Фермы для кровли металлические конструкция

Строительные металлические фермы особенности конструкций

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.

Элементы ферм

Фермы состоят из следующих элементов:

• Верхний пояс. Состоит из горизонтальной, наклонной, радиусной или ломаной балки, к которой крепятся все верхние соединительные узлы стоек.
• Нижний пояс. Горизонтальная продольная балка, на которой расположены нижние соединительные узлы стоек или раскосов.
• Стойки. Элементы, расположенные вертикально между верхним и нижним поясом. Предназначены для восприятия и распределения основной нагрузки по всей конструкции фермы. Работают на сжатие.
• Раскосы. Наклонные стойки, которые связывают узлы, расположенные на верхнем и нижнем поясе устройства. Устанавливаются в конструкции под углом 45 градусов и работают на сжатие и растяжение.
• Узлы (панели). Точки, расположенные на поясах фермы, в которых соединяются диагональные раскосы или вертикальные стойки.

Узловые соединения могут быть:

1. Сварные — все элементы конструкции связаны между собой при помощи сварки.
2. Болтовые соединения или клепаные — элементы соединяются между собой с помощью болтов или заклепок на общей стальной закладной (фасонке), изготовленной из толстого прокатного листа.

Разновидности изделий

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:

1. Плоская ферма (легкая). Представляет собой структуру, где ее пояса, стойки и раскосы находятся в одной рабочей плоскости. При этом она несет только вертикальную нагрузку. Для устойчивости против боковых воздействий плоские сооружения дополнительно укрепляются между собой поперечными прогонами и диагональными связями.
2. Тяжелые пространственные (структурные) фермы. Монтируются из набора раскосов, которые расходятся из одного узлового соединения по трем или четырем сторонам и могут иметь несколько верхних и нижних поясов.

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.

Контуры и формы ферм

В зависимости от конструкции, фермы могут быть прямой, одно или двухскатной формы. По контуру различаются на несколько видов:

1. Устройство, у которой оба пояса расположены параллельно друг к другу. Чаще всего используется для сооружения перекрытий промышленных зданий с плоской мягкой кровлей, а также под эстакады, мосты и так далее. Представляет собой самую простую конструкцию, в которой раскосы и стойки идентичны по своим размерам, поэтому их сборка производится довольно легко.
2. Односкатная трапецеидальная конструкция. Такая конструктивная структура имеет прямые пояса, но верхний расположен с уклоном в одну сторону под определенным углом. Используя такое сооружение совместно с колоннами, можно создать довольно жесткий каркас для строения. Не имеет средних длинных стоек и не требует большого уклона.
3. Полигональные фермы. Отличаются сложной конструкцией и самой продолжительной по времени сборкой, но при этом может, по сравнению со своими аналогами, выдерживать очень большую вертикальную нагрузку. Используются для перекрытия большепролетных тяжелых зданий.
4. Фермы треугольной формы. Используются как стропильная система при монтаже крутых крыш. Простая сборка, но имеются некоторые недостатки. У них острый опорный узел и большой расход материала при изготовлении из-за длинных стоек или раскосов в центре конструкции.

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.

Зависимость конструкции от угла наклона

Важным параметром конструкции ферм является их угол наклона, и в зависимости от него конструкции делятся на 3 группы:

• К первой группе относятся конструкции, у которых угол наклона составляет 6−150 при соотношении высоты и длины от 1:7 — 1:9. Обычно это трапециевидные устройства с дополнительными короткими стойками, благодаря которым повышается противодействие прогибу при высоких вертикальных нагрузках. При этом верхние и нижние размеры панелей должны быть одного размера, а их количество зависит от длины пролета и особенности самой конструкции фермы.
• Вторая группа состоит из структурных устройств с углом наклона в пределах 15−22° при этом соотношение высоты/длины должно быть 1:7, где максимальная длина должна составлять не больше 20 м/п. Часто такие конструкции изготавливаются с ломанными нижними поясами, что позволяет снизить вес в пределах 30% по сравнению с треугольной фермой.
• У третьей группы угол наклона составляет 22−300, а их длина по отношению к высоте составляет соотношение 1 к 5. Эти фермы отличаются небольшим весом и чаще всего имеют форму треугольника. Могут монтироваться непосредственно на наружные стены дома. Длина перекрываемого ими пролета, может быть от 14 до 20 м/п, а число панелей должно быть четным с одинаковой длиной 1,5−2,5 м.

