Крыша является завершением здания и очень важным элементом его конструкции. Чтобы должным образом защитить его от неблагоприятных погодных условий, он должен быть прочным и устойчивым.
Среди различных конструкций крыш воротниковая балка считается наиболее устойчивой, поскольку она прекрасно защищает здания, а также (благодаря своей прочности) позволяет укладывать тяжелые кровельные материалы. Изучите типы стропильных ферм. Посмотрите, чем отличаются стропильная система крыши.
Роль и функции стропильных систем крыш
Стропильные системы играют важную роль в строительстве крыш, обеспечивая структурную поддержку и стабильность.
Структурная поддержка:
Основной функцией стропильной системы является обеспечение структурной поддержки крыши. Равномерно распределяя вес крыши, она обеспечивает передачу нагрузки на стены или несущие колонны, предотвращая чрезмерное напряжение конструкции здания.
Распределение нагрузки:
Стропильные системы эффективно распределяют вес крыши, включая мертвую нагрузку (вес материалов крыши) и живую нагрузку (например, снег, ветер и обслуживающий персонал). Равномерно распределяя нагрузку по нескольким элементам фермы, они предотвращают локальную концентрацию напряжений и поддерживают стабильность конструкции крыши.
Пролетная способность:
Одна из ключевых задач стропильной системы крыши — преодолевать большие расстояния без промежуточных опор или колонн. Это позволяет создавать открытые планы этажей и гибко использовать внутренние пространства, максимально увеличивая полезную площадь под крышей.
Структурная целостность:
Ферменные системы крыши способствуют общей структурной целостности здания. Взаимосвязанные элементы и соединения ферм создают жесткий каркас, который противостоит деформации и обеспечивает стабильность и надежность крыши даже при экстремальных погодных условиях.
Гибкость конструкции:
Стропильные системы обеспечивают гибкость конструкции, позволяя архитекторам и строителям создавать крыши различных форм и конфигураций. Будь то двускатная, вальмовая, гамбрел или любая другая крыша, фермы могут быть спроектированы таким образом, чтобы соответствовать желаемому дизайну, сохраняя при этом структурную целостность.
Экономия времени и средств:
Сборная конструкция стропильных ферм делает их экономичным и выгодным решением для строительства крыши. Фермы могут быть изготовлены за пределами строительной площадки, что сокращает трудозатраты и время строительства. Их легкий вес также упрощает транспортировку и установку.
Хорошо спроектированная и правильно установленная стропильная система крыши имеет важное значение для создания структурно прочной и функциональной крыши. Обеспечивая структурную поддержку, распределение нагрузки, пролетную способность и гибкость конструкции, стропильные фермы обеспечивают целостность, стабильность и эффективность кровельной конструкции.
В жилых, коммерческих или промышленных зданиях стропильные системы играют жизненно важную роль в создании безопасных и долговечных крыш.
Распространенные материалы, используемые в стропильных системах крыш
Стропильные системы крыш являются неотъемлемыми компонентами кровельных конструкций, обеспечивая поддержку и стабильность. Выбор материалов для стропильных ферм имеет решающее значение для обеспечения структурной целостности и долговечности.
Дерево:
Дерево является традиционным и широко используемым материалом для стропильных ферм. К распространенным породам древесины относятся пихта Дугласа, ель и сосна.
Деревянные фермы обладают отличным соотношением прочности и веса, что делает их экономически эффективными и простыми в работе. Они могут быть адаптированы к различным конструкциям и подходят как для жилых, так и для промышленных зданий.
Сталь:
Сталь является популярным выбором для стропильных систем коммерческих и промышленных крыш. Она обладает высокой прочностью, долговечностью и устойчивостью к огню, вредителям и гниению.
Стальные фермы имеют небольшой вес, что позволяет увеличить длину пролетов и уменьшить необходимость в промежуточных опорах. Они часто используются в крупномасштабных сооружениях, таких как склады, заводы и арены.
Изделия из обработанной древесины:
Изделия из инженерной древесины, такие как клееный шпон (LVL) и клееный брус (Glulam), разработаны для обеспечения повышенной прочности и стабильности. Эти материалы изготавливаются путем склеивания слоев древесного шпона или пиломатериалов между собой, в результате чего получаются прочные и устойчивые балки.
Изделия из инженерной древесины обеспечивают стабильность размеров, устойчивость к короблению и могут быть изготовлены на заказ в соответствии с конкретными требованиями дизайна.
Алюминий:
Алюминиевые фермы легки, устойчивы к коррозии и подходят для применения в тех случаях, когда вес имеет значение. Они обычно используются во временных сооружениях, на открытых мероприятиях и выставочных стендах. Алюминиевые фермы просты в сборке, универсальны и обладают современной эстетической привлекательностью.
Композитные материалы:
Композитные материалы, такие как армированный стекловолокном пластик (FRP) и армированный углеродным волокном полимер (CFRP), набирают популярность в стропильных фермах. Эти материалы обеспечивают высокое соотношение прочности и веса, устойчивость к коррозии и превосходную долговечность.
Композитные фермы часто используются в условиях, где традиционные материалы могут разрушаться, например, в прибрежных районах или на химических предприятиях.
Выбор материалов для стропильных систем крыш зависит от таких факторов, как требования к пролету, несущая способность, предпочтения в дизайне и экологические соображения. Дерево, сталь, инженерные изделия из древесины, алюминий и композитные материалы обладают уникальными преимуществами с точки зрения прочности, долговечности, веса и экономической эффективности.
Выбрав подходящий материал, строители и инженеры могут обеспечить строительство надежных и эффективных стропильных систем, которые способствуют общей стабильности и долговечности конструкции крыши.
Ключевые элементы стропильной системы крыши
Рассмотрим ключевые элементы, составляющие стропильную систему крыши, подчеркнем их роль и значение для создания прочной и надежной конструкции крыши.
Стропила:
Стропила — это наклонные элементы, которые образуют основной каркас крыши. Они проходят от конька, расположенного в самой высокой точке крыши, вниз до карниза, который является нижним краем крыши. Стропила служат основной опорой для кровельного покрытия и помогают передать нагрузку от крыши на несущие стены или балки.
Коньковая доска:
Коньковая доска — это горизонтальный элемент, расположенный на вершине крыши и соединяющий верхние концы стропил. Она помогает стабилизировать конструкцию крыши и обеспечивает точку крепления верхних концов стропил.
Прогоны:
Стропила — это горизонтальные или диагональные элементы, расположенные перпендикулярно стропилам. Они обычно устанавливаются поверх стропил и обеспечивают дополнительную опору для кровельного покрытия. Подкосы помогают равномерно распределить вес крыши и предотвратить провисание или прогиб.
Воротниковые стяжки:
Воротниковые стяжки — это горизонтальные элементы, установленные между противоположными стропилами в верхней части крыши. Они помогают предотвратить расхождение стропил, обеспечивая поперечную устойчивость конструкции крыши. Воротниковые связи особенно важны для крыш с крутыми скатами или в районах, подверженных сильным ветрам.
Укрепление:
Консольные элементы, такие как диагональные или поперечные скобы, устанавливаются между стропилами и другими элементами конструкции для повышения жесткости и устойчивости стропильной системы крыши. Консоли помогают противостоять боковым силам и предотвращают раскачивание или разрушение крыши под воздействием внешних нагрузок.
Пластины или фермы:
Стропильные пластины или фермы — это металлические соединительные элементы, используемые для соединения различных компонентов стропильной системы крыши. Они обычно изготавливаются из стали и имеют ряд зубцов или шипов, которые проникают в деревянные элементы при сжатии. Стропильные пластины обеспечивают прочные и надежные соединения, гарантируя структурную целостность стропильной системы.
Обшивка:
Обшивка — это слой материала, обычно фанеры или ориентированно-стружечной плиты (OSB), который накладывается на верхнюю часть стропильной системы крыши. Обшивка обеспечивает прочную поверхность для крепления кровельного покрытия и помогает распределить нагрузку по стропильным фермам. Она также придает жесткость общей конструкции крыши.
Хорошо спроектированная и правильно построенная стропильная система крыши включает в себя несколько ключевых элементов, которые работают вместе для создания прочной и надежной кровельной конструкции.
