Как строить металлические фермы: расчет и сварка ферм из профильной трубы

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.

Виды металлических ферм

Виды металлических ферм.

{reklama1}

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?

Схема производства профильных труб

Схема производства профильных труб.

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.

Схема устройства фермы из профильной трубы

Схема устройства фермы из профильной трубы.

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 чердачного перекрытия, 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 угол уклона кровли 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.

Схема стропильных ферм для угла наклона крыши 22-30 градусов

Схема стропильных ферм для угла наклона крыши 22-30 градусов.

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

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.

Когда крыша односкатная и угол ее уклона 6 . 10 градусов, делается ферма асимметричной формы.

Помимо профильной трубы, в качестве материала для стропильных ферм могут быть использованы швеллер (балки из металла, в сечении . буква П), тавр (металлический профиль с сечением в виде буквы Т), уголок (металлический профиль с сечением в виде буквы Г).

Преимущество конструкции из профильной трубы в том, что она легче, по сравнению с конструкциями из материалов, обозначенных выше. Также сварка позволяет собрать конструкцию прямо на месте.

Есть два вида профильных труб: гнутые и горячекатаные. Последние делаются из ленты толщиной 1,5.5 миллиметров, сечение у них в форме квадрата или прямоугольника.

Опыт показывает, что профильные трубы чаще всего становятся основой ферм для крыш с более легкими кровельными материалами, такими как поликарбонат, битумный гонт, ондулин. Деревянные стропила . для более тяжелых кровельных материалов, типа шифера, металлической черепицы, железа.

Как рассчитать ферму (пошаговая инструкция)

Для этого необходимо:

  1. Калькулятор.
  2. СНиП, П-23-81, стальные конструкции.
  3. СНиП, 2.01.07-85, нагрузки и воздействия.

Технологические требования СНиП

Схема зависимости длины стропил от угла наклона кровли

Схема зависимости длины стропил от угла наклона кровли.

  1. Выбор схемы. Определяем контуры поясов фермы. Очертания конструкции выбираются в связи с функциями сооружения, типом покрытия крыши, углом уклона.
  2. Выбор размеров конструкции. Если ТТ не предусматривают другого, длина фермы определяется по принципу экономии. Высота конструкции зависит от типа кровельного материала, возможности перемещения фермы, минимально возможного ее веса и возможности обеспечения установленного угла уклона поясов.
  3. Расчет строительного подъема (погашаемый обратный выгиб конструкции от нагрузок), если пролет превышает тридцать шесть метров.
  4. Определение панельных размеров. Эти размеры должны быть в соответствии с расстоянием между частями, передающими нагрузку на металлоконструкцию. Не забывайте: угол раскоса у разных ферм разный, а размеры панели должны ему отвечать. При решетке треугольной формы этот угол составляет 45 градусов. Если форма решетки раскосная, 35 градусов.
  5. Указываем расстояние между узлами фермы. Обычно оно равно ширине панели.

Советы:

  1. Будьте аккуратны! Малейшая погрешность в расчетах может привести к ошибкам во время строительства. Лучше проконсультироваться с опытным мастером по поводу схемы, прежде чем переходить к ее реализации.
  2. Во избежание долгих и тяжелых расчетов ферм можно взять готовые типовые проекты, которые используют при постройке производственных сооружений и общественных зданий.

Итак, металлические фермы . это конструкции, связывающие лаги и столбы опоры и определяющие ширину и генеральные размеры навеса.

Ферма-классика – в виде арки. Она состоит из верхнего и нижнего профиля. Нижний пояс имеет вид дуги и является направляющим. Пояса соединяются друг с другом ребрами жесткости.

http://www.youtube.com/watch?v=TgcZArqO5oo

{reklama2}

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.

http://www.youtube.com/watch?v=oDksM4kiDUQ

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).