Прочная и жесткая ферма металлическая — собирается из металлических стержней определенного сечения. Технически, это узлы из раскосов и стоек, пространственное расположение которых обеспечивает равномерное распределение нагрузок (например, веса основного кровельного покрытия или снега). Конструкция в виде решеток, для установки требует грузоподъемного оборудования. Компания Profbau обладает необходимыми производственными мощностями для изготовления несущих ферм по вашему проекту.
Такая конструкция позволяет сразу закрывать большие пролеты и создавать основу для покрытия. Верхний пояс работает на осевое сжатие, а нижний — на растяжение, в результате чего основная несущая конструкция не деформируется вне зависимости от того, с какой стороны к ней прикладывают усилие. Каждый такой элемент относится к быстровозводимым модулям и может поставляться в состоянии заводской сборки для ускоренного монтажа мостовых или кровельных пролетов. Но где еще используют такие конструкции? Как они крепятся? Как правильно определить нагрузки фермы? Какие вообще виды бывают и в чем их особенности? Ответим на все эти вопросы.
Определение
Строительные стальные фермы — это сборные стержневые конструкции для быстровозводимых зданий. Они забирают на себя несущую нагрузку и равномерно распределяют ее. Выдерживают и сжатие, и растяжение, то есть и статические, и динамические нагрузки. Собираются из проката и профильных труб. Несмотря на то, что это сборный элемент, по прочности он не уступает двутавру или швеллеру.
Такие конструкции используются как основа для разных типов кровли, светопрозрачной или нет. Возможна обшивка металлическими листами, сэндвич-панелями с утеплителем, специальными светопрозрачными элементами на основе поликарбоната и так далее. Кроме того, это основы опор, мачт, ЛЭП, крановых башен. Расскажем, из чего они состоят и как могут использоваться.
Основные элементы
Ферма из металла — жесткая и надежная система стержней, соединенных в неизменяемые узлы, шарнирные или стационарные. Вся конструкция может выдерживать и сжимающие, и растягивающие осевые усилия, не деформируясь при этом. Такие строительные элементы используют как перекрытия в быстровозводимых складах и ангарах, мостовые пролеты разной нагруженности, опоры, башни, эстакады, основы рекламных баннеров.
Фермы могут быть плоскими или пространственными. Но в любом случае, они будут состоять из контура и решетки. В решетке используются такие типы элементов — раскосы и стойки, соединенные за счет фасонок или примыкающие друг к другу в узлах. Детали центрируют по осям центра тяжести, что позволяет стержням выдерживать именно осевые усилия.
Главных несущих элементов в ферме два. Это верхний пояс и нижний. Верхний представляет собой балку, которая может быть горизонтальной, наклонной или ломаной, а также радиусной. К ней крепятся соединительные узлы стоек, расположенные сверху. Нижний — это тоже балка, расположенная продольно, горизонтально. Здесь тоже фиксируются соответствующие соединительные узлы.
Ключевые элементы будут следующими:
- Стойка — сжимается при нагрузках, используется как основной несущий (вертикально расположенный) элемент, соединяющий 2 горизонтальных пояса, верхний и нижний.
- Раскос или стойка, наклоненная под углом в диапазоне от 30 до 60 градусов (чаще всего 45). Такое диагональное расположение позволяет связывать друг с другом узлы нижнего и верхнего пояса. Раскосы воспринимают сразу и сжимающие, и растягивающие нагрузки.
- Узлы или панели — точки соединения раскосов и стоек, находящиеся на верхнем либо нижнем поясе. Чем больше в конструкции стержней, тем больше в ней будет узлов. Увеличение их количества приводит к росту металлоемкости конструкции, но и способность воспринимать нагрузки пропорционально возрастает.
- Пояса — это рамная конструкция, верхние и нижние элементы в виде профилированных труб или горизонтальных балок.
- Решетка или стержни, объединяющие пояса между собой, и конструкция приобретает цельность и жесткость. Решетки различаются по металлоемкости и сложности выполнения.
Есть еще два определения, характерные для элементов ферм. Это: пролет или расстояние между опорами, а также панель — размер между смежными узлами поясов.
Крепление стержней в узлах может быть сварным или разборным. Если ферма собирается из профильных труб, то обычно используют сварку. Если же основной металл здесь — уголки, то их крепят к металлическим пластинам, фасонкам. Такие пластины могут закрепляться с одной или с двух сторон: у двустенчатых ферм допустимая нагрузка в два раза выше, чем у одностенчатых. Считается, что если в креплении используются дополнительные элементы, а не только сварка, металлу нужна усиленная антикоррозионная защита. В противном случае в местах накладок и “перехлестов” со временем может обнаруживаться очаговая коррозия из-за затекания воды.
Что требуется для производства?
Разные виды металлических ферм требуют для изготовления разные марки металла. Конкретный тип проката и сортамент выбираются в зависимости от того, какую нагрузку должна выдерживать готовая конструкция.
Например, для строительства небольшого павильона или навеса понадобятся:
- равнополочные или разнополочные стальные уголки, которые будут соединяться в узлах крепления с помощью фасонок;
- профильные трубы (обычно квадратного сечения, но это также может быть круг или квадрат) — они крепятся без помощи фасонок, что не увеличивает итоговую стоимость готовой металлоконструкции;
- металлические балки, которые используются для создания перекрытий, — это тавры, швеллеры, двутавры.
Основным материалом практически всегда служит оцинкованная сталь разных сечений. Но очень легкие ненагруженные конструкции можно создавать и из алюминия, хотя в промышленном строительстве такой вариант не используется. Это решение для сезонных или временных объектов. Расскажем подробнее.
Плюсы и минусы разных металлов для строительства
Большинство стропильных и несущих ферм из стали — углеродистой, конструкционной или легированной, оцинкованной или нет, обыкновенного или повышенного качества. Основные рекомендации здесь будут следующие:
- Углеродистая сталь Ст3 подходит для небольших частных построек, придомового строительства. Для защиты от коррозии может использоваться слой цинка.
- Во многих быстровозводимых зданиях используют низколегированные стали марок 38ХА, 30ХГСН или 30ХГСА, где легирующих элементов — от 2 до 4% от общего количество. Такие марки легче переносят циклические нагрузки, но коррозионная стойкость их не слишком отличается от углеродистых.
- Конструкционные стали типа 30А, 45 или 20А, а также 40, считаются более качественными и стоят больше.
Оцинкованную сталь используют там, где соединение элементов будет осуществляться за счет дополнительных деталей. Так в месте стыка и завинчивания метизов не возникнет очагов коррозии.
Виды металлических ферм
Проектирование металлической фермы начинают с выбора ее статической схемы. Существуют разные виды таких конструкций, и отличаются они по исполнению.
Так, по работе в пространстве фермы могут быть плоскими или пространственными. Первые делаются плоского сечения и хорошо воспринимают вертикальные нагрузки — например, снеговые. В случае с пространственными речь идет об объемных конструкциях, где каждая сторона — это плоская ферма. Например, это может быть основание (стрела) башенного крана или опора ЛЭП.
Разрезные
Это балочные фермы, довольно простые в производстве и установке. Используются для транспортных галерей, мостов, в виде перекрытий зданий. Могут быть с пролетом балки и более 40 метров. Тогда такие конструкции собираются непосредственно на месте монтажа.
Неразрезные
Используются при устройстве не менее 2 перекрываемых пролетов. Металлоемкость здесь меньше, но жесткость конструкции — больше. Высота фермы снижается из-за осадки опор. Но для слабых грунтов такие конструкции не подходят, поскольку здесь будут увеличенные усилия. Считается, что неразрезные фермы более сложны в монтаже по сравнению с разрезными.
Рамные
Отличаются экономичным расходом металла и небольшими габаритами, но установка будет достаточно сложной. Такие фермы в основном используют для большепролетных зданий.
Арочные
Объем помещения и ограждающих поверхностей в случае использования арочных ферм увеличивается. При этом такая конструкция остается достаточно легкой, а металлоемкость ее снижается. Верхний и нижний пояс здесь будут дугообразными. Они соединяются ребрами жесткости. Радиус арки определяется, исходя из существующих ограничений конструкции и ее габаритов. Благодаря арочному расположению увеличивается покрываемая площадь пола.
Консольные
Это основные элементы опор для линий электропередач, различных башен и навесов.
Полигональные
Это наиболее экономичные с точки зрения металлоемкости системы. Такая ферма представляет собой сегментную конструкцию с параболическим поясом. Криволинейные пояса трудоемки в изготовлении, и на практике такая конструкция используется редко именно из-за сложностей в реализации. Верхний пояс представляет собой ломаную линию. Зато такие фермы хорошо выдерживают тяжелые кровельные настилы.
Трапецеидальные
Похожи на полигональные, поскольку практически так же выстраиваются по эпюре моментов. Но в этом случае узлы упрощены. И создаваемое жесткое рамное соединение увеличивает общую прочность здания. По форме вся конструкция напоминает трапецию с изломом в верхнем поясе. Эти конструкции могут использоваться для крыш с небольшим уклоном.
С параллельными поясами
Такие фермы считаются металлоемкими, но активно используются, поскольку производятся по унифицированным чертежам. Так, детали здесь повторяются, схемы узлов совпадают друг с другом, а длина элементов делается одинаковой.
Треугольные
Это надежные элементы для балочных и консольных систем в том случае, если нагрузка сосредоточена в середине пролета. Назначение таких конструкций — подстропильные, при этом возможно лишь шарнирное сопряжение с колоннами. Из-за большой длины средних раскосов общая металлоемкость увеличивается. В плоскости это — равнобедренный или прямоугольный треугольник, используется для крыш с большим уклоном.
Также ферма может быть треугольной по типу решетки. В этом случае все соединения раскосов образуют в плоскости треугольники. Это экономично и удобно: количество узлов и стержней здесь сведено к минимуму, и требуемый метраж проката тоже сокращен. В большепролетных зданиях используют фермы треугольные со стойками, усиленные.
Шедовые
Это стропильные конструкции, в которых уклон кровли более 20%. Они также подходят для крыш или навесов, где нужно обеспечить одностороннее равномерное освещение.
Сегментного типа
Такие фермы используются для светопропускающих кровель и навесов, но они довольно сложные в реализации. Элементы здесь изгибаются и приобретают дугообразную форму. Тщательно рассчитывается геометрия конструкции, чтобы обеспечить идеальное распределение нагрузки.
Также фермы классифицируются на несколько категорий по конфигурации внутренних решеток:
- шпренгельные могут выдерживать предельно высокие нагрузки на верхний пояс, при этом промежуток между прогонами сохраняется неизменным;
- раскосные устроены так, что стойки здесь выдерживают большие нагрузки;
- крестообразные могут воспринимать напряжения сразу в двух плоскостях;
- перекрестные обычно используются там, где фермы производятся из тавров;
- треугольные имеют наименьшее количество сборных узлов, и прокат здесь подготавливается лазерной резкой;
- ромбические, как и полураскосные, встречаются на фермах большой высоты.
Выбор конкретного типа фермы зависит от требуемой металлоемкости, от уровня выдерживаемых нагрузок, от уклона кровли. Например, трапециевидные конструкции, выдерживающие значительные вертикальные нагрузки, подходят для крыш с уклоном от 6 до 15 градусов. А для кровель с уклоном 22-30 градусов выбирают треугольные, для которых характерен небольшой вес.
Отдельно стоит отметить разные способы крепления и соединения, создания основных узлов. Это может быть сварка как наиболее прочный способ крепления, а также болты или заклепки. Соединение на болтах считается самым быстрым, а заклепки сформируют ответственные узлы даже без сварки. В этом случае прилегание крепежа к металлу будет более плотным и не понадобится контролировать усилие затяжки. Хотя потребуется дорогой инструмент для выполнения заклепочных соединений нужной прочности.
Типы сечений стержней металлических ферм
Если говорить о металлоемкости, то наиболее выгодным сечением стержней будет круглая труба. Она обладает хорошей обтекаемостью, что может быть критически важно для башенных или крановых сооружений, подверженных значительным ветровым нагрузкам. Также на круглых трубах не задерживаются снег, иней, влага, и поэтому они считаются более устойчивыми к коррозии. Кроме того, их удобно красить. Но внутреннее пространство трубного проката обязательно герметизируют. В противном случае возможно появление коррозии на внутренних поверхностях. Конечно, трубы дороже и соединять их между собой тяжело. Из-за этого фермы на основе круглого трубного проката не используются повсеместно.
Большинство таких стальных конструкций собираются из проката двутаврового, таврового сечения и уголков. Например, создаются гнуто-замкнутые прямоугольные сечения, где узлы сопряжения более простые по сравнению с трубами. Но стыковка здесь должна быть очень точной, а толщина гнутых профилей обычно ограничивается 10-12 мм, не более. При таких габаритах нельзя допускать серьезных пластических деформаций на изгиб.
Наиболее рациональное решение при сборке ферм — использование разных видов профилей, когда гнутые замкнутые профили дополняются двутавровыми балками, решеткой из одиночных или парных уголков, тавровым поясом. Если же речь идет о пространственных фермах, то используют еще и трубы. А в четырехгранных пояс создается из пары уголков, образующих крестовое соединение.
При выборе конкретного сечения профиля обязательно учитывают, как будет эксплуатироваться ферма. Например, элементы, работающие на сжатие, должны иметь равную устойчивость к нагрузкам в перпендикулярном направлении. Конечно, при подборе сортамента учитывается и требуемый запас прочности, но всегда принимают во внимание и рентабельность, экономическую целесообразность. Так, швеллер или двутавр используется для ответственных мостовых пролетов или тяжелых нагруженных конструкций. А в гидротехнических сооружениях часто используются профильные трубы.
Область применения
Задача фермы — создание перекрытия пролетов там, где нецелесообразно использовать сплошной настил или есть необходимость удешевления всей конструкции. В большепролетных зданиях (ангарах, складах, цехах) использование ферм гораздо эффективнее и дешевле по сравнению со швеллерами и балками.
Фермы используются для решения таких строительных (архитектурных, конструкторских) задач:
- обустройство перекрытий в мастерских, ангарах, производственных цехах;
- устройство кровли в загородных домах;
- строительство навесов, беседок — как в частном домостроении, так и для задач городского благоустройства;
- изготовление рекламных конструкций — основ для баннеров, растяжек;
- установка телевизионных или радиовышек, мачтовых опор (в том числе, и для задач освещения — например, для стадионов);
- установка опор для линий электропередач (ЛЭП);
- строительство переходов, эстакад, мостов — автомобильных, железнодорожных;
- сооружение вокзалов, аэропортов, станций, терминалов, перекрытий над остановками транспорта.
Фермы как металлические конструкции с минимальным весом и высокой прочностью используются в строительстве и промышленности повсеместно. Так, это один из основных элементов быстровозводимых зданий — от промышленных цехов и складов до выставочных и торговых помещений.
Проектирование конструкции фермы и ее элементов
Применение ферм для монтажа крыш, навесов и перекрытий очень популярно. Жесткость и прочность таких конструкций делает их востребованными во всех областях строительства. Но важно выполнить правильный расчет размеров и других параметров. Проектирование фермы также предполагает полный расчет нагрузки.
Чтобы вычислить габариты используемого металлопроката (например, толщину стенки профильной трубы или высоту уголка), понадобиться опираться на такую информацию:
- общая высота фермы;
- высота опор;
- предельная снеговая нагрузка на кровлю зимой (в зависимости от региона и частоты выпадения осадков);
- уровень ветровой нагрузки;
- возможность оползней или других геологических катаклизмов на участке строительства;
- общая масса используемого кровельного покрытия.
Если неправильно выполнить расчеты, то изготовленная ферма деформируется под весом снега или даже кровельного покрытия. она может обрушиться при сильном ветре или даже сломаться в особо нагруженных точках просто под собственным весом. При этом деформация может проходить постепенно, что особенно опасно. в таком случае разрушение случается внезапно, и могут пострадать люди или транспорт.
Но и проектировать металлические фермы с существенно завышенным запасом прочности не стоит. Если взять слишком тяжелый и мощный профиль, металлоемкость конструкции серьезно возрастет, и стоимость фермы неоправданно увеличится. Расскажем, что обязательно нужно учитывать при расчетах.
Основы расчета несущих фермовых конструкций
Результат проектирования металлических ферм — это подготовка чертежей с указанием точных размеров. Уже по чертежам определяется металлоемкость изделия и составляется смета на приобретение проката. Но рабочая документация также позволяет контролировать правильность типоразмеров и в собранном виде, уже когда ферма будет установлена как часть сооружения.
Что же нужно учитывать в расчетах? В первую очередь, нужно уточнить форму крыши и решить, какой конструкции должна быть ферма. После этого определяются кровельные размеры, шаг между фермами и их общее количество.
Тип основных несущих кровельных конструкций выбирается с учетом назначения и расположения объекта. так, односкатные фермы — например, для навесов, примыкающих к дому, чаще всего делаются консольным. А вот уже отдельно стоящие постройки, даже если речь идет о тех же навесах, могут монтироваться на сегментных, арочных, полигональных или треугольных фермах. В любом случае, еще необходимо опираться на нормы СНиП.
Как влияет угол наклона кровли
Конструкция металлической фермы в обязательном порядке должна соответствовать углу наклона кровли. Например, крыша может быть пологой, если речь идет об отдельно стоящем “ненагруженном” здании, и тогда опорные фермы делаются невысокими. А если конструкция примыкает к зданию, то крыша делается отвесной, что помогает обеспечить лучший отвод воды во время дождя. Да и снег на такой крыше не задерживается.
Чем больше осадков ежемесячно выпадает на участке строительства, тем более высоким нужен угол кровли — и высота основы соответственно увеличивается. Чем “круче” конструкция, тем меньший объем осадков на ней может задержаться. Рекомендации здесь будут следующие:
- угол кровли до 15 градусов подходит для отдельно расположенных компактных навесов: высота ската — от одной седьмой до одной девятой от длины пролета, фермы здесь обычно делаются трапециевидными;
- для углов от 15 до 22 h ската соотносится к L пролета как 1:7;
- наклон кровли в пределах 22-35 градусов предполагает, что оптимальная высота ската составляет одну пятую часть от общей длины пролета (чаще всего такие фермы делают треугольными, и они могут иметь как ровный, так и ломаный нижний пояс).
Поскольку высота фермы зависит от общей длины пролета и от угла кровли, то, меняя эти значения, можно изменять и общую металлоемкость каркасной конструкции.
Базовые углы: как учесть при расчетах
Это важный элемент конструкции, определяющий взаимное расположение элементов ферм, и его важно контролировать при расчете. Так, нижний пояс должен располагаться под прямым углом к опорам (перпендикулярно). Наклон верхнего пояса зависит от угла кровли.
Такой элемент как раскос наклоняется по отношению к горизонтальной или вертикальной плоскости обычно под 45 градусов. А вот стойки монтируются только вертикально. Заготовки, определяющие длину фермы, выбираются в зависимости от угла наклона кровли.
Производство и сборка
Изготовление таких элементов производится непосредственно на производственном участке или на строительной площадке. Все основные элементы типа поясов, раскосов и стоек поставляются в готовом, полностью собранном виде. В них предусматривают готовые монтажные отверстия, в результате чего сборка непосредственно на объекте выполняется быстрее. Если же отверстия не были выполнены, то предварительную сборку производят струбцинами, а затем уже выполняют сверление и окончательную фиксацию.
Монтаж металлических ферм
Монтаж и сборку этих несущих металлических элементов ведут по предварительно подготовленным чертежам. Самым простым и распространенным считается болтовое соединение. Здесь важно контролировать затяжку метизов, чтобы сборка получилась по-настоящему надежной. На болты можно крепить связи, фахверки и прогоны, а также и другие элементы. Чтобы надежно зафиксировать крепеж, применяют специальные ключи или пневмоинструмент.
Если же речь идет о нагруженных конструкциях, к которым предъявляются высокие требования по прочности, то прибегают к помощи сварки. Металлические детали вначале скрепляют болтами или заклепками, а потом, уже в зафиксированном состоянии, сваривают.
Собранные фермы устанавливают на закрепленные (забетонированные) металлические колонны. Конструкцию поднимают стрелочным краном, используя парные растяжки, исключающие раскачивание. Выполняют крепление, не снимая строп. Их можно убрать только когда будет установлено и затянуто не менее 50% креплений.
К железобетонным колоннам или к кирпичным стенам фермы крепятся анкерными болтами. Все монтажные работы проводят с обязательным соблюдением правил техники безопасности. Так, для установочных задач привлекаются сертифицированные стропальщики. Рабочим обязательно выдаются необходимые СИЗ: экипировка должна включать в себя каску, монтажный пояс, прочные брезентовые рукавицы.
Стоимость изготовления металлических ферм
Стоимость учитывает габариты конструкции, ее высоту, изгиб, вес, особенности установки. Важен тип фермы — будет ли она собираться на заводе и поставляться в виде готовой габаритной конструкции, или же здесь идет речь о легких опорах из профилированных труб, которые могут монтироваться прямо на месте.
На цену напрямую влияют вид и объем используемого металлопроката. Ключевыми факторами определения стоимости можно назвать следующие:
- Общая площадь постройки. Затраты на установку и изготовление в расчете на 1 квадратный метр снижаются при увеличении общей площади постройки.
- Вид и сложность сооружения. Чем сложнее ферма, тем она дороже. Допустим, конструкция промышленного ангара или торгового центра будет стоить больше, чем сооружение для частной застройки.
- Срочность изготовления заказа. При выполнении срочных заказов может задействоваться больше специалистов или вводиться посменный график работы завода, что приводит к увеличению стоимости.
- Марки стали и типы проката. Этот фактор определяется еще на этапе проектирования. Так, вариант из углеродистой стали будет стоить меньше, чем из легированной, — при условии, что используется прокат одинаковых типоразмеров. Также более дорогой будет сталь с цинковым покрытием.
Дополнительным фактором увеличения стоимости будет доставка — как далеко находится объект строительства относительно завода и как именно будет транспортироваться ферма, в собранном или разобранном виде.
Компания Profbau занимается изготовлением ферм и их доставкой по всей России. Производим металлические конструкции с максимально прочным основанием. Можно заказать как цельнометаллические (сварные), так и сборные. Для сборных выполняем комплексную проверку качества, чтобы монтаж на участке занимал минимум времени. Заказанные у нас изделия будут отличаться высокой эстетичностью. Мы не используем стальной прокат с дефектами поверхности, а работаем только с сертифицированным металлом по требованиям актуальных стандартов. Готовое изделие также можно окрасить порошковым способом практически в любой подходящий цвет. Полимерные составы, которые используются для окрашивания, создают не только декоративный, но и защитный слой.
Обеспечиваем доступные цены на металлические фермы подходящей конфигурации — как из профтрубы, так и из уголков и швеллеров. Специалисты компании Profbau могут сделать необходимые расчеты и рабочие чертежи по ГОСТ после обсуждения деталей с заказчиком и согласования техзадания. Возможно изготовление нужной разновидности фермы, типовой или нестандартной, вне зависимости от ее прогиба и способа опирания. Также подбираем необходимые крепежные элементы с учетом жесткости и прочности конструкции. При необходимости можем использовать металл с собственного склада — для этого работаем с сертифицированными российскими поставщиками. Есть разные типоразмеры проката — швеллеры, уголки, квадратные трубы.
Наша компания — член Российского Союза поставщиков металлопродукции с 2007 года. Можем изготавливать разные надежные габаритные конструкции на автоматизированных линиях и станках с ЧПУ, что обеспечивает высокую точность. Проводим необходимую точную резку, металлообработку, сварку, зачистку, шлифовку, окрашивание. Для того, чтобы оставить заявку на просчет, укажите данные для связи и уточните, как наш специалист должен с вами связаться — по телефону или через e-mail. Наш инженер сразу же перезвонит.
