Все виды ферм в строительстве

Надежные и прочные металлические фермы – это одно из разновидностей современной продукции металлопроката. Это целостная форма, которая никогда не меняет своих геометрических параметров, даже если жесткие узлы заменены шарнирными. Из них получаются долговечные и надежные конструкции, как навесы, беседки, павильоны и даже целые крыши жилых домов. Но насколько такие конструкции целесообразнее, чем более привычные деревянные?

В этой статье мы расскажем вам о видах, особенностях и преимуществах металлических ферм. Надеемся, вы совершенно по-другому посмотрите на вопрос прочности стропильной системы, особенно, если вы хотите забыть про занозы, точащих древесину жучков и постоянных переживаниях об обработке элементов крыши.

Преимущества и недостатки для частного строительства

Прочные металлические фермы сегодня активно применяются в строительстве частных домов и промышленных зданий. И совсем не обойтись без такой надежной строительной системы в возведении складских помещений, спортивных сооружений, торговых комплексов и павильонов для выставок, а еще для строительства офисных многоэтажных зданий. Что неудивительно, ведь металлические фермы особенно хороши, когда нужно перекрывать большие пролеты.

Фермы и мосты

Фермы из металлической трубы имеют массу ценных преимуществ перед другими:

• Устойчивость к деформациям при нагрузках.
• Небольшой вес благодаря полым конструкциям.
• Доступная стоимость для частного строительства.
• Возможность возведения безопасных сложных конструкций без потери прочности.
• Высокая пожаробезопасность.
• Долговечность, прочность и надежность.

С конструктивной точки зрения использование ферм даже более предпочтительно, чем балки. Ведь при меньшем весе те выдерживают куда серьезнее нагрузки, чем при использовании обычных двутавров и швеллеров. При этом фермы еще и менее металлоемкие.

В какой-то мере металлические фермы служат аналогом стальных балок, но куда более экономичны в плане расхода материала. При этом их эффективность сравнима. А отличие металлической фермы от просто собранных вместе стропил в том, что готовая ферма отлично работает на растяжение и сжатие.

А, в отличие от деревянных стропил, металлические не гниют, не плесневеют, не разрушаются грибками или насекомыми. Их намного сложнее сломать тонной снега. Кроме того, собирают такие стропила быстрее, чем из других материалов.

Виды ферм для разных задач

Вы удивитесь, насколько много видов металлических ферм:

Давайте рассмотрим внимательные самые популярных формы металлических ферм, которые чаще всего производят на российских заводах:

• Параллельные – самые простые и экономичные, для изготовления которых используются одинаковые детали.
• Классические арочные, в которых нижний и верхний пояс имеют вид дуги, а пояса соединены между собой ребрами жесткости. Разные виды такой арки отличаются между собой радиусом. А сам радиус определяют такими внешними ограничителями, как размеры стропильной системы, запланированный вами дизайн крыши и сложность ее конструкции.
• Треугольные односкатные, которые чаще всего используются для устройства крыши с крутыми скатами.
• Треугольные двускатные, более подходящие для крыш с крутыми скатами, но оставляющие после производства немалую долю отходов.
• Полигональные, которые хорошо подходят для кровли из тяжелого настила, но отличаются сложностью в монтаже.
• Трапецеидальные, подобные полигональным, но с более упрощенной конструкцией.
• Сегментные, подходящие для зданий со светопропускающей кровлей, но самые сложные в производстве. Чтобы их изготовить, делают дугообразные элементы с точной геометрией, которая позволяет равномерно распределять нагрузку.

А вот популярные и малоизвестные виды ферм для навеса из металла:

Архитектура металлической фермы: элементы, узлы и напряжение

Итак, металлическая ферма – это сварная или сборная система труб и жестких крепежных узлов. Состоит такая конструкция из определенных элементов:

• Пояса, верхний и нижний, которые служат каркасом.
• Решетки, которая связывает оба уровня.
• Стоек, которые смонтированы перпендикулярно к поясу.
• Раскосов, которые присоединены под углом к нижнему и верхнему уровню.
• Шпренгеля – вспомогательного раскоса.
• Узел – это точка, в которой сходится сразу несколько стержней. Здесь трубы соединяют при помощи фасонки – специального металлического листа.
• Панель – это расстояние между соседними узлами, а пролет – расстояние между опорами стропильных систем.

Верхний пояс металлической фермы изготавливают из профильной трубы или двутавровых балок, с применением фланцевого соединения. Нижний – из этих же материалов.

Только, если ферма станет подвергаться нагрузке на уровне панелей, тогда дополнительно необходимо установить парные швеллеры. А внутренние стойки и раскосы изготавливают из круглой трубы, уголка или профильной трубы.

Решетки внутри фермы располагают по самым разным схемам, и все они продиктованы исключительно практическими соображениями. Чем больше поперечных элементов, тем прочнее сама конструкция, и тем дороже она обходится (материала-то уходит больше!). Например, вот в каких вариантах изготавливают треугольную ферму:

Внутренний рисунок металлической фермы подбирают в зависимости от конструктивных требований и планируемого уровня нагрузок. И выбранный тип обрешетки влияет на вес конструкции, ее внешний вид, трудоемкость и бюджет на изготовление самой металлической фермы .

Давайте рассмотрим стандартные виды внутренних решеток металлических ферм:

• Меньше всего узлов в треугольной решетке, которая чаще всего встречается в параллельной и трапециевидной ферме. Причем такая решетка считается наиболее экономной, т.к. у нее минимальная суммарная длина стержней.
• Шпренгельная решетка нужна там, где основная нагрузка приходится на верхний пояс. А потому ее используют, когда нужно сохранить расстояние между прогонами.
• Раскосную ферму делают, когда стойкам приходится противостоять большим усилиям.
• Крестовая разновидность нужна для каркасов, в которых расчетная нагрузка идет сразу в обоих направлениях.
• Перекрестная решетка нужна для ферм, которые делают из тавров.
• Полураскосная и ромбическая решетка нужна для ферм с такой большой высотой, как при создании мостов и мачт. Такие рамы получаются с высокой жесткостью благодаря двум системам раскосов.

