Что такое ферма в строительстве?

Мостовые фермы

Наш институт специализируется на проектировании мостовых сооружений. Выполняём детальный расчёт мостовых ферм, разрабатываем паспорта мостов, а также готовим полный комплект проектной документации.

Мостовая ферма по расчетной схеме с точки зрения строительной механики представляет собой сквозную стержневую систему, работающую на основную нагрузку, которая остается геометрически неизменной, с объединением в узлах шарнирами.

Уникальность конструкции мостовой фермы заключается в ее способности не меняться под воздействием внешних факторов. Нагрузка на систему – внушительная, но ферма представляет собой конструкцию, состоящую из множества объединенных треугольников, которая обладает большой жесткостью по сравнению с другими.

Нагрузка в них полностью направлена в место соединения узлов, т.к стержни лучше проявляют свои свойства в процессе сжатия-растяжения, а не на излом.

На рисунке 1 изображена ферма с полигональным поясом.

В строительной металлоконструкции используется жесткое, а не шарнирное соединение стержней. Это обусловлено разницей жесткостей элементов и узлов конструкции, поэтому в расчетной схеме используется шарнир.

Классификация мостовых ферм

1. По характеру очертания: с параллельными поясами, с полигональным очертанием верхнего пояса, треугольным очертанием, сегментным, трапецеидальным.

2. По типу решетки: треугольные, раскосные, полураскосные, ромбические.

3. По типу конструкции:

  • Разрезные – применяются при возведении сооружений с плохими инженерно-геологическими условиями, там, где возможны просадки опор.
  • Неразрезные используются для перекрытия нескольких пролетов, и обладают большей экономичностью по сравнению с разрезными.
  • Консольные – используются при строительстве навесных конструкций.

4. По уровню проезда: с ездой понизу, по верху и по середине.

5. По типу опирания: балочная, двухопорная, многоопорная, арочная, вантовая, рамная, комбинированная.

6. По материалу:

  • Деревянные фермы стали применяться одними из первых, но после появления металлопроката спрос на них упал.
  • Металлические фермы представляют собой достаточно востребованные при строительстве мостов с большими пролетами.

Все типы ферм предназначены для определенных видов нагрузок и эксплуатации. При проектировании мостов часто используют – трапециевидную мостовую ферму с треугольной решеткой и арочную с раскоской решеткой.

В основном применение фермы используется для перекрытия больших пролетов с целью свести к минимуму расход материалов, т.е облегчить конструкцию и снизить финансовые затраты.

На рисунке 2 представлены: а и б-схема фермы с ездой поверху, в-схема фермы с ездой понизу.

Преимущества мостовых ферм:

  • Высокая жесткость конструкции;
  • Минимальная материалоемкость;
  • Экономичность в финансовых затратах;
  • Легкость придания различной формы, согласно условиям архитектуры и технологии производства;
  • Обширная область применения.

Недостатки мостовых ферм:

  • Неразрезные фермы чувствительны к перемещениям опор;
  • Сложность устройства деформационных швов;
  • Большое количество схем расчёта;
  • Упрощённый метод расчёта.

Около 150 лет фермы находятся на службе у инженеров и строителей, не теряя своей актуальности. Использование новых сплавов, видов бетона, создание уникальных конструкций с помощью ферм, позволяют применять их в своей работе снова.

В своей деятельности проектный институт «ТРАНССТРОЙПРОЕКТ» для строительства мостов применяет различные конструкции, в том числе мостовые фермы.

Например, при проектировании пешеходного моста на 25 км МКАД у ТЦ «ВЕГАС», в г. Москва применялась металлическая неразрезная безфасовочная ферма.

Также можно привести в пример работу по разработке проектов металлических пролетных строений по 5 пешеходным мостам на Южном участке северо-западной хорды по улице Рябиновая в Москве.

Более подробно ознакомиться с объектами и технологиями можно в разделе Наши объекты.

Металлические фермы

Современные возможности строительства сделали процесс возведения зданий и сооружений более простым и быстрым. Во многом этому способствовало развитие производственной отрасли: прочные стальные металлоконструкции стали основой для быстровозводимых модулей. Сейчас сроки монтажа зданий из металлического каркаса составляют от 1 дня: на месте скрепляются уже готовые составные элементы.

Среди прочих несущих конструкций особое место занимают фермы из металлического профиля. От их надежности зависит срок службы всего здания, его устойчивость и безопасность тех, кто будет жить или работать в получившемся помещении.