Каждый элемент, от стропил и коньковой доски до обрешетки и кронштейнов, играет жизненно важную роль в поддержании нагрузки на крышу, обеспечении стабильности и сохранении целостности здания. Понимая эти важные элементы, строители и домовладельцы могут принимать обоснованные решения.
Виды стропильных систем крыши
Форма крыши зависит не только от функциональных, климатических и конструктивных условий, но очень часто и от региональных традиций. Крыши с крутым уклоном используются там, где часто выпадают интенсивные осадки, а зимой наблюдается значительная и длительная снеговая нагрузка, а также в ситуации, когда проектируется полезный чердак.
Выбор формы и угла наклона ската крыши, обусловленный требуемой герметичностью, определяет выбор кровельного покрытия. Чем меньше угол наклона ската, тем плотнее должна быть кровля. Обычно крыши с меньшим углом наклона покрываются битумными материалами по всей плоскости. Керамическая и цементная черепица укладывается на крыши с крутым уклоном.
Форма крыши влияет не только на внешний вид дома, но и в значительной степени на использование чердака. Например, простые двускатные крыши с большим пролетом и значительным углом наклона (более 40°) и крыши с высокой угловой стеной обеспечивают много места. Свобода обустройства мансарды зависит также от типа конструкции крыши, так как ее элементы могут существенно ее ограничивать.
В жилых домах рекомендуются крыши с простым каркасом (обычно двускатные) и связанные с ними простые конструкции. Такие кровельные конструкции дешевле и на них проще правильно смонтировать кровлю, поэтому лучше не разнообразить их многочисленными мансардами, дымовыми камерами и башенками.
Сложные многоскатные крыши требуют очень высокой квалификации и большой трудоемкости как от плотников, так и от кровельщиков. А многочисленные ложбины между склонами способствуют накоплению снега и препятствуют отводу дождевой воды.
При описании крыш архитекторы, строители и подрядчики по-разному называют их конфигурацию и используют различные технические термины. Их полезно знать, чтобы облегчить разговор.
Стропильная система типичных форм крыши.
Из чего состоит стропильная система крыши
В простейших фермах пары стропил, сходящихся у конька, образуют ферменную конструкцию — одинаковую по всей крыше. Если чердачное перекрытие выполнено из дерева, то нижние брусья фермы могут быть балками перекрытия, а если перекрытие железобетонное или керамическое, то его несущая конструкция также может взять на себя функцию нижних брусьев. В этом случае стропила обычно устанавливаются не непосредственно на стену, а на закрепленный в ней брус.
Деревянные элементы стропильного каркаса должны быть отделены от стены слоем влагоизоляции. Чаще всего его изготавливают из кровельного покрытия.
Затяжка, горизонтальный элемент между стропилами, усиливает стропила и уменьшает изгиб стропил под нагрузкой. Фермы соединены с ветровыми балками, которые усиливают ферму, а также укрепляют кровлю.
Самым большим преимуществом этой конструкции является ее простота. Однако в типовом строительстве основными недостатками являются небольшой допустимый пролет — до 6-7 м и требуемый крутой угол наклона крыши — 40°-60°.
Однако, поддерживая воротниковую балку двумя опорами на ее концах и усиливая соединение стропил в коньке (с помощью накладок и коньковой доски), а также фиксируя нижний конец стропила, можно увеличить пролет конструкции до 12 м и уменьшить уклон крыши до 20°.
При небольших пролетах, где нет колонн, чердачное пространство можно разделить по своему усмотрению. Маркизы часто используются в качестве конструктивного элемента потолков, чтобы придать характер угловым пространствам.
Стропильная система — обрешетка крыши
Прогоны — это балки, параллельные коньку, на которые опираются стропила . Нижняя обрешетка опирается на потолок или колено стены, остальные — на стойки. Нагрузка передается через балки на несущие стены и потолок.
Наиболее распространенными элементами фермы также являются подкосы — пары балок или досок, расположенных под обрешеткой, которые прикрепляют стропила и стойки с обеих сторон. С другой стороны, мечи позволяют увеличить расстояние между шестами. Столбы и стяжки ставятся только через каждые 3-4 пары стропил (ферм), остальные состоят из самих стропил.
Стропильные фермы бывают разных видов и очень универсальны. Пролет крыши может достигать 12 м, а ее проекция может быть очень сложной.
