Как рассчитать металлоконструкцию из профильной трубы. Формулы, которые понадобится использовать при расчете.

Благодаря сварочному аппарату можно многое делать своими руками: отопление, водопровод, стеллаж или стол для гаража. Реально возводить и целые металлические сооружения. Например, самому сделать навес для авто, чтобы защитить его от осадков и летней жары, или построить большую беседку для семейного отдыха. Но для всех подобных конструкций потребуются фермы. Они должны послужить основой для крыши, которая будет одновременно легкой и прочной. Как сварить ферму из профильной трубы, чтобы она соответствовала всем нормам и долго служила? Какие существуют варианты по формам, и в какой последовательности выполняется процесс?

Фермы - это специальный каркас, включающий несколько постоянных элементов. Основу составляют два пояса (верхний и нижний), укрепляющие стойки с вертикальным расположением, и усиливающие раскосы, устанавливаемые по диагонали. Все элементы соединяются посредством сварки. Правильно сваренные фермы как из профильной трубы, так и из уголка, способны выдерживать большие нагрузки, и служить длительное время.

Это изделие можно сделать своими руками из квадратного профиля. Сечение выбирается исходя из длины пролета между опорами и высоты фермы. Для небольшого навеса, под которым будет стоять машина, подойдет труба 30 х 30 мм или 50 х 50 мм. Из нее свариваются верхний и нижний пояс, а также вертикальные стойки внутри конструкции. Раскосые перемычки можно выполнить из профиля меньшего сечения. Альтернативным вариантом материала может послужить уголок с шириной стенки 30 - 50 мм.

Такие фермы успешно подойдут, чтобы:

• укрыть автомобиль от непогоды;
• создать крышу над беседкой в саду;
• накрыть бассейн от мусора;
• обустроить домашнее хозяйство (птиц, поросят, корову);
• создать аккуратный козырек над порогом.

Почему лучше из профиля

Сварка ферм из профильной трубы имеет ряд преимуществ перед другими материалами:

• такие конструкции огнестойкие и не требуют специальной обработки противопожарными пропитками;
• каркас способен выдерживать нагрузки собственного веса, а также от ветра или давления снега;
• труба хорошо гнется в приспособлениях, что позволяет создавать разнообразные формы и дизайнерские решения;
• для предотвращения коррозии достаточно покрасить материал;
• профиль легко купить в любом регионе страны;
• если при монтаже был сделан ошибочный рез, то балку можно восстановить путем сваривания (что не получится на деревянных балках);
• профиль относительно легок ввиду полой структуры;
• каркас не деформируется со временем и способен служить очень долго.

Выбор формы

Чтобы выполнить правильно сварку ферм из профильной трубы как можно быстрее, необходимо определиться с ее формой. Это зависит от типа будущей конструкции. Для навеса подойдет ферма-балка, у которой пояса расположены параллельно, или крыша имеет односкатный уклон. Более красиво смотрятся арочные фермы. Профиль гнется на трубогибе, а перекрытие выполняется из поликарбоната, который легко повторяет форму кровли.

Если нужно создать огромный навес для большого числа машин, то подойдет шедовая конструкция. А для беседки или бассейна более изыскано будет смотреться портальная или двухшарнирная ферма. Такие шатровые либо двухскатные варианты добавляют благородства в эту простую конструкцию, и вносят разнообразие в окружающие постройки.

Сварка ферм из профильной трубы: как правильно учесть нюансы

Создание навеса или другого перекрытия с использованием каркаса регулируется СНиП 2.01.07-85. Здесь подробно описаны нагрузки и воздействия, которые должны переносить подобные изделия. Если этим пренебречь, то некоторые размеры или углы будут сделаны неправильно, что приведет к последующей деформации, провисанию, или разрушению металлоконструкции. Стоит учесть и погодные условия в регионе. Если выпадает большое количество снега или дуют сильные ветра, это нужно отразить в усилении фермы путем выбора большего сечения трубы.

После выбора формы, необходимо определиться с размерами будущего объекта. Навес из профильной трубы, сваренный своими руками, может иметь площадь 4 х 6 м, или 3 х 10 м. В зависимости от этого выбирается сечение трубы. Чем дальше будут находиться точки опоры, тем более крепче должна быть ферма.

Угол наклона крыши определяется благодаря установке верхней и нижней точек конструкции. Если ферма будет высокая, то это поспособствует быстрому скатыванию снега и облегчит нагрузку на балки. Но такая модель потребует большего расхода материалов и должна иметь пространство вверху, куда будет возводиться. Для маленького дворика подойдет односкатный навес, занимающий немного места, который может быть установлен даже под деревом.

