Металлические фермы – это стержневые системы, состоящие из поясов и решеток. Благодаря ребрам жесткости, такие конструкции не деформируются даже при восприятии значительных нагрузок. В зависимости от сложности формы, могут изготавливаться непосредственно на месте строительства или в условиях специализированных производств. Популярным материалом для изготовления ферменных конструкций является профильная труба квадратного или прямоугольного сечения.
Материалы для профильных труб
Для изготовления профильных труб, которые могут использоваться в конструкциях ферм, применяют различные металлы и сплавы:
в общем случае – углеродистые стали обыкновенного качества;
для ответственных конструкций – качественные углеродистые, низколегированные, реже – коррозионностойкие стали;
для эксплуатации в средах повышенной агрессивности – из углеродистой стали, покрытой защитным цинковым слоем (оцинкованной);
при необходимости создания легких ферменных конструкций – легкие и прочные сплавы на основе алюминия.
В продажу трубные изделия малых сечений поступают отрезками длиной до 6 м, больших – до 12 м. Толщину стенки и размер сечения выбирают, в зависимости от планируемых нагрузок:
для пролетов не более 4,5 м – 40х20 мм с толщиной стенки 2 мм;
4,5-5,5 м – 40х40 мм с толщиной стенки 2 мм;
более 5,5 м – 40х40х3 мм или 60х30 со стенкой 2-3 мм.
Виды конструкций ферм из профильной трубы
В состав ферменной конструкции входят верхний и нижний пояса и решетка, располагаемая между ними. Составными компонентами решетки являются:
стойка – располагается перпендикулярно оси;
раскос (подкос) – устанавливается под наклоном к оси;
шпренгель – вспомогательный раскос.
Пояса ферм могут иметь различные очертания:
Треугольное односкатное. Для треугольной односкатной фермы из профильной трубы характерно сочетание способности выдерживать высокие нагрузки с небольшой материалоемкостью.
Треугольное двускатное. Такие конструкции могут устанавливаться на кровлях с большим уклоном скатов. Минусы: сложность устройства опорных узлов, большой расход материала. Конструктивный вариант – треугольные двускатные фермы из профильной трубы.
Сегментное. Часто применяется для сооружения кровель со светопрозрачным покрытием из сотового или монолитного поликарбоната.
Полигональное. Отличается сложностью монтажа. Преимущество – способность выдерживать значительные нагрузки от тяжелого настила и мощного снегового покрова. Дополнительный плюс – экономное использование профиля.
С параллельными поясами. Это наиболее простой и экономичный вариант, для сборки которого используются стойки и раскосы одинаковых размеров. Фермы из профильной трубы с параллельными поясами легко монтировать, благодаря унифицированной конструкции, большому количеству деталей одного размера и минимальному количеству стыков. Подходят для мягких и светопрозрачных кровель.
Трапециевидное. Сходно с полигональным, но имеет упрощенную схему монтажа.
Арочной формы с параллельными верхним и нижним поясами. Арочные фермы из профильных труб востребованы при строительстве навесов для автомобилей, теплиц, беседок.
Варианты конструкций решеток:
Треугольной формы. Обычно такая схема применяется в каркасах с параллельными поясами, реже – в ферменных конструкциях треугольной или трапециевидной форм.
Раскосного типа. Для них характерны: большая материалоемкость и сложность исполнения. Варианты – шпренгельная (с дополнительными раскосами), полураскосная.
Индивидуальные решения.
Выбор фермы, в зависимости от уклона ската
Выбор конструктивного варианта во многом определяется уклоном ската:
22-30°. Для формирования скатов со значительным уклоном обычно используются треугольные фермы. Их высоту – длина пролета, разделенная на 5.
15-22°. Высота принимается равной длине пролета, разделенной на 7. Для возможности увеличения высоты ферменной конструкции используют варианты с ломаным нижним поясом.
До 15°. Обычно применяют каркасы трапециевидной формы с решеткой треугольной конфигурации. Высота ферменного блока в таких случаях определяется делением длины пролета на число, находящееся в диапазоне от 7 до 9.
Расчеты ферм из стальных профильных труб
Ферма перекрытия – ответственный конструктивный элемент, перед изготовлением которого обязательно проводят расчеты и составляют проект. Проведение расчетных работ необходимо доверить специалисту, поскольку правильная конструкция фермы из профильных труб во многом определяет функциональность не только крыши, но и всего строения. При наличии определенных знаний и создании небольших объектов можно воспользоваться специальными компьютерными программами «Автокад», 3D MAX, Arcon.
Этапы проектирования
Определяют размер пролета строения, форму крыши, наклон скатов. При этом учитывают запланированный кровельный материал, снеговые и ветровые нагрузки, характерные для данного региона, тип грунта. Также принимаются во внимание вероятные особые нагрузки, которые может испытывать ферма, изготовленная из профильных труб, – штормы, ураганы, землетрясения.
С учетом принятых выше параметров выбирают конструктивный тип фермы.
После примерного определения габаритов и конструкции определяют вариант изготовления – в заводских условиях, сборку на месте из заготовок, заказанных на предприятии, или проведение полного цикла заготовочных и сборочных мероприятий на строительной площадке.
Полезные советы по изготовлению своими руками ферм из профильных труб
Для облегчения конструкций, используемых для устройства крыш с минимальным уклоном скатов, используют дополнительные решетки.
Для снижения массы каркасов, устанавливаемых для организации скатов с диапазоном углов наклона 15-22°, нижний пояс изготавливают ломаным.
При длине прогонов от 20 м применяют каркасы Полонсо, состоящие из двух треугольных конструкций, соединенных стяжкой. Такой конструктивный вариант позволяет избежать монтажа в раскос большой длины.
Дистанция между ферменными конструкциями в общем случае не должна превышать 1,75 м.
При выборе труб для сложных эксплуатационных условий необходимо учитывать марку стали, из которой они изготовлены. Для регионов с холодным климатом используют трубные изделия из низколегированных сталей, проявляющих высокую устойчивость к низким температурам. При высокой коррозионной опасности следует применять оцинкованную продукцию.
Основные этапы работ по изготовлению и монтажу ферм из профильных труб
Осуществлять заготовительные, сборочные и монтажные работы должны специалисты, обладающие соответствующими знаниями, навыками и инструментом. Важно определить, какие работы можно производить внизу, а какие – после подъема стержневой конструкции на место установки, понадобится ли специальная строительная техника.
Процесс монтажа ферм из профильных труб при сооружении навеса и других каркасных конструкций включает следующие мероприятия:
Расчистка, выравнивание и разметка участка.
Установка металлических вертикальных опор с заглублением и бетонированием.
Прихватка и последующая приварка поперечных связей.
Сборка и сварка заготовок ферм из профильных труб по заранее намеченной схеме.
Подъем собранных ферменных блоков на место установки.
Приварка к установленным блокам перемычек с отверстиями, предназначенными для крепления кровельного материала.
Зачистка сварных швов, особенно – на верхних гранях каркаса.
Обезжиривание элементов металлоконструкции. При использовании неоцинкованного профиля его поверхность грунтуют и окрашивают, что позволяет существенно продлить эксплуатационный период.
Чертежи элементов металлических конструкций, узлов и деталей соединений
Рассмотрим графическое оформление чертежей различных элементов металлических конструкций. На рис. 12.6.1 приведен чертеж металлической сплошностенчатой двутавровой балки. Металлические сплошностенчатые конструкции изображают детально с необходимыми конструктивными подробностями. Сечения элемента и марка металла могут быть показаны у изображения элемента или в таблице. Кроме этого, на чертежах сплошностенчатых элементов показывают основные размеры, сечения, опорные реакции, расположение и сечение ребер жесткости, размеры расчетных сварных швов, диаметр болтов и заклепок, их расчетный шаг и другие данные.
Положение элементов конструкций на чертеже должно соответствовать их положению в готовом сооружении. Исключения делаются только для элементов большой длины (колонны, стойки). Эти элементы допускается изображать горизонтально, базой справа.
Основным видом для наклонного элемента следует принимать вид на основной плоскости (рис. 12.6.2).
При выполнении чертежей подкрановых балок указывают положение, размеры и сечения подкрановых упоров.
На чертежах элементов листовых металлических конструкций (например, бункера) должны быть показаны расположение листов и других элементов, основные размеры и характеристика сварных швов, положение и размеры лазов, патрубков, отверстий и мест примыкания оборудования.
Пример оформления чертежа листовой конструкции дан на фрагменте чертежа бункера (рис. 12.6.3). Таблицы к чертежам элементов листовых конструкций не составляют.