Выбрав соответствующее количество обрешетки и стоек, можно спроектировать крышу практически с любым уклоном, даже минимальным.
Препятствием для обустройства мансарды с такой конструкцией являются столбы, они расположены каждые 3-4 метра и могут быть спрятаны в перегородках.
Стропила крыши изготовлена из решетчатых ферм
Решетчатые фермы — это современные конструкции с более тонкими элементами, чем традиционные. Такая ферма состоит из верхнего и нижнего пояса, между которыми находятся тонкие вертикальные стойки и диагональные пояса. Они делят поверхность фермы на относительно небольшие треугольники.
Решетчатая ферма обладает очень высокой жесткостью и прочностью, при этом она легкая и требует мало древесины для изготовления. Конечно, у таких ферм есть и недостатки — их строительство очень трудоемко и требует большой точности.
Поэтому лучше всего, если они будут готовиться не на строительной площадке, а на специализированном заводе. В этом случае выгоднее (и дешевле) изготовить много одинаковых ферм. Тонкие элементы более восприимчивы к огню и биологической коррозии (грибки и насекомые), поэтому качество древесины особенно важно. К счастью, заводы обычно заботятся о качестве своего сырья.
В жилых домах используются фермы с пролетами до 12 м, хотя можно изготовить и гораздо большие. Их преимущество в том, что они не требуют промежуточных опор (внутренних несущих стен или стяжек). Хотя фермы могут быть спроектированы под любую крышу, угол наклона ферм обычно невелик (до 20°), поскольку чердачное пространство, разделенное фермами, по сути, бесполезно.
Исключение составляют крыши с конструкцией, показанной. Для проектирования стропильной крыши использовались фермы — решетчатая балка высотой 30-40 см заменяет стропила из цельного дерева. Пролет крыши может достигать 12 м, а допустимый угол наклона — 21-44°. Получившаяся мансарда может с успехом служить жилой комнатой.
Подвесные фермы крыши
Это особый тип конструкции, который в основном используется при очень большом расстоянии между несущими стенами (около 10 м), где, например, все нагрузки должны быть переданы на внешние стены (без несущей способности внутренних стен).
Например, стропила передают нагрузку на балки, а те — на подвесы, а не на стойки. Фермы только с подвесками не распространены и редко встречаются с пролетами более 12 м. Однако иногда вместо опор в фермах различных конструкций используются подвесы.
Проектирование конструкции крыши
Выбор типа конструкции крыши, выбор древесины, сечение элементов требует анализа и проектных расчетов. Как я уже говорил, форма крыши определяется архитектурой здания и его окружением.
Как правило, архитектор принимает решение о покрытии крыши. Этот выбор отражается в размерах конструкции. Если мы используем для кровли тяжелую керамическую черепицу, мы должны предусмотреть более прочное стропильное обрамление. Черепичная кровля дает гораздо меньшую нагрузку и позволяет уменьшить размеры конструкции.
Тепловые расчеты являются важным аспектом при проведении анализа. Текущие требования, с перспективой их ужесточения в ближайшие годы, означают, что в крыше должно быть предусмотрено более 20 см теплоизоляции.
Читайте также: Стиродур или пенопласт? Применение стиродура в утеплении домов
В скате крыши он размещается в основном между стропилами, поэтому высота сечения стропил должна это учитывать. Кроме того, расположение слоев кровли должно обеспечивать надлежащий приток воздуха и отток паров влаги.
В дополнение к конструктивным требованиям, проектируемые фермы крыши должны удовлетворять условиям предельного состояния и работоспособности, т.е. внутренние напряжения в элементах должны быть меньше прочности материала, а максимальный прогиб должен быть меньше допустимого предела.
В этом контексте важно использовать правильный материал. Обычно это древесина хвойных пород (сосна, ель) с прочностью, соответствующей одному из классов несущей способности, и влажностью до 18%. Поэтому перед установкой в конструкцию древесина должна быть высушина и пропитана средством против биологической коррозии (насекомые).
Часто упускаемый из виду вопрос в дизайне — это соединения. Если в большинстве типовых решений гвоздевые и столярные соединения конструктивных элементов безопасны, то при креплении конструкции крыши к зданию возникают проблемы. Все чаще происходящие в России интенсивные погодные катаклизмы (ураганы, торнадо) могут привести к отделению крыши от здания и ее смещению. Такая вероятность должна быть учтена в расчетах и при выполнении объекта.
