Узлы металлической фермы. Ферма с поясами из широкополочных тавров с параллельными гранями полок. Необходимые условия строительства.

Металлические фермы из профильной трубы незаменимы при строительстве торговых павильонов, спортивных комплексов, складов, промышленных зданий.

В частном домовладении их можно использовать при возведении кровли или навеса.

Эти металлоизделия часто используются в индивидуальном строительстве, при этом мало кто из неспециалистов знает, как сделать расчет фермы из профильной трубы.

Назначение ферм

Ферма - это горизонтальный каркас строительного объекта, «скелет» перекрытия. Фермы делают из прямых металлических труб, соединяя их в узлах жестко или с помощью шарниров.

В итоге получается подвесная конструкция. Как правило, эта деталь кровли состоит из верхнего и нижнего поясов, соединенных раскосами и стойками.

Такими системами перекрывают большие пролеты. Они дешевле балок и помогают снизить себестоимость строительства. Так строят мосты, заводы, стадионы, торговые центры.

Металлические системы продаются в готовом виде. Для частника это крайне удобно, так как в этом случае все расчеты уже сделаны.

Купить готовую ферму - оптимальный вариант, так как от правильного расчета нагрузки на эту деталь зависит прочность всей кровли. Сделать самостоятельно расчеты и чертежи фермы сложно.

Чтобы ферма из профильной трубы прослужила долго, нужно знать, как правильно выбрать материал, уметь рассчитать нагрузку на каждую часть конструкции.

Кроме того, нужно знать, как сварить ферму - неправильно сваренная система может привести к обрушению всего сооружения. Приобретая готовые типовые фермы, вы будете избавлены от этих сложностей.

Рассмотрим такой вид ферм, как стропильная система. Такие конструкции нужны для обустройства кровли.

На стропила закрепляют все остальные слои кровельного пирога, поэтому они должна быть прочными и долговечными.

Лучше всего этим требованиям отвечают стропильные системы из профильной трубы, но в частном домовладении могут использоваться и деревянные стропила.

Конструкцию стропильной фермы выбирают, исходя из формы верхнего перекрытия дома, угла наклона крыши и длины пролета.

В зависимости от уклона кровли, используют строительные фермы следующих конструкций:

• покатость 22 – 30º - используют треугольные фермы из профильной трубы с высотой, равной 1/5 длины пролета;
• покатость 15 – 22º - подойдет система с высотой, равной 1/7 пролета;
• покатость 6 – 15º - ставят трапециевидные системы с высотой 1/7 или 1/9 пролета.

Конструкции ферм из профильных труб по форме могут быть:

• полукруглые;
• двускатные;
• односкатные;
• плоские.

Для потолков со сложной геометрией с высоко поднятым над опорами центром используют фермы из профильной трубы, называемые «полонсо». Они представляют собой треугольник со стойками ломаной формы.

Расчет формы

Для расчетов потребуется калькулятор и два нормативных документа:

• СНиП, П-23-81, стальные конструкции;
• СНиП, 2.01.07-85, нагрузки и воздействия.

Зимой на кровле большой площади могут скопиться тонны снега. Конструкция должна удержать этот вес, ее задачей является распределение нагрузки по опорам и лагам.

Высота в середине пролета для фермы треугольного типа вычисляется по формуле Н=1/4×L, для ферм с параллельными, полигональными, трапециевидными поясами - по формуле Н=1/8×L. L - длина фермы.

Важно: металлические фермы для односкатной крыши с наклоном не более 10º должны быть асимметричными.

Для двускатной кровли обычно выбирают фермы с висячими стропилами. Угол уклона раскосов должен находиться в пределах 35 – 50º. От точности вычисления зависит надежность и долгий срок службы конструкции.

Совет: существуют онлайн-калькуляторы для расчета металлических ферм из профильной трубы, их можно найти на сайтах строительных организаций.

Произведя расчеты, делают чертеж фермы, подсчитывают сколько нужно приобрести материала, а именно – профильной трубы.

В индивидуальном строительстве для изготовления ферм вместо профильной трубы можно использовать облегченные металлические оцинкованные профили (ЛСТК).