В жизни выглядят все эти фермы так:

Вот, например, как выглядит не так часто встречающаяся шпренгельная ферма:

Кровельные металлические фермы, в свою очередь, бывают двускатные, односкатные и прямые. За счет ребер жесткости металлические фермы не деформируются даже на больших пролетах, хотя с виду довольно хрупкие.

Также металлические фермы делят на виды по количеству поясов. Это плоские фермы, где узлы и стержни находятся в одной плоскости, и пространственные, более сложные, в которых пояса находятся в параллельных плоскостях.

Проектирование ферм для крыши дома

Итак, давайте рассмотрим: как точно рассчитать ферму для навеса или более солидной постройки так, чтобы вы не закупили слишком много материала и правильно просчитали прочность.

Мы советуем вам взять готовые типовые проекты, которые уже практикуют, и которые проверенные временем. Идеально, если вы сможете проконсультироваться насчет выбранной схемы с опытным мастером, а затем уже перейдете к реализации.

Если вы решили справиться самостоятельно, тогда первым делом составьте схему будущей металлической фермы. Определите, какие контуры у нее будут, необходимо ли пространство под потолком, какое будет кровельное покрытие.

Высота металлической фермы зависит от типа кровельного материала, ее веса, угла наклона и возможности перемещения самой фермы.

Нормативные документы

Итак, фермы должны соответствовать таким государственным стандартам:

• ГОСТ 23118-99 (об общих ТУ для конструкций из стали).
• ГОСТ 23119-78 (о требованиях к производству ферм, когда нужна сварка уголков).
• ГОСТ 23119-78 (о ТУ на производство металлических ферм, сварка профильных труб).

А, чтобы правильно спроектировать металлическую ферму, вам понадобится информация из таких источников:
СНиП, П-23-81 (о стальных конструкциях), и СНиП 2.01.07-85 (о нагрузках и воздействиях).

Ферму для навеса или гаража вы можете сделать «на глаз», не особо заморачиваясь. В любом случае, вы по наитию задействуете больше материала, чем нужно, и тем самым добьетесь нужной прочности. А вот для дома такие фермы нужно рассчитывать максимально точно, чтобы тем смогли выдержать все силы стихий и сами по себе не создавали ненужной нагрузки на фундамент.

Для этого учитывают такие факторы:

• Постоянные нагрузки, как вес кровельного покрытия.
• Периодические нагрузки, как переменчивая погода, ураганы и даже смерч.
• Дополнительные нагрузки, как снеговые и ветровые, а также вес человека, который может находиться на кровле во время ремонтных работ.

Чем больше высота фермы, тем выше ее несущая способность. Также на несущую способность влияют ребра жесткости – чем их больше, тем крепче сама ферма. Но тем она тяжелее и дороже обходится.

К слову, самые легкие металлические фермы получаются, когда их высота равна 1/7 или 1/9 длины пролета. Дополнительно их облегчают специальной решеткой, в которой усилие по сжатию принимается короткими стойками.

Расчет высоты и длины фермы

При проектировании изготовлении металлических ферм важно необходимо выполнить некоторые пункты расчета металлической фермы :

• Шаг 1. Определите ширину пролета в постройке, выберите форму крыши и угол ската.
• Шаг 2. Выберите контур пояса с учетом предполагаемого уровня нагрузки на ферму.
• Шаг 3. Рассчитайте размер каркаса и то, будете ли собирать его или варить самостоятельно, или же закажете.
• Шаг 4. Чтобы рассчитать оптимальную высоту металлических ферм, примените такие формулы (L – длина фермы):

Н=1/4×L либо Н=1/5×L, если рама треугольной формы
Н=1/8×L, если параллельная, трапецеидальная или полигональная. При этом сам уклон верхнего пояса должен быть 1/8×L или 1/12×L.

Теперь определяем размеры панелей. Напомним, что панель – это расстояние между стойками, которую передают всю нагрузку. Причем угол раскоса у разных ферм – разный, и панели им отвечают. Например, в ферме с решеткой треугольной формы такой угол составляет 45 градусов, а с раскосной решеткой – 35 градусов.

И, наконец, определяем угол расстановки раскосов, который должен составлять от 35 до 50 градусов, идеально, если 45.

Проверить полученное вами значение вы сможете при помощи специальных программ, которых сегодня немало:

Подбор параметров фермы

Подбирают нужную конструкцию фермы исходя из формы чердачного перекрытия, угла наклона крыши и нужная длина пролета.

Так, наиболее практичной для кровли жилого дома считается ферма треугольной формы, которая будет иметь высоту около пятой части длины пролета:

Если же длина пролета будет значительной, от 14 до 20 метров, отдайте предпочтение конструкции с идущими вниз раскосами. При этом верхняя часть фермы должна иметь панель длиной от 1,5 до 2,5 метров. Так, оба пояса конструкции будет иметь четное количество панелей.

Такие фермы позволят избежать длинных раскосов, что поможет сопротивляться продольному изгибу. Хотя обычно для этого приходится делать большое сечение, утяжеляющее всю конструкцию в несколько раз. При этом верхняя часть фермы разбивается на двенадцать или шестнадцать панелей, по 2-2,75 метра.

Но иногда потолок крыши планируется геометрически сложным. В таком случае его среднюю часть приподнимают над опорами или же используют те же фермы Полонсо. Да, такой вариант немного сложнее обычной треугольной формы, но мы уверены, что вы справитесь!

Если даже фермы Полонсо не подходят, т.к. высота потолка от опор планируется быть еще выше, тогда ставят многоугольные металлические фермы, в которых поднят нижний пояс. Так, чтобы увеличить высоту конструкции до 0,23 длины пролета, расположенный внизу пояс делают ломаным.

При угле кровли 6-15° ставят трапециевидные или асимметричные фермы. Если же вы хотите получить красивую внешнюю форму, но при этом ровный потолок, тогда лучше выбрать сегментную.

Тем более, что на нее израсходуется намного меньше материала. И эффективность сегментной формы растет с удлинением пролета:

Как сделать такую ферму самостоятельно?

Такие металлические фермы сегодня есть возможность заказать на заводе, уже в готовом виде, или же изготовить самостоятельно.

