Ферма (конструкция). Что такое ферма в строительстве?

Некоторые постройки могут иметь меньший угол наклона крыши. Этот угол также зависит от уровня осадков в вашем регионе — чем больше осадков, тем более крутой должен быть наклон крыши. Чем выше угол наклона, тем меньше осадков будет задерживаться на поверхности.

Как грамотно вычислить и установить фермы из профильной трубы своими руками?

Со временем владельцы частных домов приходят к необходимости построить сарай, садовый навес, беседку или небольшой забор с крышей для домашних животных, а также навес над деревьями. Чтобы надежно закрепить крышу над такой конструкцией, важно правильно спроектировать и установить металлические опорные элементы.

Мы рады приветствовать нашего уважаемого читателя и предлагаем ему ознакомиться со статьей, посвященной фермерским конструкциям из секционных труб, способам их расчета и методам правильного крепления к беседкам и навесам на его территории.

Что представляет собой ферма

Ферма — это сооружение, состоящее из прямых элементов, которые соединены в узлы, образуя прочную систему с фиксированной геометрической формой. Наиболее часто встречаются плоские конструкции, однако для крупных и высоконагруженных объектов применяются объемные (пространственные) фермы. В частных домах стропильные фермы крыш, как правило, изготавливаются из дерева или металла. Небольшие постройки, такие как балки, сараи и беседки, чаще всего делают из древесины. Однако металлические конструкции обладают высокой прочностью и являются оптимальным выбором для создания надежных несущих стальных конструкций.

Цельные прутки и трубы имеют широкий спектр применения в сложных конструкциях. Профильные трубы, как квадратные, так и прямоугольные, обладают высокой устойчивостью к изгибам и деформациям. Небольшие конструкции для загородного строительства зачастую монтируются без сварки с использованием краб-систем, что делает трубчатый профиль особенно популярным для возведения сельских объектов.

Конструкционные особенности ферм

Основные элементы ферменной конструкции включают:

• Пояс.
• Стойка — вертикальный элемент, соединяющий верхние и нижние хорды конструкции.
• Опора.
• Лонжерон — это опорная балка.
• Ложементы, пластины, кронштейны, заклепки и болты — все виды вспомогательных материалов и элементов крепления.

Высота фермы определяется от самой нижней точки нижней хорды до самой верхней точки конструкции. Пролет представляет собой расстояние между опорными элементами. Высота описывает соотношение между высотой балки и пролётом. Таблица отображает расстояния между узлами строки.

Ферма, по своему определению, представляет собой конструкцию, состоящую из жестких элементов, которые соединены в узлах и формируют геометрически устойчивую систему. Единственной неизменной геометрической единицей в любой системе координат является треугольник, поэтому каждая фермерная структура включает в себя множество взаимосвязанных треугольников.

Содержание

Фермные конструкции можно классифицировать по следующим критериям:

• Форма внешнего контура
  • Параллельные ремни
  • Продольные ремни
  • Полигональные пояса
  • Треугольные пояса
• Треугольный
• Эпициклический
• Полуспиральный
• Ромбический
• Ремни
• Арочный
• Неподдерживаемые
• Неподдерживаемая балка
• Луч
• Балка Пратта (с балочными элементами)
• Ферма Уоррена (с треугольными формами фермы)
• Бельгийская (треугольная) балка
• Поперечная балка
• Каркас потолочного освещения
• Подструктуры
• Мостовая балка
• Кран
• Башня
• Деревянные
• Металлические (сталь и алюминий)
• Армированный бетон
• Пластик

Принцип действия

Если расположить несколько стержней в произвольном порядке, они будут хаотично вращаться относительно друг друга, и такая конструкция, как принято говорить в строительстве, считается «переменной». Это означает, что при оказании на неё давления она складируется подобно стенкам спичечного коробка. В отличие от этого, обычный треугольник, созданный из стержней, демонстрирует совершенно иную устойчивость. Независимо от приложенной силы, эта структура останется неизменной до тех пор, пока не будет сломан один из элементов или он не будет отделен от других. Таким образом, данная структура уже становится «неизменной». Элементы фермы включают в себя такие треугольники. Как стрела башенного крана, так и составные колонны формируются из множества меньших и больших треугольников.

Ключевым моментом является то, что нагрузка на ферму должна подаваться именно в местах соединения стержней, поскольку они более эффективно работают на сжатие и растяжение, нежели на разрыв.

Элементы фермы, как правило, обладают жесткостью и не имеют подвижных соединений. Это означает, что если выделить два элемента и отделить их от остальной конструкции, они не будут способны вращаться друг относительно друга. Тем не менее, в простых расчетах зачастую пренебрегают этим фактом и предполагают наличие соединения.

Принцип расчета ферм методом вырезания узлов

Существует множество подходов к расчету ферм, которые могут быть как простыми, так и сложными. Один из самых доступных методов — это расчет с применением срезания веток. Эта методика подходит для анализа простейших плоских ферм и широко используется в учебном процессе в университетах.

При анализе структуры фермы все силы, воздействующие на неё, сводятся к узлам. После того как будут установлены силы, действующие на ферму, необходимо вычислить реакции опорных точек. Следующим шагом является запись каждого узла, где задействованы и приложены силы только двух элементов. Остальные части конструкции мысленно «разрезаются», и мы получаем узел, который включает в себя несколько известных сил (например, реакции опор) и две неизвестные силы — те, которые действуют на неразрезанные элементы фермы. Определите эти неизвестные силы, применяя уравнения равновесия по всем двум осям. После этого используйте найденные значения для анализа следующего узла и продолжайте этот процесс до тех пор, пока не будет установлен диапазон сил на всех элементах конструкции.

Ферма (от лат. firmus – прочный) представляет собой конструктивный элемент, состоящий из прямолинейных частей, которые обычно соединены в узлах с подвижным шарнирным соединением. Фермы чаще всего применяются в строительстве конструкций, таких как крыши и другие элементы.

Типы и материалы изготовления

Существует множество разновидностей балок, каждая из которых имеет свое назначение.

1. Деревянный каркас собирается непосредственно на строительной площадке, затем поднимается и фиксируется к уже готовому зданию. Использование древесины как материала облегчает его транспортировку; сборка каркаса на крыше часто бывает неудобной и небезопасной, а этот метод строительства позволяет экономить время и усилия.
2. Ферма для перекрытия – данный тип фермы используется для создания структурного перекрытия между лестничными пролётами.

Каркасное строительство делится на четыре категории.

1. Параллельные балки — это метод, предназначенный для укрепления пространства между этажами.
2. Треугольные конструкции используются для возведения крыш, где для поддержания колонн применяются две или три фермы, которые соединяются с помощью деревянного бруса.
3. Прямоугольные крыши представляют собой еще один вариант укрепления, однако они не подходят для конструкций с крутыми скатами.
4. Для крыш с неправильной геометрией используют трапециевидные или изогнутые стропила.

Балки изготавливаются из деревянных столбов или бревен, но при необходимости могут также применяться и другие материалы:

• Комбинация стальной основы и деревянной рамы обеспечивает возможность выдерживать нагрузки, превышающие те, что способны вынести балки, полностью сделанные из древесины. В этом случае вес распределяется на стальную основу, что снижает нагрузку на деревянную конструкцию.
• Для небольших сооружений, таких как пристройки или подвалы, можно применить фанерные трубы в качестве основы для крыши. Этот материал отличается легкостью в транспортировке и установке. Хотя по уровню надежности он уступает деревянным и металлическим балкам, такая конструкция вполне подойдет для несущих элементов.
• Комбинация стекловолокна и древесины — это редкий, но интересный подход, который обычно реализуется по индивидуальным заказам. Такой продукт отличается высокой прочностью и малым весом, что позволяет легко поднимать его с земли на строящееся здание, а также интегрировать в общую конструкцию.
• Клееная древесина и доски являются основными материалами, используемыми для обрамления крыш. Несмотря на свою прочность, они зачастую используются в строительстве достаточно широко.

Производство и установка ферм

Форма и расположение каркаса крыши зависят от проектных решений здания. Даже при строительстве аналогичных домов необходимо учитывать ряд факторов:

Если крыша предполагается плоской и планируется использование легких строительных материалов, в таком случае заказываются и устанавливаются прямоугольные или трапециевидные фермы, изготовленные на заводе.

Сплошные треугольные фермы, количество которых было заранее рассчитано и расположено на круто наклоненной крыше, способны выдержать нагрузку от тяжелого кровельного покрытия.

Треугольные формы используются для жилых квартир, в то время как другие конструкции предназначены для технических и вспомогательных помещений.

Длина основания крыши влияет на ориентацию балок. Для выбора подходящей формы необходимо учитывать, существует ли дополнительная опора в виде внутренней стены. Если опорные конструкции отсутствуют и длина составляет менее шести метров, подойдет простая крыша с фермами, закреплёнными к внешней стене.

Если пролет превышает шесть метров, необходимо использовать ферму, которая устанавливается в центральной части балки. Также для фиксации балок следует установить опоры и стержни. Это обеспечивает прочное перекрытие в нижней зоне чердака, по которому можно безопасно передвигаться, не беспокоясь о том, что конструкция может не выдержать нагрузку.

На фермах применяются гайки для обеспечения прочности стен. Эти элементы также монтируются на потолок при помощи балок или досок. В противном случае, конструкция балочной рамы могла бы деформироваться в местах стыковки с карнизами.

Балки располагаются на интегрированной плите, а не на стенах здания. Это решение обеспечивает равномерное распределение нагрузки и предотвращает перегрузку стен балками.

Элемент крыши, который расположен под фермой, называется мауэрлат. Данный компонент не применяется в ситуациях, когда кровля монтируется на доме с деревянными стенами, поскольку он не способен выдерживать веса строения. В случае кирпичной стены необходимо использовать стропильную ферму для того, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки по основным конструктивным элементам.

Если требуется повысить прочность конструкции, применяются металлические балки, которые способны выдержать вес кровельного покрытия.

Ферменные конструкции состоят из узлов, которые представляют собой слабые места всей фермы. При сборке в этих узлах необходимо избегать зазоров, так как это может снизить жесткость и прочность строительного материала. Узловые пространства включают в себя:

Соединение балок происходит с помощью скользящего или жесткого узла, однако древесина способна расширяться или сжиматься в зависимости от уровня влажности или воздействия солнечных лучей. Наличие жесткого узла в местах соединения может привести к деформации конструкции.

Чтобы минимизировать такие риски, используется обработка материала водоотталкивающими средствами, а также внимательно выбирается качество древесины для ферм.

Вывод

Строительство ферм является важным шагом для обеспечения надежной и устойчивой крыши:

• Металлическая или деревянная балка защищает крышу от таких элементов, как дождь, солнце, ветер и мороз,
• Выбор типа материала следует осуществлять с учетом устойчивости фундамента, подножия и стен здания,
• Балки осуществляют передачу нагрузки на стены,
• Классификация балок проводится в зависимости от их конструкции, статических систем и типов обрешетки,
• Существуют различные виды балок: треугольные, прямоугольные, трапециевидные и параллельные,
• Материалом для изготовления балок могут служить металл, дерево или стекловолокно,
• Прочность балки увеличивается за счет добавления дополнительных усиливающих элементов,
• Осуществляется расчет несущей способности как здания, так и перекрытий.

При выборе угла крыши важным аспектом является количество осадков, которые могут выпадать в данной местности: чем больше осадков, тем более крутой угол необходимо использовать. Действительно, скатные кровли способны удерживать меньшее количество осадков.

Архитектура металлической фермы: элементы, узлы и напряжение

Металлическая опора представляет собой конструкцию, состоящую из сварных или сборных труб и жестких соединительных элементов. Она включает в себя определенные компоненты:

• Балка, верхняя и нижняя, которая формирует раму.
• Решетка, соединяющая два уровня конструкции.
• Стойки, располагающиеся перпендикулярно продольной линии.
• Колонны, соединенные под углом с верхним и нижним уровнями.
• Позвоночник, который функционирует как вспомогательная опора.
• Узел представляет собой точку, где соединяются несколько полюсов. В данном месте трубки соединяются через фаску, что подразумевает использование специальной металлической пластины.
• Таблица обозначает расстояние между рядом узлов, в то время как пролет — это пространство между опорами фермы.

Верхняя хорда металлической фермы выполнена из трубчатых или двутавровых профилей с фланцевыми соединениями. Нижняя часть также изготовлена из аналогичных материалов.

Если балка испытывает нагрузку по высоте рам, следует установить дополнительные парные швеллеры. Внутренние балки и стойки производятся из круглой, угловой или профильной трубы.

Внутренние сетки фермы располагаются в различных конфигурациях, которые зависят лишь от практических требований. Увеличение количества поперечных компонентов приводит к повышению прочности конструкции, но также и к увеличению её стоимости (нужен больший объем материалов!). К примеру, возводится треугольная балка:

Внутреннее устройство стальной фермы подбирается в зависимости от технических требований проекта и ожидаемой нагрузки. Выбор типа столба напрямую влияет на вес конструкции, ее эстетические характеристики, сложность монтажа и финансовые затраты на строительство металлической балки.

Рассмотрим стандартные виды металлических ферм с внутренней структурой:

• Треугольная решетка обладает минимальным количеством соединений, что наиболее характерно для параллельных и трапециевидных балок. Также такая решетка считается самой экономичной из-за наименьшей общей длины стержней.
• Взрывная решетка необходима в случаях, когда основная нагрузка сосредоточена на верхней хорде. Она используется, когда необходимо поддерживать определенное расстояние между обрешетками.
• Диагональная балка подходит для ситуаций, когда стойки испытывают значительные физические нагрузки.
• Поперечные фермы применяются в конструкциях, где расчетные нагрузки распределены в различных направлениях.
• Для балок, выполненных из тавровых элементов, необходимо применять поперечные фермы.
• Полурешетчатые и ромбовидные решетки требуются для ферм с такими значительными высотами, что часто встречается при возведении мостов и мачт. Такие конструкции достигаются благодаря использованию двух систем балок с высокой жесткостью.

В реальной жизни все эти балки имеют следующий вид:

В данном примере можно увидеть, как выглядит не совсем обычная пружинная балка:

Проектирование ферм для крыши здания

Итак, давайте рассмотрим, как правильно рассчитать брус для сарая или более крупного сооружения, чтобы избежать излишних затрат на материалы и корректно определить прочность конструкции.

Мы настоятельно рекомендуем использовать готовые стандартные образцы, которые уже зарекомендовали себя на практике и прошли испытания временем. В идеале вы можете посоветоваться с опытным специалистом по поводу выбранной конструкции, а затем приступить к ее реализации.

Если вы решили заняться этим самостоятельно, начните с разработки плана будущей металлической фермы. Определите, какие контуры она будет иметь, нужно ли учитывать пространство под крышей и какое покрытие будет у кровли.

Высота металлической фермы определяется такими факторами, как тип кровельного материала, его масса, угол наклона крыши и возможность перемещения самой конструкции.

Нормативные документы

Таким образом, фермы должны соответствовать следующим национальным стандартам:

• ГОСТ 23118-99 (общие технические условия для стальных конструкций).
• ГОСТ 23119-78 (требования к изготовлению ферм с использованием сварки угловых соединений).
• ГОСТ 23119-78 (технические условия на производство стальных ферм и сварку секционных труб).

Для корректного проектирования металлической фермы вам потребуется информация из следующих источников: СНиП П-23-81 (для стальных конструкций) и СНиП 2.01.07-85 (по нагрузкам и воздействиям).

Создание каркаса для сарая или гаража можно выполнить «на глаз», не углубляясь в детали. Однако, в результате такой наивности вы неизбежно потратите больше материалов, чем требуется для обеспечения нужной прочности конструкции. В случае с домом балки должны быть рассчитаны максимально точно, чтобы выдерживать различные стихии и не создавать ненужной нагрузки на фундамент.

При расчете учитываются следующие аспекты:

• Постоянные нагрузки, например, масса кровельного покрытия.
• Непостоянные нагрузки, такие как изменения погодных условий, ураганы или даже торнадо.
• Дополнительные нагрузки, включающие снеговые и ветровые нагрузки, а также вес человека, работающего на крыше во время ремонта.

Высота балки напрямую влияет на ее способность к несению нагрузки: чем больше высота, тем выше прочность. Важным аспектом являются и ребра жесткости — их количество также увеличивает прочность балки. Однако стоит отметить, что увеличение веса конструкции приводит к росту её стоимости.

Интересно, что самые легкие металлические фермы достигаются при высоте, составляющей одну седьмую или одну девятую от пролета. Эти конструкции также оптимизируются за счет применения специальной решетки, в которой сжимающее усилие распределяется по коротким элементам.

