Расчёт фермы для крыши

Многие собственники недвижимости отказываются от традиционной деревянной стропильной системы, подвергаемой воздействию влаги, насекомых, гнилостным процессам, в пользу прочных металлических каркасов из профильной трубы, срок службы которых исчисляют десятилетиями.

Что такое ферма и для чего она нужна

Для усиления кровли используют специальные сборные конструкции, выполненные из профилированной трубы. С их помощью выполняют боковое и верхнее соединение опорных элементов беседок, навесов для машин, остановок, торговых павильонов, теплиц и парников. Такие усиливающие элементы также незаменимы при строительстве козырьков над крыльцом.

Металлическая ферма — усиливающая и опорная конструкция, состоящая из двух поясов, соединенных перемычками, раскосами. Благодаря такому устройству конструкция приобретает необходимую жёсткость, сохраняет первоначальные размеры и форму в любых условиях эксплуатации, независимо от внешних нагрузок.

В частном строительстве долгое время для возведения крыши использовали деревянные фермы. Но металлические элементы из профтрубы всё же обладают целым рядом преимуществ:

• Стальной профиль не подвержен деформациям, сохраняет форму и геометрию на протяжении всего срока эксплуатации;
• За счёт того, что трубы полые их отличает сравнительно небольшой вес;
• Металлические заготовки можно использовать для создания ферм любой сложности и конфигурации без потери прочности и надёжности;
• В отличие от дерева, металл не подвержен гниению, ему не страшны насекомые, грызуны и огонь;
• Выгодная цена и отсутствие сложностей с расчётом фермы под любую кровлю.

Сравнительный обзор огнестойких материалов для строительства дома

Читать

Металлические конструкции менее массивны в сравнении с деревянными обрешётками, при этом они обладают значительным запасом прочности и надёжности.

Основные виды ферм

В последние годы использование металлических ферм стало практически повсеместным. Во многом это стало возможным благодаря большому числу  разновидностей:

• Параллельные — с точки зрения устройства эти фермы являются наиболее простыми. Они состоят из одинаковых элементов, которые расположены параллельно друг другу.
  

  

• Арочные фермы — обладают стандартным типовым строением. Состоят из внешних и внутренних профилей, изогнутых в арку, которые соединяют с помощью рёбер жёсткости. Радиус арки зависит от проекта и может быть различным.
  

  

• Треугольные варианты — металлические системы, предназначенные преимущественно для строительства двускатных крыш, поверхности которых расположены под углом по отношению друг к другу.
  

  

• Полигональные конструкции — их задействуют в ситуации, когда предстоит работа с тяжёлым настилом и сложным в работе кровельным материалом. Применение подобных конструкций способно уменьшить высоту стен здания и снизить общий вес кровли.
  

  

• Трапециевидные фермы — в целом, их использование аналогично полигональным конструкциям. Единственное отличие заключается в их более простой форме.
  

  

• Сегментные системы — один из самых сложных в проектировании и реализации видов металлических ферм, когда фермы соединяются в объёмный профиль.

Строение металлических ферм

Типовое устройство фермы для кровли включает несколько основных узлов:

• верхний и нижний пояс, которые образуют контур конструкции;
• вертикальные стойки (рёбра жёсткости), которые соединяют пояса между собой;
• раскосы — металлические трубы, установленные под углом, обеспечивают дополнительное соединение поясов и придают конструкции жёсткость;
• шпренгели — специальные вспомогательные раскосы.

Также для сборки металлической фермы используют различные крепёжные материалы: болты, накладки, косынки, узловые фасонки, заклёпки и т.д.

Материалы для ферм

При самостоятельной сборке металлической фермы, как правило, используют не только профилированные трубы разного диаметра, но и другие металлоизделия. В частности, для достижения хороших показателей несущей конструкции при строительстве кровли применяют:

• трубы различного сечения;
• металлические уголки;
• тавры и двутавры;
• швеллеры.

При возведении простых крыш из металлочерепицы и профлиста металлические каркасы нередко собирают из труб и направляющих профилей. Выбирайте изделия, учитывая следующее:

• для небольших построек и временных сооружений применяют профиль длиной 4,5 метра и сечением 40х20х2 мм;
• если длина конструкции превышает 5 метров следует отдать предпочтение трубе 40х40х2 мм;
• сложные фермы больших размеров собирают из профиля сечением 40х60х3 мм.

Совет! При расчёте и изготовлении фермы для навеса или крыши своими руками проще всего работать с квадратным профилем толщиной 3-5 мм.

Строим навес своими руками

Подробнее

Расчёт фермы для крыши из профильной трубы

При желании собрать крышу из профильной трубы можно своими руками. Но для этого потребуется выполнить расчёт фермы в соответствии с предполагаемыми нагрузками, подобрать материалы с нужными характеристиками и параметрами.

При проведении любых расчётов рекомендуем отталкиваться от требований следующих нормативных документов:

• СНиП П-23-81;
• СНиП 07-85;
• ГОСТ 30245.

Это важно! При отсутствии знаний в области строительства, инженерных навыков от выполнения самостоятельных расчётов лучше отказаться. Правильным вариантом станет обращение за помощью к специалистам или использование специальных онлайн-калькуляторов. Даже небольшие ошибки в цифрах становятся причиной снижения прочности и обрушения металлоконструкций. Профессиональная подготовка проекта и чертежей особенно важна, если нужен расчёт фермы для сложной, вальмовой, трёх- или четырёхскатной крыши.

В процессе расчётных операций особое внимание нужно обратить на следующие параметры:

• Требуемая высота фермы — расстояние между верхним и нижним поясом. На этот параметр в процессе эксплуатации крыши влияют вес кровельного материала, снеговые и ветровые нагрузки. Стандартная высота конструкции — 2-3 метра. Если длина фермы превышает 36 метров, высота её может быть больше 3 метров, но в этом случае по центру следует предусмотреть установку дополнительных опорных раскосов.
• Размер и тип сечения металлопроката подбирают с учётом углов, под которыми их стыкуют с поясами. Например, для двускатной кровли с треугольной фермой монтаж диагональной стойки производят под углом 45°.
• Шаг установки раскосов. Его оптимальное значение определяют в соответствии с размером панелей (листов) кровельного материала. Стандартный шаг начинается от 90 см.

При монтаже односкатной крыши из профильной трубы необходимо учитывать её высоту в самом верхнем углу. Чем больше подъём, тем надёжнее и прочнее должна быть опорная конструкция.

Изготовление и монтаж ферм

Как только будет проведён расчёт фермы для односкатной или двускатной крыши, подготовлены все необходимые проекты и чертежи, выбраны материалы, можно приступать непосредственно к изготовлению конструкции. Важно заранее решить, какие работы будут проведены внизу — на земле, а какие — после подъёма  и установки каркаса на место, нужна ли для этого спецтехника, профессиональное оборудование.

Процесс сборки и установки фермы можно представить в виде следующего алгоритма:

1. Подготовка ровного и чистого участка для работы.
2. Установка вертикальных стоек с заглублением или бетонированием.
3. Сборка готовой фермы согласно намеченной схеме.
4. Подъём конструкции на место установки.
5. Монтаж специальных перемычек между установленными фермами, на которые затем будет производиться укладка кровельного материала.
6. Аккуратная зачистка всех швов, крепежа.

Металлоконструкции обезжиривают, покрывают грунтом в два слоя, окрашивают антивандальными ЛКМ для продления срока службы. При использовании оцинкованного профиля дополнительная обработка не требуется.

Чем покрасить металл

Узнать больше

Правила и советы по самостоятельной сборке фермы из профтрубы

• Чтобы облегчить металлические конструкции, предназначенные для строительства пологих крыш, используют решётки из полого профиля.
• Для уменьшения веса каркасов, которые применяют при возведении скатов с углами наклона 15-22°, нижний пояс фермы делают ломаным.
• При выборе металлоизделий, которые будут эксплуатироваться в сложных погодных и климатических условиях, следует обращать внимание на марку стали. В частности, для регионов с холодными и снежными зимами лучше всего подходит трубный прокат из низколегированных сталей, устойчивых к экстремально низким температурам. В местности с высокой влажностью воздуха имеет смысл потратить деньги на изделия с коррозионностойким оцинкованным покрытием.
• При стыковке труб в ферме должна быть полная герметичность соединения. В противном случае влага может попасть в полость трубы, что спровоцирует появление ржавчины и разрушение стенок изнутри.
• Участки кровельной системы, подверженные наибольшим нагрузкам, — следует усилить с помощью труб с увеличенной толщиной стенок путём приваривания дополнительных металлических уголков и пластин.
• Сварные швы, используемые для соединения элементов фермы, должны быть максимально ровными и аккуратными. Это обеспечит равномерное распределение нагрузок и снизит риск разрушения соединения.
• В местах соединения профильных труб дополнительно могут устанавливаться кольцевые муфты, фланцы, для достижения максимально прочного и надежного крепления.

Заключение

При выборе качественных и долговечных металлоизделий ферма прослужит на протяжении долгих лет. Собрать односкатную или двускатную крышу, навес из профилированной трубы своими руками не так уж и сложно, как может показаться, на первый взгляд. Залогом успешной работы станет правильный расчёт и грамотно составленный проект будущей конструкции.