Что представляют собой фермы металлические

Это сборная или сварная система из профильных труб и жестких крепежных узлов, которая благодаря своему строению не меняется геометрически при рассчитанной нагрузке. По форме и назначению бывает разной, поэтому встречается во многих направлениях строительства. Обычно это висячая конструкция, чаще всего используется в роли стропильного несущего элемента здания. Трубы соединяются в решетку, скрепляются между собой дополнительными ребрами жесткости, и в результате получается плоская или объемная стропильная система, которую в уже готовом виде можно установить на несущие колонны для дальнейшего монтажа крыши.

Составные части металлической фермы

Конструкцию делят на:

  • Верхний и нижний пояс – они служат каркасом;
  • Решетки – она связывает оба уровня и состоит из:
    • Стойки – труба, смонтированная перпендикулярно к оси (поясу);
    • Раскосов – части, присоединенные под углом к верхнему и нижнему уровням;
    • Шпренгеля – вспомогательного раскоса.

    Точка, в которой сходятся несколько стержней, называется узлом. В ней трубы соединяются при помощи фасонки – металлического листа. Расстояние между двумя соседними узлами называют панелью фермы, а между опорами стропильных систем – пролетом.

    Материалы для производства металлических ферм

    • Тавровый прокат и швеллер, подходящие по своему классу для кровель с особыми нагрузками. Эти металлоизделия используют крайне редко, поскольку они значительно утяжеляют каркас;
    • Профильные и круглые металлические трубы. Это наиболее распространенные виды металлопроката, которые успешно применяют для монтажа ферм. Сечение, толщина стенки, длина и состав сплава подбираются в соответствии с техническим заданием и расчетами;
    • Уголок. Чаще всего применяется для сборки временных конструкций с небольшой массой или простых по строению хозяйственных помещений. Монтаж металлической фермы из уголка можно осуществить даже самостоятельно, если речь идет о строительстве хозблока, навеса на даче и т.п.
    • Алюминиевые профили. В тех случаях, когда сооружают крышу с легким типом покрытия (например, сотового поликарбоната), можно взять за основу эти небольшие по весу трубы.

    Чаще всего, если мы говорим об изготовлении металлических ферм, речь идет о системах внушительного размера. Их собирают для крупных промышленных объектов, поэтому используются надежные стальные профили. Трубы отливают из стали с маркировками Ст3СП, 09Г2С, в том числе, из нержавеющей. Применяются горячий и холодный методы производства. Все металлические изделия обязательно проходят проверку на соответствие ГОСТу по большому числу параметров. Это можно считать гарантией надежности и устойчивости будущей фермы.

    Сферы применения ферм из металлического профиля

    Чаще всего подобные каркасы применяются в строительстве крыши. Устойчивые и при этом легкие стропильные системы из труб служат отличной основой для монтажа кровли и значительно сокращают сроки ведения работ. После установки остова его остается только укрыть кровельным материалом.

    Фермы из металлического профиля можно считать аналогом стальных балок, однако они более экономичны по расходу материала. При небольших нагрузках и большой длине пролета их эффективность намного больше сплошных балочных металлических изделий.

    Фермы широко используются при возведении:

    • Складских и торговых комплексов;
    • Ангаров и хозяйственных помещений;
    • Производственных цехов;
    • Офисных многоэтажных зданий.

    Также востребованы стропильные системы из профилированных труб в частном строительстве: они удобны тем, что имеют меньший вес в сравнении с каркасами из швеллера, тавра, а собрать их можно достаточно быстро прямо на стройплощадке.

    Преимущества металлических ферм

    • Сборные конструкции можно заранее скомпоновать, подготовить к монтажу на производстве. После чего они доставляются на место строительства, где ручным способом скрепляются;
    • При этом размер каркаса можно подобрать таким образом, чтобы минимизировать затраты на транспортировку;
    • С обрешетками из металлических профилей достаточно легко работать, так как они имеют относительно небольшой вес;
    • Фермы позволяют достаточно быстро создавать высотные конструкции с прочным основанием;
    • Имеют меньшую цену в сравнении с монолитными строениями из бетона, кирпича;
    • Профили, которые используются при изготовлении ферм, устойчивы к изгибанию, деформациям, воздействию ветра;
    • Стропильные системы из металлопрофиля имеют длительный срок службы;
    • После монтажа металлическую ферму можно окрасить в любой цвет, а значит, гармонично вписать в интерьер сооружения.