Они удобны тем, что их можно скреплять специальными болтами. Но чаще стропильные системы изготавливают из стальных балок, соединяя их сваркой.

Профильные трубы - строительный металлический прокат, представляющий собой трубы с сечением некруглой формы. Наиболее распространены трубы из квадратного и прямоугольного профиля.

Профильные трубы изготавливают из углеродистой и легированной стали. Изделия отечественного производства имеют сечение от 1×1 см до 50×40 см и изготавливаются из металла толщиной от 0,1 до 2,2 см. Длина труб – от 6 до 18 метров.

Если длина фермы превышает 10 метров, то металлическими должны быть не только стропила, но и коньковые опоры с мауэрлатом.

К недостаткам стропил из профилированных труб относят дороговизну и значительный вес.

Изготовление стропильного изделия

При изготовлении системы из ЛСТК главные связки выполняют, прихватывая трубы двойными уголками.

К верхнему поясу перемычки и раскосы монтируют с помощью уголков с неравными сторонами, стыкуя их по короткой стороне.

Детали нижнего пояса тоже стыкуют уголками с неравными сторонами. Главные элементы соединяют с помощью накладных пластин.

Рассмотрим подробнее изготовление ферм из профильной трубы сварным методом.

Если вы не знаете, как сварить ферму из профильной трубы, потому что вообще никогда не имели дела со сваркой, то придется обратиться к специалисту, так как стропильная ферма - не та конструкция, на которой можно «набивать руку». От качества швов на стропильной ферме зависит прочность кровли.

Фермы лучше изготавливать из прямоугольных или квадратных труб, так как имеющиеся у них ребра обеспечат конструкции хорошую устойчивость.

Стропильную ферму нужно изготавливать только из стали, устойчивой к окислению и другим агрессивным атмосферным факторам.

Толщина металла и сечение трубы должны соответствовать параметрам, заложенным в проекте. Соблюдение этих условий обеспечит стропильной конструкции нужную несущую способность.

Каждый сварочный шов проверяют на качество, поскольку именно от него будет зависеть надежность будущей конструкции.

Когда сварка ферм из профильной трубы закончится, останется только обработать швы антикоррозийным составом и покрыть их краской.

Этапы сваривания кровельной системы из металлических профильных труб:

1. выравнивают верхний и нижний пояс;
2. вваривают между поясами перемычки;
3. на конструкцию из двух поясов и расположенных к ним под углом 90 о перемычек приваривают раскосы - отрезки трубы, срезанные под углом.

Первую ферму можно использовать как шаблон для изготовления остальных.

Совет: резать металлопрофиль под углом удобнее всего с помощью резочного станка. Такое устройство можно взять напрокат или сделать самостоятельно из болгарки.

При небольшом объеме работ, например, при изготовлении системы для навеса или ворот, резать металлопрофиль можно просто болгаркой.

После завершения сварки остается только поднять конструкцию наверх и закрепить по верхней обвязке согласно размеченным линиям.

Для подъема системы из профильных труб на высоту придется использовать подъемные механизмы: кран или лебедку. Стропы закрепляют в узлах верхнего пояса в 2 или 4 местах.

Для временного закрепления ставят парные расчалки под углом к горизонту не больше 45 о. Затем трубы приваривают к колоннам, предварительно проверив вертикальность системы.

Сваривание труб из металлопрофиля – еще одна актуальная тема. Для соединения металлопластиковых труб можно использовать ручную, дуговую и газовую сварку.

Так как профильные трубы делают из углеродистой и низколегированной стали (нержавейку используют редко), сваривать их можно по обычным технологиям.

Любые виды решетчатых конструкций, в том числе и кровельные фермы, изготавливают из стали толщиной не более 1 см. Длина соединений не должна превышать 40 см.

Сварные соединения фермы по-разному расположены в пространстве, поэтому сварку удобно выполнять полуавтоматом со шлангом, проволокой, заполненной флюсом, или проволокой с самозащитой.