Определение высоты и длины фермы

При проектировании металлических ферм необходимо учесть несколько ключевых моментов:

• Шаг 1. Установите ширину проема в конструкции, выберите форму крыши и угол наклона.
• Шаг 2. Определите контур прогона, принимая во внимание ожидаемую нагрузку на ферму.
• Шаг 3. Рассчитайте размеры рам и решите, будете ли вы собирать их самостоятельно или использовать сварные соединения.
• Шаг 4 Для определения оптимальной высоты металлической фермы используйте следующие формулы (L — длина фермы):

H=1/4×L или H=1/5×L, если рама треугольная, H=1/8×L, если конструкция параллельная, трапециевидная или многоугольная. Угол наклона верхней хорды должен составлять 1/8×L или 1/12×L.

Теперь необходимо определить параметры пластин. Обратите внимание, что плита представляет собой расстояние между колоннами, которые принимают на себя всю нагрузку. И угол наклона колонны варьируется для различных типов балок, в то время как плиты соответствуют этим углам. Например, в ферме с треугольной решеткой угол наклона составляет 45 градусов, а в решетке с колоннами — 35 градусов.

Как создать такую ферму своими руками?

На сегодняшний день металлические балки можно заказать готовыми с завода, но также есть возможность изготовить их самостоятельно.

Для этого используются следующие материалы:

• Алюминиевые профили обладают небольшой массой и идеально подходят для конструкций легких крыш.
• Круглые и профильные металлические трубы предлагают разнообразные варианты по сечениям, толщине стенок и составу материалов. Эти балки могут быть использованы на крышах различной конфигурации и сложности.
• Металлические трубы и водосточные системы применяются на крышах с особыми требованиями. В частном строительстве такие фермы встречаются нечасто из-за их значительного веса.
• Для менее сложных и лёгких конструкций подойдут металлические уголки или ЛСТК (легкие стальные тонкостенные конструкции). Эти элементы уместны при возведении навесов и других хозяйственных сооружений.

Хотя стоит отметить, что они предназначены для современных прочных скатных крыш, используемых на коттеджах или в гаражах. Однако, если в вашем регионе выпадает большое количество снега, это необходимо учитывать:

В сегодняшний день фермы ЛСТК широко применяются для возведения деревянных домов:

На сегодняшний день наиболее популярным вариантом металлических ферм являются конструкции, выполненные из профилированных труб. Такие трубы могут иметь овальное, квадратное или прямоугольное сечение. Они производятся из сталей 09G2S, St3SP и нержавеющих марок.

Интересно отметить, что изначально эти трубы имеют круглую форму и только затем поддаются процессу формовки в квадратные или другие формы с помощью холодной или горячей штамповки. Минимальные размеры таких труб составляют 15 x 15 мм, а максимальные — 45 x 35 см. Качество этих изделий соответствует стандартам ГОСТ.

Форма трубы оказывает значительное влияние на область её применения в конструкциях ферм. Трубы с плоским овальным сечением, например, обладают высокой гибкостью и позволяют создавать сложные конструкции с эстетически привлекательными формами. Квадратные и прямоугольные трубы идеально подходят для установки на ровной поверхности.

Также ознакомьтесь с тем, как создать аккуратные арочные балки из квадратной трубы, изготовленные вручную:

В современном строительстве металлические фермы производятся из двух типов секционных труб: горячекатаных и гнутых. Горячекатаные трубы создаются из стальных полос толщиной от 0,5 до 5 мм и могут иметь прямоугольное или квадратное сечение. Это наиболее распространённый материал.

Для возведения металлических ферм также могут использоваться U-образные балки, тавры и D-уголки. Однако ферменные профили обладают меньшим весом по сравнению с указанными конструкциями. Кроме того, их легко собрать на месте с помощью сварочного оборудования.

На сегодняшний день выгодно заказывать сборные конструкции или собирать их непосредственно на строительной площадке. После этого элементы могут быть доставлены на крышу в готовом виде. Весь процесс сборки должен выполняться строго по детальным чертежам, предоставленным заводом-изготовителем.

Для этого понадобятся:

Металлическая ферма представляет собой систему стержней, соединенных узлами, которые формируют геометрически стабильную конструкцию. Нагрузка на узел не существенно воздействует на функционирование фермы, а сами узлы обычно воспринимаются как модульные элементы. Все компоненты испытывают осевые силы как растяжения, так и сжатия.