    Недостатки

    Профили требуют качественной антикоррозийной обработки, иначе велика вероятность, что сталь придет в негодность в течение всего лишь 2-3 лет из-за конденсата, который скапливается в самых верхних воздушных слоях помещения, то есть как раз в чердачной зоне;

    Для монтажа металлических ферм необходимо привлекать профессиональных рабочих. Нужна специальная техника, в том числе, подъемная, а специалисты справятся с задачей, если имеют допуск к высотным работам. Поэтому если вы заказали в компании только производство металлической фермы, приготовьтесь к тому, что придется воспользоваться и услугами по монтажу;

    Также потребуется проведение проектно-расчетных работ, придется потратиться и на доставку. За этим также лучше обращаться в специализированную фирму, и желательно в качестве главного критерия выбора ставить не цену, а качество. От надежности несущих элементов зависит и долговечность всего сооружения.

    Классификация металлических ферм

    По количеству поясов:

    • Плоские – все стержни и узлы крепятся в одной плоскости;
    • Пространственные – более сложные по своему устройству, так как могут иметь несколько поясов, лежащих в параллельных плоскостях.

    По типу контура

    • Параллельные. Наиболее просты и экономичны, так как собираются из одинаковых элементов;
    • Односкатные треугольные. Отличаются небольшой материалоемкости при способности выдерживать большие нагрузки, так как каждый узел характеризуется повышенной жесткостью;
    • Полигональные. Подходят для кровли из тяжелого настила, однако достаточно сложны в монтаже;
    • Треугольные двухскатные. Идеальны для устройства крыши с крутыми скатами, но после изготовления остается немалая доля отходов;
    • Трапецеидальные. Схожи с полигональными по характеристикам и возможностям, но имеют упрощенную конструкцию;
    • Сегментные. Они хороши для зданий со светопропускающей кровлей, но отличаются более сложным производством. Для них необходимо изготавливать дугообразные элементы с точной геометрией: только это позволит равномерно распределить нагрузку.

    По типу решетки

    Рисунок подбирается в зависимости от уровня нагрузок, от точек их приложения, от очертания поясов и иных конструктивных требований. При этом тип обрешетки значительно влияет на вес фермы, трудоемкость изготовления, внешний вид и, в конечном счете, на финансовую сторону производства.

    • Треугольная. Подходит для трапецеидальной и параллельной разновидностей ферм. в ней наименьшее число узлов (а значит монтаж будет быстрее и проще), минимальная суммарная длина стержней (поэтому меньше материала потратится на изготовление).
    • Раскосная стропильная ферма. Наиболее целесообразно использовать данный тип при небольшой высоте остова и при условии, что стойки противостоят большим усилиям.
    • Шпренгельная решетка. Хорошо справляется со своей задачей в сооружениях, где основная нагрузка сосредоточена у верхнего пояса при вне узловом приложении сил, а также там, где нужно уменьшить длину расчетного пояса. Такой рисунок обрешетки дает возможность сохранить нормальное расстояние между прогонами и позволяет заложить промежуточный узел для укладки крупнопанельной кровли.
    • Крестовая разновидность. Подходит для каркасов, где расчетная нагрузка действует в обоих направлениях.
    • Перекрестная решетка. Наиболее распространена для ферм, выполненных из тавров с креплением раскосов непосредственно к его стенке.
    • Ромбическая и полураскосная. Большое распространение получили в создании мостов, башен, мачт и ферм с большой высотой. Устройство рамы обладает отличной жесткостью из-за взаимодействия двух систем раскосов, поэтому она будет полезна при работе конструкций на большие поперечные силы.

    Расчет при изготовлении металлической фермы

    Прежде чем приступать к производству, необходимо составить технические характеристики будущей конструкции. Проводится это по специальным технологическим правилам в несколько этапов:

    1. Нужно определить ширину пролета в постройке, выбрать форму крыши и угол ската.
    2. Из всего многообразия контуров поясов выбирается наиболее предпочтительный, при этом учитываются предполагаемый уровень нагрузок на ферму, форма крыши и т.д.
    3. Проводится расчет размеров каркаса. По этому параметру определяется, будет ли ферма собрана на производстве, сварена и доставлена в цельном виде автотранспортом либо же она будет изготовлена непосредственно на строительной площадке. Очевидно, что второй вариант выбирается в том случае, если остов имеет значительную длину и высоту.
    4. Затем считают габариты кровельных панелей, основываясь на показателях постоянных и периодических нагрузок.
    5. Для расчета оптимальной высоты при производстве металлических ферм применяют следующие формулы:
      • для рам треугольной формы: Н=1/4×L либо Н=1/5×L.
      • для параллельных, полигональных и трапецеидальных контуров: Н=1/8×L, при этом уклон верхнего пояса доложен составлять приблизительно 1/8×L или 1/12×L;
  • Для проектирования расположения раскосов учитывают, что угол их расстановки должен составлять от 35 до 50 градусов. Оптимальное значение – 45°.
  • Далее определяется расстояние между узлами (как правило, ориентируются на размеры панелей). Если длина фермы более 36 м, надо дополнительно вычислить значение строительного подъема – это обратно погашаемый изгиб, который воздействует на металлический каркас при нагрузках.
  • После проведения расчетов готовят чертеж, по которому будут вести производство.
  • Изготовление металлических ферм