Итак, делают их из таких материалов:

• Алюминиевые профили легки и подходят для устройства крыши с легким покрытием.
• Металлические круглые и профильные трубы радуют большим выбором сечения, толщиной стенок и состава сплава. Такие фермы подходят для создания крыши любой задумки и сложности.
• Тавровый прокат и швеллер подходят для устройства крыш с особыми нагрузками. Для частного домостроения такие фермы используются редко ввиду их значительного веса.
• Из металлического уголка или ЛСТК собирают более простые и облегченные конструкции. Такие фермы подходят для навеса и строительства хозяйственных помещений.

Хотя, справедливости ради заметим, что именно из уголка сегодня строят вполне прочные двускатные крыши для летнего домика или гаража. Если, конечно, в вашем регионе не выпадает слишком много снега:

Фермы из ЛСТК сегодня активно устанавливают на каркасных домах:

Наиболее популярный сегодня вид металлических ферм – изготовленные из трубы некруглого сечения. Это овальная, квадратная или прямоугольная форма в разрезе. Такие трубы производят из стали 09Г2С, Ст3СП и нержавейки.

Вам будет интересно узнать, что изначально форма такой трубы получается круглой, и только потом ее деформируют холодным или горячим методом в квадратный или другого вида профиль. Выпускают такие трубы с минимальными размерами в 15х15 мм или максимальные 45х35 см. Качество труб регулирует ГОСТ.

Сама форма трубы напрямую влияет на область применения таких ферм. Так, плоскоовальные – самые гибкие, и из них получаются сложные фермы красивых форм. А трубы квадратной и прямоугольной формы идеальны для крепления на плоской поверхности.

Посмотрите также, какими аккуратными получаются сваренные вручную арочную фермы из квадратной профильной трубы:

Сегодня для изготовления металлических ферм используют два вида профильных труб: горячекатаные и гнутые. Горячекатаные изготавливают из ленты толщиной от 0,5 до 5 мм, с сечением в виде прямоугольника или квадрата. Именно такой материал вы встречаете чаще всего.

Для обустройства металлических ферм, вместо профильной трубы, также подходит швеллер – балки в виде буквы П, тавр в виде Т и уголок в виде буквы Г. Но среди всех этих конструкций профильные фермы по весу намного легче. Еще одно преимущество – при помощи сварки всю эту конструкцию удобно собирать прямо на месте.

Сегодня удобно заказывать сборные конструкции или собирать их еще на земле. Тогда на саму крышу их поднимают уже в готовом виде. Собирать их следует строго по детализированным чертежам от завода.

Для этого вам понадобятся:

• Болты. Это самый простой способ, а надежность такого соединения уже зависит от качества крепежи и степени его натяжения. Обычно такое крепление делают при помощи специальных ключей с длинными рукоятками или пневматическими инструментами.
• Сварка. Когда ферма должна получиться максимально жесткой и устойчивой, тогда прибегают именно к сварке. Все узлы соединяют при помощи заклепок. Но этот метод – для промышленного строительства, а для устройства стропильной системы обычного жилого дома больше подходит именно болтовое соединение.

Собранная ферма на болтах выглядит так:

Саму заводскую ферму изготавливают из таких элементов, как стойки, раскосы и пояса. И хорошо, если во всех этих элементах заранее проделаны монтажные отверстия. Если нет, тогда детали соединяют между собой способом прихватки или при помощи струбцин.

Вот процесс домашнего изготовления металлических ферм при помощи сварки:

Вот еще один мастер-класс изготовления такой фермы:

И, наконец, в каркасном строительстве сегодня активно используются термопрофили из оцинкованной тонкопрокатной стали.

Суть вот в чем: по всему пути стропилы расположены сквозные прорези особой формы, благодаря которым теплопроводность стальных ферм почти равна теплопроводности деревянного бруса, и никаких мостиков холода.

Т.е. такой материал для металлических ферм полностью перечеркивает те минусы, которые всегда отличали металлические фермы от деревянных в худшую сторону.

Процесс монтажа в пошаговых иллюстрациях

У монтажа ферм на разные основания – свои особенности. Так, на кирпичные стены и железобетонные колонны их устанавливают на анкерные болты.

Устанавливать металлические фермы следует на колонны, которые предварительно прочно закреплены и зацементированы на основании. А поднимать их удобнее поднимать при помощи стрелочного крана, хотя при относительно небольшом весе с ними вполне справляются трое-четверо человек:

Схема такова: сначала двое-трое человек поднимают один конец фермы, надежно его фиксируют на стене, затем – второй:

Конечно, фермы побольше, для другого рода строительства поднять способна только специальна техника:

При этом фермы сначала крепят временными соединениями, а потом – постоянными:

А вот в случае с промышленной постройкой, фермы следует монтировать на подстропильные металлические конструкции, которые служат связующими элементами для опорных колонн.

Сама длина пролетов в этом случае составляет от 20 до 35 метров. Это – все те же фермы Полонсо, которые состоят из двух ферм треугольной формы, соединенных между собой затяжкой.

По окончанию монтажа металлическую ферму по желанию окрашивают в любой выбранный цвет. Особенно эффектно это смотрится под таким покрытием, как поликарбонат или прозрачным шифером. К слову, обычно сами металлические фермы требуют антикоррозийной обработки, чтобы быть защищенными от конденсата в чердачной зоне.

Скажем так: металлические фермы и сооружать, и устанавливать на место ощутимо сложнее, чем деревянные. Зато результат порадует душу!

Источник krovgid.com

Фермы металлические

Металлическая ферма – это жесткая конструкция, состоящая из раскосов и/или стоек, соединенных в узлы. Нагрузка на стойки распределяется равномерно. Верхний пояс фермы работает на сжатие по оси, а нижний – на растяжение.

Это быстровозводимый модуль, простые конструкции можно собрать в течение дня. Главное – сделать точную схему, учитывающую нагрузку и геологические условия, и подготовить элементы. Но и это еще не все. Более подробно про типы металлических ферм, как их конструируют и собирают, читайте в нашем материале.

Основные элементы металлической фермы

Слово «ферма» происходит от латинского «firmus», что означает «прочный», поэтому уже по самому названию можно судить о высокой надежности, жесткости подобных конструкций.

