Этап I. Проектируем ферму и ее элементы
Итак, что такое ферма? Это конструкция, которая связывает опоры в единое целое. Среди ее преимуществ: высокая прочность, отличные показатели эксплуатации, невысокая стоимость и хорошая устойчивость к деформациям и внешним нагрузкам.
Благодаря тому, что такие фермы обладают высокой несущей способностью, их ставят под любые кровельные материалы, независимо от их веса.
Использование в строительстве металлических ферм из прямоугольных замкнутых профилей считается одним из самых рациональных решений. И неспроста:
Отличаются стропильные фермы по очертанию поясов, типу сечения стержней и видам решетки. И при правильном подходе вы самостоятельно сможете сварить и установить ферму из профильной трубы любой сложности. Даже такую:
Этап III. Рассчитываем внутреннее напряжение ферм
- СНиП 2.01.07-85 (воздействия, нагрузки).
- СНиП п-23-81 (данные по стальным конструкциям).
По возможности ознакомьтесь с этими документами.
Форма крыши и угол наклона
И, если вы собираетесь изготовить сложную по форме крышу, то такие фермы станут для нее идеальным вариантом. Их очень удобно изготавливать по шаблону прямо на земле, и только потом поднимать наверх.
Чаще всего при строительстве небольшого дачного домика, гаража или бытовки применяются так называемые фермы полонсо – особая конструкция треугольных ферм, соединенных затяжками, и нижний пояс здесь выходит приподнятым.
По сути, в этом случае, чтобы повысить высоту конструкции, нижний пояс делают ломаным, и он тогда составляет 0,23 от длины полета. Для внутреннего пространства помещения очень удобно.
Итак, всего есть три основных варианта изготовления фермы в зависимости от наклона крыши:
- от 6 до 15°;
- от 15 до 20°;
- от 22 до 35°.
В чем разница спросите вы? Например, если угол конструкции будет небольшой, всего до 15°, тогда фермы рационально делать трапециевидной формы. И при этом вполне можно уменьшить вес самой конструкции, беря в высоту от 1/7 до 1/9 от от общей длины полета.
Т.е. руководствуйтесь таким правилом: чем меньше вес, тем больше должна быть высота фермы. А вот если мы вас будет иметь уже сложную геометрическую форму, тогда нужно выбрать другой тип фермы и решеток.
Виды ферм и формы крыши
Вот пример конкретных ферм для каждого вида крыши (односкатной, двускатной, сложной):
Давайте разберемся с видами ферм:
Вот пример изготовления ферм из профильной трубы как универсального варианта, который подходит для любых садовых построек. Речь идет о треугольных фермах, и вы наверняка их уже видели много раз:
Треугольная ферма с ригелем тоже достаточно проста, и вполне подходит для строительства беседок и бытовки:
А вот арочные фермы в изготовлении уже намного сложнее, хотя и обладают рядом своих ценных преимуществ:
Главное ваша задача – центрировать элементы фермы из металла от центра тяжести по всем направлениям, говоря простым языком, минимизировать нагрузку и грамотно ее распределить.
Типы решеток и точечная нагрузка
Вам будет интересно узнать, что определенный дизайн внутренних решеток ферм подбирается вовсе не из эстетических соображений, а вполне практичных: под форму крыши, геометрию потолка и расчет нагрузок.
Тогда сечение таких стержней должно быть больше, чем если бы сама ферма была нагружена точечными силами. Подведем итог: фермы, на которых распределенная нагрузка действует равномерно, изготавливают из коротких элементов с шарнирными узлами.
Давайте разберемся, в чем преимущество того или иного вида решетки в плане распределения нагрузки:
Мы подготовили для вас иллюстрацию, где собрали все виды ферм и их решеток вместе:
Вот пример того, как изготавливают ферму с треугольной решеткой:
Изготовление фермы с раскосной решеткой выглядит так:
Отметим еще такой необычный вариант изготовления фермы, когда она сама по себе становится частью или опорой для другой, деревянной:
Этап V. Зачищаем и окрашиваем готовые фермы
После того, как вы установите фермы на их постоянное место, обязательно обработайте их антикоррозийными составами и окраски полимерными красками. Идеально подойдет для этой цели краска, которая отличается долговечностью и устойчивостью к ультрафиолету:
Вот и все, ферма из профильной трубы готова! Остаются только финишные работы по обшивке ферм изнутри отделкой и снаружи кровельным материалом:
Поверьте, изготовить металлическую ферму из профильной трубы для вас на самом деле не составит большого труда. Огромную роль играет грамотно составленный чертеж, качественная сварка фермы из профильной трубы и желание все сделать правильно и аккуратно.
