Фермы из профильных труб имеют много преимуществ. С их помощью в наши дни строят жилые дома любых конфигураций, гаражи, а также некоторые приусадебные конструкции. Используют их, в том числе, и для создания парников. По своей себестоимости фермы обходятся владельцам участков совершенно не дорого. Их быстро конструировать и крепить к несущим элементам. Для надежного крепления данной конструкции понадобится качественный профиль, сварочный аппарат, болгарка и внимательность при проектировке.
У каждого, кто решил использовать такой тип конструкции на своем сооружении, должен быть четкий план, состоящий из:
- Выбора правильного профиля;
- Четкого расчета фермы;
- Правильного расположения перемычек;
- Надежного монтажа.
По своей сути, ферма является уникальной конструкцией, связующей опорные элементы и образующая в результате готовый каркас. Среди специалистов она считается простой архитектурной металлоконструкции. Такая конфигурация отличается большим количеством преимуществ:
- Прочность всего каркаса и отдельно самой фермы;
- Высокие эксплуатационные характеристики;
- Приемлемая стоимость с учетом цен на трубы и расходные материалы;
- Отличная устойчивость к внешним воздействиям, деформации.
Фермы из профильной трубы получили большую популярность благодаря тому, что они идеально подходят для создания прочных опор под любой вид кровли. При этом на данные показатели не влияет вес кровельных материалов.
Стропильные фермы могут иметь совершенно разную форму конструкции и произвольные раскосы. К примеру, для приусадебных построек используют односкатную форму. Ее просто монтировать, и выдерживает такая конфигурация самые различные нагрузки. Двускатные образцы больше подходят для гаражей и домов.
Также по форме отличают арочную ферму. Она имеет выпуклую форму и считается одной из самых прочных.
Для правильного расчета ферм необходимо следовать определенным правилам.
Изготовление ферм не займет много времени. Все начинается с выбора качественного материала. Он и будет определять долговечность всего сооружения. Соединение всех металлических частей используют прихватки, а также специальные спаренные уголки.
Уголки с равными сторонами монтируются только в случае сопряжения деталей.
Стойки крепятся под углом в 90 градусов, а раскосы – 45 градусов.
Пример готовой конструкции фермы
Требования к расчету профильной трубы для строительства фермы
Основные требования:
- Расчеты производятся при использовании всех замеров длины конструкции и угла наклона кровельного материала. Подготовка фермы должна начинаться только после снятия четких замеров показателей.
- Точные размеры зависят от многих факторов. Определенная разновидность конструкции будет определена исходя из веса всего изделия, нагрузки, высоты расположения кровельного материала, а также способов его перемещения. Только длину заготовки определяет угол наклона крыши.
- В расчеты изначально необходимо включать опоры и четко определять их пояса. Длина имеет значение. Контуры также зависят от уклона и вида конструкции.
В основном за это отвечает два законодательных документа, которые определяют порядок расчета. Один вмещает информацию о нормах воздействия и допустимых нагрузках, а другой поможет определиться с типом стальной конструкции. С их помощью расчет фермы из профильной трубы можно осуществить быстро и максимально корректно.
Самое главное, что необходимо учесть – расчет производится по принципу экономии. После определения высоты пролета, длины и угла наклона всей конструкции расчет заканчивается последним пунктом – установлением оптимального расстояния между всеми комплектующими частями. Нагрузка пролета влияет на количество материала и его расположение.
Проведение расчета арочной фермы из профильной трубы
Определить оптимальные значения сооружения можно на конкретном примере арочной фермы. Длина конструкции составляет 600 см. Каждый участок располагается на расстоянии в 105 см друг от друга. Высота арочного перекрытия равна 300 см. Стрела нижнего пояса в таком изделии будет равна 130 см. Радиус окружности внизу будет составлять 410 см. По условиям вычисления между радиусами угол составляет 105.9776˚.
Обозначения:
m н – длина профиля, который необходим для прокладки нижнего яруса ;
π – постоянное значение ;
R – радиус .
Чтобы вычислить необходимый показатель специалисты используют определенную формулу:
В результате получается следующее вычисление:
mн=3,14×4,1×106/180 = 758 см.
Следует заметить, что шаг между точками по углам будет равняться 55 см.
Наглядный пример демонстрирует, что фермы из профильной трубы рассчитываются достаточно просто и быстро.
Пример расчета
Обучающее видео с правилами расчета.
Особенности конструкции фермы из профильной трубы
Профильные трубы, из которых изготавливают фермы, прочны, а поэтому имеют отличительные характеристики. Особенности всех конструкций распределяются на несколько основных факторов.
Количество поясов и показатель нагрузки считаются критически важными показателеми.
По данным характеристикам фермы делятся на:
- Тип конфигурации, в котором все элементы расположены в одной плоскости;
- Тип, при котором отдельные части пролета располагаются в двух или более ярусах.
Обе конструктивные особенности являются устойчивыми и могут выдерживать предельные нагрузки, угол наклона при этом, может быть произвольным. Но для обеспечения сооружению большего срока службы рекомендовано использовать второй тип. Он надежнее.
Фермы из профильной трубы также проектируются в зависимости от контуров и их форм. Как уже было сказано ранее, по последнему критерию конструкции делятся на односкатные, двускатные, прямые, а также в форме арки. Каждый из образцов используется для различных целей.
К примеру, изделия, имеющие параллельный пояс идеально подходят для кровли мягкого образца. Опора при этом достаточно проста и все ее части являются идентичными. Ее проще всего монтировать, поскольку этот процесс не требует особых знаний.
Односкатные металлические фермы наилучшим образом подходят для крепления жесткой кровли при необходимом значении высоты.
W-образная ферма
Виды ферм из профильной трубы
Существует много различных образцов ферм, которые позволяют реализовывать самые разнообразные конструкторские решения.
- Первой, и самой распространенной разновидностью являются треугольные формы металлоконструкции. Это классический вид заготовки, подходящий для сооружений разного рода предназначения. Для того чтобы подобрать оптимальное сечение труб в таком образце, необходимо учитывать характеристики дальнейшей эксплуатации конструкции, и ее номинальный вес. Также учитывается длина. Преимуществом таких изделий считается прочность, простота в монтаже и постоянное поступление естественного освещения через треугольные каркасы.
- Вторым по популярности является тип полигональных ферм из профильной трубы. Такая конфигурация незаменима в больших помещениях. Когда необходимо спроектировать большое здание или навес, именно полигональные изделия соответствуют всем требованиям. Единственным минусом таких сооружений считается сложность в их сваривании. Несмотря на привычный угол наклона, необходимо использовать определенный принцип и технику сваривания. А это не подходит для облегченных конструкций.
- По характеристикам прочности не уступает предыдущим типам и ферма, имеющая параллельные пояса . Отличительной особенностью такой металлоконструкции является то, что все стержни, решетки и пояса у нее одинаковой длины. Она считается самой простой в расчетах.
- Также надежный вид фермы – односкатная трапециевидной формы . Такие фермы опираются на колонны. По своим характеристикам жесткости данному типу нет равных.
Виды ферм
Основная конструкция фермы из профильной трубы
Опытные специалисты могут собрать фермы из профильной трубы быстро. Для этого необходимо дать точные размеры и чертежи металлоконструкции. Но, если задача состоит в экономии бюджета на построение, монтаж можно выполнить самостоятельно. Для этого нужно, прежде всего, собрать основную конструкцию.
Для того чтобы ее создать используют преимущественно прямоугольные или квадратные металлические изделия. Они позволяют всей заготовке оставаться прочной на протяжении всего срока эксплуатации. В придачу к этому основную конструкцию из квадратного профиля проще крепить к основанию.
Первым этапом с использованием чертежей и расчетов свариваются все металлические части непосредственно самой фермы. Это выполняется на земле или в подготовленном помещении с ровными полами. Проверяется длина и ширина изделия.
После этого следует этап установки и фиксации опорных элементов, расположенных вертикально. Их правильная установка определяет надежность всей металлоконструкции. Для проверки можно использовать отвес. Он покажет, насколько точно удалось закрепить несущие опоры.
Как сварить фермы из профильной трубы
Как только опоры будут готовы, к стойкам приваривают продольно расположенные трубы. Их крепят для надежной сцепки элементов. Они придают всему сооружению устойчивости.
Когда основа готова наступает время крепления к ней фермы из профильной трубы. Заранее подготовленную конфигурацию с решетками поднимают и устанавливают сверху. Сразу же нужно проверять правильность сборки, в том числе и раскосы. Все углы должны находиться на своих местах и плотно прилегать к основанию. Когда все размеры и расположение конструкции проверено, металлические элементы привариваются друг к другу. Не стоит забывать про прихватки.
Пример соединения
В конечном итоге необходимо зачистить все соединительные места, где был применен сварочный аппарат, и аккуратно покрасить все части металлоконструкции.
Как результат, правильные расчеты, качественные материалы и внимательная сварочная работа позволяет создать идеальное перекрытие.
Видео с объяснением процесса сварки конструкции:
-
Навесы относят к категории наиболее простых сооружений, которые возводят на загородном или дачном участке. Их используют под самые разные цели: в качестве стоянки автомобилей, участка для складирования и множества других вариантов.
Конструктивно навес крайне прост. Это
- каркас, основным элементом которого являются фермы для навесов, отвечающие за стабильность и прочность конструкции;
- покрытие. Его выполняют из шифера, поликарбоната, стекла или профлиста;
- доборные элементы. Как правило, это элементы украшения, которые располагают внутри сооружения.
Конструкция довольно проста, к тому же весит она немного, поэтому ее можно собрать своими руками сразу на участке.
Однако чтобы получить практичный правильный навес, прежде всего нужно обеспечить его прочность и долгую эксплуатацию. Для этого следует знать, как рассчитать ферму для навеса, изготовить самостоятельно и сварить или купить готовые.
Металлические фермы для навесов
Эта конструкция состоит из двух поясов. Верхний пояс и нижний соединены через раскосы и вертикальные стойки. Она способна противостоять существенным нагрузкам. Одно такое изделие, весящее от 50–100 кг может заменить балки из металла большие по весу в три раза. При правильном расчете металлическая ферма в , швеллеров или не деформируется и не прогибается при воздействии нагрузок.
Металлический каркас одновременно испытывает несколько нагрузок, поэтому так важно знать, как рассчитать металлическую ферму, чтобы точно найти точки равновесия. Только так конструкция сможет противостоять даже очень высоким воздействиям.
Как выбрать материал и правильно варить их
Создание и самостоятельная установка навесов возможны при небольших габаритах сооружения. Фермы для навесов в зависимости от конфигурации поясов могут быть изготовлены из профилей или стальных уголков. Для относительно небольших конструкций рекомендуется выбирать профильные трубы.
Подобное решение имеет ряд преимуществ:
- Несущая способность профильной трубы напрямую связана с ее толщиной. Чаще всего для сборки каркаса используют материал с квадратом 30-50х30-50 мм в сечении, а для сооружений небольшого размера подойдут трубы и меньшего сечения.
- Для металлических труб характерна большая прочность и это при этом, что они весят намного меньше, чем цельный брусок из металла.
- Трубы сгибаются – качество необходимое при создании криволинейных конструкций, например, арочных или купольных.
- Цена фермы для навесов относительно небольшая, поэтому купить их не составит особого труда.
На заметку
Металлический каркас прослужит значительно дольше, если защитить его от коррозии: обработать грунтовкой и покрасить.
- На такой металлический каркас можно удобно и достаточно просто уложить практически любую обрешетку и кровлю.
Способы соединения профилей
Как можно сварить навес
Среди главных достоинств профильных труб следует отметить безфасоночное соединение. Благодаря такой технологии, ферма для пролетов, не превышающих 30 метров, получается конструктивно простой и обходится относительно недорого. Если ее верхний пояс достаточно жесткий, то кровельный материал можно опереть непосредственно на него.
Безфасоночное сварное соединение обладает рядом достоинств:
- существенно снижается масса изделия. Для сравнения отметим, что клепанные конструкции весят на 20%, а болтовые – на 25 % больше.
- снижает трудозатраты и расходы на изготовление.
- стоимость сварки небольшая. Более того, процесс можно автоматизировать, если использовать аппараты, которые позволяют бесперебойно подавать сварную проволоку.
- полученный шов и присоединяемые детали получаются одинаково прочными.
Из минусов следует отметить необходимость наличия опыта проведения сварочных работ.
Крепление на болты
Болтовым соединением профильных труб пользуются не так уж редко. Преимущественно его используют для разборных конструкций.
К основным преимуществам такого вида соединения относят:
- Простую сборку;
- Отсутствие необходимости в дополнительном оборудовании;
- Возможный демонтаж.
Но при этом:
- Увеличивается вес изделия.
- Потребуются дополнительные крепежные детали.
- Болтовые соединения менее прочные и надежные, нежели сварные.
Как рассчитать металлическую ферму для навеса из профильной трубы
Возводимые сооружения должны быть достаточно жесткими и прочными, чтобы противостоять различным нагрузкам, поэтому перед их монтажом необходимо выполнить расчет фермы из профильной трубы для навеса и составить чертеж.
При расчете, как правило, прибегают к помощи специализированных программ с учетом требований СниП («Нагрузки, воздействия», «Стальные конструкции»). Можно рассчитать металлическую ферму онлайн, пользуясь калькулятором расчета навеса из металлопрофиля. При наличии соответствующих инженерных знаний расчет можно провести и собственноручно.
На заметку
Если известны главные параметры конструкции, можно поискать подходящий готовый проект, среди выложенных в интернете.
Проектные работы выполняют на основе следующих исходных:
- Чертеж. От типа крыши: одно- или двускатная, шатровая или арочная, зависит, конфигурация поясов каркаса. Самым простым решением можно считать односкатную ферму из трубы профильной.
- Размеры конструкции. Чем с большим шагом будут установлены фермы, тем нагрузка, которой они смогут противостоять, будет больше. Важен также угол наклона: чем он больше, тем легче будет сходить снег с кровли. Для расчета понадобятся данные об экстремальных точках ската и их удаленности друг от друга.
- Размеры элементов кровельного материала. Они играют решающую роль в определении шага ферм для навеса, скажем, . Кстати, это самое популярное покрытие для сооружений, устраиваемых на собственных участках. с легкостью сгибаются, поэтому они подходят для устройства криволинейных покрытий, к примеру, арочных. Все что при этом важно, так это только то, как правильнорассчитать навес из поликарбоната.
Расчет металлической фермы из профильной трубы для навеса выполняют в определенной последовательности:
- определяют величину пролета, соответствующую техзаданию;
- чтобы вычислить высоту конструкции, по представленному чертежу подставляют размеры пролета;
- производят задание уклона. Соответственно оптимальной форме кровли сооружения определяют контуры поясов.
На заметку
Максимально возможный шаг ферм для навеса при использовании профильной трубы равен 175 см.
Как сделать ферму из поликарбоната
Первым этапом изготовления своими руками ферм из профильной трубы для навеса является составление детального плана, на котором должны быть указаны точные размеры каждого элемента. Кроме этого желательно подготовить дополнительный чертеж конструктивно сложных деталей.
Как видите, до того, как самому изготовить фермы, необходимо хорошо подготовиться. Отметим еще раз, что в то время как при выборе формы изделия руководствуются эстетическими соображениями, то для определения конструктивного типа и количества составляющих элементов требуется расчетный путь. При проверке на прочность металлической конструкции обязательно нужно учесть также данные об атмосферных нагрузках в данном регионе.
Дуга считается предельно упрощенной вариацией фермы. Это – одна профилированная труба, имеющая круглое либо квадратное сечение.
Очевидно, что это не только самое простое решение, оно и обходится дешевле. Тем не менее дуги для навеса из поликарбоната имеют определенные недостатки. В частности это касается их надежности.
арочные навесы фото
Проанализируем, каким образом распределяется нагрузка в каждом из этих вариантов. Конструкция фермы обеспечивает равномерное распределение нагрузки, то есть сила, воздействующая на опоры, будет направлена, можно сказать, строго вниз. Это значит, что опорные столбы отлично противостоят усилиям на сжатие, то есть могут выдержать дополнительное давление снежного покрова.
Дуги такой жесткостью не обладают и не способны распределять нагрузку. Чтобы компенсировать такого рода воздействие, они начинают разгибаться. В результате возникает сила, возложенная на опоры в верхней части. Если учесть, что она приложена к центру и направлена горизонтально, то малейшая ошибка в расчете основания столбов, по меньшей мере, вызовет их необратимую деформацию.
Пример расчета металлической фермы из профильной трубы
Расчет такого изделия предполагает:
- определение точной высоты (Н) и длины (L) металлической конструкции. Последняя величина в точности должна соответствовать длине пролета, то есть расстоянию, перекрывающему конструкцию. Что же касается высоты, то она зависит от спроектированного угла и особенностей контура.
В треугольных металлоконструкциях высота составляет 1/5 или ¼ часть длины, для остальных типов с прямолинейными поясами, к примеру, параллельными или полигональными – 1/8 часть.
- Угол раскосов решетки колеблется в пределах 35–50°. В среднем он составляет 45°.
- Важно определить оптимальное расстояние от одного узла до другого. Обычно искомый промежуток совпадает с шириной панели. Для конструкций, длина пролета в которых больше 30 м, необходимо дополнительно рассчитать строительный подъем. В процессе решения задачи можно получить точную нагрузку на металлоконструкцию и подобрать правильные параметры профильных труб.
В качестве примера рассмотрим расчет ферм стандартного односкатного сооружения 4х6 м.
В конструкции используется профиль 3 на 3 см, стенки которого имеют толщину в 1,2 мм.
Нижний пояс изделия имеет длину 3,1 м, а верхний – 3,90 м. Между ними устанавливают вертикальные стойки, выполненные из такой же профильной трубы. Самая большая из них имеет высоту 0,60 м. Остальные вырезают по степени убывания. Можно ограничиться тремя стойками, расположив их от начала высокого ската.
Участки, которые образуются при этом, усиливают, установив раскосые перемычки. Последние изготовлены из более тонкого профиля. К примеру, для этих целей подойдет труба сечением 20 на 20 мм. В месте схождения поясов стойки не нужны. На одном изделии можно ограничиться семью раскосами.
На 6 м длины навеса используют пять подобных конструкций. Их укладывают с шагом в 1,5 м, соединяя дополнительными перемычками поперечного расположения, выполненными из профиля сечением 20 на 20 мм. Их фиксируют к верхнему поясу, расположим с шагом 0,5 м. Панели поликарбоната крепят непосредственно к этим перемычкам.
Расчет арочной фермы
Изготовление арочных ферм также требует точных расчетов. Это связано с тем, что возложенная на них нагрузка распределится равномерно, только если созданные дугообразные элементы будут иметь идеальную геометрию, то есть правильную форму.
Рассмотрим подробнее, как создать арочный каркас для навеса с пролетом в 6 м (L). Расстояние между арками примем в 1,05 м. При высоте изделия в 1,5 метра архитектурная конструкция будет смотреться эстетично и сможет противостоять высоким нагрузкам.
При расчете длины профиля (mн) в нижнем поясе пользуются следующей формулой длины сектора: π R α:180, где значения параметров для данного примера в соответствии с чертежом равны соответственно: R= 410 см, α÷160°.
После подстановки имеем:
3,14 410 160:180 = 758 (см).
Узлы конструкции следует расположить на нижнем поясе на расстоянии 0,55 м (с округлением) друг от друга. Положение крайних рассчитывают индивидуально.
В случаях когда длина пролета меньше 6 м, сваривание сложных металлоконструкций часто заменяют на одинарную либо двойную балку, согнув металлический профиль под заданным радиусом. Хотя при этом необходимости в расчете арочного каркаса нет, однако правильный подбор профилированной трубы по-прежнему остается актуальным. Ведь от ее сечения зависит прочность готовой конструкции.
Расчет арочной фермы из профильной трубы онлайн
Как рассчитать длину дуги для навеса под поликарбонат
Длину дуги арки можно определить по формуле Гюйгенса. На дуге отмечают середину, обозначив ее точкой М, которая находится на перпендикуляре СМ, проведенном к хорде АВ, через ее середину С. Затем нужно измерить хорды АВ и АМ.Длина дуги определяется по формуле Гюйгенса: p = 2l x 1/3 x (2l – L), где l – хорда АМ, L – хорда АВ)
Относительная погрешность формулы равна 0,5%, если дуга АВ содержит 60 град, а при уменьшении угловой меры погрешность значительно падает. Для дуги в 45 град. она составляет всего 0,02%.
При строительстве помещения большой площади огромное внимание стоит уделить прочности кровли. Для этого во время перекрытия используют фермы.
Правильный расчет и изготовление ферм из профильной трубы – главное условие качественного монтажа будущей кровли.
В статье представлена пошаговая инструкция с видео материалами как соорудить конструкцию своими руками.
Что собой представляет данная металлоконструкция?
Так же металлическая ферма из профильного трубопроката является идеальным перекрытием для пролета любой длины, но чтобы правильно ее установить потребуется провести грамотные подсчеты.
Качественное изготовление конструкции при помощи сварки проводится на земле и только после этого переносится наверх и монтируется уже в собранном виде по верхней обвязке по ранее установленной разметке.
Только в этом случае можно говорить о надежности конструкции и о длительном времени ее эксплуатации. Фермы пространственного вида нуждаются в закреплении, потому что конструкция является жесткой и может нести высокие нагрузки.
Важные моменты при проведении расчетов
Перед тем как приступить к расчетам нужно решить, какой вид крыши будет оптимальным в данном случае. Выбор напрямую зависит от ее размера и наклона самой кровли.
Также выбор может зависеть от контура поясов. Все вышеперечисленные составляющие зависят от функциональных возможностей строения, материала перекрытия и угла скоса кровли. .
Далее нужно определиться с размерами. Длина определяется углом скоса крыши, а ее высота зависит от вида материала, который будет использоваться для перекрытия, метода перевозки и общей массы металлоконструкции.
Если расчет фермы из профильной трубы показал, что ее общая длина должна быть больше 36 метров, то дополнительно рассчитывается строительный подъем.
Далее определяются размеры панелей. Проведение подсчетов зависит от нагрузки, что по плану должна на нее возлагаться. Если архитектура кровли планируется треугольного вида, тогда ее скос будет составлять 45 градусов.
Итоговым этапом расчетов считается определение оптимального расстояния между узлами металлоконструкции.
Если вы не уверены в своих силах, тогда лучше доверить подсчеты специалистам, которые владеют специальными компьютерными программами и смогут гарантировать качество предоставляемых услуг.
Перед началом строительства стоит несколько раз перепроверить все результаты с учетом возможной максимальной нагрузки на строение. Также запомните, что помимо расчетов на качество монтажа влияет наличие плановых чертежей.
А теперь мы вам представим несколько бесплатных программ которыми можно воспользоваться для расчета.
Процесс соединения отдельных элементов своими руками
После того как сварка завершена все полученные швы аккуратно зачищаются после чего все строение обрабатывается антикоррозийным раствором и покрывается несколькими слоями краски.
Для того чтобы уменьшить давление конструкции при минимальном скате кровли лучше применять дополнительные решетки. Если уклон не более 25 градусов, то для уменьшения массы рекомендуется изготовить нижний пояс ломаного вида.
Во время изготовления фермы большой длины применяйте только парное количество панелей. А если ее длина превышает два десятка метров, то желательно использовать фермы Полонсо.
Выбор диаметра профиля обусловлен размером будущего навеса и градуса его уклона, но в любом случае расстояние от одной фермы до другой не должно превышать 1,7 м.
Возведение арочной фермы
Для перекрытия односкатного навеса лучше использовать листы поликарбоната двухметровой ширины. Конструкция должна собираться таким образом, чтобы край кровельного материала попадал именно на ферму.
Сегодня существует большое количество программ, которые позволяют не только провести все нужные подсчеты, но и наглядно увидеть каждый элемент будущей постройки. Ведь она станет хорошим решением для создания летней веранды или летнего гаража для личного автотранспорта.
В процессе строительства рекомендуется использовать профиль с диаметром сечения 3х3 см, а для наклонных распорок, которые привариваются под углом 25 градусов можно использовать образцы меньшего диаметра сечения 2х2 см. Они привариваются зигзагом между верхним и нижним основанием строения.
Основой металлического каркаса служит пара профилей с сечением 3х3 см. Между фермами обязательно использование полуметровых продольных перемычек, которые направлены на снижение снеговой нагрузки.
Для вертикальных стоек используется профиль большего сечения. Стойки устанавливаются с обеих сторон возле каждой фермы. Они закапываются в землю не менее чем на полметра и дополнительно заливаются бетоном. Таким образом, каркас укрепляется и приобретает способность выдерживать большое давление.
Заметьте, что к сварочным работам можно допускать лишь человека, который имеет соответствующее образование и опыт работы сварщиком, так как от его профессионализма зависят эксплуатационные характеристики навеса.
В любом случае изготовление ферм из профильной трубы любого вида и их использование является важным моментом в строительстве навесов любого вида, поэтому неплохо будет изучить несколько схем изготовлений по фотографиям и просмотреть пример расчета для любой формы. После чего можно приступать к своим расчетам.
Строительная ферма - это металлическая структура, состоящая из отдельных наклонных раскосов или вертикальных стоек, которые соединены между собой в отдельные узлы, расположенные на нижнем и верхнем поясе фермы с помощью сварных соединений, их совокупности образуют жесткую конструкцию. Связанные стойки равномерно распределяют нагрузку по всей конструкции фермы, которая передает ее через опорные колоны на фундамент. При этом верхний пояс работает на осевое сжатие, а нижний на растяжение.
Виды и разновидности
Соединенные между собой раскосы образуют треугольник, который считается самой прочной геометрической фигурой. Поэтому практически любая конструктивная схема фермы, независимо от ее вида, состоит из набора определенного количества не изменяющихся геометрических фигур в виде треугольников.
Фермы состоят из следующих элементов:
Узловые соединения могут быть:
- Сварные - все элементы конструкции связаны между собой при помощи сварки.
- Болтовые соединения или клепаные - элементы соединяются между собой с помощью болтов или заклепок на общей стальной закладной (фасонке), изготовленной из толстого прокатного листа.
Стальная ферма, по сравнению с цельными балками, имеет более легкий вес, на ее изготовление уходит меньше металла, при этом она отличается высокой несущей способностью. А по своей конструкции и распределению вертикальных нагрузок фермы делятся на два вида:
Структурные устройства намного сложнее при сборке, но благодаря своей конструкции, способны нести как вертикальную, так и боковую нагрузку. При этом для них не требуется монтировать дополнительных прогонов для связи с другими металлоконструкциями, поэтому их часто используют для одного цельного перекрытия больших и довольно широких пролетов с минимальным количеством опорных колонн.
Конструкционные особенности
Любые металлические устройства, независимо от их конструкции, контура и формы, имеют свои особенности и определенные параметры. Но все же по способу установки, кроме классической, когда структурное устройство опирается на опоры двумя концами, иногда встречаются конструктивные сооружения, у которых один край получается висячим, то есть без опоры. Обычно они монтируются для перекрытий зданий, у которых скат крыши выносится далеко за пределы наружных стен.
В зависимости от конструкции, фермы могут быть прямой, одно или двухскатной формы . По контуру различаются на несколько видов:
Виды решеток
Существуют следующие виды решеток:
- Треугольная решетка. Является самой жесткой и эффективной системой в конструкциях с параллельными, треугольными и трапецеидальными очертаниями.
- Раскосная решетка. Состоит из самых длинных раскосов, которые работают одновременно на сжатие и растяжение, а вот вертикальные стойки только на сжатие.
Существуют также специальные крестовые, шпренгельные и другие решетки.
Важным параметром конструкции ферм является их угол наклона , и в зависимости от него конструкции делятся на 3 группы:
Практически все строительные фермы имеют немалые преимущества перед цельнометаллическими балками, среди которых основными являются:
Изготовление конструкций
Как правило, конструкции ферм, изготавливаемых из металла, подбираются в зависимости от проектируемого угла наклона их верхнего пояса, ширины перекрываемого пролета и назначения. Если принимать во внимание перекрытия промышленных зданий, мостовых и эстакадных пролетов, где они чаще всего используются, то для этого изготавливаются фермы строительные со стандартной длиной 12, 18, и 24 м/п.
Общие требования
Для более тяжелых и ответственных конструкций (мостов и путепроводов) применяются двутавровые балки и швеллера . Все гидротехнические сооружения собираются из элементов круглого сечения или профильных труб.
Чаще всего для сборки стандартных строительных ферм используется усиленный прокатный уголок. При этом для изготовления всех ее элементов применяется спаренный уголок, заготовки которого соединяются между собой с помощью сварки специальными, вставленными между ними металлическими пластинами (рыбками). Уголки спариваются таким образом, чтобы их поперечное сечение напоминало тавровое сечение.
Правда, в последнее время металлические конструкции этой конфигурации стали пользоваться меньшим спросом из-за трудоемкости сборки, сварки и покраски. Альтернативой таким сооружениям все больше становятся стальные профильные или круглые трубы.
Правильный расчет
Необходимо понимать, что сделать качественный расчет несущего устройства можно только при наличии специальных знаний с учетом требований СНиП и многих других многочисленных факторов. Для того чтобы грамотно сделать расчет, проектировщики используют специальные программы.
Рассчитывая проект инженерного устройства, обязательно все полученные значения должны наноситься в проектный чертеж, без которого сборка конструкции будет практически невозможной.
Изначально перед составлением чертежного проекта подготавливается схема фермы с указанием основной зависимости уклона верхнего пояса и общей длиной будущего изделия. Также следует принимать во внимание и такие факторы, как:
Как только основные параметры будут рассчитаны, следует определиться со схемой конструкции. Лучше всего для этого воспользоваться специальными программами, которые можно свободно найти в интернете. Например, можно воспользоваться программой «Расчет ферм».
Сборка конструкции
Все элементы ферм для перекрытия длинных пролетов изготавливаются и подгоняются в заводских условиях, там же производится и часть сборки конструкции. Полный ее монтаж выполняется непосредственно на строительной площадке строго по детализированным чертежам, которые идут в комплекте с изделием. На чертеже обозначены отдельные маркировки всех деталей конструкции и предоставлена инструкция, поясняющая весь процесс сборки.
Обычно на заготовках изделия имеются специальные монтажные отверстия, с помощью которых можно собрать и временно закрепить без использования струбцин и специальных крепежных хомутов все детали конструкции при подготовке ее к сварочным работам.
Если таких отверстий нет, временная фиксация заготовок производится при помощи струбцин и короткими сварными швами.
Большинство деталей устройств из металла сваривается электросваркой или соединяется с помощью болтовых соединений. Степень надежности таких соединений зависит от усилия, с которым затягивались болты. Обычно такая работа производится двумя монтажниками, которые затягивают гайки с помощью ключей с удлиненными рукоятками или пневматическими гайковертами.
Полное соединение элементов конструкции ферм электросваркой производятся в случаях, когда требуется получить максимально прочное соединение. Особо важные крепления деталей могут производиться с помощью толстых стальных заклепок.
Монтаж собранных конструкций производиться при помощи крана, а тяжелые конструктивные структуры могут устанавливаться двумя кранами. После монтажа полностью собранной конструкции на колонны, она приваривается к закладной пластине, жестко зафиксированной на оголовнике колонны.
Применив профильную трубу для монтажа ферм, можно создавать конструкции, рассчитанные на высокие нагрузки. Легкие металлоконструкции подходят для возведения сооружений, обустройства каркасов под дымоходы, монтажа опор для кровли и козырьков. Вид и габариты ферм определяют в зависимости от специфики использования, будь то домашнее хозяйство или промышленная сфера. Важно грамотно выполнить расчет фермы из профильной трубы, иначе конструкция может не выдержать эксплуатационные нагрузки.
Навес из арочных ферм
Виды ферм
Металлические фермы из трубопроката отличаются трудоемкостью в монтаже, но они экономичнее и легче конструкций из сплошных балок. Профилированная труба, которую изготавливают из круглой путем горячей или холодной обработки, в поперечном разрезе имеет вид прямоугольника, квадрата, многогранника, овала, полуовала или плоскоовальную форму. Удобнее всего монтировать фермы из квадратных труб.
Ферма – это металлоконструкция, в состав которой входит верхний и нижний пояс, а также решетка между ними. К элементам решетки относятся :
- стойка – располагается перпендикулярно к оси;
- раскос (подкос) – устанавливается под наклоном к оси;
- шпренгель (вспомогательный подкос).
Конструктивные элементы металлической фермы Фермы в первую очередь предназначены для перекрытия пролетов. За счет ребер жесткости они не деформируются даже при использовании длинных конструкций на сооружениях с большими пролетами.
Изготовление металлических ферм производится на земле или в производственных условиях. Элементы из профильных труб обычно скрепляются между собой при помощи сварочного аппарата или клепок, могут использоваться косынки, парные материалы. Чтобы смонтировать каркас навеса, козырька, крыши капитальной постройки, готовые фермы поднимают и крепят к верхней обвязке согласно разметке.
Для перекрытия пролетов применяются различные варианты ферм из металла. Конструкция может быть :
- односкатной;
- двухскатной;
- прямой;
- арочной.
Треугольные фермы, изготовленные из профильной трубы, используются как стропила, в том числе для монтажа простого односкатного навеса. Металлоконструкции в виде арок пользуются популярностью благодаря эстетичности внешнего вида. Но арочные конструкции требуют максимально точных расчетов, поскольку нагрузка на профиль должна распределяться равномерно.
Треугольная ферма для односкатной конструкции Особенности конструкций
Выбор конструкции ферм навесов из профильной трубы, козырьков, стропильных систем под кровлей зависит от расчетных эксплуатационных нагрузок. По количеству поясов различаются :
- опоры, составные части которой формируют одну плоскость;
- подвесные конструкции, в состав которых входит верхний и нижний пояс.
В строительстве можно использовать фермы с различным контуром :
- с параллельным поясом (самый простой и экономичный вариант, собирается из идентичных элементов);
- односкатные треугольные (каждый опорный узел характеризуется повышенной жесткостью, за счет чего конструкция выдерживает серьезные внешние нагрузки, материалоемкость ферм небольшая);
- полигональные (выдерживают нагрузки от тяжелого настила, но сложны в монтаже);
- трапецеидальные (схожи по характеристикам с полигональными фермами, но этот вариант более простой по конструкции);
- двухскатные треугольные (применяются для устройства крыши с крутыми скатами, характеризуются большой материалоемкостью, при монтаже много отходов);
- сегментные (подходят для сооружений со светопрозрачной кровлей из поликарбоната, монтаж усложнен из-за необходимости изготавливать дугообразные элементы с идеальной геометрией для равномерного распределения нагрузок).
Очертания поясов ферм В соответствии с величиной угла наклона типовые фермы подразделяют на следующие виды :
Основы расчета
Перед тем как рассчитать ферму, необходимо подобрать подходящую конфигурацию крыши, учитывая габариты сооружения, оптимальное количество и угол наклона скатов. Также следует определить, какой контур поясов подойдет для выбранного варианта крыши – при этом принимаются во внимание все эксплуатационные нагрузки на кровлю, включая осадки, ветровую нагрузку, вес людей, производящих работы по обустройству и обслуживанию навеса из профильной трубы или кровли, монтажу и ремонту оборудования на крыше.
Чтобы выполнить расчет фермы из профильной трубы, необходимо определить длину и высоту металлоконструкции. Длина соответствует расстоянию, которое должна перекрывать конструкция, при этом высота зависит от запроектированного угла наклона ската и выбранного контура металлоконструкции.
Расчет навеса в итоге сводится к тому, чтобы определить оптимальные промежутки между узлами фермы. Для этого требуется рассчитать нагрузку на металлоконструкцию, выполнить расчет профильной трубы.
Неправильно рассчитанные каркасы кровли несут угрозу для жизни и здоровья людей, поскольку тонкие или недостаточно жесткие металлоконструкции могут не выдержать нагрузок и разрушиться. Поэтому рекомендуется доверить расчет металлической фермы профессионалам, знакомым со специализированными программами .
Если принято решение выполнить вычисления самостоятельно, необходимо воспользоваться справочными данными, в том числе о сопротивлении трубы на изгиб, руководствоваться СНиП. Правильно рассчитать конструкцию без соответствующих знаний сложно, поэтому рекомендуется найти пример расчета типовой фермы нужной конфигурации и подставить в формулу необходимые значения .
На этапе проектирования составляется чертеж фермы из профильной трубы. Подготовленные чертежи с указанием размеров всех элементов упростят и ускорят изготовление металлоконструкций.
Чертеж с размерами элементов Рассчитываем ферму из стальной профильной трубы
- Определяется размер пролета постройки, который требуется перекрыть, выбирается форма крыши и оптимальный угол наклона ската (или скатов).
- Подбираются подходящие контуры поясов металлоконструкции с учетом назначения постройки, формы и размеров крыши, угла наклона, предполагаемых нагрузок.
- Рассчитав приблизительные габариты фермы, следует определить, можно ли изготовить металлоконструкции в заводских условиях и доставить их на объект автотранспортом, или сварка ферм из профильной трубы будет выполнена непосредственно на стройплощадке по причине большой длины и высоты конструкций.
- Далее требуется рассчитать габариты панелей, основываясь на показателях нагрузок при эксплуатации кровли – постоянных и периодических.
- Чтобы определить оптимальную высоту конструкции в середине пролета (Н), используют следующие формулы, где L – длина фермы:
- для параллельных, полигональных и трапецеидальных поясов: Н=1/8×L, при этом уклон верхнего пояса доложен составлять приблизительно 1/8×L или 1/12×L;
- для металлоконструкций треугольной формы: Н=1/4×L либо Н=1/5×L.
- Угол установки раскосов решетки составляет от 35° до 50°, рекомендуемое значение 45°.
- На следующем этапе следует определить расстояние между узлами (обычно оно соответствует ширине панели). Если длина пролета превышает 36 метров, требуется вычисление строительного подъема – обратно погашаемого изгиба, который воздействует на металлоконструкцию при нагрузках.
- На основании измерений и вычислений готовится схема, согласно которой будет вестись изготовление ферм из профильной трубы.
Изготовление конструкции из профильной трубы Чтобы обеспечить необходимую точность расчетов, используйте строительный калькулятор – подходящую специальную программу. Так вы сможете сопоставить свои и программные расчеты для того, чтобы не допустить большого несоответствия в размерах!
Арочные конструкции: пример расчета
Чтобы сварить ферму для навеса в виде арки, применяя профильную трубу, необходимо правильно рассчитать конструкцию. Рассмотрим принципы расчета на примере предполагаемого сооружения с пролетом между опорными конструкциями (L) 6 метров, шагом между арками 1,05 метра, высотой фермы 1,5 метра – такая арочная ферма выглядит эстетично и способна выдержать высокие нагрузки. Длина стрелы нижнего уровня арочной фермы при этом составляет 1,3 метра (f), а радиус окружности в нижнем поясе будет равен 4,1 метра (r). Величина угла между радиусами: а=105.9776°.
Схема с размерами арочного навеса Для нижнего пояса длину профиля (mн) рассчитывают по формуле:
mн = π×R×α/180 , где:
mн – длина профиля из нижнего пояса;
π – постоянная величина (3,14);
R – радиус окружности;
α – угол между радиусами.
В результате получаем:
mн = 3,14×4,1×106/180 = 7,58 м
Узлы конструкции располагают в участках нижнего пояса с шагом 55,1 см - допускается округлить значение до 55 см, чтобы упростить сборку конструкции, но увеличивать параметр не следует. Расстояния между крайними участками требуется рассчитать индивидуально.
Если длина пролета составляет менее 6 метров, вместо сварки сложных металлоконструкций можно воспользоваться одинарной или двойной балкой, выполнив сгиб металлического элемента под выбранным радиусом. В этом случае расчет арочных ферм не требуется, но важно правильно подобрать сечение материала, чтобы конструкция выдерживала нагрузки.
Профильная труба для монтажа ферм: требования к расчету
Чтобы готовые конструкции перекрытий, в первую очередь крупногабаритные, выдерживали проверку на прочность на протяжении всего срока эксплуатации, трубопрокат для изготовления ферм подбирается на основании:
- СНиП 07-85 (взаимодействие снеговой нагрузки и веса элементов конструкций);
- СНиП П-23-81 (о принципах работы со стальными профилированными трубами);
- ГОСТ 30245 (соответствие сечения профильных труб и толщины стенок).
Данные из указанных источников позволят ознакомиться с видами профильных труб и выбрать оптимальный вариант с учетом конфигурации сечения и толщины стенок элементов, конструктивных особенностей фермы.
Навес для авто из трубопроката Фермы рекомендуется изготавливать из трубопроката высокого качества, для арочных конструкций желательно выбрать легированную сталь. Чтобы металлоконструкции были устойчивы к коррозии, сплав должен включать большой процент углерода. Металлоконструкции из легированной стали не нуждаются в дополнительной защитной окраске.
Зная, как сделать решетчатую ферму, можно смонтировать надежный каркас под светопрозрачный навес или кровлю. При этом важно учитывать ряд нюансов.
- Самые прочные конструкции монтируются из металлопрофиля с сечением в виде квадрата или прямоугольника за счет наличия двух ребер жесткости.
- Основные компоненты металлоконструкции крепятся между собой с использованием спаренных уголков и прихваток.
- При стыковке деталей каркаса в верхнем поясе требуется использовать двутавровые разносторонние уголки, при этом соединять следует по меньшей стороне.
- Сопряжение частей нижнего пояса крепят с установкой равносторонних уголков.
- Стыкуя основные части металлоконструкций большой длины, применяют накладные пластины.
Важно представлять, как сварить ферму из профильной трубы, если металлоконструкцию требуется собрать непосредственно на строительной площадке. Если нет навыков ведения сварочных работ, рекомендуется пригласить сварщика с профессиональным оборудованием.
Сварка элементов фермы Стойки металлоконструкции монтируют под прямым углом, раскосы – под наклоном в 45°. На первом этапе нарезаем из профильной трубы элементы в соответствии с размерами, указанными на чертеже. Собираем на земле основную конструкцию, проверяем ее геометрию. Затем варим собранный каркас, используя уголки и накладные пластины, где они требуются.
Обязательно проверяем прочность каждого сварного шва . От их качества и точности расположения элементов зависит прочность и надежность сваренных металлоконструкции, их несущая способность. Готовые фермы поднимают наверх и крепят к обвязке, соблюдая шаг установки согласно проекту.