Проектирование

Разработка проекта невозможна без наличия проектной документации и работы квалифицированных дизайнеров. Прежде чем начать проектирование, требуется определить размеры проема, тип почвы и вид кровельного материала, который будет использоваться. Форма крыши и угол ее наклона также должны быть установлены на начальном этапе. Необходимо учитывать снеговые и ветровые нагрузки, а также климатические особенности региона.

На основании собранных данных определяется тип конструкции фермы и выбирается подходящая сетка. Далее следует рассчитать необходимый объем стройматериалов. Рекомендуется приобретать материалы с небольшим запасом.

Процесс монтажа

Строительство с использованием стальных элементов осуществляется в четко разграниченных этапах. Сначала выполняются работы по заливке фундамента и установке кладки. После этого балки транспортируются на строительную площадку. Сборка, сварка, обработка поверхности и покраска осуществляются на земле. Затем готовые конструкции поднимаются краном на запланированное место установки. Последующие работы продолжаются в соответствии с заранее утвержденным планом.

Структурные особенности

Для оптимального распределения нагрузки требуется использование рамной конструкции. Нагрузка должна быть равномерно распределена по всей ферме, а не сосредоточена в одном месте. В зависимости от конфигурации балок выделяют несколько вариантов:

• Сегментарно-прямоугольная форма.
• Трапециевидный фронтон.
• Сегментированный скат крыши.
• Арка с вершиной (арчед-апекс).

При выборе типа балки нужно тщательно проанализировать каждый вариант и сопоставить их характеристики и свойства. Кроме того, выбор будет зависеть от конкретного применения — будь то строительство гражданских или промышленных объектов, либо других типов сооружений.

Существуют различные типы балок: плоские и объемные. Эти группы существенно различаются, и прежде всего следует изучить их характеристики. Плоские балки обладают лишь шириной и длиной, тогда как объемные конструкции имеют три измерения. Устойчивость и несущая способность конструкции рассчитываются на основе габаритов исходных элементов и проектировочного чертежа.

Для проектирования трехмерных конструкций необходимы следующие компоненты и узлы изделий:

• Нижний аккорд. Это компонент подконструкции, представляющий собой горизонтально расположенную балку. Она интегрируется в стены и затем соединяется с другими элементами. К ним относятся элементы жесткости — диагональные и вертикальные компоненты.
• Верхняя балка. Этот элемент также служит основой для соединительных планок, так же как и верхний аккорд. В случае прямоугольной конструкции балка располагается параллельно основанию. Для трапециевидных конструкций верхняя хорда разделяется на секции, которые воспроизводят заданную форму. В арочных и сегментных конструкциях формируется арка с определенной кривизной.
• Колонны и стойки. Эти элементы играют роль жесткости. Вертикальные ригели служат в качестве дренажных элементов. Диагональные компоненты стальной конструкции представляют собой колонны.
• Узлы. Этот элемент конструкции представляет собой места, где соединяются балки и стойки с верхней или нижней опорой. Конструкция разработана таким образом, что вся нагрузка распределяется именно на узлы.

Процесс строительства

Темные конструкции относятся к категории объектов с повышенной безопасностью. Это связано с тем, что прочность и устойчивость здания напрямую зависят от качества его исполнения. Конструкции изготавливаются из прямых и сплющенных уголков, круглых труб, швеллеров или холоднокатаных сварных балок.

В процессе производства фермы могут использоваться как сварные соединения, так и болтовые соединения. Рассмотрим их более детально:

• Соединение с применением заклепок или винтов. В начале процесса в материале создаются отверстия с помощью плазменной резки. При этом необходимо использовать крепежные элементы, обладающие высокой прочностью. В данной ситуации можно использовать винты, гайки, шайбы и прокладки. Болтовое соединение позволяет быстро собирать ферменные конструкции на строительном объекте. Если возникнет необходимость, такое соединение можно демонтировать, что также требует определенного времени.
• Слияние стальных компонентов на молекулярном уровне. В этом случае необходимо осуществлять сварку. На сегодняшний день доступен широкий ассортимент сварочных технологий. К ним относятся контактная сварка, электронная сварка и дуговая сварка. Применение дуговой сварки под флюсом для керамических конструкций является наиболее эффективным методом. Эта методика соединения упрощает процесс и делает его более автоматизированным. Сварочные машины способны создавать как внешние, так и внутренние швы благодаря технологии двойной сварки. Для обеспечения контроля качества применяются лазерные и ультразвуковые устройства. Стальной прокат, используемый для производства балок, может быть выполнен из различных марок стали: низколегированной, обычной, конструкционной, углеродистой и высокопрочной. Для защиты от негативных внешних воздействий целесообразно использовать оцинкованные материалы.

Основное конкурентное преимущество нашей компании заключается в том, что мы осуществляем полный цикл работ – от проектирования и возведения зданий до монтажа и передачи готового объекта «под ключ».

Проектирование фермы и её элементов

Тщательный расчет нагрузки, которую должна выдерживать металлическая балка, представляет собой сложную задачу, поэтому рекомендуется обращаться за помощью к профессионалам.

Определение размеров и толщины стенок трубных секций, подходящих для создания конструкции, основывается на следующей информации:

• габариты металлоконструкции, то есть длина и расстояние между опорами,
• высота опор и поперечных балок,
• конструкция ферм,
• максимальная снеговая нагрузка в зимний период,
• ветровые воздействия,
• геологические условия – сейсмическая активность, возможность оползней,
• масса дорожного покрытия.

Ошибки в расчетах могут привести к следующим последствиям:

• металлическая балка будет подвержена деформациям от нагрузки снега или мокрой, тяжелой листвы,
• конструкция может деформироваться под собственным весом — это наихудший сценарий,
• в условиях сильного ветра балка может потерять свою целостность,
• деформация со временем может вызвать обрушение конструкции, что создает угрозу для людей и ценных предметов, расположенных под крышей, например, автомобилей,
• неустойчивая конструкция может привести к обрушению крыши фермы,
• выбор излишне прочного и тяжелого профиля вызывает значительные материальные и трудовые затраты.

Если у вас имеется несколько ферм и опор для конструкций, в частности сарая для хранения инструментов, и расстояния между ними достигают 2 метров, то будет достаточно использовать тонкие трубы. Однако, при наличии четырех колонн и двух балок с пролетом от 6 до 8 метров необходимо выбирать более прочные профили.

Ниже указаны допустимые нагрузки на металлические фермы:

Пролет, м Размер трубы по толщине стенки, мм	1	2	3	4	5	6
Профиль трубы, длина трубы по толщине профиля (мм), длина трубы по толщине (мм)
40x40x2	709	173	72	35	16	5
40x40x3	949	231	96	46	21	6
50x50x2	1165	286	120	61	31	14
50x60x3	1615	396	167	84	43	19
60x60x2	1714	422	180	93	50	26
60x60x3	2393	589	250	129	69	35
80x80x3	4492	1110	478	252	144	82
100x100x3	7473	1851	803	430	253	152
100x100x4	9217	2283	990	529	310	185
120x120x4	113726	3339	1484	801	478	296
140x140x4	19062	4736	2069	1125	679	429
Прямоугольная труба (при условии, что она установлена вертикально)
50x25x2	684	167	69	34	16	6
60x40x2	1255	308	130	66	35	17
80x40x2	1911	471	202	105	58	31
80x40x3	2672	658	281	146	81	43
80x60x3	3583	884	380	199	112	62
100x50x4	5489	1357	585	309	176	101
120x80x3	7854	1947	846	455	269	164

Основы расчета металлической фермы

Для того чтобы рассчитать длину и другие параметры металлической фермы, начните с выбора формы крыши и размеров всей конструкции. Далее необходимо установить размеры крыши, количество опор, их форму и расстояние между балками.

Тип фермы выбирается в зависимости от конструкции крыши, тогда как форма фермы определяется назначением и расположением здания. Цельные металлические фермы чаще всего бывают консольными и примыкающими к зданию, в то время как отдельно стоящие фермы могут иметь многоугольную, треугольную, сегментную форму или арочную структуру. Крыши беседок зачастую обладают шести- и более скатами или имеют необычные решения, требующие специальных ферм.

Рекомендуемые материалы по металлическим конструкциям

В любом случае необходимо осуществить расчет нагрузки на всю крышу и балку, принимая во внимание вес снежного покрова, кровельного материала, обрешетки и самих металлических конструкций. Лучшим решением будет доверить точный расчет специалисту, основываясь на СП 20.13330.2016 «Нагрузки и напряжения». Это обновленная версия СНиП 2.01.07-85 и СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции. Обновленный вариант СНиП II-23-81».

Расчетные операции выполняются методом отсечения узлов, то есть в участках, где элементы соединены по модульному принципу — данный подход применяется в современных компьютерных программах. Альтернативным вариантом является метод Риттера и метод замены балок Хеннеберга.

Создание металлической фермы в виде трапеции или треугольника является вполне осуществимой задачей. Если вы обладаете навыками сварки и монтажа, вам удастся самостоятельно собрать тент или беседку. Однако для возведения крупной фермы с балками длиной 10 метров потребуется проект, разработанный профессионалами.

Воздействие угла наклона.

Конструкция фермы в значительной степени определяется углом наклона скатов. Этот параметр выбирается в зависимости от конфигурации крыши и расположения строения. Для крыш, примыкающих к другим зданиям, требуется более крутой угол наклона для обеспечения быстрого стока снега и воды. Напротив, относительно плоская крыша будет уместна для автономных строений.

Также стоит учитывать количество осадков, выпадающих в данной местности: чем больший объем осадков, тем больше должен быть угол наклона. Действительно, скатные крыши способны удерживать меньшее количество снега и дождя.

Для кровель с непрерывной структурой, которые отделены от других сооружений, как правило, выбирается угол наклона в районе 15°. Высота откоса составляет приблизительно 1/7-1/9 длины проема. Металлическая балка должна быть оформлена в трапециевидном виде.

Угол наклона от 15 до 22° предполагает, что высота карниза равняется 1/7 длины проема.

При углах наклона в диапазоне от 22° до 30-35° рекомендуемая высота карниза составляет 1/5 длины проема. В таких случаях часто применяются треугольные конструкции. Порой они также могут иметь ломаную нижнюю хорду для уменьшения нагрузки на металлическую ферму.

Параметры базовых углов.

Чтобы избежать ошибок при подсчете количества отдельных элементов и их длины, необходимо точно рассчитать основные углы расположения компонентов. Нижняя хорда должна быть перпендикулярна колоннам, а угол наклона верхней хорды относительно горизонта зависит от угла наклона крыши. Оптимальным для колонн считается горизонтально-вертикальный угол в 45°. Колонны следует устанавливать исключительно в вертикальном положении.

Уклон крыши определяется проектом или пропорциями. Для угла наклона до 15° шаг составляет от 1/7 до 1/9 длины проема; для угла 15-22° — 1/7 длины проема; для уклона от 22 до 35° — 1/5 длины проема.

Зная определенный уклон крыши, можно определить нужную длину деталей для стропильной фермы, что крайне важно для качественного монтажа.

Расчет стоимости изготовления металлических ферм

В частном строительстве часто применяются фермы из трубчатых профилей благодаря их легкости и возможности установки на месте проведения работ.

Цены на строительство металлических ферм варьируются в зависимости от сложности их монтажа и особенностей проекта, однако основными факторами, влияющими на стоимость, являются следующие характеристики конструкции.

• Форма,
• размеры,
• тип и количество прокатного материала, который потребуется для изготовления фермы.

Качество и срок службы конструкции определяются как отдельными компонентами, так и соблюдением стандартов при ее монтаже. Расходы на установку ферм зависят от этих факторов:

• Тип конструкции и уровень её сложности. Например, для возведения гаража и торгового центра необходимы различные квалификации специалистов.
• Площадь основания конструкции. Уменьшение стоимости строительства и установки происходит с увеличением общей площади конструкции.
• Местоположение. Это касается административного расположения участка, а также затрат на транспортировку оборудования и работников на объект.
• Срочность выполнения работ. В случае необходимости быстрого сооружения балок и сборки всей конструкции потребуется вводить сменный график, применять дополнительное оборудование и привлекать больше рабочих.

Все указанные аспекты могут существенно повлиять на стоимость производственных процессов, монтаж металлических ферм и финализацию проекта.

Процесс строительства ферм достаточно прост, если изначально тщательно подготовить проект и обеспечить качественный монтаж. Важным аспектом является также умение мастера выполнять работу аккуратно и без недостатков.