Виды конструкций ферм из профильной трубы
В состав ферменной конструкции входят верхний и нижний пояса и решетка, располагаемая между ними. Составными компонентами решетки являются:
- стойка – располагается перпендикулярно оси;
- раскос (подкос) – устанавливается под наклоном к оси;
- шпренгель – вспомогательный раскос.
Пояса ферм могут иметь различные очертания:
- Треугольное односкатное. Для треугольной односкатной фермы из профильной трубы характерно сочетание способности выдерживать высокие нагрузки с небольшой материалоемкостью.
- Сегментное. Часто применяется для сооружения кровель со светопрозрачным покрытием из сотового или монолитного поликарбоната.
Варианты конструкций решеток:
Расчеты ферм из стальных профильных труб
Этапы проектирования
- Определяют размер пролета строения, форму крыши, наклон скатов. При этом учитывают запланированный кровельный материал, снеговые и ветровые нагрузки, характерные для данного региона, тип грунта. Также принимаются во внимание вероятные особые нагрузки, которые может испытывать ферма, изготовленная из профильных труб, – штормы, ураганы, землетрясения.
- С учетом принятых выше параметров выбирают конструктивный тип фермы.
- После примерного определения габаритов и конструкции определяют вариант изготовления – в заводских условиях, сборку на месте из заготовок, заказанных на предприятии, или проведение полного цикла заготовочных и сборочных мероприятий на строительной площадке.
Основные этапы работ по изготовлению и монтажу ферм из профильных труб
Процесс монтажа ферм из профильных труб при сооружении навеса и других каркасных конструкций включает следующие мероприятия:
Расчет для навеса ↑
Проведение расчетов основывается на требованиях СниП:
Обязательным компонентом любого расчета и последующего монтажа конструкции является чертеж.
Подготавливается схема с указанием зависимости между длиной металлоконструкции и уклоном кровли.
-
В ней также учитываются очертания поясов опоры. Контур пояса определяется назначением конструкции, типом покрытия кровли и углом наклона. При выборе размеров, как правило, следуют принципу экономии, если, конечно, ТТ не требуют иного. Высоту конструкции определяет тип перекрытия, минимальный общий вес, возможность перемещения, длину же – установленный уклон.
-
Размеры панелей рассчитывают с учетом нагрузок, воспринимаемых конструкцией. При этом следует помнить, что углы раскосов у разных металлических стропил отличаются, панель же должна им соответствовать. Для треугольной решетки искомый угол равен 45°, для раскосой – 35°. Завершает расчет определение промежутка между узлами. Обычно он соответствует ширине панели.
Для определения размеров металлоконструкции для навесов следуют следующим данным:
-
для сооружений шириной не более 4,5 м используют изделия размером 40 на 20 на 2 мм; менее 5,5 м – 40 на 40 на 2 мм; свыше 5,5 м оптимальными будут изделия размером 40 на 40 на 3 мм либо 60 на 30 на 2 мм.
При расчете шага необходимо учесть, наибольшее возможное расстояние от одной опоры навеса до другой равно 1,7 м. При нарушении этого ограничения прочность и надежность сооружения будет под вопросом.
Когда будут полностью получены необходимые параметры, при помощи формул и особых программ получают соответствующую схему конструкции. Теперь остается продумать, как сварить ферму правильно.
При расчетах должны учитываться:
-
закупочная стоимость одной тонны металла; расценки на изготовление металлоконструкций из профильной трубы (либо можно просуммировать взятые в отдельности расходы на сварку, антикоррозийную обработку, монтаж).
Что такое ферма
Виды ферм из профтрубы
Требования к расчету профильной трубы для строительства фермы
При расчетах размеров и толщины стенки профильных труб, требуемых для сооружения Ваших металлоконструкций; учитываются следующие условия:
Что будет, если рассчитать неправильно
При неправильных расчетах возможны следующие последствия:
Основы расчета фермы
Перед тем, как рассчитать размеры, выбирают форму крыши сооружения и его габаритные размеры. Затем рассчитывают размеры кровли, определяют количество и форму ферм, расстояние между ними.
