Металлические стропила для крыши: материалы, преимущества и недостатки

Применение металлических стропил

Металл представляет собой тяжелый и довольно дорогой материал. Но в то же время он обладает высокой прочностью и ему можно придать практически любую форму.

В некоторых случаях при возведении каркаса крыши намного удобнее использовать металлические элементы вместо традиционных деревянных.

Стропильная система из металла применяется в следующих случаях:

  •  Для изготовления стропильной системы требуется длинный брус (более 10 метров);
  •   Для придания крыше дополнительной жёсткости.

Металлическая стропильная система применяется в основном при строительстве промышленных зданий, таких, как вокзалы, супермаркеты, бассейны, склады и т.д. В частном строительстве металлические стропила для крыши применяются достаточно редко, поскольку эти элементы имеют высокую стоимость. К тому же выполнить их транспортировку и монтаж довольно трудно.

Стропила из металла используются в случаях, когда длина ската кровли превышает 10 метров. В таких случаях уместно использовать выполненные из металла прогоны, опоры конька и мауэрлат. Мауэрлатный брус заменяется на мощный швеллер. Металлические стропила закрепляются к нему посредством приваренных уголков.

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.

Преимущества и недостатки

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.

Металлические стропила для крыши: материалы, преимущества и недостатки

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.

Технология с применением легкого стального каркаса является передовой технологией использования металлических элементов. Элементы металлических ферм изготавливают из парного облегченного оцинкованного профиля.

Конструкции из металла обладают следующими преимуществами:

  • Пожаробезопасность. Стропильная система не содержит элементы из горючих материалов. За счет этого исключается вероятность возгорания постройки с крыши.
  • Не нужно выполнять ежегодную обработку конструкции с помощью антипиренов и антисептиков.
  • Длительный срок службы. Изготовители дают гарантию на сто лет. Такая конструкция не подвергается воздействию плесени, грибка и гнили. Защита металла от коррозии обеспечивается нанесением цинкового покрытия.
  • При выполнении работ полностью отсутствуют отходы. Это связано с высокой точностью параметров конструкции из металла. Выполнять монтаж подобной конструкции можно круглый год.
  • Экологичность. Конструкции состоят из экологически чистых материалов, которые легко поддаются утилизации. Важно отметить, что детали конструкции не нужно обрабатывать химическими реагентами, которые оказывают негативное влияние на организм человека.

Металлические стропила будут хорошим вариантом для многоэтажных зданий. Их также применяют в качестве основы под керамическую черепицу, так как этот материал оказывает существенную нагрузку на стропильную систему.

Однако в других случаях использование стропил из металла нецелесообразно, так как они имеют следующие минусы:

  •  Выполнить транспортировку и монтаж таких стропил достаточно трудно.
  •  Металлические стропила имеют большой вес. Потребуется специальная техника для их подъема и последующей установки.
  • При высоких температурах стропильные фермы из металла достаточно быстро деформируются. При пожаре они очень быстро провисают, в результате чего происходит обрушение всей крыши.
  • Высокая стоимость кровельной конструкции из металла.

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.
  2. 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.

  3. 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).

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.

При возведении крыш достаточно часто применяются комбинированные стропильные системы. В них используются не только деревянные, но и металлические элементы.

У данного способа есть определенные нюансы, которые следует учитывать. Деревянные и металлические элементы не должны контактировать, так как при резком изменении температуры на металлических деталях образуется конденсат, который вызывает гниение частей из дерева.

Этого можно избежать, если предварительно обработать деревянные элементы влагостойкими составами и антисептиками. Также можно изолировать дерево от металла с помощью рубероида.

Классификация стропильных ферм из металла по поясам:

    • с параллельным поясом. Этот вариант имеет множество однотипных деталей, одинаковую длину пояса и стержней решетки, малое количество стыков, а также полную унификацию конструкции. Все это делает процесс монтажа металлических ферм достаточно легким. Стропильные фермы этого типа можно применять под мягкое покрытие кровли.
    •  трапецеидальная(односкатная).   Ее характеризует устройство узлов повышенной жесткости, а также отсутствие в средней части фермы длинных стержней. Такая конструкция является достаточно экономичной.
    • ферма полигональной конструкции. Этот вариант является достаточно сложным и обычно применяется при строительстве зданий с большим пролетом и весом. Использование ферм этого типа позволяет сэкономить большое количество стали. Применять подобную конструкцию для небольших построек нецелесообразно, поскольку экономия будет небольшой.
  •  треугольная конструкция фермы.К преимуществам этого типа можно отнести легкость изготовления, а также возможность использования для крыш, имеющих большой угол уклона. Следует отметить, что большинство опорных узлов имеют сложное устройство. Для изготовления длинных стержней в центральной части фермы требуется значительное количество материала.

