Конструкція ферм дахів

Основні типи ферм

1 — мауерлат, 2 — кроквяна нога, 3 — прогін, 4 — затяжки, 5 — бантина, 6 — стійки, 7 — підкоси, 8 — верхні вінці

Прогінно-затяжкова система: 1 — затяжка, 2 — кроквяна нога, 3 — бантина, 4 — кріплення, 5 — стійка, 6 — прогін

Кроквяна система — конструкція, що є основою даху. Складається з кроквин (кроквяних ферм), сполучених між собою прогонами і встановлених на мауерлаті.

На кроквяну систему кріпиться дахова обрешітка, яка складається з лат і контрлат (також «обрешіткою» можуть називати й кроквяну систему разом з латами і контрлатами).

Складові елементи

• Бантина — поперечний горизонтальний брус, що з'єднує між собою кроквяні ноги і запобігає їх прогинанню всередину. Може підтримуватися стійками.
• Затяжка — поперечний горизонтальний брус, що запобігає росходженню кроквин.
• Кобилка — відрізок дошки, що подовжує нижній кінець кроквяної ноги для розміщення на ньому звису даху або суцільної обрешітки, що лежить на карнизі.
• Крокви — конструкція з двох брусів (кроквяних ніг), з'єднаних в горішній частині під кутом і закріплених долішніми кінцями на мауерлаті (у рублених конструкціях — на верхніх вінцях, у каркасних — на верхній обв'язці).
• Кроквяна ферма — заздалегідь складена конструкція з кроквяних ніг, затяжки, бантини, стійок і підкосів. З'єднані прогонами ферми утворюють кроквяну систему.
• Лежень — горизонтальний повздожній брус, покладений на внутрішню тримну стіну або стовпи. Слугує опорою для стійок прогонів.
• Мауерлат — покладений вздовж зовнішньої стіни брус, нижня опора для кроквяних ніг.
• Наріжниця — укорочена кроквяна нога, що підтримує ділянку схилу між накісною (діагональною) кроквяною ногою і звисом даху. Використовується в чотирисхилих (вальмових) дахах.
• Прогін — поздовжній брус, що проходить під кроквяними ногами і з'єднує їх в одне ціле. Може підтримуватися знизу стійками і підкосами.
• Гребеневий прогін — прогін, що проходить під місцем з'єднання кроквяних ніг (під гребенем). У разі використовування наслінних кроков опертий на стійки і підкоси гребеневий прогін слугує опорою для верхнього кінця кроквяних ніг. У самцевих дахах і дахах з мурованими щипцями встановлюється на вершину суцільного щипця.
• Підкоси (розкоси, підкроквяні ноги) — похилі бруси, які підтримують знизу кроквяні ноги і прогони.
• Підмога — допоміжна балка, що кріпиться знизу впритул до основної і знімає з неї частину навантаження.
• Стійки — вертикальні бруси, що підтимують знизу кроквяні ноги, прогони і бантини.

Дерев'яні ферми

Конструкційні особливості:

Дерев'яні ферми виготовляються з натуральної деревини, яка є традиційним матеріалом для будівництва дахів. Вони можуть бути виготовлені з різних видів деревини, таких як сосна, ялина або дуб. Основні конструкційні елементи дерев'яних ферм включають балки, стійки та діагональні елементи. З'єднання здійснюється за допомогою дерев'яних з'єднувачів, металевих пластин або спеціальних болтів.

Переваги та недоліки:

Переваги:

• Легкість конструкції, що спрощує монтаж.
• Деревина є природним і екологічним матеріалом.
• Простота обробки і можливість виконання робіт без спеціального обладнання.

Недоліки:

• Вразливість до вологи, що може призвести до гниття.
• Можливість атаки шкідниками, такими як терміти.
• Необхідність регулярної обробки антисептиками та антипіренами.

Приклади використання:

Металеві ферми

Конструкційні особливості:

Металеві ферми виготовляються з таких металів, як сталь або алюміній. Вони можуть бути виконані як прості конструкції або включати складні з'єднання, такі як зварювання або болтові з'єднання. Металеві ферми часто мають форму трикутників, прямокутників або комбінованих фігур, що забезпечує рівномірний розподіл навантаження.

Переваги та недоліки:

Переваги:

• Висока міцність і здатність витримувати великі навантаження.
• Стійкість до корозії, якщо використовуються антикорозійні покриття.
• Довговічність і мінімальні вимоги до обслуговування.

Недоліки:

• Вища вартість в порівнянні з дерев'яними фермами.
• Складність монтажу і необхідність використання спеціального обладнання.
• Можливість деформації при значних перепадах температур.

Приклади використання:

Металеві ферми використовуються в промислових будівлях, торгових центрах і великих комерційних приміщеннях. Вони також часто застосовуються в сучасних спортивних арені і виставкових центрах завдяки їх здатності підтримувати великі простори без додаткових опор.

Залізобетонні ферми

Конструкційні особливості:

Залізобетонні ферми виготовляються з бетону, армованого сталевими прутами. Цей тип ферм забезпечує високу міцність і стійкість до вогню. Процес виготовлення включає заливку бетону в форми, після чого він твердне і набирає необхідну міцність. Армування знижує ймовірність тріщин і деформацій.

Переваги та недоліки:

Переваги:

• Висока міцність і стійкість до великих навантажень.
• Вогнестійкість і довговічність.
• Мінімальні вимоги до обслуговування і зниження ризику гниття або корозії.

Недоліки:

• Велика вага, що ускладнює транспортування і монтаж.
• Складність у виготовленні і високі витрати на матеріали.
• Необхідність використання спеціального обладнання для монтажу.

Приклади використання:

Залізобетонні ферми зазвичай використовуються у висотних будівлях, промислових спорудах та інших конструкціях, що потребують високої міцності та стабільності. Вони також часто застосовуються для перекриття великих прольотів, таких як в будівлях з великими відкритими просторами.

Композитні ферми

Конструкційні особливості:

Композитні ферми поєднують різні матеріали, такі як сталь, бетон і дерево, щоб отримати оптимальні властивості кожного з них. Наприклад, вони можуть мати сталеві балки і дерев'яні стійки, або бетонні плити, армовані сталевими прутами. Це дозволяє досягти кращого співвідношення міцності до ваги та економії матеріалів.

Переваги та недоліки:

Переваги:

• Оптимальне співвідношення міцності і ваги.
• Можливість використання різних матеріалів для досягнення конкретних характеристик.
• Зниження витрат на матеріали і конструкцію в порівнянні з чистими сталевими або бетонними конструкціями.

Недоліки:

• Висока вартість через складність виготовлення і монтажу.
• Потреба в спеціальному проектуванні і технічних рішеннях.
• Можливі складнощі в обробці та з'єднанні різних матеріалів.

Приклади використання:

Композитні ферми часто застосовуються в спортивних аренах, торгових центрах і великих промислових об'єктах, де потрібна висока міцність і ефективне використання матеріалів. Вони також використовуються в будівництві мостів та інших інженерних конструкцій.

Матеріали для виготовлення ферм

Деревина

• Використовується в традиційному будівництві.
• Потребує обробки для підвищення стійкості до вологи і шкідників.

Метал

• Зазвичай сталь або алюміній.
• Вимагає антикорозійного покриття для підвищення довговічності.

Залізобетон

• Бетон, армований сталевими прутами.
• Висока міцність і вогнестійкість.

Композитні матеріали

• Поєднання різних матеріалів.
• Високі експлуатаційні характеристики і економія матеріалів.

Висновки

Вибір типу ферми для покрівельної конструкції залежить від багатьох факторів, включаючи тип будівлі, кліматичні умови і бюджет проекту. Дерев'яні ферми є економічним варіантом для менш вимогливих конструкцій, тоді як металеві і залізобетонні ферми підходять для великих і важких проектів. Композитні ферми дозволяють поєднати найкращі якості різних матеріалів для досягнення оптимальних результатів.

Тенденції та інновації

Сучасні тенденції в проектуванні ферм включають використання нових матеріалів і технологій, таких як високоміцні композитні матеріали і автоматизовані системи для проектування і монтажу. Інноваційні рішення дозволяють знижувати витрати, підвищувати ефективність і забезпечувати більшу гнучкість в проектуванні конструкцій.