Металлическая ферма представляет собой систему стержней, которые соединены друг с другом в узлах и формируют конструкцию, неизменяемую геометрически. Узловая нагрузка не способна сильно сказываться на работе фермы, а сами узлы чаще всего рассматриваются в качестве шарнирных. Для всех стержней свойственны растягивающие или сжимающие осевые усилия.

Металлические (стальные) фермы распространены в целом ряде строительных сфер. Так, их устанавливают в качестве покрытия и перекрытий зданий, мостов, опор линий электропередачи. Они могут монтироваться на объектах связи, в виде элементов мачт и башен телевидения и радиовещания. Такие конструкции незаменимы при возведении транспортных эстакад, встречаются на гидротехнических затворах, грузоподъемных кранах, пр.

Если сравнивать с балками, то изготовление ферм требует меньше стали, однако их производство более трудоемкое. С точки зрения эффективности, данный показатель у ферм тем выше, чем больше пролет и меньше нагрузка.

Все подобные конструкции принято делить на плоские, где, в соответствии с названием, элементы находятся в единой плоскости, и пространственные. Первые воспринимают нагрузку, которая прикладывается исключительно в их плоскости, для нормальной работы им необходимо закрепление связями. Пространственные фермы – это жесткий брус, способный справляться с нагрузкой, вне зависимости от направления ее приложения.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Ключевыми составляющими металлической фермы являются пояса, из которых состоит ее контур, и решетка. Последняя включает в себя раскосы и стойки. Элементы примыкают друг к другу в узлах, где стыкуются либо соединяются за счет узловых фасонок. Все детали центрируют по осям центра тяжести, что позволяет снизить узловые моменты и обеспечить работу стержней на осевые усилия.

Верхний пояс состоит из радиусной или ломаной, горизонтальной и наклонной балки. К этой части конструкции крепятся верхние соединительные узлы стоек.

Нижний пояс сформирован горизонтальной продольной балкой, к которой монтируют нижние соединительные узлы стоек, раскосов.

Стойки представляют собой вертикальные фрагменты металлической фермы между двумя поясами. Именно они работают на сжатие, испытывают на себе основную нагрузку и передают ее основанию.

Раскосы выглядят как стойки, наклоненные под 45°. Они призваны связать друг с другом углы верхнего и нижнего пояса, работая на сжатие и растяжение.

Узлы (панели) являются точками на верхнем и нижнем поясе, где происходит соединение раскосов либо стоек.

Расстояние между соседними узлами поясов принято называть панелью, а дальность между опорами обозначается как пролет. Наравне с поясами сплошных балок пояса ферм работают на продольные усилия и момент, тогда как на решетку ложится преимущественно поперечная сила, поэтому данный элемент играет ту же роль, что и стенка балки.

Разновидности металлических ферм

Проектирование начинают с выбора очертаний и статической схемы будущего изделия. Характеристики подбираются в соответствии со сферой использования и архитектурно-конструктивным решением сооружения. При этом оценивают все доступные варианты.

Покрытия зданий, мосты, транспортные галереи и многие иные сооружения включают в себя балочные разрезные системы. Их отличает простота производства и установки, отсутствие сложных узлов в сочетании с достаточной металлоемкостью. Если требуется пролет балки 40 м, такие негабаритные разрезные фермы собирают уже на месте установки.

Когда запланировано не менее двух перекрываемых пролетов, устанавливают неразрезные фермы. Данная разновидность требует меньший объем стали на изготовление, при этом имеет большую жесткость. За счет последней характеристики удается сократить высоту подобной металлической фермы. При слабых грунтах лучше отказаться от таких конструкций, поскольку осадка опор приводит к возникновению дополнительных усилий. А неразрезность делает монтаж более сложным.

Рамные фермы экономичны с точки зрения расхода металла, обладают относительно небольшими размерами, но предполагают достаточно сложную установку. Использование подобных изделий оправдывает себя в большепролетных зданиях.

Арочные системы также позволяют сократить расход стали, но неизбежно вызывают увеличение объема помещения и ограждающих поверхностей. Такие фермы выбирают в соответствии с архитектурными требованиями.

Консольные фермы используются как элементы навесов, башен, опор ЛЭП.

Важно, чтобы очертания конструкции подходили под их статическую схему и вид нагрузок, от которых зависит эпюра изгибаемых моментов. Когда речь идет о выборе ферм покрытий, нужно принимать во внимание материал кровли и уровень уклона, обеспечивающий необходимый водоотвод. Также учитывают, какой тип узла сопряжения с колоннами будет задействован – жесткий или шарнирный – и ряд прочих технологических характеристик.

От очертания поясов металлических ферм зависит их экономичность. Наименьший расход стали требуется на изготовление фермы, очерченной по эпюре моментов. Так, для однопролетной балочной системы с равномерно распределенной нагрузкой оптимальным вариантом становится сегментная ферма с параболическим поясом. Но изготовление криволинейных поясов очень трудоемкое, из-за чего подобные фермы крайне редко используются на практике.

Чаще встречаются полигональные фермы. В массивных большепролетных системах менее заметны дополнительные конструктивные затруднения, связанные с переломом поясов в узлах. Нужно понимать, что условия транспортировки вынуждают стыковать пояса в подобных конструкциях в каждом узле.

Использование полигонального очертания для легких металлических ферм считается нерациональным, ведь работа со слишком сложными узлами не сопоставима с сокращением затрат на сталь.

Фермы трапецеидальные не совсем отвечают эпюре моментов, но благодаря упрощению узлов обладают конструктивными преимуществами. Установка подобных конструкций в покрытии обеспечивает жесткий рамный узел, за счет чего увеличивается жесткость здания.

Фермы с параллельными поясами имеют очертания, вовсе не подходящие под эпюру моментов, при этом требуют большого расхода металла. Тем не менее, их изготовление в промышленных масштабах стало возможным за счет унификации, одинаковой длины элементов решетки, совпадающей схемы узлов, повторяемости деталей. В результате подобные конструкции используются чаще всего при покрытии производственных зданий.