    Производство осуществляется либо на земле в условиях стройплощадки, либо в специальных цехах на заводе металлоконструкций. Процесс представляет собой, по сути, сборку заранее подготовленных элементов – поясов, раскосов, стоек. Иногда элементы уже имеют монтажные отверстия – тогда работа упрощается. Если же таковые не были подготовлены, то предварительно детали фиксируют способом прихватки с использованием струбцин.

    Производство проходит в строгом соответствии с детализированными чертежами. При этом используется один из 2 методов соединения металлических частей каркаса:

    • С помощью болтов. Он наиболее распространен благодаря своей простоте. Используют его при монтаже ферм, прогонов, связей, фахверков и пр. Надежность болтовых соединений зависит от степени натяжения болтов. Как правило, на этом этапе работу выполняют 2 специалиста-монтажника, применяются особые ключи с длинными рукоятками или пневматические инструменты.
    • С применением сварки. На производстве прибегают к данному способу только при острой необходимости получить крайне жесткое и устойчивое соединение. Перед началом сварочного этапа элементы металлической фермы крепят друг к другу грубыми монтажными болтами. Особенно ответственные узлы соединяются при помощи заклепок.

    Монтаж металлических ферм

    После этапа производства стропильная система из профилей целиком или по частям доставляется на место непосредственной сборки. Устанавливают ферму обычно на колонны, которые предварительно цементируются и закрепляются на основании.

    Для подъема остова наверх прибегают к услугам стрелочного крана, используют ручные парные оттяжки, чтоб исключить раскачивание фермы и направить ее во время монтажа. Сначала систему крепят временными соединениями, а затем уже основательными. Перед тем, как снять стропы, убеждаются, что как минимум половина предусмотренных креплений надежно затянуты.

    Монтажи ферм на разные основания имеют свои особенности. Например, если установка производится на железобетонные колонны или кирпичные стены, то крепежом выступают анкерные болты. А если длина конструкции превышает 10-12 метров, то расчет крыши проводится как спаренной системы: стропильные ноги вместе с перемычками складываются из двух частей, которые собираются в единое целое уже на объекте.

    Монтаж стропильной фермы должен проводиться обязательно с соблюдением техники безопасности:

    1. Участвовать в нем могут только квалифицированные мастера-высотники и стропальщики, которые имеют допуск к данному роду работ;
    2. 2. Каждый специалист перед началом монтажа должен пройти инструктаж по технике безопасности;
    3. Нужно позаботиться о наличии экипировки для рабочих: каски, рукавицы, монтажный пояс – вот тот минимум, который необходим. Конечно же, в дополнение к сезонной спецодежде.

    На сегодняшний день металлические фермы не имеют альтернативы благодаря быстрому производству, монтажу, а главное, тем качественным характеристикам, которыми они обладают. Это отличное соотношение массы каркаса и его расчетной нагрузки, долговечность, простота монтажа и сборки, устойчивость к внешним воздействиям. Все это позволяет назвать фермы из металлических профилей технологическим достижением в области строительства.

    Ферма — это что такое? Строительная конструкция

    Самое распространенное значение слова «ферма» – сельскохозяйственное предприятие, предназначенное для животноводства. Но сейчас речь не о месте ведения подсобного хозяйства. Здесь собрана вся информация о вероятно древнейшей строительной конструкции, которая до сих пор актуальна в современной жизни. Она имеет широкое применение в строительстве, особенно в конструировании мостов и спортивных сооружений.

    Ферма – это система, состоящая из стержней, которая остается геометрически неизменной при смене ее жестких узлов шарнирными. К ней также относятся и шпренгельные балки, которые представлены комбинацией из двух- или трехпролетной неразрезанной балки и подпружной тяги.

    Где используется?

    Как уже упоминалось, ферма в строительстве является незаменимым элементом. С ее помощью строители облегчают конструкцию сооружения и уменьшают расход необходимых материалов. Без использования фермы не обходится строительство мостов, стадионов, ангаров, а также декоративных сооружений, таких как павильоны, сцены, подиумы и т.д.

    При проектировке корпуса корабля, самолета, тепловоза расчет прочности происходит таким же способом, как и расчет нагрузки на ферму.

