Как строить металлические фермы: расчет и сварка ферм из профильной трубы

Если длина пролета составляет менее 6 метров, вместо сварки сложных металлоконструкций можно воспользоваться одинарной или двойной балкой, выполнив гиб металлического элемента под выбранным радиусом. При таком подходе результаты расчета арочных ферм не являются обязательными, однако крайне важно правильно подобрать сечение материала, чтобы конструкция могла надежно выдерживать все предположительные нагрузки.

Расчет и изготовление ферм из профильной трубы

Использование профильной трубы для монтажа ферм позволяет создавать конструкции, которые способны выдерживать высокие нагрузки. Такие легкие металлоконструкции идеально подходят для возведения различных сооружений, обустройства каркасов под дымоходы, монтажа опор для кровли и козырьков. Это может быть актуально как в частном, так и в промышленном строительстве.

Тип и размеры ферм определяются в зависимости от их предполагаемого использования. Будь то использование в домашнем хозяйстве или же в масштабах промышленной сферы, необходимо тщательно выполнить расчет фермы из профильной трубы. Игнорирование этой важной процедуры может привести к тому, что конструкция не выдержит эксплуатационные нагрузки и станет причиной аварийной ситуации.

Виды ферм

Металлические фермы, выполненные из трубопроката, характеризуются сложностью монтажа, однако они более экономичны и легче, чем конструкции, изготовленные из сплошных балок. Профилированная труба изготавливается из круглой стали путем горячей или холодной обработки. В поперечном сечении она может иметь различные формы, включая прямоугольник, квадрат, многогранник, овал, полуовал и плоскоовальную форму.

Наиболее удобными для монтажа являются фермы, выполненные из квадратных труб.

Ферма представляет собой металлоконструкцию, которая состоит из верхнего и нижнего поясов, а также решетки, расположенной между этими поясами.

К элементам решетки относятся:

• стойка — элемент, располагающийся перпендикулярно к оси конструкции;
• раскос (или подкос) — орудие, устанавливаемое под определенным углом к оси, обеспечивающее дополнительную жесткость;
• шпренгель — вспомогательный подкос, который также добавляет прочности конструкции.

Основное назначение ферм — перекрытие пролетов. Благодаря ребрам жесткости, они не деформируются даже при использовании длинных конструкций в крупных сооружениях, имеющих значительные пролетные расстояния.

Процесс изготовления металлических ферм может осуществляться на земле или в производственных условиях. Элементы из профильных труб обычно соединяются с использованием сварки или заклепок, могут применяться косынки и парные материалы для повышения прочности соединений.

При установке каркаса навеса, козырька или кровли капитальных строений, готовые фермы поднимают и надежно крепят к верхней обвязке, следуя заранее сделанной разметке.

Для перекрытия пролетов с успехом применяются различные варианты металлических ферм.

Конструкция может быть:

• односкатной;
• двухскатной;
• прямой;
• арочной.

Треугольные фермы, изготовленные из профильной трубы, применяются, как правило, в качестве стропил, включая монтаж простых односкатных навесов.

Металлоконструкции в виде арок пользуются высоким спросом благодаря своей эстетичности и визуальной привлекательности, однако арочные конструкции требуют максимально точных расчетов. Это обусловлено тем, что нагрузка на профиль должна распределяться равномерно, чтобы избежать перегрузок и возможных деформаций.

Превосходства фермы из железной трубы

1. Стойкость к деформациям даже при больших нагрузках, что делает их надежными в эксплуатации.
2. Небольшая масса конструкции, поскольку трубы полые, что также облегчает транспортировку и монтаж.
3. Экономичность, так как для производства пустых труб необходимо значительно меньше металла, чем для изготовления сплошных балок.
4. Возможность возведения сложных систем с минимальными усилиями.
5. Долговечность и высокая прочность, что делает такие конструкции надежно служащими на протяжении длительного времени.

На схеме представлено производство профильных труб.

К важнейшим сферам использования таких труб можно отнести: строительство зданий, сельскохозяйственное машиностроение и мебельное производство. Из профильных труб изготавливаются разнообразные конструкции, такие как каркасы для будущих зданий, различные перекрытия, опоры и пролеты, а также элементы для рекламных систем.

При помощи этих материалов возводят павильоны для выставок, торговые центры, спортивные сооружения, склады, промышленные здания, мосты, эстакады и различные подъемные механизмы.

Область использования труб определяется их формой. Например, плоскоовальные трубы обладают высокой эластичностью и часто применяются в мебельном производстве, а также для создания декоративных элементов. Трубы прямоугольной и квадратной формы используются в системах, которые укладываются на плоскую поверхность, такими как ремонтные арматуры и рамные распорные системы.

