Расчёт и изготовление металлической фермы для навеса
Определение сочетанных воздействий и реакции опоры
Прежде чем приступить к проведению расчетов, необходимо уточнить конкретную схему соотношения длины фермы и угла наклона кровли. Определяясь со схемой, акцентируйте внимание на контуры поясов сооружения. Обозначьте назначение конструкции, тип необходимых материалов на крышу и конкретный угол ее наклона. Размеры фермы играют значительную роль в проведении расчетов. Чтобы точно рассчитать длину фермы, учитывайте угол ее наклона. При расчете высоты не забывайте о таких факторах, как тип, общий вес и возможной транспортировке изделия. В отдельных случаях дополнительно могут потребоваться данные о строительном подъеме. Также понадобятся размеры панелей междоузельного расстояния. Надежнее будет обратиться с данным вопросом к специалистам или существующим в данной сфере программам. Если расчеты производите самостоятельно, проверяйте их точность несколько раз, при этом согласовывайте их с чертежами. Расчеты приведут к негативным последствиям в том случае, если не владеть информацией о допустимой нагрузке на конструкцию.
треугольная конструкция фермы. Особенностями являются простота изготовления и возможность использовать такой вариант для кровель с большим уклоном. Следует учитывать сложность устройства большинства опорных узлов и значительный расход металлопрофиля.
Как правило, стандартные конструкции состоят из пары треугольных ферм, которые соединяются затяжкой. Такой вариант не позволяет образоваться длинным раскосам в средней части конструкции, и способствует облегчению общего веса конструкции. Закрепление потолка на такой ферме происходит фиксацией затяжки на верхнем узле пояса.
Довольно часто фермы изготавливают радиусными. Такие конструкции имеют более сложную методику расчёта, но большую конструкционную прочность, обусловленную более равномерным восприятием нагрузок. Изготавливать скругленными элементы заполнения смысла нет, а вот для деталей пояса это вполне применимо. Обычно арочные фермы состоят из нескольких сегментов, которые соединяются в местах схождения заполняющих раскосов, что нужно учитывать при проектировании.
Металлические фермы не являются редкостью в условиях современного строительства. Такие конструкции особенно востребованы при обустройстве помещений с большими размерами или в случае необходимости получить стропильную систему с наиболее высоким уровнем прочности и надёжности. Кроме того, металл обладает характеристиками, позволяющими оформлять конструкции из профильных труб для монтажа пролётов с длиной более десяти метров.
Таким образом, если разделить длину (с учётом коэффициента приведения) на минимальный радиус инерции, можно получить количественное значение гибкости. Для устойчивого стержня соблюдается условие, что частное от деления нагрузки на площадь поперечного сечения не должно быть меньше произведения допустимой сжимающей нагрузки на коэффициент продольного изгиба, который определяется значением гибкости конкретного стержня и материалом его изготовления.
Далее перейдём к крайнему нижнему угловому узлу, в котором сходятся вертикальный и горизонтальный сегменты пояса, а также наклонный раскос. Сила, действующая на вертикальный отрезок, вычислена в предыдущем пункте — это давящий вес и реакция опоры. Сила, действующая на наклонный элемент, вычисляется по проекции оси этого элемента на вертикальную ось: из реакции опоры вычитаем действие силы тяжести, затем «чистый» результат делим на sin угла, под которым раскос наклонён к горизонтали. Нагрузка на горизонтальный элемент находится также путём проекции, но уже на горизонтальную ось. Только что полученную нагрузку на наклонный элемент мы умножаем на cos угла наклона раскоса и получаем значение воздействия на крайний горизонтальный сегмент пояса.
Для удобства вычислений каждый соединительный узел фермы можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы воздействий пролегают по продольным осям элементов. Всё, что нужно для вычислений — знать длину сходящихся в узле отрезков и углы между ними.
Строительный каталог
Фермы применяют там, где использовать цельную несущую балку нецелесообразно. Эти конструкции отличаются меньшей пространственной плотностью, при этом сохраняют устойчивость воспринимать воздействия без деформаций благодаря правильному расположению деталей.
В заключение было бы неплохо обозначить практическую разницу между способами сборки фермы свариванием и с помощью разъёмных соединений. Начать следует с того, что сверление в теле элемента отверстий под болты или заклёпки практически не влияет на его гибкость, а потому на практике не учитывается.