Для расчетов применяются метод вырезания вырезание узлов (участков, где стержни соединены шарнирно); метод Риттера; метод замены стержней Геннеберга. В современных компьютерных программах чаще применяется метод вырезания узлов.
Влияние угла наклона
Небольшой уклон ската – до 15° — используется на небольших отдельно стоящих навесах. Высота ската примерно равна 1/7-1/9 длины пролета. Применяют фермы трапециевидной формы.
Уклон от 15° до 22° — высота ската равна 1/7 длины пролета.
Уклон от 22° до 30°- 35° — высота ската равна 1/5 длины пролета, при таком уклоне применяют обычно треугольные конструкции, иногда с ломаным нижним поясом для облегчения конструкции.
Параметры базовых углов
Определив точный угол наклона кровли, определяют длины заготовок для изготовления фермы – эта информация потребуется при выполнении работ.
Значимые факторы выбора участка
Если есть опасность сползания пластов земли, или Вы проживаете в сейсмоопасном районе, проектирование проекта любой конструкции выше собачьей конуры следует предоставить профессионалам для обеспечения Вашей же безопасности.
Как рассчитать нагрузку
Нагрузка на одну ферму рассчитывается делением суммы общей нагрузки на кровлю снега, веса обрешетки и покрытия, веса самих конструкций, на количество ферм.
Входная дверь и козырек
Козырьки над входной дверью имеют небольшие размеры и выполняются консольными.
для крыльца с двумя ступенями и шириной 1200 мм размеры накрываемой площади (горизонтальной проекции козырька) равны:
длина (глубина козырька) = 1,35 + 2×0,25 = 1,85 м;
ширина = 1,2 + 0,3×2 = 1,8 м.
Лучше ориентироваться на реальные размеры крыльца. Размеры козырька определяются, исходя из размеров накрываемой площади и конструкции (формы) ферм.
Как рассчитываются веранды
Веранда – легкий навес, примыкающий к стене здания, под которым размещают зону отдыха или обеденный стол. Конструктивно навес бывает консольным или балочно-опорным.
Навес треугольной формы должен иметь скос от 15° до 35° на Ваш выбор. Длину верхнего пояса рассчитывают самым простым способом – через синусы-косинусы или по теореме Пифагора.
Допустим, горизонтальная проекция веранды равна 2 м, скос 30°. Длина стойки в самой высокой части треугольной балки равна 2 м х cos 30°= 2 х √3/2= 0,855 м. Длина верхнего пояса равняется корню из суммы квадратов длин стойки и нижнего пояса:
(это вытекает из теоремы Пифагора, где сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы).
Высота до нижнего пояса фермы должна быть не меньше 2 м, а еще лучше 2,5 м или чуть выше – под низкой крышей высоким членам семьи будет некомфортно ходить.
Как рассчитать стоянку для машин
Размеры стоянки для машин рассчитываются, исходя из следующих факторов:
Ширина кровли навеса должна быть шире расстояния между опорами на величину свесов. Величина свеса с одной стороны составляет 300-350 мм.
По длине также следует предусмотреть запас длины минимум 1 м и больше. Чем больше размеры навеса, тем лучше он защищает автомобиль от осадков. Высокий навес защищает от косого дождя хуже, поэтому он должен иметь большие размеры, чем низкий навес.
Как правильно рассчитать навес
Размеры навесов диктуются назначением и наличием выделенного места для навесов. Кровли и фермы могут быть самых разнообразных форм. Для расчетов навеса можно воспользоваться рекомендациями для веранд и навесов для машины.
Бесплатные программы для расчета
Рассчитать фермы можно с помощью бесплатных программ для расчета:
- На сайте http://sopromatguru.ru/raschet-balki.php .
- На сайте http://rama.sopromat.org/2009/?gmini=off .
Пример расчета
Пример расчета фермы отдельно стоящего навеса для автомобиля среднего класса (D):
Ширина автомобиля 1,73 м, длина 4,6 м.
Минимальная ширина фермы между опорами:
1,73 + 1 = 2,73 м, для удобства открывания дверей принимаем ширину 3,5 м.
Ширина фермы с учетом свесов кровли:
4,6 + 1 = 5,6 м, принимаем длину 6 м.
При такой длине можно устанавливать опоры через 2 м или меньше. Для облегчения несущих конструкций принимаем расстояние между опорами 1,5 м.
Форму кровли принимаем треугольную двускатную – она самая простая в изготовлении и одновременно экономичная по расходу материалов. Угол наклона кровли принимаем 30° – при таком угле наклона на кровле не будет задерживаться снег и опавшие листья.
Высота фермы в центре (центральной стойки) будет равняться:
Длину верхнего пояса фермы (одной половины) находим по теореме Пифагора:
Итого: длина нижнего пояса фермы составляет 4,1 м; верхнего пояса – две половинки по 2,355 м, общая длина 4,71 м, стойка в центре имеет высоту 1,16 м.
Для таких недлинных ферм вполне достаточно использовать квадратную трубу 40×40 мм с толщиной стенки 3 мм.
Заключение
Устройство навеса, монтаж ферм – сложная квалифицированная работа. Небольшие навесы и беседки можно выполнить самостоятельно с помощью членов семьи.
Что такое ферма
Ферма состоит из следующих элементов:
- верхний пояс;
- нижний пояс;
- стойка, перпендикулярная к оси;
- подкос (или раскос), наклонный к оси;
- вспомогательный опорный раскос (шпренгель).
Система решетки быть треугольной, раскосной, полураскосной, крестовой. Для соединения используются косынки, парные материалы, клепки, сварные швы.
Изготовление ферм из профильной трубы подразумевает сборку пояса с определенными очертаниями. По типу они бывают:
- сегментные;
- полигональные;
- двускатные (или трапецеидальные);
- с параллельными поясами;
- треугольные (д-и);
- с поднятым ломаным нижним поясом;
- односкатные;
- консоль.
Одни системы проще в монтаже, другие экономичнее по расходу материалов, третьи легче по устройству опорных узлов.
Последовательность работ
Обычно процесс монтажа проходит в такой последовательности:
Конструкционные особенности ферм
Ферма из профильной трубы имеет характерные особенности, о которых следует помнить заранее. В основе деления можно выделить определенные параметры. Главным значением считают количество поясов. Можно выделить следующие виды:
Полезные советы по выбору и созданию металлоконструкции
Чтобы сварка ферм была качественной, необходимо следовать ряду рекомендаций. Среди них выделяют следующие:
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:
В соответствии с величиной угла наклона типовые фермы подразделяют на следующие виды:
Отдельно стоит рассмотреть ферму Полонсо, которая выполнена в виде двух треугольных систем, соединенных между собой через затяжку. Это дает возможность не монтировать длинные раскосы в средних панелях, за счет чего заметно снижается общий вес конструкции.
Варианты конструкций ферм
Ферма – это конструкция из металла, которая характеризуется наличием верхнего и нижнего уровней, которые соединяются в виде решетки. Причем соединения не могут носить произвольный характер, а их количество рассчитывается по определенной формуле.
В конструкцию решетки входят:
- стойки, установленные вертикально;
- раскосы (подкосы), установленные под углом по отношению к стойкам;
- шпренгели (вспомогательные подкосы).
Фермы, в основном, предназначаются для соединения пролетов различного хозяйственного назначения. Благодаря наличию таких элементов как раскосы, они выдерживают значительные нагрузки без деформации даже при перекрытии больших по длине пролетов.
Соединение пролетов осуществляется различными по форме фермами из металла, например:
- односкатными;
- двухскатными;
- прямыми;
- арочными.
Как рассчитывается ферма из стальной профильной трубы
Расчет любой металлической конструкции – это важный и ответственный этап, независимо от того, строительство какой конструкции предполагается.
Расчет стропильной системы из профильной трубы сводится к следующим моментам:
Чтобы не допускать большого рассогласования в расчетах, лучше воспользоваться строительным калькулятором. На основании специальной программы можно рассчитать любую конструкцию из металла, в том числе и стропила крыши из профильной трубы.
Профильная труба для строительства ферм – требования к материалу
Изготовление рабочих конструкций ферм, особенно больших по размеру, требует определенных характеристик трубопроката.
Поэтому профильные трубы выбираются:
Все основные данные занесены в определенные документы, что позволяет ознакомиться с информацией на предмет наличия видов профильных труб и подобрать те материалы, которые пригодны для конкретных проектов.