В индивидуальном строительстве используют ручную сварку отдельными электродами. Автоматическое сваривание использовать не экономично.

В серийном изготовлении используют контактную точечную сварку с увеличением давления. Специалисты не рекомендуют выполнять соединение прерывистым способом.

Первым делом варят стыковочные швы, а затем угловые. Такой порядок позволяет избежать напряжения металла в узле.

Если швы расположены поблизости друг от друга, то перед выполнением второго шва нужно охладить металл для предупреждения пластических деформаций.

Узлы сваривают, начиная от середины. В начале накладывают швы большего сечения, затем меньшего. Каждый элемент системы прихватывают с двух сторон.

Длина соединения не должна быть меньше 3 см, катет соединения - не меньше 0,5 см. Прихваты и сварной шов должны быть выполнены из одного материала - это нужно для постоянства напряжения металла в шве.

Строительные технологии быстро развиваются. Еще недавно здания строили только из камня или дерева, сейчас же востребованы сооружения, которые можно возвести максимально быстро.

Это можно сделать, используя профилированные трубы из металла и современные материалы: поликарбонат, пластик, профилированный лист, плитные утеплители.

Без металлических ферм из профильной трубы строительство таких конструкций было бы невозможно.

Определение внутренних усилий фермы

Зачастую у нас нету возможности применить обычную балку для того или иного строения, и мы вынуждены применять более сложную конструкцию, которая называется ферма.
хоть и отличается от расчета балки, но нам не составит труда ее рассчитать. От вас будет требоваться лишь внимание, начальные знания алгебры и геометрии и час-два свободного времени.
Итак, начнем. Перед тем, как рассчитывать ферму, давайте зададимся какой-нибудь реальной ситуацией, с которой вы бы могли столкнуться. Например, вам необходимо перекрыть гараж шириной 6 метров и длиной 9 метров, но ни плит перекрытия, ни балок у вас нету . Только металлические уголки различных профилей. Вот из них мы и будем собирать нашу ферму!
В последующем на ферму будут опираться прогоны и профнастил. Опирание фермы на стены гаража – шарнирное.

Для начала вам необходимо будет узнать все геометрические размеры и углы вашей фермы. Здесь нам и понадобится наша математика, а именно - геометрия. Углы находим при помощи теоремы косинусов.

Затем нужно собрать все нагрузки на вашу ферму (посмотреть можно в статье ). Пусть у вас получился следующий вариант загружения:

Далее нам нужно пронумеровать все элементы, узлы фермы и задать опорные реакции (элементы подписаны зеленым, а узлы голубым).

Чтобы найти наши реакции, запишем уравнения равновесия усилий на ось y и уравнение равновесия моментов относительно узла 2.

Ra+Rb-100-200-200-200-100=0;
200*1,5 +200*3+200*4,5+100*6-Rb*6=0;

Из второго уравнения находим опорную реакцию Rb:

Rb=(200*1,5 +200*3+200*4,5+100*6) / 6;
Rb=400 кг

Зная, что Rb=400 кг, из 1-ого уравнения находим Ra:

Ra=100+200+200+200+100-Rb;
Ra=800-400=400 кг;

После того, как опорные реакции известны, мы должны найти узел, где меньше всего неизвестных величин (каждый пронумерованный элемент - это неизвестная величина). С этого момента мы начинаем разделять ферму на отдельные узлы и находить внутренние усилия стержней фермы в каждом из этих узлов. Именно по этим внутренним усилиям мы и будем подбирать сечения наших стержней.

Если получилось так, что усилия в стержне направлены от центра, значит наш стержень стремится растянуться (вернуться в первоначальное положение), а значит сам он сжат. А если усилия стержня направлены к центру, значит стержень стремится сжаться, то есть он растянут.

Итак, перейдем к расчету. В узле 1 всего 2 неизвестных величины, поэтому рассмотрим этот узел (направления усилий S1 и S2 задаем из своих соображений, в любом случае у нас по итогу получится правильно).

Рассмотрим уравнения равновесия на оси х и у.