Сборка конструкции крыши
Традиционные стропильные фермы (стропила, воротниковая балка, обрешетка / клееный брус) изготавливаются непосредственно на строительной площадке. Заказанная пропитанная древесина с требуемыми сечениями доставляется на строительную площадку, где бригада подрядчиков готовит и собирает конкретные фермы. После сборки скелета конструкции производится полная обшивка или покрытие ветровой изоляцией и обрешеткой. На такое основание укладываются слои кровельного покрытия.
В случае решетчатых конструкций сборка отдельных элементов балки происходит на заводе по производству сборных конструкций. Это позволяет повысить точность изготовления. Готовые балки привозят на строительную площадку и устанавливают на стены с помощью крана.
Это значительно ускоряет выполнение конструкции. Кровля стропильной крыши выполняется так же, как и в стропильной конструкции. Представленные в статье строительные решения не являются исчерпывающими, но они включают наиболее часто используемые на практике системы.
Последовательность монтажа стропильных систем крыши
Правильный монтаж стропильных систем имеет решающее значение для обеспечения структурной целостности и безопасности крыши здания. Ниже мы опишем пошаговый процесс установки стропильных систем крыши, который станет руководством к действию для строителей и подрядчиков.
Планирование и подготовка:
- получите структурные планы и проектные характеристики стропильной системы крыши.
- убедитесь в наличии всех необходимых разрешений и согласований.
- изучите план и замеры здания, чтобы определить точное расположение стропильных ферм.
- соберите все необходимые инструменты, инвентарь и средства защиты.
Подготовка фундамента:
- убедитесь, что фундамент здания прочен и подготовлен к тому, чтобы выдержать вес стропильной системы.
- уберите все препятствия и мусор из зоны установки.
- установите все необходимые опорные балки или колонны, убедившись, что они правильно расположены и надежно закреплены.
Доставка и транспортировка ферм:
- координируйте доставку стропильных ферм на строительную площадку.
- аккуратно разгружайте и переносите фермы, чтобы не повредить их.
- разложите фермы в специально отведенном месте для облегчения доступа к ним во время монтажа.
Выравнивание и размещение ферм:
- начните с установки торцевых ферм, убедившись, что они правильно выровнены в соответствии с планом здания.
- закрепите концевые фермы на стенах здания или опорных балках с помощью соответствующих крепежей и соединительных элементов.
- установите промежуточные фермы, расположив их в соответствии с проектными спецификациями и рекомендациями производителя.
- проверяйте выравнивание и ровность каждой фермы по мере выполнения работ, внося необходимые изменения.
Укрепление ферм:
- установите временные крепления между фермами для поддержания их устойчивости в процессе монтажа.
- следуйте рекомендациям производителя ферм.
- убедитесь, что крепления надежно закреплены и обеспечивают достаточную поддержку.
Крепление ферм:
- подсоедините каждую ферму к каркасу здания с помощью одобренных соединительных элементов, таких как металлические пластины или подвесы.
- следуйте указанной схеме крепления гвоздями или крепежами, рекомендованной производителем фермы.
- убедитесь, что все соединения надежны и соответствуют требуемой несущей способности.
Усиление фермы:
- установите любые дополнительные элементы усиления, такие как хомуты, обрешетки или коньковые балки, как указано в проектных планах.
- закрепите эти элементы усиления на фермах и несущей конструкции с помощью соответствующих соединительных элементов.
Заключительные проверки:
- проведите тщательный осмотр установленной стропильной системы крыши, чтобы убедиться в соответствии проектным планам, строительным нормам и стандартам безопасности.
- проверьте, нет ли признаков недостатков конструкции или неправильного монтажа.
- пнесите все необходимые корректировки или исправления, прежде чем приступать к следующему этапу строительства.
Для успешной и безопасной установки стропильных систем крыши необходимо соблюдать систематическую последовательность этапов монтажа. Придерживаясь надлежащих процедур, строители могут обеспечить структурную целостность, стабильность и долговечность крыши, обеспечивая надежное и безопасное перекрытие здания.