Расстояние между фермами определяется нормами СНиП, но здесь стоит учесть и размер материала, которым будет перекрываться крыша. Если это ондулин или поликарбонат, то ширину листа этого элемента стоит заложить в схему установки металлоконструкции. Свой чертеж с набросками необходимо отдать на подробный расчет специалисту, который вычислит нагрузки, или ввести параметры будущей конструкции в форму онлайн-расчета. Но можно сэкономить, и воспользоваться типовым проектом, который прошел проверку временем и различными условиями. Пример того, как создать свой простой навес, можно изучить на видео в интернете.

Делаем простой каркас 4 х 6 м

Чтобы изготовить несложную конструкцию, надежно укрывающую автомобиль от непогоды, можно воспользоваться распространенными вариантами. Первый вопрос у начинающего строителя-сварщика, это: сварка ферм из профильной трубы - как правильно рассчитать материалы? В стандартной схеме 4 х 6 метров используется профиль 30 х 30 мм, с толщиной стенки 1,2 мм.

Это будет односкатный вариант, где балки верхнего пояса имеют длину 390 см, а нижнего 310 см. Между ними устанавливаются вертикальные стойки каркаса, из того же профиля. Высота самой большой составляет 60 см. Остальные вырезаются по мере убывания. Достаточно три стойки, расположенные в первой части от высокого ската. Образованные участки усиливаются раскосыми перемычками из профиля 20 х 20 мм. Там, где верхняя и нижняя балки сходятся, вертикальных стоек не требуется. На одну ферму достаточно семь раскосов.

Получилась первая ферма. На длину навеса в шесть метров потребуется пять таких конструкций. Расстояние между ними составит 150 см. Этого достаточно для перекрытия поликарбонатом. Сами фермы соединяются дополнительными перемычками поперечного расположения по верхнему поясу, которые послужат основой для панелей кровли. Для этого подойдет труба 20 х 20 мм. Расстояние между ними составит 50 см.

Порядок выполнения работ

Чтобы сварить ферму для навеса правильно, нужно придерживаться следующего порядка действий:

1. Нарезаются основные стойки, на которых будет находиться вся конструкция. Для шестиметрового навеса потребуется шесть стоек. Лучше взять профильную трубу 80 х 80 или 100 х 100 мм.
2. Опоры бетонируются в землю на глубину 800 мм. Четыре стойки должны располагаться по углам металлоконструкции, а две посередине длинных балок. Чтобы равномерно распределить нагрузку, стойки не обязательно устанавливать на самый угол, а можно отступить внутрь на 600 мм. Это уменьшит нагрузку на провисание по всей длине.
3. Высота стоек берется исходя из потребностей владельцев и вида транспортного средства. Для легкового автомобиля достаточно 210 см. Небольшой микроавтобус заедет под 250 см (это чистый размер без учета забетонированного участка). Опоры монтируются по уровню и дается достаточно времени, чтобы раствор застыл. Важно выставить одинаковую высоту опор над уровнем пола, чтобы избежать перекоса крыши. Но незначительную погрешность можно устранить путем подкладывания в зазор металлического квадрата.
4. Если навес монтируется рядом с кирпичной стеной, то роль опор с оной стороны могут играть закладные, которые устанавливаются в несущую конструкцию на уровне, соответствующем забетонированным опорам с противоположной стороны.
5. Элементы фермы собираются на земле. Раскладываются нижняя и верхняя балки, между которыми ввариваются вертикальные стойки.
6. Когда неравнобедренный треугольник готов, привариваются раскосые перемычки. Эта ферма откладывается в сторону и изготавливается следующая.
7. Когда все шесть ферм готовы, между опорами необходимо протянуть длинные продольные балки, соединяющие три стойки в ряд. Они послужат основой для расстановки.
8. Поочередно поднимаются и привариваются фермы на расстоянии 150 см друг от друга.
9. Сразу происходит их скрепление поперечными перемычками, привариваемыми через каждые 50 см по всей длине верхнего пояса.
10. Швы вверху тщательно зачищаются болгаркой, чтобы выступы не мешали прижимать кровельный материал.
11. Все изделие красится и в верхнем профиле сверлятся отверстия для фиксации перекрытия.
12. Поликарбонат прикручивается на специальные термошайбы.

Изготовление подобной фермы доступно даже начинающему сварщику. Важно следить за хорошим проваром нижнего пояса к опорам, на который будет приходиться ключевая нагрузка. Но благодаря собственным усилиям получится сделать простой и надежный навес.