    Классификация

    Ферма – это конструкция, состоящая из стержней, которые связаны между собой в узлах и образуют статически неизменную систему. Классификация ферм может быть проведена по множеству свойств.

    По грузоподъемности конструкции

    • Легкие. В них используется одностенчатое сечение. Легкие фермы чаще всего используются в промышленном строительстве.
    • Тяжелые. Тяжелые фермы применяются в конструкции башенных кранов, спортивных стадионов и т.д. В них используются стержни более сложного сечения, нежели в легких. Как правило, они состоят из двух-трех частей из-за большой расчетной длины и возлагаемой на них нагрузки. Чаще всего используют двухстенчатое сечение с двухплоскостным узловым сопряжением.

    По общим признакам

    • По назначению. По назначению фермы бывают башенные, мостовые, крановые, фермы покрытия, опорные конструкции и т.д.
    • По типу материала. Дерево, сталь, алюминий, железобетон и т.д. – из всего этого может быть изготовлена строительная ферма. Это существенное достоинство данной системы. Также можно комбинировать несколько видов материала.
    • По особенностям конструкции. Существуют разнообразные типы сечения, типы решетки, виды опорных конструкций, а также типы поясов строительной конструкции фермы.

    По пространственному признаку

    • Плоские. Фермы берут на себя вертикальную нагрузку, т.к. х стержни располагаются в одной плоскости.
    • Пространственные. Распределяют нагрузку по всей своей площади. Пространственная ферма образована из множества плоских ферм, объединённых между собой особыми способами.

    По типу

    • Балка Виренделя.
    • Ферма Уоррена.
    • Ферма Пратта.
    • Ферма Больмана.
    • Ферма Финка.
    • Треугольная ферма.
    • Кингпост.
    • Ферма с перекрестными подкосами.
    • Решетчатая городская конструкция.
    • Ферма под верхний свет.

    Особенности конструкции

    Классификация фермы по особенности конструкции достаточно обширна. Далее каждая из особенностей будет рассмотрена более детально.

    Типы сечения

    Поперечное сечение в строительной ферме выполнено из прокатных профилей. Оно может быть в виде:

    • Уголка (одиночного или двойного).
    • Трубы (круглой или квадратной).
    • Швелера.
    • Тавра или двутавра.

    Типы пояса

    Очертания пояса могут быть представлены в виде:

    • Трапеции. Его достоинство заключается в том, что такой вид пояса ужесточает рамный узел, соответственно, вместе с ним увеличивается и жесткость здания.
    • Треугольника. Такой вид пояса используют для балочных и консольных систем. Он имеет массу недостатков, таких как нерациональный расход металла при распределении нагрузки, сложность опорного узла и т.д.
    • Параболы. Данный пояс является самым трудоемким. Поэтому сегментные фермы используются очень редко.
    • Многоугольника. Полигональные фермы применяются чаще, чем сегментные. Т.к. в них перелом в узлах конструкции не так ощутим.
    • Параллельных поясов. Чаще всего используются для покрытия промышленных зданий. Они имеют идентичную схему узлов, равные по размеру элементы решетки, также они обладают повторяемостью элементов и деталей.

    Типы решетки

    Существуют шесть типовых вариантов решетки:

    • Треугольная.
    • Ромбическая.
    • Шпренгельная.
    • Крестовая.
    • Раскосая.
    • Полураскосая.

    Типы опоры

    Существуют 5 видов опорных конструкций. Для того чтобы выбрать опорный узел, нужно знать схему расчёта. От нее зависит, будет ли опорный узел шарнирным или жестким. Виды опор:

    • Балочная или консольная.
    • Арочная.
    • Вантовая.
    • Рамная.
    • Комбинированная.

    Принцип действия

    Уникальность этой конструкции заключается в ее «неизменности» под воздействием внешних факторов. Нагрузка на эту систему бывает достаточно большая. Ферма представляет собой множество объединённых в одну конструкцию треугольников. Нагрузка в них сосредоточена в месте соединения узлов, т.к. стержни лучше проявляют свои свойства в процессе сжатия-растяжения, а не на излом. В современном строительстве чаще всего используют жесткое, а не шарнирное соединение стержней. Из этого следует, что при отделении одного из них от цельной конструкции они останутся в неизменном по отношению друг к другу положении.

    Принцип расчета ферм вырезанием углов

    Этот способ расчета ферм является самым простым. Данный способ преподают во многих технических учебных заведениях.