S2 * sin82,41 = 0; - на ось х
-100 + S1 = 0; - на ось y

Из 1-ого уравнения видно, что S2=0, то есть 2-ой стержень у нас не загружен!
Из 2-ого уравнения видно, что S1=100 кг.

Поскольку значение S1 у нас получилось положительным, значит направление усилия мы выбрали правильно! Если же оно бы получилось отрицательным, то направление стоит поменять и знак изменить на «+».

Зная направление усилия S1, мы можем представить, что из себя представляет 1-ый стержень.

Поскольку одно усилие было направлено в узел (узел 1), то и второе усилие будет направлено в узел (узел 2). Значит наш стержень старается растянуться, а значит он сжат.
Далее рассмотрим узел 2. В нем было 3 неизвестных величины, но поскольку мы уже нашли значение и направление S1, то остается только 2 неизвестных величины.

Опять же

100 + 400 – sin33,69 * S3 = 0 - на ось у
- S3 * cos33,69 + S4 = 0 - на ось х

Из 1-ого уравнения S3 = 540,83 кг (стержень №3 сжат).
Из 2-ого уравнения S4 = 450 кг (стержень №4 растянут).
Рассмотрим 8-ой узел:

Составим уравнения на оси х и у:

100 + S13 = 0 - на ось у
-S11 * cos7,59 = 0 - на ось х

Отсюда:

S13 = 100 кг (стержень №13 сжат)
S11 = 0 (нулевой стержень, никаких усилий в нем нету)

Рассмотрим 7-ой узел:

Составим уравнения на оси х и у:

100 + 400 – S12 * sin21,8 = 0 - на ось у
S12 * cos21,8 + S10 = 0 - на ось х

ИЗ 1-ого уравнения находим S12:

Это одна из разновидностей строительной продукции, получаемой путем прокатки металла на специальных станках. Профильными называются трубы с некруглым сечением. Сечение может быть овальным, квадратным или прямоугольным.

Трубы производят из стали (Ст3СП, 09Г2С), в том числе из нержавеющей. Изначально форма у них получается круглой. Затем круглая труба деформируется горячим или холодным методами. Также осуществляется контроль надежности сварного шва (этого требует ГОСТ).

Минимальные размеры профильных труб российского производства. 15×15 миллиметров. Максимальные размеры. 450×350 миллиметров. Стенка трубы. 1.12 мм, длина – 6.12 м. Эти параметры зависят от ГОСТа, а также от ТУ, согласно которым идет производство трубы.

Преимущества фермы из металлической трубы

1. Устойчивость к деформациям даже при больших нагрузках.
2. Маленькая масса, так как внутри полость.
3. Невысокая стоимость, так как для изготовления полых элементов металла требуется немного.
4. Возможность строить сложные конструкции при минимуме усилий.
5. Долговечность и прочность.

Где применяются профильные трубы?

Основные сферы их применения: строительство, с/x машиностроение, производство мебели. Из них делаются разные металлоконструкции, каркасы для будущих построек, разнообразные перекрытия, опоры и пролеты. Также трубы используют в конструкциях рекламных постеров.

Из этого материала строятся павильоны для выставок, торговые комплексы, сооружения для спорта, складские помещения, промышленные конструкции и здания, мосты, эстакады, подъемники и др.

Область применения труб зависит от их формы. Плоскоовальные трубы гибкие, их используют для изготовления мебели, а также элементов декора. Из труб прямоугольной и квадратной форм делают конструкции, которые кладутся на плоскую поверхность (строительные арматуры, рамные распорные конструкции).

Трубы профильные нужны в строительных конструкциях как опоры и крепежи, например, в строительных фермах, о которых речь пойдет ниже.

Ферма из профильной трубы

Ферма – это система, являющаяся стержнем строительной конструкции. Она не меняется геометрически, когда ее жесткие узлы заменяются на шарнирные. Если стержни не расцентрованы и нет внеузловой нагрузки, в составляющих частях фермы появляется лишь растяжение/сжатие. Фермы создаются из прямых стержней, которые соединяются в узлах. Таким образом, это висячая конструкция, состоящая из двух поясов: верхнего и нижнего, а также раскосов и стоек.

Элементы, составляющие ферму: опорный раскос (шпренгель), раскос, пояс и стойка.

Без ферм сложно представить себе современное строительство. Применяются они, как правило, для того, чтобы перекрывать большие пролеты. Так сооружают мосты, заводы, спортивные комплексы, павильоны, сцены, подиумы и т.д.

Металлические фермы можно купить в уже готовом виде. Очень сложно самостоятельно сделать правильный расчет нагрузки на каждую часть системы, при этом не сделав ошибки, выбирая материал для конструкции. Далее нужен будет еще корректный монтаж системы, иначе долго стропильная ферма из профильной трубы вам не прослужит.

Какую конструкцию фермы необходимо выбрать, подскажет расположение , угол уклона крыши и нужная длина пролета.

Ниже мы расскажем о видах стропильных ферм. Все они могут быть выполнены из профильной трубы.

Угол уклона кровли 22 – 30 градусов

Если в проекте дома, который вы строите, указан 22.30 градусов и вы хотите покрыть крышу шифером, сделать железное или этернитовое кровельное покрытие, выбирать лучше ферму треугольной формы, высота которой составит одну пятую часть длины пролета. Весит такая ферма немного.

Если длина пролета 14.20 метров, выбирайте конструкцию с идущими вниз раскосами, так как здесь тоже большую роль играет небольшой вес. Верхняя часть фермы должна иметь панель длиной 1,5. 2,5 метра. Оба пояса конструкции составляет четное количество панелей. Если принять во внимание размеры, написанные выше, для такой фермы количество панелей должно составлять восемь.

Если сооружается промышленная постройка, фермы монтируются на подстропильные металлические конструкции. Эти конструкции являются связующими элементами для опорных колонн. Длина пролетов в данном случае. 20.35 метров. Необходим монтаж фермы Полонсо. Это структура из 2 ферм треугольной формы, они соединены между собой при помощи затяжки. Такое сооружение дает возможность избежать длинных раскосов в панелях в середине, ведь, чтобы сопротивляться продольному изгибу, они должны иметь очень большое сечение, что сделает всю конструкцию тяжелее во много раз. Верхняя часть фермы разбита на двенадцать или шестнадцать панелей. Панели в длину составляют 2.2,75 метра. Если потолок прикрепляется к фермам, затяжка крепится в узлах пояса сверху.

Угол уклона кровли 15 – 22 градуса

Как показывает расчет, в данном случае нужна высота фермы в одну седьмую часть длины пролета. Пролет. до 20 метров (если больше, лучше делать Полонсо). Для увеличения высоты конструкции до 0,23 длины пролета пояс, расположенный внизу, делается ломаным.

Так, металлические фермы весят примерно на 30 процентов меньше, по сравнению с треугольными конструкциями. Чтобы использовать такие фермы с восемью панелями, нужно увеличить чердачные стены.

Угол уклона кровли 6 – 15 градусов

Угол уклона крыши небольшой – ставятся трапециевидные фермы. Меньше всего ферма будет весить, если ее высота будет равна одной седьмой или одной девятой части длины пролета.

Если не подразумевается подвешивание к конструкции потолка, нужна треугольная решетка в качестве раскосов. Расчет количества панелей проводится по аналогии с расчетом панелей для треугольной конструкции. Если длина чердачных стен недостаточна, у опор делаются переломы крыши. Когда необходимо подвешивание потолка, все панели фермы должны иметь одинаковую длину (в обоих поясах) 1,5.2,5 метра, а к раскосам прибавляются стойки. Чтобы металлические конструкции не были тяжелыми, используется решетка, в которой усилие по сжатию принимается коротенькими стойками.

Схема стропильной фермы для угла наклона 6 – 15 градусов.

В том случае когда предполагается геометрически сложный потолок и его среднюю часть нужно приподнять над опорами фермы, более подходящий вариант. ферма Полонсо.

Если же нужна еще большая высота потолка от опор, выбор стоит остановить на многоугольной ферме из стропил. У таких конструкций нижний пояс поднят.

Возможны разные размеры радиуса арки конструкции. Обычно он определяется внешними ограничителями (где будет расположено здание, насколько высоким оно может быть и др.), размерами навеса, требованиями клиента. От размеров радиуса зависит цена фермы и сложность ее конструкции (чем больше, тем выше).

Однако надо помнить, что чем выше ферма, тем больше несущая способность навеса. Зимой снега на такой кровле задерживаться будет мало. Несущая способность крыши также связана с количеством ребер жесткости (чем ребер больше, тем ферма крепче). Сварка частей ферм должна осуществляться механизированно. Для обеспечения безопасности сооружения важна точность изготовления конструкций.

Среди типов ферм различают арочные, 2-скатные, 1-скатные и прямые.

Такие навесы, как металлические фермы, строить сложно, по сравнению с другими видами навесов. Но это очень надежная конструкция, если она правильно смонтирована. Зимой на крыше оказывается не одна тонна снега, может быть и несколько десятков тонн (это зависит от площади крыши). Прежде всего, на фермах лежит задача по удержанию этой массы. Конструкция распределяет нагрузку по столбам опоры и лагам, успешно справляясь с задачей. Значит, строительная ферма. очень важный элемент крыши.

Профильная труба. отличный материал для изготовления стропильных ферм. Недорогой, нетяжелый, экономичный и прочный.

Размеры трубы для навесов выбирайте, руководствуясь этими данными:

• 40x20x2 миллиметра. маленькие навесы, ширина до 4,5 метра;
• 40x40x2 миллиметра. навесы, ширина которых до 5,5 метра;
• Для навесов более 5 метров возможны такие размеры материала;
• 40x40x3 миллиметра или 60x30x2 миллиметра.

Фермы не должны находиться на большем расстоянии друг от друга, чем 1,75 метра.

Строительная отрасль быстро развивается. Еще недавно здания возводились из камня. Сейчас большой популярностью пользуются сооружения, которые возводятся намного быстрее, благодаря использованию легкого, но надежного материала. стали.

Металлические фермы обеспечивают безопасность, потому должны соответствовать определенным государственным стандартам:

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

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

1. Определяется размер пролета постройки, который требуется перекрыть, выбирается форма крыши и оптимальный угол наклона ската (или скатов).
2. Подбираются подходящие контуры поясов металлоконструкции с учетом назначения постройки, формы и размеров крыши, угла наклона, предполагаемых нагрузок.
3. 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.
4. Далее требуется рассчитать габариты панелей, основываясь на показателях нагрузок при эксплуатации кровли – постоянных и периодических.
5. 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.
6. Угол установки раскосов решетки составляет от 35° до 50°, рекомендуемое значение 45°.
7. 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.
8. 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.

Фермы из стали широко востребованы в большинстве областей промышленности, они незаменимы в строительстве жилых зданий и складских помещений, машиностроении, мебельном производстве.

Они могут быть основой для абсолютно любых сооружений, будь то стадионы, мосты, рекламные площадки, эстакады и многое другое, в том числе и для фермы из профильной трубы. Существуют даже дымовые трубы с основой из ферм. Для дымовой дополнительно защищена от воздействия высоких температур.

Впрочем, особенные свойства есть у почти всех типов таких конструкций. О них мы сейчас и поговорим подробнее.

Основная информация

Металлические каркасы из профильной (ферма для навеса– это каркас, собранный из стальных стержней, который используется как перекрытие какого-либо пространства либо в качестве основы для крыши здания и его корпуса.

Она — это «скелет» для фермы из профильной трубы, который, в последствие, облицовывается кровельными материалами и превращается в крепкий, надежный, но при этом сравнительно легкий навес или каркас здания.

Все подобные системы состоят с главной зоны, который есть несущей балкой, решеток – основной части системы и стоек или колон, которые удерживают металлические каркасы над землей.

О преимуществах применения

Металлические каркасы, которые являются решеточными конструкциями фермы из профильной трубы, обладают рядом неоспоримых преимуществ, в сравнении с цельными перекрытиями:

• Минимальная масса;
• Хорошая прочность
• Экономия финансовых средств;
• Длительный срок эксплуатации;
• Выносливость: узлы каркаса с квадратной детали максимально крепкие, при которых высокая нагрузка переносится очень легко;
• Возможность монтажа геометрически сложных систем.

Существует несколько характеристик, согласно которым подобные системы делятся на определенные виды, основной с них это количество «слоев» конструкции, по этому параметру выделяют две группы металлических каркасов:

• Первая серия включает строения, все элементы которого находятся в одной плоскости;
• Вторая серия – опоры, представляющие собою висячую систему. Она включает в себя два пояса: нижний и верхний.

Виды серий, их преимущества и недостатки

То, к какому виду будет относиться проектируемая односкатная ферма из профильной трубы, определяют некоторые факторы. Простой пример - предельная нагрузка на систему, длинна пролета, номинальный уклон системы и место, где будет размещено перекрытие.

Следующий параметр разделения – градус наклона и прочность.

Серия образцов с углом уклона 12-22-30 градусов

Их высота должна составлять одну пятую от их длины. Главным преимуществом является сравнительная легкость общей системы.

Если длина пролета превышает 12 — 14 метров, то раскосы в ней нужно устанавливать сверху вниз, а на верхнем должна монтироваться панель продолжительностью от 150 до 250 сантиметров. В итоге, строительная система длинною свыше 14 метров представляет собою два пояса с четным числом панелей.

В промышленном производстве типовые с профильной, имеющие пролет больше 20-ти метров, укрепляются специальным подстропильным сооружением с металла, которое поддерживается опорными колоннами.

Интересным представителем данной серии является Полонсо, которая являет собою две треугольные конструкции, соединенные друг с другом затяжкой. Особенности позволяют избавиться от длинных раскосов в средних панелях, что существенно снижает общий вес изделия.

Треугольные с проф. – главный представитель этой категории, есть наиболее востребованной серией в бытовом использовании

Серия образцов с углом уклона 12 — 15-22 градуса

Высота таких образцов составляет 1/7 от длины пролета. Если условия эксплуатации требуют увеличения её высота к пределам 0.16-0.23 % от общей длины, то нижний пояс выполняется в виде ломаного соединения. Максимальная длина для таких каркасов не должна превышать 20 метров. Пример можно посмотреть на картинке ниже.

Серия образцов с углом уклона до 12 — 15 градусов

Если угол в проекте не превышает 12 — 15 градусов, лучше всего использовать трапециевидные. Высота таких моделей определяется посредством деления длины пролета на 7, 8, 9 или 12 частей, в зависимости от конкретного случая и точного угла крыши.

В ситуации, когда не предусмотрено присоединения навесного потолка, укрепляющие раскосы могут быть заменены обычно треугольной решеткой.

Оптимальная длина панелей составляет от 1.5 до 2.5 метров. Главным преимуществом трапециевидных является высокое сопротивление продольному изгибу, которое достигается благодаря наличию коротких стоек.

Теперь рассмотрим другие особенности и разновидности. В первую очередь их разделяют по форме и очертанию.

В зависимости от формы, происходит их деление на следующие категории:

• серия арочной с профильной;
• серия с профильной прямой;
• односкатная с профильной;
• серия двухскатной с профильной.

Деление согласно очертаниям металлоконструкции главного пояса:

1. С параллельным поясом. К достоинствам данного вида металлоконструкций, которые являются наилучшим вариантом для мягкой кровли, относится упрощенный монтаж, так как они состоят, в основном, с одинаковых деталей, при этом размеры стержней использующихся при создании пояса и решетки совпадают. В них также задействовано мало стыков.
2. Односкатные. Их главный плюс это жесткие узлы с проф., которые позволяют выдерживать существенную внешнюю нагрузку, и экономичность металлоконструкции, вследствие небольшого количества необходимых материалов для её сооружения.
3. Полигональные – способные нести большой вес, но обладающие сложной и трудоемкой в монтаже металлоконструкцией и имеют хорошую прочность.
4. Треугольные – основной вид металлоконструкций для обустройства крыши с большим уклоном. Единственным недостатком которых является большая трата проф. на сооружение.