Определение внутренних усилий фермы

Зачастую у нас нету возможности применить обычную балку для того или иного строения, и мы вынуждены применять более сложную конструкцию, которая называется ферма.
хоть и отличается от расчета балки, но нам не составит труда ее рассчитать. От вас будет требоваться лишь внимание, начальные знания алгебры и геометрии и час-два свободного времени.
Итак, начнем. Перед тем, как рассчитывать ферму, давайте зададимся какой-нибудь реальной ситуацией, с которой вы бы могли столкнуться. Например, вам необходимо перекрыть гараж шириной 6 метров и длиной 9 метров, но ни плит перекрытия, ни балок у вас нету . Только металлические уголки различных профилей. Вот из них мы и будем собирать нашу ферму!
В последующем на ферму будут опираться прогоны и профнастил. Опирание фермы на стены гаража – шарнирное.

Для начала вам необходимо будет узнать все геометрические размеры и углы вашей фермы. Здесь нам и понадобится наша математика, а именно - геометрия. Углы находим при помощи теоремы косинусов.

Затем нужно собрать все нагрузки на вашу ферму (посмотреть можно в статье ). Пусть у вас получился следующий вариант загружения:

Далее нам нужно пронумеровать все элементы, узлы фермы и задать опорные реакции (элементы подписаны зеленым, а узлы голубым).

Чтобы найти наши реакции, запишем уравнения равновесия усилий на ось y и уравнение равновесия моментов относительно узла 2.

Ra+Rb-100-200-200-200-100=0;
200*1,5 +200*3+200*4,5+100*6-Rb*6=0;

Из второго уравнения находим опорную реакцию Rb:

Rb=(200*1,5 +200*3+200*4,5+100*6) / 6;
Rb=400 кг

Зная, что Rb=400 кг, из 1-ого уравнения находим Ra:

Ra=100+200+200+200+100-Rb;
Ra=800-400=400 кг;

После того, как опорные реакции известны, мы должны найти узел, где меньше всего неизвестных величин (каждый пронумерованный элемент - это неизвестная величина). С этого момента мы начинаем разделять ферму на отдельные узлы и находить внутренние усилия стержней фермы в каждом из этих узлов. Именно по этим внутренним усилиям мы и будем подбирать сечения наших стержней.

Если получилось так, что усилия в стержне направлены от центра, значит наш стержень стремится растянуться (вернуться в первоначальное положение), а значит сам он сжат. А если усилия стержня направлены к центру, значит стержень стремится сжаться, то есть он растянут.

Итак, перейдем к расчету. В узле 1 всего 2 неизвестных величины, поэтому рассмотрим этот узел (направления усилий S1 и S2 задаем из своих соображений, в любом случае у нас по итогу получится правильно).

Рассмотрим уравнения равновесия на оси х и у.

S2 * sin82,41 = 0; - на ось х
-100 + S1 = 0; - на ось y

Из 1-ого уравнения видно, что S2=0, то есть 2-ой стержень у нас не загружен!
Из 2-ого уравнения видно, что S1=100 кг.

Поскольку значение S1 у нас получилось положительным, значит направление усилия мы выбрали правильно! Если же оно бы получилось отрицательным, то направление стоит поменять и знак изменить на «+».

Зная направление усилия S1, мы можем представить, что из себя представляет 1-ый стержень.

Поскольку одно усилие было направлено в узел (узел 1), то и второе усилие будет направлено в узел (узел 2). Значит наш стержень старается растянуться, а значит он сжат.
Далее рассмотрим узел 2. В нем было 3 неизвестных величины, но поскольку мы уже нашли значение и направление S1, то остается только 2 неизвестных величины.

Опять же

100 + 400 – sin33,69 * S3 = 0 - на ось у
- S3 * cos33,69 + S4 = 0 - на ось х

Из 1-ого уравнения S3 = 540,83 кг (стержень №3 сжат).
Из 2-ого уравнения S4 = 450 кг (стержень №4 растянут).
Рассмотрим 8-ой узел:

Составим уравнения на оси х и у:

100 + S13 = 0 - на ось у
-S11 * cos7,59 = 0 - на ось х

Отсюда:

S13 = 100 кг (стержень №13 сжат)
S11 = 0 (нулевой стержень, никаких усилий в нем нету)

Рассмотрим 7-ой узел:

Составим уравнения на оси х и у:

100 + 400 – S12 * sin21,8 = 0 - на ось у
S12 * cos21,8 + S10 = 0 - на ось х

ИЗ 1-ого уравнения находим S12:

Ферма — это система обычно прямолинейных стержней, которые соединяются между собой узлами. Это геометрически неизменяемая конструкция с шарнирными узлами (рассматриваются как шарнирные в первом приближении, так как жесткость узлов влияет на работу конструкции несущественно).