Для выполнения расчета металлических ферм нужны определенные знания. Обычно расчеты выполняются специальных компьютерных программах. Расчеты должны быть точными, поскольку от этого будет зависеть прочность и надежность конструкции. При этом необходимо брать в расчет следующие факторы:

  •  Постоянные нагрузки на конструкцию (вес кровельного покрытия и стропильной системы);
  •  Дополнительные нагрузки (ветровые, снеговые, вес людей, находящихся на кровле);
  •  Периодически возникающие нагрузки (ураганные, сейсмические).

Важно отметить, что конденсат опасен не только для стропильного каркаса, но и для теплоизоляционного материала. Большая часть утеплителей утрачивают полезные качества при намокании. По этой причине его следует укладывать над стропильными ногами из металла или под ними.

Металлические стропила для крыши: материалы, преимущества и недостатки

При укладке теплоизоляционного материала под стропилами все остальные элементы кровельного пирога должны располагаться выше слоя утеплителя. Это делают для того, чтобы не допустить появление мостиков холода. 

При возведении металлического каркаса крыши необходимо обратиться к кровельщикам, имеющим подобный опыт.

Для того чтобы правильно сделать и собрать двухскатную конструкцию, нужно не ошибиться с подбором стропильного сечения и интервалом (шагом) между стропилами. Например, беседки, как правило, имеют не очень большое расстояние между пролетами. Значит, для них можно использовать 3-метровые стропила с максимальным сечением 5х15 см. При этом между ними рационально использовать шаг в 90 см.

Проще и удобней всего начать сборку крыши на земле – близ беседки. Точно перенеся с чертежа все расчеты и замеры устройства, сделайте соответствующую подгонку материала, и скрепите стропильные ноги. Затем поднимите полуфабрикат конструкции вверх — на канате. И только после этого соедините их с мауэрлатом: либо с помощью запилов, либо гвоздями или скобами, либо уголками и саморезами.

Важно надежно и точно зафиксировать стропила к опорному брусу, для чего можно использовать промежуточное крепление – подпорку из рейки или доски. Прикрепив крайние ноги, выставите их вертикально, используя уровень, затем натяните разметочную нить или бечевку – на коньке и с двух сторон между ногами.

Следующий этап – установка обрешётки. Если используете мягкий кровельный материал (например, металлочерепицу) сделайте сплошную обрешетку, а под листовую кровлю больше подойдет составная рама, шаг которой не превышает 60 см.

Покрытие можно сразу выстилать на обрешетку, но все же двухскатное устройство будет гораздо надежнее, если сделать тепло- или гидроизоляцию рамы, а лучше и то, и другое.

Финальный этап строительства двухскатной конструкции – монтаж конька. Его крепежные стороны (полки) должны в свободном состоянии полностью соответствовать углу наклона скатов и фронтальных планок.

Полки также можно установить своими руками. Так, чтобы надежно зафиксировать конек, сначала монтируется брус сечением 7х9 см, к нему (с двух сторон) 2 рейки, затем все остальные составляющие. Их закрепляют внахлест так, чтобы каждый последующий элемент перекрывал предыдущий на несколько сантиметров.

И все у вас обязательно выйдет так, как задумано, главное — начать работу!

    • Выбирая типоразмер желательно остановить свой выбор на прямоугольных или квадратных изделиях, поскольку имеющиеся два ребра жесткости обеспечат готовой металлоконструкции наибольшую устойчивость.
    • Используйте исключительно качественные изделия из высокоуглеродистой легированной стали, которая не корродирует и устойчива к агрессивным воздействиям внешней среды. Толщину стенок и диаметр подбирают в соответствии с заложенными в проекте. Таким образом будет обеспечена требуемая несущая способность металлических стропил.
    • Для соединения основных компонентов фермы друг к другу используют прихватки и спаренные уголки.
    • В верхнем поясе для смыкания каркаса необходимы разносторонние двутавровые уголки, причем стыковку выполняют по меньшей стороне.
    • Для сопряжения деталей нижнего пояса применяют равносторонние уголки.
    • Основные части длинных конструкций соединяют посредством накладных пластин.

  • Раскосы устанавливаются под 45 градусов, а стойки – под прямым углом. Завершив сборку основной конструкции, переходят к сварке фермы из профильной трубы. Каждый из сварочных швов обязательно необходимо проверить на качество, поскольку именно они определяют надежность будущего сооружения. Металлические стропила после завершения сварки обрабатывают специальными антикоррозийными составами и покрывают краской.

Изготовление металлических ферм для навеса на видео.

Что нужно учитывать при расчете металлических конструкций

В основе деления этих конструкций на конкретные виды лежат разные параметры. Начнем с главного –

Различают:

  • опоры, компоненты которой расположены в единой плоскости;
  • висячие, в их состав входят два пояса, по расположению их называют соответственно нижним, верхним.
  • арочные фермы из профильной трубы,
  • бывают и прямыми;
  • односкатные либо двухскатные.
  • имеющие параллельный пояс. Это оптимальный вариант для обустройства мягкой кровли. Такая опора собирается очень просто, поскольку ее компонентами являются идентичные детали и, что немаловажно, размеры решетки совпадают с размерами стержней для пояса;

  • односкатные. Отличаются жесткими узлами, которые позволяют воспринять значительные внешние нагрузки. На их сооружение уходит небольшое количество материала, поэтому эти конструкции достаточно экономичны;
  • полигональные. Хотя они в состоянии выдерживать большой вес, однако, их монтаж трудоемок и довольно сложен;
  • треугольные. Они практически незаменимы при устройстве крыш с большим углом наклона. Единственный их минус в большом количестве отходов при сооружении.
  • Угол наклона. Типовые фермы из профильной трубы делят на три группы:
  • 22°- 30°. Высота и длина металлоконструкции в этом случае соотносятся, как один к пяти. Это оптимальный вариант для перекрытия небольших пролетов в бытовом строительстве. Главным их преимуществом является небольшой вес. Больше всего для подобного аналога подходят треугольные.

Для пролетов, имеющих длину более 14 м используют раскосы, которые устанавливаются сверху вниз. По верхнему поясу располагают панель (порядка 150 – 250 см в длину). Таким образом, при этих исходных данных мы имеем конструкцию, включающую два пояса. Количество панелей при этом четное.

Если пролет превышает 20 м, то возникает необходимость в подстропильной металлоконструкции, связанной опорными колоннами.

Совет

Отдельного упоминания стоит так называемая ферма Полонсо. В ее составе имеются две треугольные системы, соединенные одна с другой через затяжку. Такое конструктивное решение позволяет избежать установки в средних панелях длинных раскосов, что приводит к значительному снижению общего веса.

  • 15°- 22°. Соотношение высоты и длины в этом случае равно один к семи. Наибольшая допустимая длина под подобный каркас составляет 20 м. Если по условиям эксплуатации необходимо увеличить ее высоту, то нижний пояс выполняют ломаным.
  • меньше 15°. В подобный проектах рекомендуется использовать трапециевидные металлические стропила. Наличие в них коротких стоек способствует увеличению противодействия продольному изгибу.

Внимание!

Фермы из профильной трубы для односкатной крыши с углом наклона 6–10° должны иметь асимметричную форму.

Высоты определяют через деление длины пролета на семь, восемь либо девять частей, взяв за основу особенности заданной конструкции.

Обязательным компонентом любого расчета и последующего монтажа конструкции является чертеж.

Подготавливается схема с указанием зависимости между длиной металлоконструкции и уклоном кровли.

  • В ней также учитываются очертания поясов опоры. Контур пояса определяется назначением конструкции, типом покрытия кровли и углом наклона.
  • При выборе размеров, как правило, следуют принципу экономии, если, конечно, ТТ не требуют иного. Высоту конструкции определяет тип перекрытия, минимальный общий вес, возможность перемещения, длину же – установленный уклон.

Рекомендуем

При длине фермы свыше 36 м дополнительно рассчитывают строительный подъем.

  • Размеры панелей рассчитывают с учетом нагрузок, воспринимаемых конструкцией. При этом следует помнить, что углы раскосов у разных металлических стропил отличаются, панель же должна им соответствовать. Для треугольной решетки искомый угол равен 45°, для раскосой – 35°.
  • Завершает расчет определение промежутка между узлами. Обычно он соответствует ширине панели.

Рекомендуем

Расчеты выполняют с учетом того, что увеличение высоты приводит к росту несущей способности. На подобном навесе снежный покров не будет задерживаться. Одним из способов усиления ферм из профильной трубы является установка нескольких прочных ребер жесткости.

  • для сооружений шириной не более 4,5 м используют изделия размером 40 на 20 на 2 мм;
  • менее 5,5 м – 40 на 40 на 2 мм;
  • свыше 5,5 м оптимальными будут изделия размером 40 на 40 на 3 мм либо 60 на 30 на 2 мм.

При расчете шага необходимо учесть, наибольшее возможное расстояние от одной опоры навеса до другой равно 1,7 м. При нарушении этого ограничения прочность и надежность сооружения будет под вопросом.

Когда будут полностью получены необходимые параметры, при помощи формул и особых программ получают соответствующую схему конструкции. Теперь остается продумать, как сварить ферму правильно.

На заметку

При расчетах должны учитываться:

  • закупочная стоимость одной тонны металла;
  • расценки на изготовление металлоконструкций из профильной трубы (либо можно просуммировать взятые в отдельности расходы на сварку, антикоррозийную обработку, монтаж).

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.

Выводы

  • Металлические стропила применяются в основном при строительстве промышленных и общественных зданий.
  • Конструкции из металла очень прочные. Они способны выдерживать огромные нагрузки.
  •  Достаточно часто применяются стропильные конструкции комбинированного типа. В их состав входят металлические и деревянные элементы.
  • Основными элементами стропильных ферм из металла являются решетка, нижний и верхний пояс.
  • Прочность и надежность возводимой конструкции напрямую зависит от точности расчетов. На выбор вида металлических систем влияет величина уклона кровли.
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector