Виды деревянных ферм. Область применения Основы расчета. Обеспечение пространственной неизменяемости (связи).

Ферма из профильной трубы

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.

Двускатная ферма

Двускатная ферма, это целая стропильная система, где в основе лежит треугольник, как самая жесткая и максимально экономичная конструкция, способная равномерно распределить нагрузки на несущие стены дома и стать несущей кровельной частью. Создается на базе точных расчетов, исходя из требований к строительству крыши. Существует ряд конструктивных элементов, вариации, применения которых и влияют на разнообразие видов конструкций подобных ферм. Есть различие и по межопорным пролетам – висячие стропила опираются на крайние опоры, а наслонные имеют дополнительную опору на среднюю несущую стену.

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.

Мансардная ферма с высоким положением затяжки и не формирующая перекрытие

Изломанные скаты образуют два угла наклона – пологий и крутой, что характерно для обустройства просторной мансарды. Отсутствует «глухая» зона. Конструктивная особенность фермы, это висячие стропила, за счет чего фермы опираются через угловые подкосы на продольные стены с закрепленным мауэрлатом. Сложная шпренгельная система в верхней части (стоек и подкосов, формирующих треугольники), требующая точного расчета распределения напряжения и нагрузки. Высокое положение затяжки, соединяющей стропильные ноги, обуславливает высокие требования к креплениям и к мощности самой затяжки, поскольку она снижает распирающее усилие стропил.

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.

Фермы бывают не только кровельные

Различаются фермы по внешнему контуру, по типам: опирания, решетки, по назначению и материалам. Но неизменным остается облегченная конструкция, минимальный расход материалов и очень высокая надежность. Сложно поверить, но фюзеляж самолета, корпус корабля, тепловоза приобретают рассчитанную прочность, благодаря ферменным элементам. Сложные инженерные системы, как мосты, опоры ЛЭП, это системы на основе ферм. Их надежность выверяется математически и не следует, приступая к строительству крыши пренебрегать расчетами, которые профессионально выполняют специалисты. Нет мелочей в строительстве, и выверенный расчет это необходимое условие для многолетней эксплуатации дома.

Наша строительная компания готова предоставить услуги своих специалистов на различных этапах строительства, утепления дома, обустройства участка. Наш телефон для любых справок и консультаций:

8 (812) 9999-812.

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.

Основные требования к конструкции

Чтобы сооружение прослужило долгую и надежную службу, выбирая ферму необходимо учитывать основные требования к ней:

Вне зависимости от материалов, из которых была изготовлена конструкция, она должна быть прочной, устойчивой и без внешних деформаций;
Сбор конструкции осуществляется точно по инструкции (сама ферма имеет вид равнобедренного треугольника, скрепленного внутри балками и крепежами). Только при таком условии, может быть обеспечен длительный эксплуатационный срок, а также устойчивость к нагрузкам;
Выбирать конструкцию нужно отталкиваясь от трех основных характеристик: прочность, надежность и устойчивость к механическим, а также природным проявлениям (к примеру, шквальный ветер).

Исходя из вышеперечисленного, можно сделать вывод, что выбор фермы должен основываться, прежде всего, на ее эксплуатационных данных, а также надежности материалов, из которых она была изготовлена. Эстетичный вид – лишь финальный аспект.

Особенности ферм

Конструкция фермы состоит из целого ряда взаимосвязанных деталей: раскосы, стойки, обрешеток, балки различных диаметров и т.д. Все эти элементы образуют своеобразный «скелет» сооружения, при этом обеспечивая надежность и устойчивость к любому механическому воздействию.

Главной задачей фермы является распределение нагрузки оказываемой на крышу и стены дома. Как правило, конструкцию фермы изготавливают из различных сортов древесины, но в качестве аналога рассматриваются иные материалы (железобетон, металлопрокатная продукция и т.д.). Стоит отметить, что конструкции из дерева зачастую эксплуатируются для домов, чья квадратура не превышает 50-70 кв.м. Если площадь помещения больше 80 кв.м., рекомендуется использовать ферму, изготовленную из металла.

При не состыковке или несоответствии размерного ряда некоторых деталей, в ход идет метод врубки. Иными словами, это крепление досок при помощи гвоздей, саморезов и зубчатых кольцевых шпонок. В случае с использованием металлической основы или деталей, все манипуляции производятся при помощи сварочного аппарата.

Стоит заметить, что сбор конструкции фермы весьма простой, но трудоемкий процесс. Особую сложность представляет монтаж комбинированного вида сооружения, с одновременным использованием металлических и деревянных элементов.

Что касается вида изнутри помещения, то в жилых домах ферма отгораживается настилом из досок, а в складских помещениях – не всегда. Ранее было упомянуто о том, что применяются фермы в качестве кровли к жилым и складским постройкам. Дело в том, что скатная крыша обеспечивает максимальную защиту от влаги, а в совокупности с грамотной герметизацией и гидроизоляцией можно получить идеальное складское помещение, защищенное от сквозняков, капель дождя и снега, тумана, а также удерживающее внутри себя необходимую температуру. С экономической точки зрения, ферма довольно дешевое сооружение, что и обусловливает ее актуальность при проведении строительных работ.

Разновидности ферм

Ранее в статье было отмечено, что выбор кровли необходимо осуществлять, основываясь на материале из которого изготовлены стены. В противном случае, ферма может оказаться слишком тяжелой для стен, что приведет к проседанию фундамента, а также деформации постройки. Для легковесной конструкции фермы лучшим решением будет использования кирпичных стен. Для тяжеловесных – железобетонные или металлические опоры, колонны. Рекомендуется использовать стальные горячекатаные круги, диаметром 40-60 сантиметров.

Особенности сооружения позволяют классифицировать фермы по следующим характеристикам:

Видом крыши;
Дизайном, внешним видом;
Схемой крепежных элементов и их размещений.

Помимо этого, стоит рассмотреть для какого вида помещения рекомендуется использовать те или иные типы ферм:

Промышленные помещения лучше всего перекрывать стропильной фермой с параллельными поясами. Они обладают высокой износоустойчивостью и не пропускают тепло, а также мелких сквозняки (со внешней стороны);
Для жилых домов оптимальным вариантом служат фермы в виде равнобедренного треугольника (скатные крыши);
Некоторые строители используют разрезную балочную схему.

Для каждого здания можно подобрать конструкцию в индивидуальном порядке, основывая на его дальнейшем предназначении. У инженеров сложилось мнение, что заводские и промышленные склады лучше перекрывать трапециевидной фермой, а для жилых домов использовать плоскую конструкцию. Это обусловлено, в первую очередь эксплуатационными характеристиками данных сооружений, а лишь в последнюю – внешним видом здания.

С применением ферм окончено. Теперь необходимо понять, какими бывают эти сооружения по конструктивному оформлению:

Лекие (одностенные). Характеризуются небольшим весом, простотой в эксплуатации, а также отсутствием в необходимости использования специальной техники, для их установки. Имеют лишь одну фасонку в углах;
Тяжеловесные (фермы, с несколькими стенами). Зачастую представляют собой комбинированную разновидность, с применением нескольких материалов. Характеризуется наличием нескольких узлов в двух фасонных листах.

Стоит подметить, что при постройке помещений с длинным и широким пролетом, для установки фермы используется тяжелый рамный «скелет». Это обеспечивает устойчивость конструкции, а также предубеждает ситуацию, в которой кровля может начать проседать. Для установки необходимо тяжелая грузовая спецтехника.

И последняя классификация ферм – материал изготовления. Как уже неоднократно упоминалось ранее, фермы производят из:

Твердых сортов древесины (дуб, бук, иногда орех);
Металла (используют готовую металлопрокатную продукцию);
Комбинированный типаж. Характеризуется одновременным применением элементов из разных материалов.

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.

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.

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.

Процесс изготовления ферм из металла и железобетона

Проще всего производятся безраскосные арочные конструкции – узлы ферм легко армируются, незаполненное пространства закрывают отводами (для проводки, систем коммуникации). Чаще всего такие изделия применяются для обустройства кровли плоской, скатной, с малым уклоном.

Для заливки железобетонных ферм используют бетон В30-В60, который демонстрирует высокий уровень прочности. Из готового бетонного раствора формируют большие каркасные конструкции или детали сборных элементов. Потом их транспортируют на место проведения работ с использованием специальной техники. Для этой цели пригоняют фермовозы – специальные машины, перевозящие фермы в готовом виде на объект.

Ввиду того, что ферма представляет собой несущий элемент крыши, до проведения установки осуществляют массу расчетов, все четко проектируют. Ведь даже при малейших погрешностях огромный вес фермы может стать причиной разрушения всего здания.

Как правило, для проектирования и реализации расчетов привлекают архитекторов, инженеров, проектировщиков, монтажников.

Установка железобетонных ферм выполняется также профессионалами – своими руками тут ничего не удастся реализовать. Только при условии верно выполненных расчетов и правильного монтажа ферм можно гарантировать прочность, надежность, долговечность конструкции.

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.