Профильные трубы необходимы в строительных конструкциях как опорные и крепежные элементы, в частности для использования в ремонтных фермах, о которых будет рассказано далее.

Ферма из профильной трубы

Ферма представляет собой конструкцию, которая функционирует как стержень в ремонтной системе. Она сохраняет свою геометрическую форму, даже когда твердые узлы заменяются на шарнирные. В случае, если стержни не расцентрованы и отсутствует внеузловая нагрузка, в компонентах фермы происходят лишь растяжения и сжатия. Такие фермы создаются из прямых стержней, которые соединяются в узлах. Конструкция включает в себя два пояса (верхний и нижний), а также раскосы и стойки.

Основные детали, составляющие ферму, включают: опорный раскос (или шпренгель), раскосы, пояса и стойки.

Схема демонстрирует устройство фермы, выполненное из профильной трубы.

Без использования ферм трудно представить современное строительства. Эти конструкции в основном предназначены для перекрытия больших пролетов. На их основе строятся мосты, фабрики, спортивные комплексы, павильоны, сцены, подиумы и т.д.

Металлические фермы можно приобрести уже в готовом виде. В то же время, достаточно сложно самостоятельно произвести точный расчет нагрузок на каждую часть конструкции, не допустив ошибок при выборе подходящего материала. После этого необходим грамотный монтаж конструкции, иначе стропильная ферма из профильной трубы не прослужит долго.

Тип фермы, который необходимо выбрать, в первую очередь зависит от месторасположения перекрытия чердака, угла уклона кровли и нужной длины пролета.

Далее будет представлен обзор видов стропильных ферм, все из которых выполняются из профильной трубы.

Угол уклона крыши 22 — 30 градусов

Если в проекте строящегося дома указан угол уклона крыши в пределах 22-30 градусов и планируется использование шиферного покрытия или металла для кровли, оптимальным выбором станет ферма треугольной формы, высота которой составляет одну пятую часть длины пролета. Эта конструкция отличается относительно низким весом.

При длине пролета от 14 до 20 метров рекомендуется выбирать систему с наклонными раскосами. Вес конструкции в этом случае также имеет значение, поэтому верхняя часть фермы должна включать панель длиной от 1,5 до 2,5 метров. Оба пояса системы формируют четное количество панелей, так что для вышеупомянутых размеров, общая цифра должна составлять восемь.

При строительстве промышленных объектов фермы обычно устанавливаются на подстропильные конструкции из металла. Такие системы представляют собой связывающие элементы для опорных колонн. Длина пролетов в этом случае варьируется от 20 до 35 метров. Идеальным решением будет монтаж фермы Полонсо, которая состоит из двух треугольных ферм, соединенных между собой затяжкой. Данная конструкция позволяет обходиться без длинных раскосов между панелями, что снижает общий вес системы. В свою очередь, чтобы предотвратить продольный изгиб, раскосы должны иметь значительное сечение, что увеличивает общий вес конструкции. Верхняя часть фермы разделена на двенадцать или шестнадцать панелей, где длина каждой панели составляет 2,2-2,75 метра. Если потолок будет монтироваться к фермам, затяжка должна быть размещена в узлах верхнего пояса.

Угол уклона крыши 15 — 22 градуса

В этом случае, исходя из расчетов, высота фермы должна составлять одну седьмую часть длины пролета. При максимальной длине пролета до 20 метров (если пролет превышает данный параметр, то восстановление Полонсо, считается лучшим решением). Для увеличения высоты системы до 0,23 длины пролета нижний пояс следует изготавливать ломаным.

Виды конструкций и формы крыши

Треугольные юридические конструкции ‒ могут быть как односкатными, так и двускатными. Они являются наиболее распространёнными и известными формами, так как обладают способностью выдерживать большие нагрузки при сравнительно небольшой материалоемкости.

Сегментные конструкции ‒ чаще всего применяются для кровель из поликарбоната, что делает их популярными в индивидуальном строительстве.

Полигональные конструкции ‒ подходят для создания зданий и сооружений с большими пролетами, однако они характеризуются сложностью в сварочных работах и используются для повышения нагрузок.

Конструкции с параллельными поясами ‒ это наиболее простые вариант фермы, состоящие из стоек и раскосов одинаковых размеров. Они прекрасно подходят для мягкой кровли и легких светопрозрачных материалов.

Трапециообразные конструкции ‒ аналогичны полигональным, однако имеют более простую конструкцию и сборку.

Арочные конструкции ‒ нашли широкое применение при изготовлении различных навесов и беседок.

Этапы изготовления

1. Проектирование

На этом первом этапе крайне важно определить размеры пролета строения, форму будущей крыши, материалы, которые будут использоваться для поясов и решетки, а также провести расчеты нагрузок (включая снеговую и ветровую) и угол наклона крыши. Для проектирования можно воспользоваться программными решениями, такими как Автокад, 3D MAX или Arcon.

Внимание: Устойчивость фермы из профильной трубы зависит от правильно рассчитанных точек равновесия каркаса. Для этой нагрузки необходим выбор качественного материала, который будет включен в конструкцию.

2. Выбор профиля

Во время строительства металлоконструкций используются профильные трубы прямоугольного и квадратного сечения. Рекомендуется применять следующие параметры:

• для строительства пролетов до 4,5 метров — трубы 40х20х2 мм;
• для длины конструкций от 4,5 до 5,5 метров — трубы 40х40х2 мм;
• для возведения пролетов длиной более 5,5 метров — трубы 40х40х3 или 60х30х2(3).

Устойчивость металлоконструкции пропорциональна толщине трубы, поэтому не стоит использовать профильные элементы, предназначенные для сварки стоек и каркасов, поскольку они имеют другие характеристики. Также важно обращать внимание на способ производства элементов: горячим и/или холодным деформированием, а также электросварным методом.

При самостоятельном изготовлении фермы самым простым вариантом будет использование профиля с квадратным сечением толщиной 3-5 мм.

3. Расчет внутреннего напряжения

Это решающий этап в процессе строительства металлической фермы из профильных труб. Для проведения расчетов можно воспользоваться онлайн калькуляторами и данными из строительных норм и правил. Например:

• СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»;
• СНиП II-23-81 «Строительные конструкции».

Лучше всего доверить выполнение расчетов квалифицированному специалисту, который сможет правильно рассчитать конструкцию и тем самым обеспечить ее функциональность.

Этапы производства ферм

Сварка фермы из профильной трубы — это не первый этап при создании устойчивых перекрытий. Ниже изложен поэтапный план:

1. Проектирование конструкций с расчетами, подбором сечения элементов, узлов соединений, а также длины профилей. В результате формируются чертежи и 3D-модели проекта.
2. На заготовительном этапе происходит раскрой трубопроката в соответствии с чертежами и механическая обработка заготовок (сверление отверстий, гибка и резка).
3. Комплектование и сборка из подготовленных заготовок с использованием болтового или сварного соединения в соответствии с документацией.
4. Защита металлоконструкций от коррозии с применением распыления лакокрасочных покрытий.
5. Упаковка и отгрузка. Готовые конструкции упаковываются в термоусадочную пленку, крепятся на поддоны и отгружаются заказчику.

Следуя этой последовательности действий, можно гарантировать высокую эффективность готового продукта.

Как рассчитывается ферма из стальной профильной трубы

Расчет фермы из профильных труб для навеса и не только включает следующие основные этапы:

1. Формулируем исходные данные: пролет (L), шаг (B), нагрузки — собственный вес, ветровая и снеговая нагрузка, а также выбираем материал (чаще всего используется сталь S235).
2. Предварительный подбор сечений элементов.
3. С помощью таблиц выбираем сечения верхнего и нижнего пояса, раскосов и стоек из стандартного сортамента на рынке.
4. Проверяем предварительный расчет и при необходимости корректируем размерности сечений элементов.
5. Рассчитываем усилия в элементах от заданных нагрузок, чтобы определить фактическую прочность конструкции.
6. Выбираем окончательное сечение, которое удовлетворяет всем требованиям по прочности и надежности.

Для наглядности приведен пример проведения такого расчета.

Исходные данные: пролет L = 24 м, шаг B = 6 м, снеговая нагрузка q = 300 кг/м2, материал — стальная труба.

После предварительного подбора трубопроката можно остановиться на следующих размерах:

• верхний пояс — 60х40х3 мм;
• нижний пояс — 80х40х3 мм;
• раскос — 60х40х3 мм.

По результатам проведенного расчета данные размеры профильной трубы обеспечивают необходимую несущую способность.

Что такое ферма и для чего она нужна

Металлические фермы представляют собой специальные сборные конструкции, выполненные из профилированной трубы, которые используются для усиления кровли. Их применение позволяет создать как боковое, так и верхнее соединение опорных элементов в беседках, навесах для автомобилей, остановках, торговых павильонах, теплицах и парниках. Такие конструкции незаменимы также при строительстве козырьков над входами в здания.

Ферма, выполненная из металла, представляет собой укрепляющую и опорную конструкцию, которая состоит из двух поясов, связанных перемычками и раскосами. Такое устройство придает конструкции необходимую жесткость, позволяя ей сохранять первоначальные размеры и форму в любых условиях эксплуатации, независимо от действующих внешних нагрузок.

В частном строительстве долгое время использовались деревянные фермы для возведения крыш. Однако металлические элементы, выполненные из профильной трубы, обладают рядом существенных преимуществ:

• Стальной профиль не подвержен деформациям, долговечно сохраняет форму и геометрию на протяжении всего срока эксплуатации;
• Благодаря тому, что трубы полые, они обладают сравнительно небольшим весом;
• Металлические заготовки могут быть использованы для создания ферм любой сложности и конфигурации без потери прочности и надежности;
• В отличие от древесины, металл не подвержен гниению, не боится вредителей, таких как насекомые и грызуны, и не восприимчив к огню;
• Стоимость металлических ферм вполне доступна, и они легко поддаются расчету на основе имеющихся данных для любой кровли.

Сравнительный обзор огнестойких материалов для строительства дома

Металлические конструкции легче, чем деревянные обрешетки, но при этом предлагают значительный запас прочности и надежности, что делает их предпочтительным решением для современного строительства.

Основные виды ферм

В последние годы использование металлических ферм стало распространенным явлением. Это связано с множеством их разновидностей, что позволяет гибко решать задачи:

• Параллельные фермы — по своей конструкции являются самыми простыми. Эти конструкции состоят из одинаковых элементов, которые располагаются параллельно друг другу.

Строение металлических ферм

Типовая конструкция фермы для кровли включает несколько основных узлов:

• верхний и нижний пояс, которые образуют контур конструкции;
• вертикальные стойки (ребра жесткости), соединяющие пояса между собой;
• раскосы — металлопрофили, установленные под уклоном, обеспечивающие дополнительное соединение поясов и придающие конструкции жесткость;
• шпренгели — вспомогательные раскосы, которые помогают устойчивости всей конструкции.

При сборке металлической фермы используются различные крепежные детали: болты, накладки, косынки, узловые фасонки, заклепки и прочие элементы, способствующие созданию прочной конструкции.

Нужна надежная кровля? Мы подберем, рассчитаем и доставим все необходимые материалы для создания металлической фермы.

Материалы для ферм

При самостоятельной сборке металлической фермы обычно применяются не только профилированные трубы различных диаметров, но и другие металлические изделия. Для достижения отличных показателей несущей конструкции, особенно для кровли, рекомендуются:

Изготовление и монтаж ферм

После выполнения всех расчетов избранной фермы для односкатной или двускатной крыши, подготовки проектов и чертежей, и выбора необходимых материалов, можно переходить непосредственно к изготовлению конструкции. Важно заранее определить, какие работы будут проводиться на земле, а какие — после поднятия и установки каркаса на место, а также потребуется ли для этого специализированная техника и профессиональное оборудование.

Процесс сборки и установки фермы можно представить в виде такого алгоритма:

1. Подготовка ровного и чистого участка для ведения работ.
2. Установка вертикальных стоек с заглублением или бетонированием для обеспечения стабильности конструкции.
3. Сборка готовой фермы в соответствии с заранее разработанной схемой.
4. Подъем конструкции на место установки, с соблюдением всех мер безопасности.
5. Монтаж специальных перемычек между установленными фермами, на которые будет производиться укладка кровельного покрытия.
6. Аккуратная зачистка всех сварных швов и мест крепежа.

Металлоконструкции подлежат обезжириванию, а затем покрытию грунтовыми материалами в два слоя, после чего следует окраска антивандальными лакокрасочными материалами для продления срока службы. Если используются оцинкованные профили, то дополнительная обработка не требуется.

Чем покрасить металл

Правила и советы по самостоятельной сборке фермы из профтрубы

• Для облегчения металлических конструкций, предназначенных для строительства пологих крыш, рекомендуется использовать решетки из полого профиля.
• Во избежание перегрузок для каркасов, применяемых при укладке скатов с углами наклона от 15 до 22°, нижний пояс фермы следует делать ломаным, что будет способствовать уменьшению веса.
• При выборе металлоизделий, предназначенных для эксплуатации в сложных климатических условиях, важно обратить внимание на марку стали. Например, в регионах с суровыми зимами лучше использовать низколегированные стали, устойчивые к низким температурам, а в условиях повышенной влажности — изделия с коррозионной защитой.
• При стыковке труб в ферме необходимо обеспечить полную герметичность соединений. Если соединения выполнены неправильно, влага может просочиться внутрь, что вызовет коррозию и разрушение металлических стенок изнутри.
• Участки кровельной системы, на которые действуют максимальные нагрузки, должны быть усилены с использованием труб с увеличенной толщиной стенок, например, с добавлением металлических уголков и пластин.
• Сварные швы, применяемые для соединения элементов фермы, должны быть как можно более ровными и аккуратными. Это поможет обеспечить равномерное распределение нагрузок и снизит риск разрушения соединений.
• В дополнение к соединениям профильных труб можно устанавливать кольцевые муфты или фланцы, чтобы достичь максимальной прочности и надежности крепления.