    Ферма – это конструкция, нагрузка на которую сосредоточена в ее узлах. Следовательно, нужно рассчитать все внешние факторы, которые будут являться нагрузкой на узлы. Затем — вычислить реакцию опоры и найти узел, в котором присутствуют 2 стержня с приложенной на них силой. Условно необходимо отделить всю остальную часть фермы и получить узел, в котором будет несколько известных значений и 2 неизвестных. Затем нужно составить равенство по двум осям и рассчитать неизвестные значения. Таким же образом выделяют следующий узел, и так до тех пор, пока ферма не будет рассчитана.

    Основные типы ферм

    • Балка Виренделя – это система, где все ее части образуют прямоугольные отверстия и тем самым соединяются в жесткую раму. Она по своей конструкции не подходит под строгий термин «фермы», т.к. в этой балке отсутствует пара сил. Ее разработал бельгийский инженер Артур Вирендель. Но т.к. эта конструкция достаточно массивна, ее редко можно встретить в современной архитектуре.

    • Ферма Уоррена. Это упрощенная версия конструкции Пратта-Хова. Она работает по принципу сжатия-растяжения. Чаще всего выполнена из стального проката.
    • Ферма Пратта. Патент на данное сооружение принадлежит отцу и сыну из Бостона. Калеб Пратт и Томас Уилсон были двумя инженерами. Они использовали сжатые части по вертикали, а растянутые — по горизонтали. Поэтому нагрузка одинаково хорошо распределяется как сверху, так и снизу.
    • Ферма Больмана имеет достаточно сложную и неудобную конструкцию. Свою популярность в США данное сооружение получило из-за политических достоинств ее создателя. Изобретатель красноречиво говорил про ферму, пусть даже и не все соответствовало действительности. Больман сумел продвинуть свое изобретение с помощью американского правительства, которое порой принуждало градостроителей использовать данную конструкцию при проектировке мостов. Среди обладателей патентов строительных ферм есть немало наших соотечественников, но еще ни одна «русская» ферма не продвигалась в массы столь оригинальным способом.
    • Ферма Финка является упрощенной версией фермы Больмана. Он просто укоротил все ее элементы и тем самым сделал ее более эффективной. Также она имеет схожесть с конструкцией фермы Пратта. Она отличается от нее лишь отсутствием нижней балки.
    • Треугольная ферма. Также ее называют «бельгийской». Это современная конструкция, которая представлена в виде треугольников со шпренгелями.
    • Кингпост — самый простой вариант фермы. Он представляет собой пару опор, опирающихся на вертикальную балку.
    • Решётчатая городская структура была создана для замены огромных деревянных мостов. Она достаточно проста по своей конструкции. Для нее применяют обычные деревянные доски, присоединённые друг к другу под углом, которые, в свою очередь, образуют решетку.

    Строительные металлические фермы особенности конструкций

    Строительная ферма — это металлическая структура, состоящая из отдельных наклонных раскосов или вертикальных стоек, которые соединены между собой в отдельные узлы, расположенные на нижнем и верхнем поясе фермы с помощью сварных соединений, их совокупности образуют жесткую конструкцию. Связанные стойки равномерно распределяют нагрузку по всей конструкции фермы, которая передает ее через опорные колоны на фундамент. При этом верхний пояс работает на осевое сжатие, а нижний на растяжение.

    Виды и разновидности

    Соединенные между собой раскосы образуют треугольник, который считается самой прочной геометрической фигурой. Поэтому практически любая конструктивная схема фермы, независимо от ее вида, состоит из набора определенного количества не изменяющихся геометрических фигур в виде треугольников.

    Элементы ферм

    Фермы состоят из следующих элементов:

    • Верхний пояс. Состоит из горизонтальной, наклонной, радиусной или ломаной балки, к которой крепятся все верхние соединительные узлы стоек.
    • Нижний пояс. Горизонтальная продольная балка, на которой расположены нижние соединительные узлы стоек или раскосов.
    • Стойки. Элементы, расположенные вертикально между верхним и нижним поясом. Предназначены для восприятия и распределения основной нагрузки по всей конструкции фермы. Работают на сжатие.
    • Раскосы. Наклонные стойки, которые связывают узлы, расположенные на верхнем и нижнем поясе устройства. Устанавливаются в конструкции под углом 45 градусов и работают на сжатие и растяжение.
    • Узлы (панели). Точки, расположенные на поясах фермы, в которых соединяются диагональные раскосы или вертикальные стойки.

    Узловые соединения могут быть:

    1. Сварные — все элементы конструкции связаны между собой при помощи сварки.
    2. Болтовые соединения или клепаные — элементы соединяются между собой с помощью болтов или заклепок на общей стальной закладной (фасонке), изготовленной из толстого прокатного листа.

    Разновидности изделий

    Стальная ферма, по сравнению с цельными балками, имеет более легкий вес, на ее изготовление уходит меньше металла, при этом она отличается высокой несущей способностью. А по своей конструкции и распределению вертикальных нагрузок фермы делятся на два вида:

    1. Плоская ферма (легкая). Представляет собой структуру, где ее пояса, стойки и раскосы находятся в одной рабочей плоскости. При этом она несет только вертикальную нагрузку. Для устойчивости против боковых воздействий плоские сооружения дополнительно укрепляются между собой поперечными прогонами и диагональными связями.
    2. Тяжелые пространственные (структурные) фермы. Монтируются из набора раскосов, которые расходятся из одного узлового соединения по трем или четырем сторонам и могут иметь несколько верхних и нижних поясов.

    Структурные устройства намного сложнее при сборке, но благодаря своей конструкции, способны нести как вертикальную, так и боковую нагрузку. При этом для них не требуется монтировать дополнительных прогонов для связи с другими металлоконструкциями, поэтому их часто используют для одного цельного перекрытия больших и довольно широких пролетов с минимальным количеством опорных колонн.

    Конструкционные особенности

    Любые металлические устройства, независимо от их конструкции, контура и формы, имеют свои особенности и определенные параметры. Но все же по способу установки, кроме классической, когда структурное устройство опирается на опоры двумя концами, иногда встречаются конструктивные сооружения, у которых один край получается висячим, то есть без опоры. Обычно они монтируются для перекрытий зданий, у которых скат крыши выносится далеко за пределы наружных стен.

    Контуры и формы ферм

    В зависимости от конструкции, фермы могут быть прямой, одно или двухскатной формы. По контуру различаются на несколько видов:

    1. Устройство, у которой оба пояса расположены параллельно друг к другу. Чаще всего используется для сооружения перекрытий промышленных зданий с плоской мягкой кровлей, а также под эстакады, мосты и так далее. Представляет собой самую простую конструкцию, в которой раскосы и стойки идентичны по своим размерам, поэтому их сборка производится довольно легко.
    2. Односкатная трапецеидальная конструкция. Такая конструктивная структура имеет прямые пояса, но верхний расположен с уклоном в одну сторону под определенным углом. Используя такое сооружение совместно с колоннами, можно создать довольно жесткий каркас для строения. Не имеет средних длинных стоек и не требует большого уклона.
    3. Полигональные фермы. Отличаются сложной конструкцией и самой продолжительной по времени сборкой, но при этом может, по сравнению со своими аналогами, выдерживать очень большую вертикальную нагрузку. Используются для перекрытия большепролетных тяжелых зданий.
    4. Фермы треугольной формы. Используются как стропильная система при монтаже крутых крыш. Простая сборка, но имеются некоторые недостатки. У них острый опорный узел и большой расход материала при изготовлении из-за длинных стоек или раскосов в центре конструкции.

    Виды решеток

    Существуют следующие виды решеток:

    • Треугольная решетка. Является самой жесткой и эффективной системой в конструкциях с параллельными, треугольными и трапецеидальными очертаниями.
    • Раскосная решетка. Состоит из самых длинных раскосов, которые работают одновременно на сжатие и растяжение, а вот вертикальные стойки только на сжатие.

    Существуют также специальные крестовые, шпренгельные и другие решетки.

    Зависимость конструкции от угла наклона

    Важным параметром конструкции ферм является их угол наклона, и в зависимости от него конструкции делятся на 3 группы:

    • К первой группе относятся конструкции, у которых угол наклона составляет 6−150 при соотношении высоты и длины от 1:7 — 1:9. Обычно это трапециевидные устройства с дополнительными короткими стойками, благодаря которым повышается противодействие прогибу при высоких вертикальных нагрузках. При этом верхние и нижние размеры панелей должны быть одного размера, а их количество зависит от длины пролета и особенности самой конструкции фермы.
    • Вторая группа состоит из структурных устройств с углом наклона в пределах 15−22° при этом соотношение высоты/длины должно быть 1:7, где максимальная длина должна составлять не больше 20 м/п. Часто такие конструкции изготавливаются с ломанными нижними поясами, что позволяет снизить вес в пределах 30% по сравнению с треугольной фермой.
    • У третьей группы угол наклона составляет 22−300, а их длина по отношению к высоте составляет соотношение 1 к 5. Эти фермы отличаются небольшим весом и чаще всего имеют форму треугольника. Могут монтироваться непосредственно на наружные стены дома. Длина перекрываемого ими пролета, может быть от 14 до 20 м/п, а число панелей должно быть четным с одинаковой длиной 1,5−2,5 м.

