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:

• оптимальный угол наклона ската;
• виды, степень нагрузки на крышу;
• материал, способ соединения элементов конструкции;
• тип кровельного материала;
• необходимо или нет потолочное перекрытие. 

Важными факторами станут климатические особенности региона, место расположения постройки.

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:

1. Верхний пояс.
2. Нижний пояс.
3. Решетки. Размещаются между верхним и нижним поясом. Служат усилением конструкции.
4. Стойки. Они же ребра жесткости, которые фиксируются под прямым углом к верхнему и нижнему поясу.
5. Раскосы. Также добавляют ферме жесткости. Монтируются к поверхности под углом. Один из видов раскосов – шпренгеля.
6. Узел. Так принято называть точку, где сходятся несколько ребер.
7. Панель – расстояние между расположенными рядом узлами.
8. Пролет. Часть фермы между опорами (стойками).

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.

Виды

В зависимости от формы, сложности конструкции в частном строительстве применяются такие виды ферм:

1. Треугольные. Простая форма позволяет собрать ферму быстро, нет необходимости в сложных расчетах. Применяются при возведении крыш под большим углом, навесов. Обеспечивают хорошее естественное освещение подкровельного пространства. Толщина металла, дерева для обустройства подбирается с учетом веса кровельного материала. При сварке металлических деталей придется потрудиться, чтобы получить острые углы на опорах.  
2. Полигональные. Изготавливаются из профильных труб. Применение – крыша складских помещений, ангаров. Пролеты получаются больших размеров. Сварка деталей требует серьезных навыков. Плюс – экономный расход металла.
3. С параллельными поясами. Отличный вариант прочной фермы. Удобно собирать из металла. Все элементы повторяются. Количество стыков минимально. Такую конструкцию получиться сварить и своими силами.
4. Трапециевидная с опорой на стойки. Будет оптимальным решением, когда необходимо надежно зафиксировать постройку. Имеет по бокам раскосы.  

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:

• 6-15 градусов;
• 15-20 градусов;
• 22-35 градусов.

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.

Популярное сырье в малоэтажном строительстве. Наиболее востребованы обрезные доски, брус хвойных пород. Причины тому – низкая цена, простота обработки, подгонки.

Допустимо применять 2 типа древесины:

1. Клееный брус. Получается путем склеивания нескольких досок между собой в заводских условиях. Стоит дорого. Но даже со временем не трескается, не дает усадки. Показатель влажности колеблется от 8% до 12 %.
2. Доски, брус естественной влажности. Стоит дешево. Но зачастую, высыхая, начинает деформироваться, давать усадку или трескаться.  

К преимуществам возведения стропильной системы из дерева стоит отнести:

• доступность сырья;
• низкая цена;
• экологическая безопасность;
• удобство, легкость обработки (резка, сверление, подгонка размеров);
• самобытный внешний вид (отлично впишется в стиль кантри, фахверк, шале);
• возможность сборки своими силами.

Есть у такой конструкции и недостатки:

• ограниченный срок эксплуатации;
• необходимость периодического ухода;
• поддерживает процесс горения.

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.

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:

1. Для небольших зданий хватит труб длиной до 4,5 м размерами 40*20*2 мм. 
2. Когда нужно собрать ферму длиной от 5 м, то размеры профиля должны быть 40*40*2 мм.
3. Если это крыша большого дома, офиса, производственного цеха, то габариты профильных труб для фермы должны быть 40*60*3 мм.

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:

1. Имеет высокую несущую способность, за счет чего не деформируется под действием больших нагрузок. 
2. Возможность использования любого типа кровельного материала.
3. В отличие от дерева металл не горит, не подвержен гниению.
4. Создание сложных по конструкции каркасов без риска потери прочности.
5. Длительный срок службы.
6. Не нуждаются в периодическом уходе.
7. Готовые металлические фермы имеют небольшой вес. 
8. Доступная цена металлопрофиля.
9. Изготовление каркасов нестандартных форм.
10. Экономный расход материала.

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:

• купольная;
• шатровая;
• арочная;
• двускатная.

Односкатная крыша – простая конструкция, что позволяет строить ее своими силами. Выбирая в качестве материала металл, каркас будет состоять из таких элементов:

• верхний пояс;
• нижний пояс;
• стойки;
• раскосы;
• шпренгели (раскосы);
• крепежные детали (клепки, косынки, сварные швы).

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:

1. Постоянная. Сюда относят вес самой кровельной конструкции, дымоход, телевизионные антенны.
2. Временная. Воздействие снега, ветра и другого внешнего воздействия.
3. Особая. Учитывается в исключительных случаях. К примеру, когда постройка находится на сейсмическом участке, вблизи вулкана.

Определение ветровой нагрузки предусматривает учет таких факторов:

• высота постройки;
• преобладающее направление ветра в определенном регионе;
• плотно застроенная местность или открытая местность.

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:

• При пролете до 4,5 м используются цельные стропила с рекомендуемым сечением 50х150 мм при шаге 0,6 м, 75х175 мм при шаге 1,1 м.
• При пролете до 6 м. При большом уклоне нужно стыковать стропила по длине и использовать подкосы. Рекомендуемое сечение 50х200 мм при шаге 0,6 м, 100х200 мм при шаге 1,1 м.
• При пролете больше 6 м. Здесь все стропила будут составными, понадобятся промежуточные стойки для перераспределения на себя части нагрузки и уменьшения провисание балки. Сечение будет как и для длины пролета до 6 м.

Для определения размеров металлоконструкции следуют следующим данным:

• при ширине до 4,5 м размер изделий 40*20*2 мм;
• при ширине 4,5 5,5 м – размер изделий 40*40*2 мм;
• при ширине более 5,5 м размер изделий 40*40*3 мм либо 60*30*2 мм.

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. 

В качестве примера разберем особенности расчета металлической фермы для навеса 4*6 м. 

1. Материал – металлопрофиль квадратного сечения 3*3 см с толщиной стенок 1,2 мм. 
2. В схеме устройства длина нижнего прогона будет 3,1 м, верхнего – 3,9 м. 
3. Со стороны узкой перпендикулярной части каркаса выставляются вертикальные опоры высотой 0,6 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.

Последовательность монтажа:

1. Подготовка ферм. Собирать и сваривать элементы между собой лучше на земле.
2. Крепеж вертикальных стоек каркаса. Вертикальность установки проверяется отвесом. 
3. К стойкам привариваются трубы в горизонтальном положении. Все сварочные швы зачищаются.
4. Ферма поднимается наверх. Одному этого сделать не выйдет, поэтому придется привлекать помощников.

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.

Порядок монтажа проводится в следующем порядке:

1. Пропитывают деревянные элементы защитным средством – антисептиком.
2. Производят крепеж мауэрлата. Его толщина равна толщине опорных стенок. Мауэрлат гидроизолируют, крепят четко горизонтально.
3. На мауэрлате делают отметки, где будут монтироваться стропила. Выпиливаются под них проемы.
4. Если пролеты будут большой длины, то потребуется по длине сращивать стропила, усиливая их металлическими уголками или пластинами.
5. Фермы крепят так, чтобы был выступ минимум на 30 см за пределы мауэрлата. Фиксация проводится болтами, металлическими скобами.
6. Выставляются подпорки. Они нужны в случае, когда длина стропил свыше 4,5 м.
7. Набиваются планки обрешетки.
8. Изнутри каркаса монтируется потолочное перекрытие. Утепление подкровельного пространства, если это предусмотрено проектом.

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.