Преимущества строительных ферм

Практически все строительные фермы имеют немалые преимущества перед цельнометаллическими балками, среди которых основными являются:

1. Небольшой вес при большой длине.
2. Способность удерживать огромные статистические и динамические нагрузки.
3. Долговечность при интенсивной эксплуатации.
4. Высокая стойкость к прогибам.
5. Возможность самостоятельного изготовления ферм непосредственно на строительной площадке

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:

1. Контур опорной поверхности для монтажа будущей кровли или перекрытия. Это поможет высчитать угол наклона верхнего пояса несущего устройства.
2. Экономия материала на изготовление конструкции (если требование заказчика не будет противоположным к этой экономии).
3. Правильный расчет с учетом максимальной нагрузки, которая предполагается для этого изделия. При этом следует помнить, что углы раскосов в одной конструкции могут быть разными, но ширина панелей всегда должна оставаться одинаковой для всех.
4. Расстояние между крепежными узлами рассчитывается в последнюю очередь, но обычно оно выбирается по ширине панели.

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.

Источник

Плоские металлические фермы — подробное описание и руководство по изготовлению из 2 этапов

Не знаете, как сделать легкое и жесткое перекрытие в строительных конструкциях с большой шириной пролета? В таких случаях лучше всего использовать плоские металлические фермы для крыши. Я расскажу, что такое ферма, и как ее можно сделать самому в условиях домашней мастерской.

Из чего состоит ферма

По определению ферма — это строительная конструкция из жестких стержней, которые соединяются между собой в узлах и образуют геометрически неизменяемую систему. Единственная неизменяемая геометрическая фигура в системе координат — это треугольник, поэтому любая фермическая конструкция состоит из множества соединенных между собой треугольников.

Технические параметры ферм характеризуются следующими величинами:

• Длина пролета — расстояние между двумя ближайшими опорными точками;
• Панель нижнего пояса — расстояние между двумя смежными узлами на нижней продольной балке;
• Панель верхнего пояса — расстояние между ближайшими двумя узлами на верхней продольной балке;
• Высота — габаритный размер фермы с параллельными поясами по вертикали.

Если балка верхнего пояса расположена не параллельно балке нижнего пояса, то указывается два значения высоты Н1 и Н2. Измеряется от балки нижнего пояса, до самой нижней и самой верхней точки балки верхнего пояса.

На схеме показаны трапециевидная и параллельная фермы, а пояснение к чертежу написано ниже.

1. Нижний пояс — продольная горизонтальная балка, которая связывает все соединительные узлы в нижней части фермической конструкции;
2. Верхний пояс — продольная, наклонная или радиусная балка, связывающая все соединительные узлы в верхней части фермы;
3. Стойки — вертикальные поперечные связи, которые соединяют все узлы нижнего и верхнего поясов. Воспринимают и распределяют по всей ферме основную нагрузку на сжатие;
4. Раскосы — диагональные поперечные связи, соединяющие все узлы верхнего и нижнего поясов. Воспринимают нагрузку на сжатие и растяжение. Оптимальный угол наклона раскосов — 45°;

Непосредственное сварное соединение (а) и соединение через фасонку (б) в узлах фермы.

1. Узлы — точки соединения вертикальных стоек и диагональных раскосов с горизонтальными балками нижнего и верхнего пояса фермы. В строительной механике условно принимаются как шарнирное сочленение;
2. Узловые соединения. При изготовлении фермических конструкция применяется два способа соединения всех элементов в узлах:

• Сварное соединение с непосредственным примыканием всех элементов друг к другу;
• Болтовое или клепаное соединение — все пояса и решетки поперечных связей соединяются между собой при помощи фасонки из толстого листового металла.

На схеме показан расчет конструкции металлического навеса с прямоугольными и несимметричными треугольными фермами.

При изготовлении сварной фермы из тонкостенной стальной трубы или уголка, для сваривания элементов между собой также иногда применяются фасонки.

Разновидности фермических конструкций

Основное преимущество ферм перед сплошными балками — это высокая несущая способность при малом удельном весе и небольшом расходе материалов. По своему устройству и характеру распределения нагрузок, фермические конструкции делятся на два вида:

1. Плоские фермы — это такие конструкции, в которых все стержни расположены в одной плоскости:

• Направление вектора приложенной нагрузки должно совпадать с плоскостью расположения фермы:
• Для противодействия боковым и сдвигающим нагрузкам плоские фермы нужно скреплять дополнительными продольными и диагональными связями.

1. Пространственные фермы — собираются из набора стержней, которые ориентированы во всех трех плоскостях:

• Они немного сложнее в изготовлении, но в то же время способны выдерживать одновременное воздействие вертикальных, горизонтальных и боковых нагрузок;
• За счет этого пространственные металлические конструкции можно устанавливать без связей с другими конструкциями, поэтому их нередко используют для изготовления одиночных балок, опорных столбов, мачт и пр.

Пространственную конструкцию можно сварить из двух одинаковых плоских ферм.

В частном жилищном строительстве обычно используются плоские фермы, которые в свою очередь, также делятся на несколько видов:

1. Полигональные фермы:

• Для изготовления нижнего пояса используется одна сплошная балка, а верхний радиусный пояс собирается из нескольких прямых отрезков;
• Полигональные стальные фермы применяются для строительства арочных ангаров или полукруглых навесов и козырьков с большой шириной пролета.

1. Трапециевидные фермы:

• Нижний пояс изготавливается из одной сплошной балки, а верхний — из двух наклонных;
• Трапециевидная металлическая ферма чаще всего используется в промышленном строительстве при больших пролетах, поскольку способна выдерживать значительные весовые и ветровые нагрузки. Главный недостаток — большая высота.

1. Параллельные или прямоугольные фермы:

• Из названия понятно, что верхний и нижний пояса изготавливаются из двух параллельных балок, а очертание конструкции имеет прямоугольную форму;
• Это наиболее распространённый вид ферм. Их несложно изготовить своими руками и они практически не имеют ограничения по использованию.

1. Сегментные фермы:

• Изготавливаются по аналогии полигональной конструкции, только для верхнего пояса используются не прямые балки, а цельный сегмент окружности;
• Для изготовления сегментов я советую использовать прокатный станок для стальных труб;

1. Симметричная треугольная ферма:

• Изготавливаются в виде равнобедренного треугольника с вертикальными стойками и диагональными связями;
• Применяются при строительстве двухскатной кровли, а наклонные балки верхнего пояса используются в качестве стропил.

1. Несимметричные треугольные фермы:

• Имеют похожую конструкцию, но изготавливаются в виде прямоугольного треугольника;
• Применяются в качестве несущих стропильных ферм для односкатной наклонной кровли.

В домашнем строительстве чаще всего используются третий, пятый и шестой варианты.

Как сделать ферму для крыши

Ниже представлена инструкция по изготовлению плоской параллельной фермы. Если вам нужна фермическая конструкция другой формы, вы ее сможете изготовить аналогично.

Этап 1: подготовка инструментов и материалов

Для изготовления ферм и пролетов понадобится гараж или просторная домашняя мастерская, набор слесарных инструментов и сварочное оборудование:

Иллюстрация	Описание работ
	Слесарные инструменты: Прочный и устойчивый металлический верстак; Большие слесарные тиски; Ножовка по металлу; Тяжелый молоток и кувалда; Набор напильников по металлу; Пассатижи и плоскогубцы; Линейка, рулетка, штангенциркуль и пр.
	Электроинструменты: Дисковая или ленточная отрезная машинка по металлу; Болгарка с набором зачистных и отрезных дисков по металлу; Электродрель или сверлильный станок с набором сверл; Точильный станок с наждачным камнем; Электродуговой сварочный аппарат с электродами 3-4 мм.
	Материалы: Стальные профильные трубы 20х20 — 60х60 мм; Стальной уголок или швеллер 20х20 — 50х50 мм; Стальной лист толщиной 4-10 мм. Антикоррозионная грунтовка и эмаль по металлу.

Этап 2: изготовление плоской фермы

В большинстве случаев строительные конструкции собираются из нескольких плоских ферм одного или двух одинаковых типоразмеров. Ниже я приведу пример изготовления одной из них:

Иллюстрация	Описание работ
	Инженерные расчеты: Расчет навеса из профильной трубы удобно выполнять при помощи специальной программы; Для этого нужно задать начальные характеристики: Длину пролета; Количество опорных точек; Высоту балки на опорах; Высоту балки по центру; Тип и форму фермической решетки; Сечение и сортамент используемого металлопроката. На основании этих данных программа выдаст готовые технические чертежи с указанием всех размеров (как на фото).
	Подготовка металла: Металлопрокат распилить на нужные отрезки, в соответствии с чертежами; После распиловки снять с торцов труб заусенцы и протереть их от заводской смазки уайт-спиритом и ацетоном; Если на трубах есть следы коррозии, их надо удалить болгаркой с зачистным диском; В трубах разметить и просверлить все необходимые отверстия; Для удобства каждую группу отрезков связать малярным скотчем и пометить маркером.
	Изготовление металлических ферм: На сварочный стол уложить балки верхнего и нижнего пояса, и приварить к ним крайние боковые стойки; После этого вварить внутрь все вертикальные стойки и диагональные раскосы; Опорные пятки, кронштейны и монтажные пластины привариваются в самую последнюю очередь; Сначала все детали надо собрать на точечных прихватках; Когда вы убедитесь, что все сделано правильно, нужно обварить соединения сплошным швом; Сварные швы зачистить от шлака и окалины; Готовые навесы из профильной трубы покрасить антикоррозионной грунтовкой и эмалью по металлу.

Если вам нужно сварить много однотипных деталей, я рекомендую предварительно изготовить шаблон на листе плотного картона, оргалита или фанеры.

Заключение

Теперь вы знаете, для чего используются металлические фермы, и как их можно изготовить в гараже или в домашней мастерской. Советую также смотреть видео в этой статье, а все свои вопросы и пожелания оставлять ниже в комментариях.

Источник