Фермы треугольного очертания отлично подходят для консольных и балочных систем с нагрузкой, сосредоточенной в середине пролета. Иными словами, они используются как подстропильные фермы. Правда, их изготовление предполагает повышенный расход металла, сложный острый опорный узел и возможность использовать лишь шарнирное сопряжение с колоннами. Избыточный расход металла объясняется большой длиной средних раскосов, и их подбирают по предельной гибкости. Подобные металлические фермы используют как стропильные конструкции, чтобы обеспечить уклон кровли более 20 % или для обеспечения одностороннего равномерного освещения – тогда их называют шедовыми покрытиями.

Типы сечений стержней металлических ферм

С точки зрения затрат стали, самым выгодным считается трубчатое сечение. Труба имеет хорошую обтекаемость, что обеспечивает меньшее ветровое давление, а это немаловажно для высоких сооружений, таких как башни, мачты, краны. Поскольку на металлических фермах из труб меньше собирается инея и влаги, они лучше противостоят появлению очагов ржавчины. Их удобно очищать и повторно красить, что положительно сказывается на сроке службы конструкций. Чтобы избежать корродирования внутренних плоскостей труб, их обязательно герметизируют.

На схеме изображены: а, б – трубчатые сечения; е, г, д, е, ж, к и л – на основе прокатных уголков; з – двутавровое; и – тавровое.

Минусами данного подхода, не позволяющими использовать такие системы повсеместно, являются высокая цена труб и некоторые конструктивные трудности сопряжения элементов.

Прямоугольные гнуто-замкнутые сечения по своим достоинствам близки к трубчатым сечениям, но используются чаще, так как предполагают более простые узлы сопряжения элементов. Нужно понимать, что изготовление ферм из гнуто-замкнутых профилей с бесфасоночными узлами должно быть предельно точным. Из-за технологических сложностей гнутые профили не могут иметь толщину свыше 10–12 мм, что не позволяет повсеместно применять подобные металлические фермы. Серьезные пластические деформации в местах изгиба негативно отражаются на хрупкой прочности стали.

Нередко прибегают к наиболее рациональному решению, при котором отдельные элементы ферм состоят из разных видов профилей. Для поясов используют двутавровые балки, параллельно применяются гнутозамкнутые профили, пояс из тавров, решетка из парных или одиночных уголков.

В пространственных фермах, таких как башни, мачты, стрелы кранов, присутствует общий для двух ферм пояс. Важно, чтобы его сечение не мешало нормальному соединению элементов, находящихся в разных плоскостях. Здесь чаще всего отдают предпочтение трубчатому сечению.

Для четырехгранных ферм, которым свойственно небольшое усилие, самым простым типом сечения пояса считается одиночный уголок или пара уголков, вместе имеющих крестовое сечение. Если речь идет о значительном усилии, в конструкцию включают двутавры. Важно, чтобы сжатые элементы металлических ферм были равноустойчивыми в перпендикулярных направлениях.

Выбор конкретного сечения элементов конструкции зависит от условий ее эксплуатации: учитывают характер и место приложения нагрузок, насколько агрессивной будет окружающая среда и ряд других факторов. Также важно оценить возможность изготовления фермы из определенных элементов, наличие сортамента и рентабельность подобных вложений.

Преимущества и недостатки разных металлов для строительства металлических ферм

В качестве материала металлических ферм из профильной трубы используют углеродистые стали обыкновенного качества и качественные, а также конструкционные и легированные. Могут применяться трубы с защитным слоем цинка. При изготовлении компактных сезонных конструкций в ход идет алюминий.

Для возведения на частных участках небольших построек, имеющих в своем составе фермы, обычно берут углеродистую сталь Ст3сп, Ст3пс, иногда она может быть оцинкованной. Данный материал обладает достаточным уровнем прочности, чтобы конструкция получилась надежной. Тогда как по устойчивости к ржавчине перечисленные стали мало отличаются.

Под действием осадков со временем корродируют даже изделия из конструкционных и легированных сталей. Небольшая доля легирующих компонентов не может защитить металлическую ферму от подобного разрушения. Обычно используемые низколегированные стали типа 30ХГСА, 30ХГСН, 38ХА имеют в составе 2–4 % легирующих элементов, что никак не отражается на их коррозионной стойкости.

Если говорить о прочности, то конструкционные и легированные стали служат гораздо дольше, чем углеродистые, легче перенося циклические нагрузки. Однако данная характеристика появляется у металла только после термообработки. Поскольку закалка с отпуском может негативно отразиться на форме труб, готовые изделия не подвергают термообработке. Иногда прибегают к отжигу бесшовных труб – так снимается остаточное напряжение, присутствующее в металле, и тот приобретает большую мягкость.

Конструкционные стали, такие как 20А, 45, 40, 30А, считаются более качественными, поэтому стоят дороже. Цена легированных сталей еще выше, при этом продавец может выдать трубы из стали 3 вместо необходимых. А значит, если планируется установка конструкций шириной до 20 м, лучше отказаться от идеи приобрести профтрубы из названных видов стали. Закупить оцинкованный профиль стоит при условии, что строительство будет осуществляться за счет краб-систем.

Проектирование фермы и ее элементов

Полный расчет нагрузки, которую будет испытывать на себе металлическая ферма, сложен, поэтому для его подготовки рекомендуется обратиться к специалистам.

Вычисление размеров, толщины стенки профильных труб, подходящих для возведения строения, основывается на такой информации:

• размеры металлоконструкции, а именно длина, расстояние между опорами;
• высота опор и ферм;
• форма ферм;
• предельная снеговая нагрузка в холодное время года;
• ветровая нагрузка;
• особенности геологических условий – сейсмическая активность, вероятность оползней;
• масса покрытия.

Ошибки в расчетах могут привести к таким последствиям:

• металлическая ферма деформируется под весом снега, мокрой тяжелой листвы;
• конструкция изменит форму под собственным весом – такое случается в худшем случае;
• при сильном ветре ферма может обрушиться;
• деформация постепенно вызывает разрушение конструкции, что опасно, ведь могут пострадать как люди, так и ценные предметы под навесом, допустим, автомобиль;
• нестабильная конструкция вызывает разрушение кровли, находящейся на ферме;
• выбор неоправданно мощного и тяжелого профиля приводит к слишком большим расходам на материалы и работу.

Если для навеса предусмотрено несколько ферм и опор, причем последние имеют шаг до 2 м, подойдет достаточно тонкая труба. Но для четырех опор и пары ферм с длиной пролета в 6–8 м требуется более толстый профиль.

Далее указаны допустимые нагрузки на металлические фермы:

Ширина пролета, м Размер трубы на толщину стенки, мм123456

Профильная труба
40х40х2	709	173	72	35	16	5
40х40х3	949	231	96	46	21	6
50х50х2	1165	286	120	61	31	14
50х60х3	1615	396	167	84	43	19
60х60х2	1714	422	180	93	50	26
60х60х3	2393	589	250	129	69	35
80х80х3	4492	1110	478	252	144	82
100х100х3	7473	1851	803	430	253	152
100х100х4	9217	2283	990	529	310	185
120х120х4	113726	3339	1484	801	478	296
140х140х4	19062	4736	2069	1125	679	429
Прямоугольная труба (при условии ее вертикальной установки)
50х25х2	684	167	69	34	16	6
60х40х2	1255	308	130	66	35	17
80х40х2	1911	471	202	105	58	31
80х40х3	2672	658	281	146	81	43
80х60х3	3583	884	380	199	112	62
100х50х4	5489	1357	585	309	176	101
120х80х3	7854	1947	846	455	269	164

Этап производства фермы предваряет подготовка чертежа с точными размерами. Таким образом, проще приобрести необходимый объем материалов, меньше времени потребуется на сборку и подготовку. Кроме того, подобный подход позволяет следить за соблюдением размеров при монтаже и проверить их на собранном сооружении.

Основы расчета металлической фермы

Для вычисления длины и других габаритов металлической фермы выбирают форму крыши, размеры всей конструкции. Далее устанавливают размеры кровли, количество, форму и шаг между фермами.

Тип ферм подбирается под кровлю, а форма последней зависит от назначения и места расположения постройки. Односкатные металлические фермы обычно бывают консольными и примыкающими к дому, тогда как отдельно стоящие навесы снабжают полигональными, треугольными, сегментными конструкциями, арками. У беседок нередко бывает крыша с шестью и более скатами или кровля фантазийной конструкции с нестандартными фермами.

Рекомендуем статьи по металлоконструкциям

В любом случае важно рассчитать нагрузку на всю кровлю и одну ферму, отталкиваясь от веса снежного покрова, кровельного покрытия, обрешетки и самих металлических конструкций. Точные расчеты лучше доверить специалисту, который будет опираться на СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85», а также на СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81».

Расчеты осуществляют по методу вырезания узлов, то есть участков, где стержни соединены шарнирно – именно этот подход применяется современными компьютерными программами. Либо используют метод Риттера, метод замены стержней Геннеберга.

Не так сложно изготовить металлическую ферму в виде трапеции или треугольника. Имея навыки сварки и монтажа, можно своими силами собрать навес или беседку. Но чтобы сделать большой навес с фермами от 10 м длиной, нужен проект, подготовленный специалистами.

Влияние угла наклона.

Конструкция фермы больше всего зависит от угла наклона скатов. Данную характеристику выбирают в соответствии с формой кровли и размещением будущей конструкции. Если речь идет о навесе, примыкающем к зданию, требуется более отвесная кроля, чтобы обеспечить быстрое скатывание снега и сток воды. Для одиночных построек подойдет относительно пологая крыша.

Еще одним важным фактором при выборе угла наклона является количество выпадающих в регионе осадков: чем их больше, тем больше нужен угол. Дело в том, что на крутой кровле задерживается меньший объем осадков.

Уклон в пределах 15° обычно выбирают для компактных навесов, расположенных отдельно от других построек. Примерная высота ската составляет 1/7–1/9 длины пролета. При этом металлическая ферма должна иметь трапециевидную форму.

Угол 15–22° предполагает высоту ската в 1/7 длины пролета.

Для уклона в пределах от 22° до 30–35° оптимальная высота ската составляет 1/5 длины пролета. Здесь чаще всего прибегают к треугольным конструкциям. Иногда они могут иметь ломаный нижний пояс, позволяющий уменьшить вес металлической фермы.

Параметры базовых углов.

Чтобы не ошибиться при расчете числа отдельных составляющих конструкции и их длины, важно вычислить базовые углы между элементами. Нижний пояс располагается перпендикулярно опорам, наклон верхнего пояса к горизонтали зависит от угла наклона кровли. Для раскосов оптимальным считается угол наклона к горизонтали/вертикали 45°, тогда как стойки монтируются только вертикально.

Угол наклона кровли задается проектом или его находят, отталкиваясь от соотношений. Так, для уклона до 15° высота ската составляет 1/7–1/9 длины пролета, при уклоне 15–22° – 1/7 длины пролета; при 22–35° – 1/5 длины пролета.

Имея определенный угол наклона кровли, можно узнать, какой длины должны быть заготовки для самой фермы, ведь данные сведения очень важны для качественного монтажа.

Изготовление и монтаж металлических ферм

Металлоконструкции изготавливают сразу на строительном участке или в отдельном производственном цехе. Данный этап предполагает сборку готовых элементов, таких как стойки, раскосы, пояса. Иногда в них могут заранее подготовить монтажные отверстия, чтобы упростить и ускорить работы на объекте. Если отверстия не предусмотрены, крепление металлической фермы осуществляют при помощи струбцин и только потом надежно фиксируют все элементы.

Результаты сборки должны полностью совпадать с предварительно подготовленными чертежами.

Для скрепления деталей металлической фермы могут использоваться такие подходы:

С помощью болтов. Данный способ считается самым простым, поэтому к нему прибегают чаще всего. С его помощью удается быстро устанавливать фахверки, прогоны, связи и остальные компоненты конструкции. Надежность соединения во многом зависит от натяжения болтов. Обычно в этом случае параллельно работает пара монтажников, пользуясь пневмоинструментом и специальными ключами с рукоятками.

Путем сварки. К сварке на производстве прибегают, если необходимо соединение высокой прочности. Детали металлической фермы предварительно скрепляются друг с другом монтажными болтами, а наиболее ответственные узлы фиксируются заклепками.