На чертежах марки КМ решетчатые конструкции показывают схематично (рис. 12.6.4). На таких чертежах указывают основные размеры, расчетные опорные реакции, усилия в стержнях, сечение стержней, толщину фасонки и т.д. К таким конструкциям относятся фермы. Ферма — решетчатая конструкция, состоящая из отдельных прямолинейных стержней. Стержни, связанные в узлах друг с другом и с верхним и нижним поясом, образуют геометрически неизменяемую стержневую систему.
Ферма состоит из поясов и решетки. Верхний и нижний элементы фермы называют, соответственно, верхним и нижним поясами (рис. 12.6.5). Стержни, заключенные между поясами, называют решеткой фермы, которая состоит из вертикальных элементов — стоек и наклонных элементов — раскосов. Стойки и раскосы связываются между собой и с верхним и нижним поясами с помощью металлического листа — фасонки. Фермы, перекрывающие поперечный пролет здания и опирающиеся непосредственно на несущие элементы (колонны, стены), называют стропильными.
Познакомимся с составом и графическим построением детального чертежа стропильной фермы. Основой для детальных чертежей марки КМД служат чертежи марки КМ.
На конструктивных чертежах различных металлоконструкций, в том числе и на чертежах ферм, вычерчивают геометрическую схему — это чертеж конструкции, выполненный в одну линию.
Чертеж фермы выполняют в нижеследующем порядке:
1. Сначала тонкими линиями толщиной 0,3—0,4 мм вычерчивают сетку геометрических осей элементов фермы (рис. 12.6.7, а) в масштабах 1:20, 1:25, реже в масштабах 1:40. Масштаб сетки выбирают в зависимости от геометрических размеров фермы и сечений поясов и решетки.
При вычерчивании сетки геометрических осей элементов фермы следует осевые линии стержней, сходящихся в узле, пересекать в одной точке.
Сетку геометрических осей располагают на листе так, чтобы над главным видом фермы можно было разместить изображение верхнего пояса, а под главным видом — проекцию нижнего пояса, Слева и справа от главного вида следует оставлять место для видов и сечений.
Теперь необходимо определить размеры изображений элементов фермы. Нужно помнить, что для построения элементов фермы используют двухмасштабное изображение. Так, длину элемента решетки фермы, стойки и раскоса изображают в более мелком масштабе (в том же масштабе, в котором построена сетка геометрических осей), а поперечные размеры этих же элементов строят в более крупном масштабе. Например, если длину стойки строим в масштабе 1:20, то ширину ее принимаем уже в масштабе 1:10. Причем поперечный масштаб (т.е. масштаб ширины элемента) должен быть больше масштаба длины элемента не более, чем в 2 раза.
2. Затем вдоль сетки геометрических осей в соответствии с размерами сечений уголков или других профилей проката линиями толщиной 0,5—0,6 мм вычерчивают контуры стержней поясов и решетки фермы (рис. 12.6.7′ б). При этом линии сетки геометрических осей должны совпадать с осями, проходящими через центры тяжести уголков или других профилей проката, из которых выполнена ферма на сварке (см. рис. 12.1.1.). В клепаных конструкциях сетка геометрических осей должна совпадать с рисками (линиями, на которых располагаются центры заклепок) заклепок.
При вычерчивании контуров элементов следует иметь в виду, что в верхнем поясе утолки должны быть обращены полками вверх, а в нижнем — полками вниз. В раскосах уголки располагают полками вверх, в опорных стойках — полками наружу. Уголки промежуточных стоек ориентируют по уголкам опорных.
3. Далее приступают к конструированию узлов фермы. Необходимо помнить, что стойки и раскосы не доводят до контура верхнего и нижнего поясов на 40—50 мм. Это расстояние обеспечивает место для размещения сварных швов и элементов решетки (чаще всего уголков) в случае неточности в их обрезке, а также позволяет избежать концентрации сварочных напряжений. Для удобства построений на расстоянии 40—50 мм от контура верхнего или нижнего пояса проводим тонкую линию, параллельную этому контуру (рис. 12.6.7, в). Эта линия ограничивает длину уголков стоек и раскосов, Концы уголков стоек и раскосов обрезают под прямым углом к оси.
Последовательность построения отдельного узла фермы приведена на рис. 12.6.8 и понятна из чертежа.
4. Элементы фермы пояса, раскосы и стойки соединяют с помощью металлического листа-фасонки или косынки, к которой их приваривают или приклеивают. Толщину фасонки принимают в зависимости от усилий в стержнях в пределах 8—25 мм.
От торца уголков вдоль обушка и пера откладывают длину сварных швов, полученных по расчету или принятых конструктивно (см. рис. 12.6.7, в). Сварной шов изображают штрихами по ГОСТ 21.107—78*. Толщина линий штрихов 0,3 мм, длина 1,5 мм, расстояние между ними 1 мм. Следует указать размеры шва, проставляя их или над, или под условными обозначениями шва по типу «6—80», где первая цифра обозначает высоту катета шва, а вторая, после тире — длину шва. Если из конструктивных соображений длина шва принимается больше расчетной, или шов проходит по всей длине элемента, указывают только высоту шва (рис. 12.6.8е). Точки а—г на рис. 12.6.7, в и точки а—е на рис. 12.6.8, показывающие конец сварного шва, позволяют определить контур фасонки. Фасонка должна иметь наиболее простую форму (прямоугольника или трапеции). Чтобы получить фасонку простейшей конфигурации, без входящих углов, длину сварных швов можно изменить. Так, длины швов, полученные по расчету, не обеспечили простейшей формы фасонки. В связи с этим их длина была изменена.
При расположении фасонки в узле следует ее верх в сварных фермах утапливать между уголками верхнего пояса на 10—12 мм, а в нижнем поясе выпускать за обушок на 10—20 мм для удобства сварки.
5. Элементы решетки фермы, состоящие из двух уголков или швеллеров, необходимо соединять специальными планками (планками жесткости), которые проходят между уголками. Эти планки приваривают к уголкам с двух сторон. Планки выполняют из листовой стали толщиной, равной толщине фасонки. Ширину планки можно принимать 60—80 мм, а длину на 20—30 мм больше ширины уголка. В каждом стержне фермы, независимо от длины, должно быть установлено не менее двух соединительных планок. Расстояние между планками, а отсюда и их число, зависят от того, в каком состоянии находится элемент фермы (рис. 12.6.9).
6. Далее вычерчивают дополнительные виды, разрезы, сечения и детали.
1. После выполнения графической части работы проставляют размеры и делают маркировку элементов (рис. 12.6.10).
8. Затем вычерчивают спецификацию, таблицы сварных швов, отправочных марок и условные обозначения. На рис. 12.6.11 приведена спецификация стали С245 по ГОСТ 27772—88. Буквы «Т» и «Н» обозначают положение парных деталей «так» и «наоборот» (рис. 12.6.11). Такая спецификация составляется на каждый отправочный элемент отдельно. Маркировку деталей начинают для каждого чертежа с единицы. Позиция 1 присваивается деталям, составляющим основное сечение, В фермах последовательность маркировки такая: верхний и нижний пояс, опорные раскосы, элементы решетки, фасонки.
Масса наплавленного металла, указываемого на чертеже, составляет до 1,5 % массы элементов фермы, вошедших в спецификацию. Спецификацию и таблицы рекомендуется размещать над основной надписью.
9. Текстовые указания объединяют в примечании, которые могут быть записаны так:
материал конструкций;
сварку вести электродами типа Э-42;
все отверстия диаметром 23 мм под болты диаметром 20 мм;
детали поз. 10 и И выполнить из уголков поз. 1 и 2, обушок строгать;
соединительные прокладки ставить на равных расстояниях;
все неоговоренные швы принять толщиной 6 мм.
На рис. 12.6.3 дан пример оформления чертежа металлической колонны, а на рис, 12.6.11 приведено возможное расположение чертежей колонн на листе.
Для уменьшения объема чертежей марки КМ допускается изображение элементов конструкций (колонны, стропильные фермы и т.п.) совмещать с чертежами видов и разрезов здания (рис. 12.6.14).
Изображения узлов приводят в чертежах марки КМ, если надо показать сложные соединения элементов конструкций (рис. 12.6.15), например:
башмаки колонн и стоек и расположение анкерных болтов;
места перемены сечения ступенчатых колонн;
детали опирания подкрановых балок на колонны;
укрупнительные и монтажные стыки колонн, стоек, балок, ферм;
детали соединения стропильных и подстропильных балок и ферм с колоннами и между собой.
На изображениях деталей соединений наносят соответствующие назначению узла привязочные размеры (до оси элемента, до координационных осей и отметок уровня); усилия, используемые для расчета крепления элементов при разработке деталировочных чертежей, если эти усилия не приведены в таблицах; толщины фасок на ответственных узлах, типы и размеры сварных швов; тип, диаметр и число болтов, расположение и диаметр отверстий и т.п.
На изображениях узлов приводят только те размеры и данные, которые не указаны на схемах или чертежах отдельных элементов.
Обозначение узлов дают на чертежах видов конструкций.
Маркировку деталей узлов делают сквозной по всем листам. Если в конструкции применяют типовые детали соединений, их на чертеже не изображают, а делают только ссылку на соответствующую марку.
Расчет и изготовление металлических ферм из профильной трубы
Металлические фермы из профильной трубы незаменимы при строительстве торговых павильонов, спортивных комплексов, складов, промышленных зданий.
В частном домовладении их можно использовать при возведении кровли или навеса.
Эти металлоизделия часто используются в индивидуальном строительстве, при этом мало кто из неспециалистов знает, как сделать расчет фермы из профильной трубы.
Назначение ферм
Ферма — это горизонтальный каркас строительного объекта, «скелет» перекрытия. Фермы делают из прямых металлических труб, соединяя их в узлах жестко или с помощью шарниров.
В итоге получается подвесная конструкция. Как правило, эта деталь кровли состоит из верхнего и нижнего поясов, соединенных раскосами и стойками.
Такими системами перекрывают большие пролеты. Они дешевле балок и помогают снизить себестоимость строительства. Так строят мосты, заводы, стадионы, торговые центры.
Металлические системы продаются в готовом виде. Для частника это крайне удобно, так как в этом случае все расчеты уже сделаны.
Конструкции ферм из профильных труб по форме могут быть:
Для потолков со сложной геометрией с высоко поднятым над опорами центром используют фермы из профильной трубы, называемые «полонсо». Они представляют собой треугольник со стойками ломаной формы.
Расчет формы
Для расчетов потребуется калькулятор и два нормативных документа:
СНиП, П-23-81, стальные конструкции;
СНиП, 2.01.07-85, нагрузки и воздействия.
Первый показатель, который нужно рассчитать, — угол наклона скатов. Его величина зависит от архитектурных особенностей будущего здания и от количества годовых осадков — чем больше выпадает снега, тем круче должны быть скаты.
Зимой на кровле большой площади могут скопиться тонны снега. Конструкция должна удержать этот вес, ее задачей является распределение нагрузки по опорам и лагам.
Далее вычисляют параметры базовых углов. Для этого нужно знать размер пролета, число и габариты панелей.
Высота в середине пролета для фермы треугольного типа вычисляется по формуле Н=1/4×L, для ферм с параллельными, полигональными, трапециевидными поясами — по формуле Н=1/8×L. L — длина фермы.
Важно: металлические фермы для односкатной крыши с наклоном не более 10º должны быть асимметричными.
Для двускатной кровли обычно выбирают фермы с висячими стропилами. Угол уклона раскосов должен находиться в пределах 35 – 50º. От точности вычисления зависит надежность и долгий срок службы конструкции.
Совет: существуют онлайн-калькуляторы для расчета металлических ферм из профильной трубы, их можно найти на сайтах строительных организаций.
Произведя расчеты, делают чертеж фермы, подсчитывают сколько нужно приобрести материала, а именно – профильной трубы.
В индивидуальном строительстве для изготовления ферм вместо профильной трубы можно использовать облегченные металлические оцинкованные профили (ЛСТК).
Они удобны тем, что их можно скреплять специальными болтами. Но чаще стропильные системы изготавливают из стальных балок, соединяя их сваркой.
Профильные трубы — строительный металлический прокат, представляющий собой трубы с сечением некруглой формы. Наиболее распространены трубы из квадратного и прямоугольного профиля.
Профильные трубы изготавливают из углеродистой и легированной стали. Изделия отечественного производства имеют сечение от 1×1 см до 50×40 см и изготавливаются из металла толщиной от 0,1 до 2,2 см. Длина труб – от 6 до 18 метров.
Если длина фермы превышает 10 метров, то металлическими должны быть не только стропила, но и коньковые опоры с мауэрлатом.
К недостаткам стропил из профилированных труб относят дороговизну и значительный вес.
Изготовление стропильного изделия
При изготовлении системы из ЛСТК главные связки выполняют, прихватывая трубы двойными уголками.
К верхнему поясу перемычки и раскосы монтируют с помощью уголков с неравными сторонами, стыкуя их по короткой стороне.
Детали нижнего пояса тоже стыкуют уголками с неравными сторонами. Главные элементы соединяют с помощью накладных пластин.
Рассмотрим подробнее изготовление ферм из профильной трубы сварным методом.
Если вы не знаете, как сварить ферму из профильной трубы, потому что вообще никогда не имели дела со сваркой, то придется обратиться к специалисту, так как стропильная ферма — не та конструкция, на которой можно «набивать руку». От качества швов на стропильной ферме зависит прочность кровли.
Фермы лучше изготавливать из прямоугольных или квадратных труб, так как имеющиеся у них ребра обеспечат конструкции хорошую устойчивость.
Стропильную ферму нужно изготавливать только из стали, устойчивой к окислению и другим агрессивным атмосферным факторам.
Толщина металла и сечение трубы должны соответствовать параметрам, заложенным в проекте. Соблюдение этих условий обеспечит стропильной конструкции нужную несущую способность.
Каждый сварочный шов проверяют на качество, поскольку именно от него будет зависеть надежность будущей конструкции.
Когда сварка ферм из профильной трубы закончится, останется только обработать швы антикоррозийным составом и покрыть их краской.
Этапы сваривания кровельной системы из металлических профильных труб:
выравнивают верхний и нижний пояс;
вваривают между поясами перемычки;
на конструкцию из двух поясов и расположенных к ним под углом 90 о перемычек приваривают раскосы — отрезки трубы, срезанные под углом.
Первую ферму можно использовать как шаблон для изготовления остальных.
Совет: резать металлопрофиль под углом удобнее всего с помощью резочного станка. Такое устройство можно взять напрокат или сделать самостоятельно из болгарки.
При небольшом объеме работ, например, при изготовлении системы для навеса или ворот, резать металлопрофиль можно просто болгаркой.
После завершения сварки остается только поднять конструкцию наверх и закрепить по верхней обвязке согласно размеченным линиям.
Для подъема системы из профильных труб на высоту придется использовать подъемные механизмы: кран или лебедку. Стропы закрепляют в узлах верхнего пояса в 2 или 4 местах.
Для временного закрепления ставят парные расчалки под углом к горизонту не больше 45 о . Затем трубы приваривают к колоннам, предварительно проверив вертикальность системы.
Сваривание труб из металлопрофиля – еще одна актуальная тема. Для соединения металлопластиковых труб можно использовать ручную, дуговую и газовую сварку.
Так как профильные трубы делают из углеродистой и низколегированной стали (нержавейку используют редко), сваривать их можно по обычным технологиям.
Любые виды решетчатых конструкций, в том числе и кровельные фермы, изготавливают из стали толщиной не более 1 см. Длина соединений не должна превышать 40 см.
Сварные соединения фермы по-разному расположены в пространстве, поэтому сварку удобно выполнять полуавтоматом со шлангом, проволокой, заполненной флюсом, или проволокой с самозащитой.
В индивидуальном строительстве используют ручную сварку отдельными электродами. Автоматическое сваривание использовать не экономично.
В серийном изготовлении используют контактную точечную сварку с увеличением давления. Специалисты не рекомендуют выполнять соединение прерывистым способом.
Первым делом варят стыковочные швы, а затем угловые. Такой порядок позволяет избежать напряжения металла в узле.
Если швы расположены поблизости друг от друга, то перед выполнением второго шва нужно охладить металл для предупреждения пластических деформаций.
Узлы сваривают, начиная от середины. В начале накладывают швы большего сечения, затем меньшего. Каждый элемент системы прихватывают с двух сторон.
Длина соединения не должна быть меньше 3 см, катет соединения — не меньше 0,5 см. Прихваты и сварной шов должны быть выполнены из одного материала — это нужно для постоянства напряжения металла в шве.
Строительные технологии быстро развиваются. Еще недавно здания строили только из камня или дерева, сейчас же востребованы сооружения, которые можно возвести максимально быстро.
Это можно сделать, используя профилированные трубы из металла и современные материалы: поликарбонат, пластик, профилированный лист, плитные утеплители.
Без металлических ферм из профильной трубы строительство таких конструкций было бы невозможно.
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:
Нужно определить ширину пролета в постройке, выбрать форму крыши и угол ската.
Из всего многообразия контуров поясов выбирается наиболее предпочтительный, при этом учитываются предполагаемый уровень нагрузок на ферму, форма крыши и т.д.
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.
Затем считают габариты кровельных панелей, основываясь на показателях постоянных и периодических нагрузок.
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:
Участвовать в нем могут только квалифицированные мастера-высотники и стропальщики, которые имеют допуск к данному роду работ;
2. Каждый специалист перед началом монтажа должен пройти инструктаж по технике безопасности;
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.
Загрузка...