    Преимущества строительных ферм

    Практически все строительные фермы имеют немалые преимущества перед цельнометаллическими балками, среди которых основными являются:

    1. Небольшой вес при большой длине.
    2. Способность удерживать огромные статистические и динамические нагрузки.
    3. Долговечность при интенсивной эксплуатации.
    4. Высокая стойкость к прогибам.
    5. Возможность самостоятельного изготовления ферм непосредственно на строительной площадке

    Изготовление конструкций

    Как правило, конструкции ферм, изготавливаемых из металла, подбираются в зависимости от проектируемого угла наклона их верхнего пояса, ширины перекрываемого пролета и назначения. Если принимать во внимание перекрытия промышленных зданий, мостовых и эстакадных пролетов, где они чаще всего используются, то для этого изготавливаются фермы строительные со стандартной длиной 12, 18, и 24 м/п.

    Общие требования

    Для более тяжелых и ответственных конструкций (мостов и путепроводов) применяются двутавровые балки и швеллера. Все гидротехнические сооружения собираются из элементов круглого сечения или профильных труб.

    Чаще всего для сборки стандартных строительных ферм используется усиленный прокатный уголок. При этом для изготовления всех ее элементов применяется спаренный уголок, заготовки которого соединяются между собой с помощью сварки специальными, вставленными между ними металлическими пластинами (рыбками). Уголки спариваются таким образом, чтобы их поперечное сечение напоминало тавровое сечение.

    Правда, в последнее время металлические конструкции этой конфигурации стали пользоваться меньшим спросом из-за трудоемкости сборки, сварки и покраски. Альтернативой таким сооружениям все больше становятся стальные профильные или круглые трубы.

    Правильный расчет

    Необходимо понимать, что сделать качественный расчет несущего устройства можно только при наличии специальных знаний с учетом требований СНиП и многих других многочисленных факторов. Для того чтобы грамотно сделать расчет, проектировщики используют специальные программы.

    Рассчитывая проект инженерного устройства, обязательно все полученные значения должны наноситься в проектный чертеж, без которого сборка конструкции будет практически невозможной.

    Изначально перед составлением чертежного проекта подготавливается схема фермы с указанием основной зависимости уклона верхнего пояса и общей длиной будущего изделия. Также следует принимать во внимание и такие факторы, как:

    1. Контур опорной поверхности для монтажа будущей кровли или перекрытия. Это поможет высчитать угол наклона верхнего пояса несущего устройства.
    2. Экономия материала на изготовление конструкции (если требование заказчика не будет противоположным к этой экономии).
    3. Правильный расчет с учетом максимальной нагрузки, которая предполагается для этого изделия. При этом следует помнить, что углы раскосов в одной конструкции могут быть разными, но ширина панелей всегда должна оставаться одинаковой для всех.
    4. Расстояние между крепежными узлами рассчитывается в последнюю очередь, но обычно оно выбирается по ширине панели.

    Как только основные параметры будут рассчитаны, следует определиться со схемой конструкции. Лучше всего для этого воспользоваться специальными программами, которые можно свободно найти в интернете. Например, можно воспользоваться программой «Расчет ферм».

    Сборка конструкции

    Все элементы ферм для перекрытия длинных пролетов изготавливаются и подгоняются в заводских условиях, там же производится и часть сборки конструкции. Полный ее монтаж выполняется непосредственно на строительной площадке строго по детализированным чертежам, которые идут в комплекте с изделием. На чертеже обозначены отдельные маркировки всех деталей конструкции и предоставлена инструкция, поясняющая весь процесс сборки.

    Обычно на заготовках изделия имеются специальные монтажные отверстия, с помощью которых можно собрать и временно закрепить без использования струбцин и специальных крепежных хомутов все детали конструкции при подготовке ее к сварочным работам.

    Если таких отверстий нет, временная фиксация заготовок производится при помощи струбцин и короткими сварными швами.

    Большинство деталей устройств из металла сваривается электросваркой или соединяется с помощью болтовых соединений. Степень надежности таких соединений зависит от усилия, с которым затягивались болты. Обычно такая работа производится двумя монтажниками, которые затягивают гайки с помощью ключей с удлиненными рукоятками или пневматическими гайковертами.

    Полное соединение элементов конструкции ферм электросваркой производятся в случаях, когда требуется получить максимально прочное соединение. Особо важные крепления деталей могут производиться с помощью толстых стальных заклепок.

    Монтаж собранных конструкций производиться при помощи крана, а тяжелые конструктивные структуры могут устанавливаться двумя кранами. После монтажа полностью собранной конструкции на колонны, она приваривается к закладной пластине, жестко зафиксированной на оголовнике колонны.

    Читать еще:  Ворота с подъемным механизмом
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector