Как сделать расчёт фермы и выбрать наиболее надёжную конструкцию: рекомендации и примеры
Неразрезные
Выбор конкретного типа фермы зависит от требуемой металлоемкости, от уровня выдерживаемых нагрузок, от уклона кровли. Например, трапециевидные конструкции, выдерживающие значительные вертикальные нагрузки, подходят для крыш с уклоном от 6 до 15 градусов. А для кровель с уклоном 22-30 градусов выбирают треугольные, для которых характерен небольшой вес.
Так, по работе в пространстве фермы могут быть плоскими или пространственными. Первые делаются плоского сечения и хорошо воспринимают вертикальные нагрузки — например, снеговые. В случае с пространственными речь идет об объемных конструкциях, где каждая сторона — это плоская ферма. Например, это может быть основание (стрела) башенного крана или опора ЛЭП.
Используются при устройстве не менее 2 перекрываемых пролетов. Металлоемкость здесь меньше, но жесткость конструкции — больше. Высота фермы снижается из-за осадки опор. Но для слабых грунтов такие конструкции не подходят, поскольку здесь будут увеличенные усилия. Считается, что неразрезные фермы более сложны в монтаже по сравнению с разрезными.
Монтаж и сборку этих несущих металлических элементов ведут по предварительно подготовленным чертежам. Самым простым и распространенным считается болтовое соединение. Здесь важно контролировать затяжку метизов, чтобы сборка получилась по-настоящему надежной. На болты можно крепить связи, фахверки и прогоны, а также и другие элементы. Чтобы надежно зафиксировать крепеж, применяют специальные ключи или пневмоинструмент.
Такие фермы используются для светопропускающих кровель и навесов, но они довольно сложные в реализации. Элементы здесь изгибаются и приобретают дугообразную форму. Тщательно рассчитывается геометрия конструкции, чтобы обеспечить идеальное распределение нагрузки.
Похожи на полигональные, поскольку практически так же выстраиваются по эпюре моментов. Но в этом случае узлы упрощены. И создаваемое жесткое рамное соединение увеличивает общую прочность здания. По форме вся конструкция напоминает трапецию с изломом в верхнем поясе. Эти конструкции могут использоваться для крыш с небольшим уклоном.
Конструкция металлической фермы в обязательном порядке должна соответствовать углу наклона кровли. Например, крыша может быть пологой, если речь идет об отдельно стоящем “ненагруженном” здании, и тогда опорные фермы делаются невысокими. А если конструкция примыкает к зданию, то крыша делается отвесной, что помогает обеспечить лучший отвод воды во время дождя. Да и снег на такой крыше не задерживается.
Также ферма может быть треугольной по типу решетки. В этом случае все соединения раскосов образуют в плоскости треугольники. Это экономично и удобно: количество узлов и стержней здесь сведено к минимуму, и требуемый метраж проката тоже сокращен. В большепролетных зданиях используют фермы треугольные со стойками, усиленные.
Выбор типа опорных решёток
Второй вариант – односкатные металлические конструкции. В их основе жесткие узлы, обеспечивающие стойкость к внешним нагрузкам. Создание такой конструкции отличается экономичностью материала и соответственно небольшими расходами. Третий вид – полигональные фермы. Их отличает длительный по времени и достаточно сложный монтаж, а преимуществом становится способность выдерживать большой вес. Четвертый вариант – треугольные фермы из профильной трубы. Они используются, если планируется создание металлической фермы с большим углом наклона, но минусом станет наличие отходов после сооружения.
Следует помнить о том, что увеличение высоты своими руками будет приводить к повышению несущей способности. В таком случае снежный покров не будет удерживаться на кровле. Чтобы дополнительно усилить металлоконструкцию, придется монтировать ребра жесткости. Чтобы определить габариты фермы, стоит руководствоваться такими данными:
Следующим шагом становится фиксация металлических профильных труб посредством сварки. Изделия приваривают к опорам. Элементы ферм и узлы сваривают на земле, а после этого крепят посредством перемычек и раскосов. Следующим шагом становится подъем металлических балок на высоту, сварку с профильными трубами и опорами, вваривание перемычек и создание отверстий для крепежей в них. В заключение элементы зачищаются, и конструкция подготавливается к укладке кровли и покраске.
К железобетонным колоннам или к кирпичным стенам фермы крепятся анкерными болтами. Все монтажные работы проводят с обязательным соблюдением правил техники безопасности. Так, для установочных задач привлекаются сертифицированные стропальщики. Рабочим обязательно выдаются необходимые СИЗ: экипировка должна включать в себя каску, монтажный пояс, прочные брезентовые рукавицы.
Тип основных несущих кровельных конструкций выбирается с учетом назначения и расположения объекта. так, односкатные фермы — например, для навесов, примыкающих к дому, чаще всего делаются консольным. А вот уже отдельно стоящие постройки, даже если речь идет о тех же навесах, могут монтироваться на сегментных, арочных, полигональных или треугольных фермах. В любом случае, еще необходимо опираться на нормы СНиП.
Отдельно стоит отметить разные способы крепления и соединения, создания основных узлов. Это может быть сварка как наиболее прочный способ крепления, а также болты или заклепки. Соединение на болтах считается самым быстрым, а заклепки сформируют ответственные узлы даже без сварки. В этом случае прилегание крепежа к металлу будет более плотным и не понадобится контролировать усилие затяжки. Хотя потребуется дорогой инструмент для выполнения заклепочных соединений нужной прочности.
Треугольные
Фермы как металлические конструкции с минимальным весом и высокой прочностью используются в строительстве и промышленности повсеместно. Так, это один из основных элементов быстровозводимых зданий — от промышленных цехов и складов до выставочных и торговых помещений.
Основным материалом практически всегда служит оцинкованная сталь разных сечений. Но очень легкие ненагруженные конструкции можно создавать и из алюминия, хотя в промышленном строительстве такой вариант не используется. Это решение для сезонных или временных объектов. Расскажем подробнее.
- При выборе типоразмера стоит отдавать предпочтение квадратным и прямоугольным изделиям, добавляющим конструкции устойчивости благодаря ребрам жесткости.
- Использовать необходимо исключительно качественные изделия, материал – высокоуглеродистая легированная сталь, устойчивая к агрессии окружения.
- Правильный выбор изделий и материала станет залогом требуемой несущей способности.
- При соединении металлических компонентов фермы необходимо использовать спаренные уголки и прихватки.
- В верхнем поясе монтируют металлические двутавровые уголки, выполняя стыковки по стороне, которая имеет меньший размер.
- При сопряжении деталей используют равносторонние уголки.
- Составляющие длинных металлических конструкций крепят с помощью накладных пластин.
- Раскосы монтируют под углом в 45 градусом, а стойки – 90 градусов.
- Первоначально собирают основную конструкцию, после этого начинают сваривать ферму, проверяя сварные швы на качество.
Применение ферм для монтажа крыш, навесов и перекрытий очень популярно. Жесткость и прочность таких конструкций делает их востребованными во всех областях строительства. Но важно выполнить правильный расчет размеров и других параметров. Проектирование фермы также предполагает полный расчет нагрузки.
Результат проектирования металлических ферм — это подготовка чертежей с указанием точных размеров. Уже по чертежам определяется металлоемкость изделия и составляется смета на приобретение проката. Но рабочая документация также позволяет контролировать правильность типоразмеров и в собранном виде, уже когда ферма будет установлена как часть сооружения.
Стоимость учитывает габариты конструкции, ее высоту, изгиб, вес, особенности установки. Важен тип фермы — будет ли она собираться на заводе и поставляться в виде готовой габаритной конструкции, или же здесь идет речь о легких опорах из профилированных труб, которые могут монтироваться прямо на месте.
Фермы могут быть плоскими или пространственными. Но в любом случае, они будут состоять из контура и решетки. В решетке используются такие типы элементов — раскосы и стойки, соединенные за счет фасонок или примыкающие друг к другу в узлах. Детали центрируют по осям центра тяжести, что позволяет стержням выдерживать именно осевые усилия.
Чем больше осадков ежемесячно выпадает на участке строительства, тем более высоким нужен угол кровли — и высота основы соответственно увеличивается. Чем “круче” конструкция, тем меньший объем осадков на ней может задержаться. Рекомендации здесь будут следующие:
