Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення



Надійні і міцні металеві ферми – це одне з різновидів сучасної продукції металопрокату. Це цілісна форма, яка ніколи не змінює своїх геометричних параметрів, навіть якщо жорсткі вузли замінені шарнірними. З них виходять довговічні і надійні конструкції, як навіси, альтанки, павільйони і навіть цілі дахи житлових будинків. Але наскільки такі конструкції доцільніше, ніж більш звичні дерев’яні?

У цій статті ми розповімо вам про види, особливості та переваги металевих ферм. Сподіваємося, ви абсолютно по-іншому подивитеся на питання міцності кроквяної системи, особливо, якщо ви хочете забути про занози, Точа деревину жучків і постійних переживаннях про обробку елементів даху.

Переваги та недоліки для приватного будівництва

Міцні металеві ферми сьогодні активно застосовуються в будівництві приватних будинків і промислових будівель. І зовсім не обійтися без такої надійної будівельної системи в зведенні складських приміщень, спортивних споруд, торгових комплексів і павільйонів для виставок, а ще для будівництва офісних багатоповерхових будівель. Що не дивно, адже металеві ферми особливо гарні, коли потрібно перекривати великі прольоти.

Ферми з металевої труби мають масу цінних переваг перед іншими:

  • Стійкість до деформацій при навантаженнях.
  • Невелика вага завдяки порожнистим конструкціям.
  • Доступна вартість для приватного будівництва.
  • Можливість зведення безпечних складних конструкцій без втрати міцності.
  • висока пожежна безпека.
  • Довговічність, міцність і надійність.

З конструктивної точки зору використання ферм навіть більш переважно, ніж балки. Адже при меншій вазі ті витримують куди серйозніше навантаження, ніж при використанні звичайних двотаврів і швелерів. При цьому ферми ще і менш металомісткі.

В якійсь мірі металеві ферми служать аналогом сталевих балок, але куди більш економічні в плані витрати матеріалу. При цьому їх ефективність порівнянна. А відміну металевої ферми від просто зібраних разом крокв в тому, що готова ферма відмінно працює на розтягування і стиснення.

А, на відміну від дерев’яних крокв, металеві не гниють, які не пліснявіють, не руйнуються грибками або комахами. Їх набагато складніше зламати тонною снігу. Крім того, збирають такі крокви швидше, ніж з інших матеріалів.

Види ферм для різних завдань

Ви здивуєтеся, наскільки багато видів металевих ферм:



Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

Давайте розглянемо уважні самі популярних форми металевих ферм, які найчастіше роблять на російських заводах:

  • паралельні – найпростіші й економічні, для виготовлення яких використовуються однакові деталі.
  • класичні арочні, в яких нижній і верхній пояс мають вигляд дуги, а пояса з’єднані між собою ребрами жорсткості. Різні види такої арки відрізняються між собою радіусом. А сам радіус визначають такими зовнішніми обмежувачами, як розміри кроквяної системи, запланований вами дизайн даху і складність її конструкції.
  • трикутні односхилі, які найчастіше використовуються для влаштування даху з крутими схилами.
  • трикутні двосхилі, більш підходящі для дахів з крутими схилами, але залишають після виробництва чималу частку відходів.
  • полігональні, які добре підходять для покрівлі з важкого настилу, але відрізняються складністю в монтажі.
  • трапецеїдальні, подібні полігональним, але з більш спрощеною конструкцією.
  • сегментні, підходящі для будівель з светопропускающей покрівлею, але найскладніші у виробництві. Щоб їх виготовити, роблять дугоподібні елементи з точною геометрією, яка дозволяє рівномірно розподіляти навантаження.

А ось популярні і маловідомі види ферм для навісу з металу:

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

Архітектура металевої ферми: елементи, вузли і напруга

Отже, металева ферма – це зварна або збірна система труб і жорстких вузлів кріплення. Складається така конструкція з певних елементів:

  • Пояси, верхній і нижній, які служать каркасом.
  • Грати, яка пов’язує обидва рівня.
  • Стійок, які змонтовані перпендикулярно до поясу.
  • Розкосів, які приєднані під кутом до нижнього і верхнього рівня.
  • Шпренгеля – допоміжного раскоса.
  • Вузол – це точка, в якій сходиться відразу кілька стрижнів. Тут труби з’єднують за допомогою фасонки – спеціального металевого листа.
  • Панель – це відстань між сусідніми вузлами, а проліт – відстань між опорами кроквяних систем.

Верхній пояс металевої ферми виготовляють з профільної труби або двотаврових балок, із застосуванням фланцевого з’єднання. Нижній – з цих же матеріалів.

Тільки, якщо ферма стане піддаватися навантаженні на рівні панелей, тоді додатково необхідно встановити парні швелери. А внутрішні стійки і розкоси виготовляють з круглої труби, куточка або профільної труби.

Грати всередині ферми розташовують по самим різним схемам, і всі вони продиктовані виключно практичними міркуваннями. Чим більше поперечних елементів, тим міцніше сама конструкція, і тим дорожче вона обходиться (матеріалу-то йде більше!). Наприклад, ось в яких випадках виготовляють трикутну ферму:

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

Внутрішній малюнок металевої ферми підбирають в залежності від конструктивних вимог і планованого рівня навантажень. І обраний тип настилу впливає на вагу конструкції, її зовнішній вигляд, трудомісткість і бюджет на виготовлення самої металевої ферми.

Давайте розглянемо стандартні види внутрішніх решіток металевих ферм:

  • Найменше вузлів в трикутної решітці, яка найчастіше зустрічається в паралельній і трапецієподібної фермі. Причому така решітка вважається найбільш економною, тому що у неї мінімальна сумарна довжина стрижнів.
  • шпренгельних решітка потрібна там, де основне навантаження припадає на верхній пояс. А тому її використовують, коли потрібно зберегти відстань між прогонами.
  • раскосную ферму роблять, коли стійок доводиться протистояти великим зусиллям.
  • хрестова різновид потрібна для каркасів, в яких розрахункове навантаження йде відразу в обох напрямках.
  • перехресна решітка потрібна для ферм, які роблять з таврів.
  • напіврозкісних і ромбічна решітка потрібна для ферм з такою великою висотою, як при створенні мостів і щогл. Такі рами виходять з високою жорсткістю завдяки двом системам розкосів.

У житті виглядають всі ці ферми так:

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

Ось, наприклад, як виглядає не так часто зустрічається шпренгельних ферма:



Покрівельні металеві ферми, в свою чергу, бувають двосхилі, односхилі і прямі. За рахунок ребер жорсткості металеві ферми не деформуються навіть на великих прольотах, хоча на вигляд досить крихкі.

Також металеві ферми ділять на види за кількістю поясів. Це плоскі ферми, де вузли і стержні знаходяться в одній площині, і просторові, більш складні, в яких пояса знаходяться в паралельних площинах.

Проектування ферм для даху будинку

Отже, давайте розглянемо: як точно розрахувати ферму для навісу або більш солідною споруди так, щоб ви не закупили занадто багато матеріалу і правильно прорахували міцність.

Ми радимо вам взяти готові типові проекти, які вже практикують, і які перевірені часом. Ідеально, якщо ви зможете проконсультуватися щодо обраної схеми з досвідченим майстром, а потім вже перейдете до реалізації.

Якщо ви вирішили впоратися самостійно, тоді насамперед складіть схему майбутньої металевої ферми. Визначте, які контури у неї будуть, чи потрібно простір під стелею, яке буде дахове покриття.

Висота металевої ферми залежить від типу покрівельного матеріалу, її ваги, кута нахилу і можливості переміщення самої ферми.

Нормативні документи

Отже, ферми повинні відповідати таким державним стандартам:

  • ГОСТ 23118-99 (про загальні ТУ для конструкцій зі сталі).
  • ГОСТ 23119-78 (про вимоги до виробництва ферм, коли потрібна зварювання куточків).
  • ГОСТ 23119-78 (про ТУ на виробництво металевих ферм, зварювання профільних труб).

А, щоб правильно спроектувати металеву ферму, вам знадобиться інформація з таких джерел:
СНиП, П-23-81 (про сталевих конструкціях), і СНиП 2.01.07-85 (про навантаження і впливи).

Ферму для навісу або гаража ви можете зробити «на око», не особливо заморочуючись. У будь-якому випадку, ви інтуїтивно задієте більше матеріалу, ніж потрібно, і тим самим досягнете потрібної міцності. А ось для будинку такі ферми потрібно розраховувати максимально точно, щоб тим змогли витримати всі сили стихій і самі по собі не створювали непотрібного навантаження на фундамент.

Для цього враховують такі чинники:

  • Постійні навантаження, як вага покрівельного покриття.
  • Періодичні навантаження, як мінлива погода, урагани і навіть смерч.
  • Додаткові навантаження, як снігові і вітрові, а також вага людини, який може знаходитися на покрівлі під час ремонтних робіт.

Чим більше висота ферми, тим вище її несуча здатність. Також на несучу здатність впливають ребра жорсткості – чим їх більше, тим міцніше сама ферма. Але тим вона важча і дорожче обходиться.

До слова, найлегші металеві ферми виходять, коли їх висота дорівнює 1/7 або 1/9 довжини прольоту. Додатково їх полегшують спеціальними гратами, в якій зусилля зі стиснення приймається короткими стійками.

Розрахунок висоти і довжини ферми

При проектуванні виготовленні металевих ферм важливо необхідно виконати деякі пункти розрахунку металевої ферми:

  • Крок 1. Визначте ширину прольоту в будівництві, виберіть форму даху і кут ската.
  • Крок 2. Виберіть контур пояса з урахуванням передбачуваного рівня навантаження на ферму.
  • Крок 3. Розрахуйте розмір каркаса і то, чи будете збирати його або варити самостійно, або ж замовите.
  • Крок 4. Щоб розрахувати оптимальну висоту металевих ферм, застосуєте такі формули (L – довжина ферми):

Н = 1/4 × L або Н = 1/5 × L, якщо рама трикутної форми
Н = 1/8 × L, якщо паралельна, трапецеїдальних або полігональних. При цьому сам ухил верхнього пояса повинен бути 1/8 × L або 1/12 × L.



Тепер визначаємо розміри панелей. Нагадаємо, що панель – це відстань між стійками, яку передають всю навантаження. Причому кут раскоса у різних ферм – різний, і панелі їм відповідають. Наприклад, в фермі з гратами трикутної форми такої кут складає 45 градусів, а з розкосу гратами – 35 градусів.

І, нарешті, визначаємо кут розміщення розкосів, який повинен становити від 35 до 50 градусів, ідеально, якщо 45.

Перевірити отримане вами значення ви зможете за допомогою спеціальних програм, яких сьогодні немало:

Підбір параметрів ферми

Підбирають потрібну конструкцію ферми виходячи з форми горищного перекриття, кута нахилу даху і потрібна довжина прольоту.

Так, найбільш практичною для покрівлі житлового будинку вважається ферма трикутної форми, яка буде мати висоту близько п’ятої частини довжини прольоту:

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

Якщо ж довжина прольоту буде значною, від 14 до 20 метрів, віддайте перевагу конструкції з йдуть вниз розкосами. При цьому верхня частина ферми повинна мати панель довжиною від 1,5 до 2,5 метрів. Так, обидва пояси конструкції буде мати парне кількість панелей.

Такі ферми дозволять уникнути довгих розкосів, що допоможе чинити опір подовжньому вигину. Хоча зазвичай для цього доводиться робити великий перетин, утяжеляются всю конструкцію в кілька разів. При цьому верхня частина ферми розбивається на дванадцять або шістнадцять панелей, по 2-2,75 метра.

Але іноді стелю даху планується геометрично складним. У такому випадку його середню частину піднімають над опорами або ж використовують ті ж ферми Полонсо. Так, такий варіант трохи складніше звичайної трикутної форми, але ми впевнені, що ви впораєтеся!

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

Якщо навіть ферми Полонсо не підходять, тому що висота стелі від опор планується бути ще вище, тоді ставлять багатокутні металеві ферми, в яких піднято нижній пояс. Так, щоб збільшити висоту конструкції до 0,23 довжини прольоту, розташований внизу пояс роблять ламаним.

При куті покрівлі 6-15 ° ставлять трапецієподібні або асиметричні ферми. Якщо ж ви хочете отримати гарну зовнішню форму, але при цьому рівна стеля, тоді краще вибрати сегментну.

Тим більше, що на неї витрачається набагато менше матеріалу. І ефективність сегментной форми зростає з подовженням прольоту:

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

Як зробити таку ферму самостійно?

Такі металеві ферми сьогодні є можливість замовити на заводі, вже в готовому вигляді, або ж виготовити самостійно.

Отже, роблять їх з таких матеріалів:

  • Алюмінієві профілі легкі і підходять для влаштування даху з легким покриттям.
  • Металеві круглі і профільні труби радують великим вибором перетину, товщиною стінок і складу сплаву. Такі ферми підходять для створення даху будь-якої задумки і складності.
  • Тавровий прокат і швелер підходять для пристрою дахів з особливими навантаженнями. Для приватного житлового будівництва такі ферми використовуються рідко через їх значну вагу.
  • З металевого куточка або ЛСТК збирають більш прості і полегшені конструкції. Такі ферми підходять для навісу і будівництва господарських приміщень.

Хоча, справедливості заради зауважимо, що саме з куточка сьогодні будують цілком міцні двосхилі дахи для літнього будиночка або гаража. Якщо, звичайно, у вашому регіоні не випадає занадто багато снігу:

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

Ферми з ЛСТК сьогодні активно встановлюють на каркасних будинках:

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

Найбільш популярний сьогодні вид металевих ферм – виготовлені з труби некруглого перетину. Це овальна, квадратна або прямокутна форма в розрізі. Такі труби роблять із сталі 09Г2С, СТ3СП і нержавійки.

Вам буде цікаво дізнатися, що спочатку форма такої труби виходить круглої, і тільки потім її деформують холодним або гарячим методом в квадратний або іншого виду профіль. Випускають такі труби з мінімальними розмірами в 15х15 мм або максимальні 45х35 см. Якість труб регулює ГОСТ.

Сама форма труби безпосередньо впливає на область застосування таких ферм. Так, плоскоовальние – самі гнучкі, і з них виходять складні ферми красивих форм. А труби квадратної і прямокутної форми ідеальні для кріплення на плоскій поверхні.

Подивіться також, якими акуратними виходять зварені вручну аркову ферми з квадратної профільної труби:

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

Сьогодні для виготовлення металевих ферм використовують два види профільних труб: гарячекатані і гнуті. Гарячекатані виготовляють зі стрічки товщиною від 0,5 до 5 мм, з перетином у вигляді прямокутника або квадрата. Саме такий матеріал ви зустрічаєте найчастіше.

Для облаштування металевих ферм, замість профільної труби, також підходить швелер – балки у вигляді літери П, тавр у вигляді Т і куточок у вигляді букви Г. Але серед усіх цих конструкцій профільні ферми по вазі набагато легше. Ще одна перевага – за допомогою зварювання всю цю конструкцію зручно збирати прямо на місці.

Сьогодні зручно замовляти збірні конструкції або збирати їх ще на землі. Тоді на саму дах їх піднімають вже в готовому вигляді. Збирати їх слід строго по деталізованим кресленнями від заводу.

Для цього вам знадобляться:

  • болти. Це найпростіший спосіб, а надійність такого з’єднання вже залежить від якості кріплення і ступеня його натягу. Зазвичай таке кріплення роблять за допомогою спеціальних ключів з довгими ручками або пневматичними інструментами.
  • Сварка. Коли ферма повинна вийти максимально жорсткою і стійкою, тоді вдаються саме до зварювання. Всі вузли з’єднують за допомогою заклепок. Але цей метод – для промислового будівництва, а для пристрою кроквяної системи звичайного житлового будинку більше підходить саме болтове з’єднання.

Зібрана ферма на болтах виглядає так:

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

Саму заводську ферму виготовляють з таких елементів, як стійки, розкоси і пояса. І добре, якщо у всіх цих елементах заздалегідь пророблені монтажні отвори. Якщо немає, тоді деталі з’єднують між собою способом прихватки або за допомогою струбцин.

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

Ось процес домашнього виготовлення металевих ферм за допомогою зварювання:

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

Ось ще один майстер-клас виготовлення такої ферми:

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

І, нарешті, в каркасному будівництві сьогодні активно використовуються термопрофілі з оцинкованої тонкопрокатной стали.

Суть ось у чому: по всьому шляху стропіли розташовані наскрізні прорізи особливої ​​форми, завдяки яким теплопровідність сталевих ферм майже дорівнює теплопровідності дерев’яного бруса, і ніяких містків холоду.

Тобто такий матеріал для металевих ферм повністю перекреслює ті мінуси, які завжди відрізняли металеві ферми від дерев’яних в гіршу сторону.

Процес монтажу в покрокових ілюстраціях

У монтажу ферм на різні підстави – свої особливості. Так, на цегляні стіни і залізобетонні колони їх встановлюють на анкерні болти.

Встановлювати металеві ферми слід на колони, які попередньо міцно закріплені і зацементовані на підставі. А піднімати їх зручніше піднімати за допомогою стрілочного крана, хоча при відносно невеликій вазі з ними цілком справляються троє-четверо чоловік:

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

Схема така: спочатку двоє-троє чоловік піднімають один кінець ферми, надійно його фіксують на стіні, потім – другий:

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

Звичайно, ферми побільше, для іншого роду будівництва підняти здатна тільки спеціальна техніка:

При цьому ферми спочатку кріплять тимчасовими з’єднаннями, а потім – постійними:

Металеві ферми: самостійний розрахунок і особливості виготовлення

А ось у випадку з промислової будівництвом, ферми слід монтувати на підкроквяні металеві конструкції, які служать сполучними елементами для опорних колон.

Сама довжина прольотів в цьому випадку становить від 20 до 35 метрів. Це – все ті ж ферми Полонсо, які складаються з двох ферм трикутної форми, з’єднаних між собою затягуванням.

По закінченню монтажу металеву ферму за бажанням фарбують в будь-який обраний колір. Особливо ефектно це виглядає під таким покриттям, як полікарбонат або прозорим шифером. До слова, зазвичай самі металеві ферми вимагають антикорозійної обробки, щоб бути захищеними від конденсату в горищних зоні.

Скажімо так: металеві ферми і споруджувати, і встановлювати на місце відчутно складніше, ніж дерев’яні. Зате результат порадує душу!



ПЕРШИЙ КОМЕНТАР

Залишити коментар

Your email address will not be published.


*