Также они делятся по форме используемых в их производстве труб. Выделяются из круглых и с прямоугольных. Встречается также из квадратных. Пример на картинке.

Создание фермы своими руками от начала и до конца (видео)

Расчет и изготовление ферм с профильной трубы своими руками происходит в несколько этапов, рассмотрим подробнее каждый с них:

1. В начале расчет ферм начинается из необходимости высчитать, какой длинны металлоконструкцию вы будете проектировать. Чтобы правильно рассчитать чертежи используем для этого инженерный калькулятор.
2. Далее, выбираем основные контуры ключевых поясов. Выбор производится в зависимости от наклона крыши и от типа используемых материалов для кровли крыши. Наносим все на чертежи
3. На третьем этапе нужно окончательно определить все итоговые габариты металлоконструкции: её продолжительность зависит от угла наклона, а высоту обуславливает длина, тип перекрытия и граничный вес металлоконструкции. Также, если металлоконструкция производится не строительной площадке, необходимо учитывать такой фактор, как транспортировка к месту монтажа. Поможет в этом деле инженерный калькулятор.
4. Если расчеты фермы показали, что длинна будет больше чем 12 — 36 метров, то необходимым является расчет строительного подъема крыши. Если рассчитывается треугольная с квадратной трубы, угол её наклона должен составлять 12 — 45 градусов.
5. Теперь делаем расчет фермы и размер устанавливаемых кровельных панелей крыши. В этом процессе необходимо учитывать несущую способность нагрузки крыши, то есть допустимую нагрузку, которую она может выдержать. При этом расчете правильно использовать калькулятор.
6. Финальный этап – рассчитываем основные узлы с прямоугольных труб и расстояние между ними.

На этом проектирование с прямоугольных труб закончено. Для безошибочного расчета конструкции ферм мы советуем вам придерживаться следующих рекомендаций.

Кроме этого, правильно будет попросить профессионала проектировщика рассказать как рассчитать ферму правильно, проверить итоговый результат ваших трудов и, при необходимости, внести в него нужные поправки. Конструкции фермы с профильной трубы в проекте обязательно должны быть воспроизведена своими руками в форме чертежа.

Фактор первичной важности – граничная нагрузка на итоговую конструкцию, никогда не забывайте учитывать его, когда рассчитываете арочные фермы.

При выборе типоразмера для фермы из профильной трубы, рекомендуется отдавать предпочтение прямоугольным, либо квадратным, так как они обладают двумя ребрами жесткости, при наличии которых, арочная ферма гарантирует максимальную устойчивость и прочность даже когда есть большие нагрузки.

Выбирайте только качественные конструкции из легированной стали , с высоким содержанием углеродов – это является необходимым условием для устойчивости металла к коррозии и негативному воздействию окружающей среды.

При этом толщина стенки и диаметр конструкций должны соответствовать заложенной в проекте несущей способности.

Правильное изготовление ферм или сварка ферм из профильной трубы своими руками невозможна, без соблюдения следующих принципов:

• Основные элементы из которых делается арочная ферма своими руками между собой соединяются с помощью спаренных уголков и прихваток;
• Элементы нижнего пояса сопрягаются (их нужно варить) посредством равносторонних уголков;
• Каркас фермы в верхнем поясе должен смыкаться двутавровыми уголками с сторонами разной длины (они стыкуются между собой по меньшей стороне);
• Если конструкция обладает большой длинной, в роли соединителей основных её частей применяются накладные пластины, и швеллеры парного типа – которые служат распределителями нагрузок и которые нужно варить между собой;
• Все раскосы должны монтироваться под углом в 12 — 45 градусов, в то время как стойки – под углом в 90 градусов.
• После того, как основа собрана, нужно варить фермы из профильной. Обязательным условием является контролирование качества каждого сварного шва, так как от них зависит надежность.
• Стальные фермы трубчатого типа, когда уже готовые, покрываются специальными препятствующими коррозии жидкостями, и красятся.