После того как собраны отдельные элементы, вся стропильная система или ее части отправляются на участок сборки. Конструкцию монтируют на заранее подготовленное основание, то есть зацементированные и скрепленные колонны.

Остов поднимают при помощи стрелочного крана. Чтобы избежать раскачивания конструкции, прибегают к помощи ручных парных растяжек, которые также позволяют корректировать движение фермы. Систему фиксируют временными соединениями и переходят к основательному крепежу. Стропы снимают, когда надежно затянуто не менее половины креплений.

Особенности сборки конструкции во многом зависят от характеристик основания. Если в качестве последнего выбраны железобетонные колонны или кирпичные стены, элементы закрепляют анкерными болтами. Когда длина фермы превышает 10 м, то при расчете крышу рассматривают как спаренную систему. То есть стропильные ноги и перемычки состоят из двух частей, а сборка производится сразу на объекте.

Установка стропильной фермы требует соблюдения правил техники безопасности:

• В работе могут быть задействованы лишь высококвалифицированные высотники и стропальщики с необходимым для этого допуском.
• Перед началом монтажа все участники проходят инструктаж по технике безопасности.
• Персонал может трудиться только в специальной экипировке, включающей в себя каску, рукавицы, монтажный пояс, спецодежду в соответствии с сезоном.

Сегодня очень распространено изготовление металлических ферм, поскольку такие конструкции обладают целым списком достоинств. Их производство не требует больших временных затрат, готовое изделие легко устанавливается, долго выполняет свои функции, при этом устойчиво к внешним воздействиям. Фермы по праву считаются технологическим достижением современного производства в строительной сфере.

Стоимость изготовления металлических ферм

В частном строительстве нередко прибегают к использованию конструкций из профилированных труб, поскольку они имеют малый вес и могут монтироваться прямо на месте.

Стоимость производства металлических ферм зависит от их сложности и особенностей установки, но наиболее важными являются следующие характеристики конструкции:

• форма;
• размеры;
• вид и необходимый для изготовления фермы объем металлопроката.

Качество и срок службы строения связаны как с отдельными элементами, так и с соблюдением норм в процессе монтажа. Стоимость установки ферм зависит от таких особенностей:

• Вид сооружения и уровень его сложности. Допустим, строительство гаража и торгового комплекса требуют от специалистов разных навыков.
• Площадь постройки. Затраты на изготовление и установку конструкции снижаются с увеличением ее общей площади.
• Местоположение объекта. Речь идет об административном расположении стройки и затратах на перевозку техники и мастеров к объекту.
• Срочность выполнения заказа. Если требуется как можно более быстрое изготовление ферм и сборка всего строения, не обойтись без введения посменного графика, привлечения дополнительного оборудования, работников.

Все перечисленные нюансы могут значительно увеличить сумму, в которую обойдется производство, монтаж металлических ферм и завершение проекта.

Изготовление ферм является достаточно простой задачей, если предварительно был грамотно подготовлен чертеж, а также обеспечена качественная сборка. Не менее важную роль играет и желание мастера выполнить все процедуры аккуратно, без ошибок.

Источник vt-metall.ru

Какие бывают фермы перекрытий: деревянные, металлические и другие

В переводе с латинского термин «ферма» означает прочный, а фактически, это прямолинейные стержни, соединенные в узлах, куда прикладывается совокупность сил.

Точное понятие о предмете, расчетах и нагрузках дает сопромат и строительная механика.

Особенность стержневой системы в ее геометрической неизменности, когда при необходимости заменяют жесткие узлы на шарнирные. Если отсутствует расцентровка и вне узловая нагрузка, в элементах создается усилие на растяжение и сжатие.

Применялись фермы с древних времен, сейчас выпускают в основном для строительной индустрии, элементы отличаются по материалам изготовления, конструктивным особенностям и назначению.

Что это за балки?

Историки считают, что первым инженерным сооружением у древнего человека была ферма. Сейчас даже дети могут создать, эту уникальную по сути строительную конструкцию в виде шалаша. Более ценным примером служит скатная крыша со стропилами, стойками и раскосами.

Получается, что собрать подобного вида сооружение смогут все, но не многим дано делать расчет сечения стержней по заданным нагрузкам. Здесь главенствует сложная наука сопромат. Среди студентов даже ходит поверье, кто сдаст этот предмет без проблем, может создавать семью. А потребность в сквозных стержневых конструкциях увеличивается. В состав которых входит:

• верхний и нижний пояс;
• решетки;
• вертикальные стойки;
• наклонные раскосы.

Фермы отличаются от строительных балок постоянным сечением и прочностными свойствами материалов изготовления, на них будут воздействовать максимальные нагрузки. Эти строительные элементы могут менять только высоту.

Размер параметра зависит от пролетов. Хотя фермы, это те же балки перекрытия только не сплошные, а сквозные, которыми также перекрывают расстояние между опорами здания. Для производства применяют материал:

• древесину;
• металл;
• железобетон;
• пластик.

Справка. При изготовлении изделий используют в основном только жесткие узлы. На шарнирные происходит условная замена, чтобы максимально упростить расчеты.

Определение номинального напряжения конструкции, показанной на рисунке происходит по стандартным уравнениям равновесия. С жесткими узлами сооружение становится статистически неопределимой системой. А условная замена на шарнирные позволяет получить близкий по значению результат.

Классификация по разным направлениям

Конструкторы создали в большом количестве, разные по формам и видам строительные фермы перекрытия. Конструктивным элементам понадобилась сортировка. В общую классификацию входят описание основных параметров.

По признакам определяют:

• назначение;
• материал изготовления;
• конструктивные особенности – тип поясов, решеток и способ опирания.

Конструкции бывают:

• обычными;
• комбинированными;
• с напряжением.

Элементы отличаются величиной усилий, их выпускают:

• легкими, одностенчатыми;
• тяжелыми, двустенчатыми, применяют для крупных сооружений.

Балку характеризует назначение:

• башенное;
• крановое;
• мостовое;
• опорное;
• стропильное;
• гидротехническое;
• транспортное.

