Стоит ли делать стропила из металла

Стропила из металла не являются новинкой, как кажется многим, Их использовали уже в начале девятнадцатого века. Металлические конструкции обладают значительной прочностью и могут выдерживать большие нагрузки. Они существенно повышают надежность возводимой конструкции.

Использование металлических стропил

Стропильная система на основе металла применяется в основном при возведении зданий общественного или промышленного назначения: гипермаркетов, складов, цехов, вокзалов, бассейнов и т.д. В сфере жилищного строительства использовать металлические стропила экономически невыгодно вследствие их дороговизны, трудности перевозки и монтажа.

В основном такие детали кровельной конструкции устраиваются на скатах, длина которых превышает 10 м. В таких случаях целесообразным является выбор металла в качестве основы для всех частей крыши: прогонов, опор конька, мауэрлата. Вместо его бруса укладывается мощный швеллер, а металлические стропильные ноги крепятся к нему при помощи приваренных уголков.

Крепление профнастила саморезами на крыше по всем правилам строительного искусства.

Если вы ищете ответ на вопрос, чем покрыть бетонную крышу гаража, загляните сюда.

Особенности разных вариантов стропильных систем из металла

1. Нередко устраивается комбинированный тип стропильных систем, в которых наряду с металлом используются также деревянные детали. Такой способ имеет некоторые особенности. Важно не допускать контакта дерева и металла, поскольку резкое изменение температурного режима на металлической поверхности приводит к образованию конденсата, провоцирующего гниение прилегающих деревянных частей.

Чтобы избежать этого, элементы на основе древесины обрабатываются особыми антисептиками и влагостойкими составами. Другой профилактической мерой является изоляция дерева от металла посредством использования рубероида.

Отдельно следует остановиться на утеплении чердачного помещения. При выборе металлической системы утеплительный материал укладывается не между стропильными брусами, как это делается в случае деревянной конструкции, а над или под ними.

Другой особенностью является необходимость сохранения зазора между металлической частью и кровельным утеплителем для предупреждения проникновения конденсата в утепляющий материал и его последующего намокания.

При укладке утеплителя под стропила все остальные слои кровельного пирога (внутренняя обшивкам пароизоляционный материал, кровельное покрытие, вентиляционный зазор) оказываются выше утеплительного слоя, благодаря чему удается избежать больших теплопотерь и образования мостиков холода.

2. Второй вариант – стропильные системы из металла без деревянных деталей. В таком случае о возможности гниения можно не беспокоиться. Такой тип кровельной конструкции считается выгодным, поскольку обладает длительным эксплуатационным сроком и позволяет использовать цельные стропила значительной длины (7-30 м).

Металлические стропила, или фермы, могут изготавливаться самостоятельно или приобретаться в готовом виде. В процессе изготовления применяются спаренные уголки, классические профили и т.д.

Основными частями фермы являются два наклонных плеча, которые в совокупности образуют треугольник. Они оптимально подходят для возведения кровель зданий промышленного назначения и ангаров, поскольку дают возможность перекрывать большие по площади помещения.

Использование металлических стропильных ферм актуально и при возведении жилых домов с металлическом каркасом. В этом случае они изготавливаются под конкретный каркас по индивидуальному заказу, после чего доставляются на строительную площадку и монтируются вместе с основой.

Преимущества и недостатки легких стальных каркасов

На сегодняшний день максимально передовой технологией применения металлических элементов является технология с использованием легкого стального каркаса (кратко — ЛСТК). Его монтаж осуществляется на основе холодногнутого тонкостенного оцинкованного металлического профиля для кровель, который представляет собой очень прочный и долговечный материал: согласно утверждению производителей, такие металлические стропильные системы эксплуатируются более 100 лет.

Их основными преимуществами являются:

• Повышенная пожаробезопасность – монтаж стропильной системы осуществляется на основе негорючих материалов, благодаря чему исключается возможность возгорания здания с кровли, что нередко становится причиной пожаров. При локальном очаге металлическая система стропил предупреждает обрушение кровли.
• Отсутствует необходимость проведения ежегодной обработки несущих конструкций кровли антисептическими и антипиретическими веществами, как это делается в случае древесных систем.
• Длительность эксплуатационного срока – гарантия производителей на 100 лет службы основана на неподверженности материала разрушительному действию гнили, плесени, грибка, порче насекомыми-вредителями. Для защиты от коррозии на металл наносится цинковое покрытие, толщина которого достигает 275 г/кв. метр.
• Отсутствие каких бы то ни было отходов в процессе выполнения работ обеспечивается исключительной точностью всех параметров конструкции.
  Монтаж конструкций на основе метала можно проводить в любое время года.
• Процесс этот не представляет никакой сложности и может быть осуществлен при помощи дрели и шуруповерта при условии наличия детализированных чертежей, а также сквозной маркировки элементов.
• В процессе работы нет необходимости привлекать грузоподъемную технику.
• Немаловажным достоинством является экономичность. Благодаря применению гнутого профиля для системы стропил от шести до пятнадцати метров, толщина которого составляет от 1,2 до 2,5 м, количество расходуемого металла удается свести к минимуму.
• Благодаря малому весу конструкции нагрузки на несущие стены дома и фундамент существенно сокращаются.
• Такие конструкции обеспечивают высокие показатели степени сохранения тепла: благодаря специальному решению узлов соединения системы стропил с чердачным перекрытием удается избежать образования мостиков холода.
• Экологичность таких систем обеспечивается в результате применения абсолютно чистых с экологической точки зрения и легко поддающихся утилизации материалов, не впитывающих вредных веществ и не выделяющих их в окружающую среду. Значение имеет и отсутствие необходимости в особой обработке деталей конструкции при помощи химических реагентов: благодаря этому исключается токсическое воздействие на организм человека и внешнюю среду.

