху, у всіх інших випадках роботу слід довірити професіоналам.

Правила конструювання та розрахунку ферм

За дотримання зазначених у табл.15 генеральних розмірів ферми розраховуються як шарнірні у вузлах, а невеликі додаткові напруги вигину, які з'являються в нерозрізних поясах при деформації ферм, не враховуються.

При розбивці ферм на панелі нижній пояс поділяється на рівні відрізки. У великопанельних фермах (схеми 1. 7 табл. 15) на рівні відрізки розбивають верхній пояс для отримання стандартних дощатоклеєних блоків. Довжини панелей стислих поясів ферм із брусів (схеми 9. 12 табл. 15) призначаються 1.5. 3м.

Розрахункова довжина стислих і стисло-згинальних елементів при розрахунку їх на стійкість приймається рівною відстані між центрами вузлів ферми. При розрахунку стислих поясів на стійкість із площини системи розрахункова довжина приймається рівною відстані між вузлами зв'язків жорсткості. При малих відстанях між зв'язками, наприклад, між прогонами, що часто поставлені по верхньому поясу, стійкість стисненого пояса з площини системи можна не перевіряти.

Стики елементів стисненого пояса вирішуються лобовим упором і конструктивно перекриваються бічними дерев'яними накладками на болтах (рис. 117 а), з кожного боку від стику ставиться не менше двох пар стяжних болтів.

Так як у стиках жорсткість пояса різко зменшується, їх необхідно робити поза дільницями, що працюють на поздовжній згин, т.е. е. якомога ближче до вузлів та у вузлах закріплених зв'язками жорсткості. Стики поясів із брусів не слід робити в панелях, що примикають до опорних вузлів, а також до вузлів перелому поясів (наприклад, конькового). Розташування стиків у поясах має забезпечити найкраще використання довжини лісоматеріалу. У багатокутних фермах стики робляться у вузлах перелому верхнього пояса та збігаються із центром вузла.

Розтягнуті дерев'яні елементи, особливо нижні пояси та їх стикові накладки, при виготовленні їх з деревини повинні відповідати вимогам I категорії елементів. Ослаблення їх мають бути мінімальними та по можливості симетричними. Слід уникати ослаблення кромок розтягнутих елементів з дощок.

Стики розтягнутих дерев'яних поясів перекриваються, як правило, дерев'яними накладками та прокладками на болтах та штирях із круглої сталі. Конструкція стиків має забезпечувати осьову передачу зусилля.

Стики розраховуються на зусилля, що діє у цій панелі пояса; при цьому проводиться перевірка перерізів пояса та накладок на розтяг по площі нетто та визначаються число та розміри зв'язків.

Стики бувають зімкнутими (рис. 117, б), коли торці елементів, що з'єднуються, зсунуті впритул, або розімкненими (рис. 117, в), коли торці розсунуті на необхідну відстань (накладки і прокладки на стільки ж подовжуються). Застосування розімкнених стиків доцільно тоді, коли вони сприяють кращому використанню довжини лісоматеріалу в поясах ферм, або коли стик влаштовується у вузлі та у простір між елементами заводяться розкоси решітки.

Стиснені та стисло-згинальні дерев'яні елементи ферм тільки з брусів або складові елементи з брусів та клейодощаті проектуються відповідно до вимог до категорій елементів, викладених у § 13.

Елементи ферм, як правило, повинні центруватись у вузлах. Нецентроване кріплення елементів решітки допускається лише у фермах зі слабко навантаженими елементами (наприклад, багатокутних). Вузловий згинальний момент визначається як добуток зусиль, що рівнодіє, в елементах решітки на її плече щодо осі пояса.В цьому випадку нижній пояс перевіряється на розтяг з вигином. Якщо біля вузла немає стику і панелі, що примикають, мають приблизно однакову довжину, вузловий момент розподіляється порівну між ними; за наявності стику біля вузла цей момент повністю сприймається панеллю, що не має стику. Перевірка верхнього пояса у вузлах на стиск із вигином проводиться за формулою (42) без урахування коефіцієнта ξ.

Будівельний підйом надається всім фермам і має бути не менше 1/200 прольоту. Будівельний підйом виконується переломом нижнього пояса у середині чи третини прольоту. При цьому повинна бути збережена необхідна мінімальна висота ферми в середині прольоту між осями поясів. І тут прогин ферм можна перевіряти.

При прольотах дерев'яних конструкцій понад 30 м одна з опор має бути рухомою.

Розрахунок ферм починається з визначення зусиль у елементах. Навантаження вважається прикладеним у вузлах. Вузлові навантаження знаходяться множенням навантажень від сили тяжіння даху, ферми та зовнішніх навантажень на вантажну площу з урахуванням контуру верхнього пояса та вказівок глави СНиП II-6.74 та зусилля в елементах побудовою діаграми Кремони. Достатньо побудувати одну діаграму від одиничного навантаження, розташованого на напівпрольоті ферми, після чого через вантажні коефіцієнти, що відповідають вузловим навантаженням від різних завантажень, визначаються розрахункові зусилля в елементах. елементи грат — половини прольоту.

Насправді у великопанельних фермах завжди є позавузлове (місцеве) навантаження: відкриття снігу – рівномірно розподілене g, а багатокутних фермах навантаження від прогону, зосереджена у середині прольоту Р. У цих випадках елементи верхнього пояса між вузлами згинаються, а

де а - Довжина панелі.

Для створення розвантажувальних моментів у фермах із прямолінійними елементами верхнього пояса вузли вирішуються позацентрово за аналогією з трикутними арками (див. § 55) та M_розг=Ne, у сегментних фермах розвантажуючий момент створюється за рахунок кривизни панелі та М_розг= Nf. Розрахунковий згинальний момент у панелях

Ферми повинні перевірятися на монтажні навантаження, яких зусилля в елементах часто змінюються на протилежні за знаком значення.

Металеві ферми з профільної труби — кроквяні конструкції

Металоконструкції, що складаються із з'єднаних решітчастих стрижнів, у будівельному світі називають фермами. Виробництво таких конструкцій вважається трудомістким порівняно з суцільними балками, але більш економічним. Для виготовлення ферм застосовується парний матеріал, а їх з'єднання використовуються косинки. Вся конструкція монтується за допомогою зварювання чи клепок.

Ферми з профільної труби застосовуються у перекриттях промислових будівель та житлових будинків, при будівництві мостів, об'єктів зв'язку, вантажопідіймальних кранів, опор електропередачі, транспортних естакадах та ін.

Металеві ферми з профільної труби мають ряд недоліків:

• для монтажу та підйому конструкції, зважаючи на її велику вагу, необхідно застосовувати спеціальну техніку;
• ферми з профільних труб мають невеликий коефіцієнт опору до підвищених температур, тому під час пожежі покрівля може впасти;
• Установка ферми - дуже дорога робота.

Залежно від розмірів будівлі, видів покрівельного покриття, від навантаження, будуються трикутні або трапецієподібні ферми.

Кроквяна конструкція з профільних труб: вибираємо кут ухилу даху

Кроквяна ферма - це висяча металоконструкція, яка складається з стійок, розкосів, нижнього і верхнього пояса. Вибір конструкції залежить від ухилу покрівлі, навантаження, довжини прольоту та розташування перекриття горища.

Кут ухилу даху 22-30 градусів

Трикутні ферми із профільної труби використовують, коли кут ухилу даху становить від 22 до 30 градусів. Висота її повинна мати 1/5 довжини прольоту. За вагою така конструкція вийде невелика, стіни можна споруджувати невисоко – в межах горища.

При розмірах прольоту 14-20 метрів вага конструкції можна знизити, застосовуючи низхідні розкоси. Кількість панелей у таких випадках має бути не менше восьми, а довжина панелей верхнього пояса становитиме – 1,5 -2,5 м. Відповідним покрівельним матеріалом буде залізо, етерніт, шифер.

У промислових будинках, у яких довжина прольоту досягає 20-35 м, монтують ферми Полонсо, що складаються з двох трикутних конструкцій, з'єднаних затяжкою. Тут на верхньому поясі закріплюється 12-16 панелей, завдовжки від 2 до 2,75 м.

Кут ухилу даху 15-22 градуси

І тут береться висота ферми в 1/7 всієї довжини прольоту. Щоб збільшити висоту на 0,16-0,23 щодо довжини прольоту нижній пояс роблять ламаним. В результаті вага конструкції стає меншою на 30% порівняно з трикутною фермою. Щоб використовувати такі ферми, необхідно вмонтувати 8 панелей із довжиною прольотів не більше 20 метрів.

Кут ухилу даху 6-15 градусів

При невеликих ухилах даху застосовується трапецієподібна ферма.Її висота повинна становити від 1/7 до 1/9 довжини прольоту, тоді вага конструкції зменшиться. Якщо стеля не буде підвішуватися до конструкції, то як розкоси потрібно застосувати трикутні грати.

Число панелей розраховується аналогічно до розрахунку для трикутної ферми. Якщо довжина стін горища виявиться мала, то у опор передбачаються переломи даху. Коли підвішування стелі все ж таки необхідне, то панелі конструкції повинні бути однаковою довжини – 1,5 – 2,5 м, а до розкосів додаються стійки.

Кроквяна система для ухилу даху 6-10 градусів

Нюанси, які допоможуть зробити розрахунок ферми із профільної труби точним

Для розрахунків необхідно керуватися:

• - СНІП, П-23-81, розділ - сталеві конструкції;
• - СНІП, 2.01.07-85, розділ - навантаження та впливу.

Вибір схеми. Спочатку визначаються контури поясів профільної ферми. Силует конструкції визначається за функціями споруди, за видом покриття покрівлі, кутом нахилу.

Розмір конструкції. Якщо технічні вимоги не передбачають інших варіантів, довжина ферми розраховується за принципом економії. Висота споруди залежатиме від типу покрівельного покриття, можливості перестановки ферми, можливості її мінімальної ваги, можливості забезпечити необхідний кут ухилу поясів.

Якщо проліт більше тридцяти шести метрів, виникає необхідність розрахунку будівельного підйому, який попередить вигин конструкції від навантажень.

Панельні розміри визначаються виходячи з відстані між частинами, які передають навантаження на всю металоконструкцію. Необхідно пам'ятати, що кут скосу у різних ферм не може бути однаковим, і те, що розміри панелі повинні відповідати цьому кутку.

Якщо форма решітки трикутна, то кут має становити 45 градусів. При пологій формі ґрат – 35 градусів. Розраховуючи монтаж ферми, необхідно обов'язково враховувати відстань між вузлами конструкції. Воно, як правило, дорівнює ширині панелі.

При розрахунках не можна допускати навіть найменшої похибки. Вона може призвести до непередбачених обставин під час монтажу конструкції . При складанні схеми споруди та її зведенні доцільніше проконсультуватиметься з фахівцем.

Щоб не робити виснажливих розрахунків, можна скористатися готовими типовими проектами, які застосовуються при будівництві громадських будівель та споруд.

Металеві профільні труби: види та характеристики

Кроквяна конструкція, виконана з профільних труб, давно застосовується в приватному будівництві, тому що профільні вироби легші за кутник або швелера. Їх можна легко зібрати дома, використовуючи зварювання. При будівництві даху з важким покриттям (шифер, металочерепиця, залізо) монтуються кроквяні системи з дерева.

Профільні труби в будівництві покрівлі можна покривати легкими матеріалами, такими як: ондулін, рулонний матеріал, прозорий шифер, бітумні гонти та ін. Металеві профільні труби виготовляються з алюмінію та сталі. Характеристики металевої профільної труби (форма, товщина стінок та розмір) залежать від її призначення.

Профільні труби ділять за типом їх виготовлення:

• електрозварні холоднодеформовані;
• електрозварні труби;
• холоднодеформовані;
• гарячедеформовані;
• безшовні

Профільні труби мають переваги. Вони зручні при складуванні, транспортуванні, навантаженні-розвантаженні.Матеріал здатний витримати великі теплові та механічні навантаження, піддається обробці, тому застосовується у дизайнерському будівництві.

Алюмінієві профільні труби — застосовуються для виготовлення перил, огорож, вікон, дверей, фасадних систем, рекламного та торгового обладнання, а також для оформлення інтер'єру різних приміщень. Незамінні в авіабудуванні та суднобудуванні, у конструкціях ліфтів, а також у виробництві меблів та спортивної споруди.

Сталеві профільні труби - конструкції зі сталі виготовляються із різних сталевих сплавів. Профільні сталеві труби виробляються кількох видів перерізу: прямокутного, квадратного, овального, плоскоовального та краплеподібного. Вони відрізняються високою міцністю, тому застосовуються у будівництві легких та важких металевих конструкцій.