Конструктивные особенности отличаются поясами двухпоясными и трехпоясными, которые имеют высокое сопротивление на изгиб горизонтальных плоскостей с повышенной устойчивостью на сжатие по периметру. Внешний контур наделен определенными габаритами, длиной, высотой и уклоном, имеет тип:

• вспарушный;
• параллельный;
• рыбчатый;
• многоугольный;
• параболический;
• трапецеидальный;
• треугольный.

Обратите внимание. На общественных зданиях применяют установку вспарушных и рыбчатых конструкций. В промышленном строительстве используют параллельные пояса.

Внешним контуром воспринимаются продольные силы, на решетки приходятся поперечные нагрузки.

Решетки тоже устанавливают разные:

• крестовые;
• раскосные;
• ромбические;
• треугольные.

Сооружения опираются на опоры в виде колонн, стен, подстропильных балок. Отсюда произошло разделение на тип:

• балочный;
• двух или многоопорный;
• арочный;
• вантовый;
• рамный;
• комбинированный.

Поперечное сечение стальных конструкций определяется по виду прокатного профиля:

• уголка;
• трубы;
• швеллера;
• тавра или двутавра.

У металлических ферм крепят прогоны, устанавливают уголки с резьбой для болтов.
Односкатные кровли строят с деревянными фермами, опирание стропильных ног осуществляется на стены строения.

У двускатных кровель висячих, наслонных и арочных, стропила ставят на мауэрлат, внутреннюю стену, поддерживают прогоном.

Открытые профили при парном соединении больших по длине элементов, могут функционировать по отдельности.

Когда происходит сжатие, чтобы они не сгибались в разные стороны, необходима установка соединительных прокладок. Если соединение осуществляют встык, применяют фасонку, уровень толщины которой зависит от нагрузок.

Требования к материалам

Конструкция должны быть надежной, крепкой и устойчивой, так как на ферму приходятся основные нагрузки. Чтобы в узлах или точках крепления, самого слабого звена был надлежащий уровень жесткости, сборку выполняют без зазоров в местах соединения. Изготовление происходит в соответствии с нормативными документами:

– нормы на подстропильные сооружения, действует с 01.01.2017 г. – регулирует производство стальных ферм. – указывает на технические условия железобетонных конструкций. – ГОСТ 7566-94 – установлены размеры, правила по маркировкам для двутавровых балок.

Стандарты разработаны для конкретизации общих строительных правил:

Характеристики

В зависимости от типа пояса, конструктивных форм, выпускают разные по размерам балки (6, 8, 12 метров). Стандартные параметры указаны в таблице:

Решетки тоже имеют характерные особенности:

Расчет

Ученые из сферы математики, механики разработали и применяют простые и сложные методы для расчета нагрузок.

Справка. При использовании аналитического способа строят графики сил, рассекают конструкцию. Сквозное сечение с вырезкой узлов подойдет для расчета статически определяемой фермы.

Для этого нагрузки на балку сводят к слабым точкам соприкосновений со стеной. Находят реакцию опор по аксиоме из теоретической механики. Где говорится, что несвободные тела можно принять за свободные, если их связи заменить действием реакций сил, которые ограничивают движение тел.

В данном случае используют уравнения равновесия. Берут узел с 2 стержнями, условно убирают его, заменяют, разрезанные стержни на их реакции, направленные из элемента. По правилу знаков у растянутого стержня положительная сила.

Расчет сооружений выполняют специалисты на стадии проектирования объекта, правильность которых влияет на безопасность эксплуатации сооружения. Самостоятельно можно определить нагрузки, которые выдержит конструкция в узлах. Основные силы распределяются по типу:

1. Постоянному, куда входит вес фермы вместе с системой.
2. Временному – усилия подвесных устройств.
3. Кратковременному – атмосферные осадки и ветра.

Постоянное расчетное усилие определяют с учетом площади, где будет собираться груз. К примеру, чтобы рассчитать кровельную нагрузку применяют формулу:

S = (m + m1 : cos a) x c

• m – вес конструкции вместе со связями;
• m1 – масса объекта;
• a – горизонтальный наклон в верхнем поясе;
• c – расстояние между балками.

Грамотное проектирование стропил делает строительство крыши на порядок дешевле.

Расчет фермы на видео:

Процесс монтажа своими руками

Монтаж сооружений из любого материала происходит в соответствии с чертежами. Крупные элементы поднимают стреловыми кранами, используют оттяжки, чтобы снизить раскачивание конструкции.

Справка. Для крепления к железобетонным колоннам и кирпичным стенам используют анкерные болты. Устройство начинают с того участка, где предусмотрено расположение связей.

Первые балки крепят с расчалками, их снимают после закручивания болтов, сваривания стыков.

Плюсы и минусы применения

Каждая конструкция вне зависимости от характеристик имеет свои преимущества и недостатки по сравнению с аналогичными продуктами, но из другого материала.

Плюсы деревянных устройств:

• легкие для обустройства;
• отличный уровень несущей способности;
• хорошая звукоизоляция;
• сравнительно небольшой вес.

Недостатки:

• у стандартных балок меньше толщина перекрытия;
• сложное производство высококачественных изделий;
• высокая стоимость.

Металлические сооружения отличаются:

• длительным сроком эксплуатации;
• низкими транспортировочными расходами;
• высокой прочностью.

Но металлический каркас трудно установить из-за значительного веса конструкции.

Средние расценки

Стоимость изделий нужно уточнять непосредственно у продавца или производителя. Для примерной ориентации можно ознакомиться с расценками из разного временного периода.

Прайс лист на фермы из металла:

В Москве изготовят изделие для навесов из профильных труб, конструкцию для коттеджа за 5500 руб. Любой вид продукции – профильный, арочный, для ангаров и гаражей предлагают купить в Михеево за 4300 руб. В Омске можно приобрести стропильную ферму за 1200 руб. В Тюмени продают железобетонные балки по 2500 руб.

Заключение

Ферма сооружение серьезное, поэтому не стоит самостоятельно приступать к изготовлению или монтажу, если на это нет профессиональных навыков.

И расчет лучше доверить проектировщику, так как для этого используют сложные формулы, нужны специальные знания. Цены постоянно меняются, их необходимо уточнить ближе к началу строительства.

Источник stroim-domik.org