Недостатки

В случае многоэтажных зданий металлические стропила являются прекрасным выбором. Нередко такие конструкции устраиваются также под керамическую черепицу, поскольку при выборе этого кровельного материала на стропильную систему оказывается значительная нагрузка. Но в остальных случаях их использование не совсем целесообразно вследствие наличия ряда недостатков:

• Металлические стропила промерзают до такой степени, что достижение высокой энергоэффективности оказывается невозможным. С точки зрения экономичности выбор дерева является оптимальным решением.
• Транспортировка и последующий монтаж металлических конструкций — задача довольно проблематичная.
• В результате большого веса стропил для их подъема на требуемую высоту и установки должна использоваться специальная техника.
• Стальные фермы быстро деформируются в условиях высоких температур. По этой причине в случае пожара они провисают за короткий промежуток времени, что приводит к обрушению всей кровли.
• Устройство металлической стропильной системы – удовольствие недешевое.

Вследствие указанных недостатков (особенно когда речь идет о частном строительстве) лучше остановить свой выбор на деревянных стропилах. Если есть необходимость в укреплении стропильной системы, рекомендуется применение отдельных металлических элементов. Вопрос об использовании металла должен обсуждаться заранее.

Виды ферм

Используемые в настоящее время металлические фермы отличаются по следующим качествам:

• размерам;
• форме поясов;
• форме пролетов;
• схемам изготовления.

Фермы статического образца делятся на:

• рамные;
• балочные;
• винтовые;
• арочные.

Отличительной чертой балочных является более экономное расходование материала и меньший вес. Их применение целесообразно при изготовлении конструкций, которые должны постоянно выдерживать большие нагрузки.

Арочные применяются для создания эстетичных кровель неординарных форм, однако при этом расходуется намного больше материала.

Применяются различные виды схем, основными качествами которых являются легкость, прочность, устойчивость. Качественное выполнение монтажа можно обеспечить посредством осуществления расчетов с помощью специальных программ.

Основные конструктивные элементы

Главными элементами стропильных металлических ферм являются:

• нижний, верхний пояса – образуют контур;
• собранная на основе раскосов и стоек решетка.

Элементы соединяются в узлах прямым примыканием друг к другу. Крепление стержней решетки к поясам осуществляется сваркой или с помощью фасонных элементов.

Кроме стропильных, бывают также подстропильные. Они служат опорами несущих конструкций и перекрытий в тех случаях, когда расстояние между колоннами больше шага балок или колонны имеют неодинаковый шаг.

Разновидности ферм по поясам и решеткам

Классификация ведется по форме поясов и разновидности решеток.

В соответствии с очертанием пояса:

1. С параллельными поясами – обладают достаточным количеством конструктивных преимуществ. Максимальная повторяемость деталей, обусловленная равной длиной стержней для решетки и поясов, одинаковой схемой узлов, наименьшим количеством стыков поясов дает возможность унифицирования конструкций и индустриализации процесса их производства. Такой вариант является оптимальным для мягкой кровли.



2. Трапециедальные (односкатные)– их сопряжение с колоннами позволяет создавать узлы рам повышенной жесткости, благодаря чему улучшаются прочностные характеристики всего здания. На решетках этих ферм в средней части пролета нет длинных стержней. Они не требуют наличия больших уклонов.



3. Полигональные – являются отличным вариантом для тяжелых строений с большими пролетами. Благодаря их использованию можно сэкономить значительное количество стали. Для легких вариантов выбор полигональной конфигурации нецелесообразен, поскольку конструкция значительно усложняется, а получаемая экономия не очень существенна.



4. Треугольные — как правило, они используются для кровель с крытым уклоном с учетом условий эксплуатации строения или разновидности выбранного кровельного материала.

Несмотря на простоту в исполнении, они обладают определенными конструктивными недостатками:

• усложненностью острого опорного узла;
• существенным расходом материала для изготовления стержней значительной длины для центральной части решетки.

В некоторых случаях выбор треугольной системы является обязательным – например, когда есть необходимость в обеспечении равномерного притока большого количества естественного света.

Разновидности систем решеток

• Треугольная является наиболее эффективной в двух случаях: трапециедальной конфигурации и параллельных поясов.
• Раскосная – в этом случае самые длинные элементы — раскосы – должны быть растянутыми, а стойки сжатыми. По сравнению с треугольной разновидностью такие решетки более трудоемкие и требуют расхода большего количества материала.
• Специальные – крестовые, шпренгельные и т.д.

Материалы для металлических ферм

Материалом для изготовления элементов ферм, как правило, является парный облегченный оцинкованный профиль. Крепежными элементами служат саморезы, специальные болты или особые стальные балки, соединяемые методом сваривания.

До начала изготовления металлической конструкции надо сделать расчет сечения применяемых элементов, количества требуемых сварных швов, заклепок.

Сам процесс изготовления осуществляется следующим образом.

• Для создания верхних поясов применяют неравнобокие уголки с тавровым сечением (2 шт.). Их стыковка осуществляется по меньшим сторонам.
• Для изготовления нижних поясов нужны два равнобоких уголка.
• При наличии нагрузок на ферму, которые возникают в пределах ее панелей, используются парные швеллеры.
• Раскосы и стойки изготавливаются с применением равнобоких уголков с тавровым или крестообразным сечением.
• Для создания полностью сварных ферм используются тавры.

В частном строительстве самым распространенным типом ферм является ферма на основе профильных труб. По сравнению с конструкциями на основе тавра, швеллера или уголка профильные системы отличаются значительно более легким весом и могут выполняться без использования сварки прямо на площадке.

Где купить флюгер на крышу или как изготовить его самостоятельно?

Полезную информацию о сооружении фронтона крыши вы найдете здесь.

В чем состоят особенности конструкции двускатной вальмовой крыши, читайте в статье по адресу https://rooffs.ru/vidy-krysh/valmovaya/iz-chego-sostoit.html

В процессе изготовления ферм используются горячекатаные или гнутые трубы. Изделия первого типа производятся на основе стальной ленты квадратного или прямоугольного сечения толщиной от 1,5 до 5 мм.

Особенности расчета металлических конструкций

Для расчета металлических ферм необходимы определенные знания. Как правило, для этого используются специально разработанные компьютерные программы. От степени точности расчетов зависит надежность металлической конструкции. При этом следует учитывать некоторые факторы:

• оказываемые на крышу постоянные нагрузки: общий вес стропильной системы и кровельного материала;
• дополнительные нагрузки: снеговые, ветровые, вес работающих на кровле людей и т.д.;
• особые и периодически возникающие нагрузки (сейсмические, ураганные).

Правила устройства

Вид металлических систем и их конструкция определяются величиной кровельного уклона:

• От 6 до 15 градусов – используется трапециевидная ферма, высота составляет от 1/7 до 1/9 ее длины. В случае устройства чердака возможны два варианта: ее стены должны быть соответствующей высоты или у проектируемой крыши должны быть переломы у опор. Панели нижнего и верхнего рядов должны иметь одинаковые размеры. Использование решетки в данном случае способствует облегчению нагрузки.
• От 15 до 22 градусов – высота конструкции составляет 1/7 длины. Использование ломаного нижнего пояса дает возможность сокращения веса примерно на 30% по сравнению с треугольной. Длина одного пролета не должна превышать 20 м.
• От 22 до 30 градусов – применяется треугольная система, высота составляет 1/3 длины. Так как вес конструкции получается небольшим, в роли опоры могут выступать возведенные на не очень большую высоту наружные стены.

Если длина пролета составляет 14-20 метров, в каждой половине используется четное количество панелей, длина которых держится в пределах 1,5-2,5 м. Для таких параметров рекомендуется использовать 8 панелей.

При большей длине пролета (от 20 до 35 м) рационально использование ферм Полонсо – двух треугольных, соединенных затяжками. При этом можно убрать длинные раскосы панелей в центре, благодаря чему достигается уменьшение веса. В таком случае верхний пояс делят на 12-16 панелей длиной от 2 до 2,75 м.

ВЫВОДЫ:

• Стропильная система на основе металла применяется в основном при возведении зданий общественного или промышленного назначения.
• Металлические конструкции обладают значительной прочностью и могут выдерживать большие нагрузки.
• Нередко устраивается комбинированный тип стропильных систем, в которых наряду с металлом используются также деревянные детали.
• Второй вариант – стропильные системы полностью на основе металла.
• Сегодня самой передовой технологией применения металлических элементов является технология с использованием легкого стального каркаса.
• Основные достоинства металлических систем: пожаробезопасность, экологичность, длительность эксплуатационного срока.
• Недостатки конструкции: неспособность сохранять тепло, тяжелый вес, трудоемкость работы, дороговизна.
• Главные элементы ферм: верхний и нижний пояса, решетка.
• Фермы отличаются в соответствии с формами поясов и особенностями решеток.
• Материалом для изготовления элементов ферм, как правило, является парный облегченный оцинкованный профиль.
• Точность расчетов определяет надежность конструкции.
• Вид металлических систем и их конструкция определяются величиной кровельного уклона.

Из видеосюжета вы узнаете больше о метало-каркасных домах.