Начать следует с определения общей конфигурации фермы. Обычно она имеет треугольный или трапециевидный профиль. Нижний элемент пояса располагают преимущественно горизонтально, верхний — под наклоном, обеспечивающим правильный уклон кровельной системы. Сечение и прочность элементов пояса при этом следует выбирать близкими к таким, чтобы конструкция могла поддерживать свой собственный вес при имеющейся системе опоры. Далее производится добавление вертикальных перемычек и косых связей в произвольном количестве. Конструкцию нужно отобразить на эскизе для визуализации механики взаимодействия, указав реальные размеры всех элементов. Далее в дело вступает её величество Физика.
Расчёт металлоконструкций стал камнем преткновения для многих строителей. На примере простейших ферм для уличного навеса мы расскажем, как правильно рассчитать нагрузки, а также поделимся простыми способами самостоятельной сборки без использования дорогостоящего оборудования.
Такой подход крайне прост и зачастую его с лихвой хватает для сооружения простых металлоконструкций, однако материалоёмкость при грубом расчёте получается крайне высокой. Более подробное рассмотрение действующих воздействий помогает снизить расход металла в 2 и более раз, такой подход и будет наиболее полезным для нашей задачи — сконструировать лёгкую и достаточно жёсткую ферму, а потом собрать её.
Точность сборки фермы крайне важна, ведь все расчёты мы проводили методом векторных диаграмм, а вектор, как известно, может быть только абсолютно прямым. Поэтому малейшие напряжения, возникающие вследствие искривлений из-за неправильной подгонки элементов, сделают ферму крайне неустойчивой.
Сборка на метизах или сваривание?
Начинать нужно с того узла, для которого в ходе вычисления реакции опоры было установлено максимально возможное число известных величин. Начнём с крайнего вертикального элемента: уравнение равновесия для него гласит, что сумма векторов сходящихся нагрузок равна нулю, соответственно, противодействие силе тяжести, действующей по вертикальной оси, эквивалентно реакции опоры, равной по величине, но противоположной по знаку. Отметим, что полученное значение — лишь часть общей реакции опоры, действующая для данного узла, остальная нагрузка придётся на горизонтальные части пояса.
Процесс изготовления ферм из профильной трубы отличается достаточной трудоемкостью и довольно затратный, тем не менее, он существенно экономичнее, чем применение цельных балок из любого материала. Помимо невысокой стоимости, данный вид актуального сегодня строительного металлопроката имеет массу достоинств и положительных технических характеристик:
Основной сферой использования ферм является конструирование металлических каркасов для навесов и различных построек. Кроме того, посредством таких конструкций выполняется защита значительных площадей от солнца и атмосферных осадков. Широко используются металлические фермы в сооружении мостов и в качестве перекрытий в сегменте промышленного или частного строительства.
Если же сборка фермы производится стыкованием элементов без косынок, здесь нужны особые навыки. Прочность всей фермы определяется наименее прочным её узлом, а потому брак в сваривании хотя бы одного из элементов может привести к разрушению всей конструкции. При недостаточном навыке ведения сварочных работ рекомендуется провести сборку на болтах или заклёпках с использованием хомутов, угловых кронштейнов или накладных пластин. При этом крепление каждого элемента к узлу должно осуществляться не менее чем в двух точках.
Конструкционно ферма состоит из внешнего пояса и заполняющих элементов. Суть работы такой решётки довольно проста: поскольку каждый горизонтальный (условно) элемент не может выдержать полную нагрузку ввиду недостаточно большого сечения, два элемента располагаются на оси главного воздействия (силы тяжести) таким образом, чтобы расстояние между ними обеспечивало достаточно большое сечение поперечного среза всей конструкции. Ещё проще можно объяснить так: с точки зрения восприятия нагрузок ферму рассматривают так, будто она выполнена из цельного материала, при этом заполнение обеспечивает достаточную прочность, исходя лишь из расчётного приложенного веса.
Детали заполнения вырезают по аналогии с элементами пояса. Основная загвоздка в том, что ферма — изделие строго унифицированное, а потому для её изготовления потребуется точная деталировка. Как и при расчёте воздействий, каждый элемент нужно рассматривать индивидуально, определяя углы схождения и, соответственно, углы подреза краёв.