За счет того, что стержни испытывают только растяжение либо сжатие, материал фермы используется более полно, чем в сплошной балке. Это делает такую систему экономичной по затратам материала, но трудоемки в изготовлении, поэтому при проектировании нужно учитывать, что целесообразность использования ферм растет прямо пропорционально ее пролёту.

Фермы широко используются в промышленно-гражданском строительстве. Их применяют во многих строительных отраслях: покрытие зданий, мосты, опоры под линии электропередач, транспортные эстакады, грузоподъёмные краны и т.д.

Устройство конструкции

Основные элементы ферм — это пояса, из которых состоит контур фермы, а также решетка, состоящая из стоек и раскосов. Эти элементы соединяются в узлах путем примыкания или узловыми фасонками. Расстояние между опорами называется пролётом. Пояса ферм обычно работают на продольные усилия и изгибающие моменты (как и сплошные балки); решетка фермы принимает на себя в основном поперечную силу как и стенка в балке.

По расположению стержней фермы подразделяются на плоские (если все в одной плоскости) и пространственные. Плоские фермы способны воспринимать нагрузку только относительно собственной плоскости. поэтому их необходимо закреплять из своей плоскости с помощью связей или других элементов. Пространственные же фермы создаются, чтобы воспринимать нагрузку в любом направлении, так как создают жесткую пространственную систему.

Классификация по поясам и решеткам

Для разных видов нагрузок применяются различные виды ферм. Их классификаций множество, в зависимости от разных признаков.

Рассмотрим типы по очертанию пояса :

а — сегментные; б — полигональные; в — трапецеидальные; г — с параллельным расположением поясов; д — и — треугольные

Пояса фермы должны соответствовать статической нагрузке и виду нагрузки, которая определяет эпюру изгибающих моментов.

Очертания поясов во многом определяет экономичность фермы. По количеству используемой стали наиболее эффективна сегментная ферма, но она же является самой сложной в изготовлении.

По типу системы решетки фермы бывают :

а — треугольные; б — треугольные с дополнительными стойками; в — раскосные с восходящими раскосами; г — раскосные с нисходящими раскосами; д — шпренгельные; е — крестовые;

ж — перекрестные; з — ромбические; и — полураскосные

Особенности расчета и проектирования трубчатых ферм

Для производства использует сталь, толщиной 1,5 — 5 мм. Профиль может быть круглый или квадратный.

Трубчатый профиль для сжатых стержней наиболее эффективен с точки зрения расхода стали за счет благоприятного распределения материала относительно центра тяжести. При одинаковой площади сечения он имеет наибольший радиус инерции по сравнению с другими видами проката. Это позволяет проектировать стержни наименьшей гибкости и уменьшить расход стали на 20%. Также существенным преимуществом труб считается их обтекаемость. Благодаря этому давление ветра на такие фермы меньше. Трубы легко чистить и красить. все это делает трубчатый профиль выгодным для использования в фермах.

При проектировании ферм нужно стараться центрировать элементы в узлах по осям. Это делается, чтобы избежать дополнительных напряжений. Узловые сопряжения ферм из труб должны обеспечивать герметичное соединение (необходимо предотвратить возникновение коррозии во внутренней полости фермы).

Наиболее рациональными для трубчатых ферм являются бесфасоночные узлы с примыканием стержней решетки прямо к поясам. Выполняются такие узлы с помощью специальной фигурной резки концов, что позволяет минимализировать затрату труда и материала. Центрируют стержни по геометрическим осям. При отсутствии механизма для такой резки сплющивают концы решетки.

Такие узлы допустимы не для всех видов стали (только низкоуглеродистая или другая с высокой пластичностью). Если трубы решетки и поясов одинакового диаметра, то целесообразно соединять их на кольце.

Расчет стропильных ферм в зависимости от угла наклона крыши

Возведение при угле наклона крыши 22-30 градусов

Угол наклона крыши считается оптимальным для двускатной крыши 20-45 градусов, для односкатной 20-30 градусов.

Конструкция покрытий зданий состоит обычно из поставленных рядом стропильных ферм. Если они связаны между собой только прогонами, то система образуется изменяемая и может потерять устойчивость.

Чтобы обеспечить неизменяемость конструкции, проектировщики предусматривают несколько пространственных блоков из соседних ферм, которые скрепляются связями в плоскостях поясов и вертикальными поперечными связями. К таким жестким блокам крепятся другие фермы с помощью горизонтальных элементов, что и обеспечивает устойчивость конструкции.

Для расчета покрытия здания необходимо определиться с углом наклона кровли. Этот параметр зависит от нескольких факторов:

• вид стропильной системы
• кровельный пирог
• обрешетка
• материал кровли

Если угол наклона значительный, то использую фермы треугольного типа. Но они имеют некоторые недостатки. Это сложный опорный узел для которого необходимо шарнирное сопряжение, что делает всю конструкцию менее жесткой в поперечном направлении.

Сбор нагрузок

Обычно нагрузка, действующая на конструкцию, прикладывается в местах узлов, к которым крепятся элементы поперечных конструкций (например, навесной потолок или прогоны кровли). Для каждого вида нагрузки желательно определять усилия в стержнях отдельно. Виды нагрузок для стропильных ферм:

• постоянная (собственная масса конструкции и всей поддерживаемой системы);
• временная (нагрузка от подвесного оборудования, полезная нагрузка);
• кратковременная (атмосферная, включающая снег и ветер);

Для определения постоянной расчетной нагрузки следует сначала найти грузовую площать, с которой она будет собираться.

Формула для определения нагрузки на кровлю:

F = (g + g1/cos a)*b ,

где g — собственная масса фермы и ее связей, горизонтальной проекции, g1 — масса кровли, а — угол наклона верхнего пояса относительно горизонта, b — расстояние между фермами

Исходя из этой формулы, чем больше угол наклона, тем меньше нагрузка, действующая на кровлю. Однако, следует учитывать, что увеличение угла влечет за собой и значительное повышение цены за счет увеличения объёма строительных материалов.

Также при проектировании крыши учитывается регион строительства . Если предполагается значительная ветровая нагрузка, то угол наклона закладывают минимальный и крышу делают односкатной.

Снег — нагрузка временная и загружает ферму только частично. Загружение половины фермы может быть очень невыгодным для средних расковов.

Полная снеговая нагрузка на кровлю рассчитывается по формуле :

Sр – расчетное значение снегового веса на 1 м2 горизонтальной поверхности;

μ – расчетный коэффициент, для учета наклона кровли (согласно СНиПу, равняется единице, если угол наклона меньше 25 градусов и 0.7, если угол от 25 до 60 градусов)

Давление ветра считается значимым только для вертикальных поверхностей и поверхностей, если их угол наклона к горизонту больше 30 градусов (актуально для мачт, башен и крутых стропильных ферм). Ветровая нагрузка как и остальные сводится к узловой.

Определение усилий

При проектирование трубчатых стропильных ферм следует учитывать их повышенную жесткость на изгиб и значительное влияние жесткости соединений в узлах. Поэтому для трубчатых профилей расчет ферм по шарнирной схеме допускается при отношении высоты сечения к длине не более 1/10 для конструкции, которые будут эксплуатироваться при расчетной температуре ниже -40 градусов.

В других случаях необходим расчет на изгибающие моменты в стержнях, возникающие из-за жесткости узлов. При этом можно осевые усилия вычислять по шарнирной схеме, а дополнительные моменты находить приближенно.

Инструкция для расчета стропильной фермы

• определяется расчетная нагрузка (с использованием СНиП «Нагрузки и воздействия»)

• находятся усилия в стержнях фермы (следует определиться с расчетной схемой)

• вычисляется расчетная длина стержня (равняется произведению коэффициента приведения длины (0,8) на расстояние между центрами узлов)

• проверка сжатых стержней на гибкость

• задавшись гибкостью стержней, подобрать сечение по площади

При предварительном подборе для поясов значение гибкости принимается от 60 до 80, для решетки 100-120.

Подводим итоги

При грамотном проектировании стропильной системы можно значительно сократить количество используемого материала и сделать строительство кровли значительно дешевле. Для правильного расчета необходимо знать регион строительства, определиться с типом профиля, исходя из назначения и вида объекта. Применив правильную методику для нахождения расчетных данных, можно достигнуть оптимального соотношения между ценой возведения конструкции и ее эксплуатационными характеристиками.

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.

Купить готовую ферму - оптимальный вариант, так как от правильного расчета нагрузки на эту деталь зависит прочность всей кровли. Сделать самостоятельно расчеты и чертежи фермы сложно.

Чтобы ферма из профильной трубы прослужила долго, нужно знать, как правильно выбрать материал, уметь рассчитать нагрузку на каждую часть конструкции.

Кроме того, нужно знать, как сварить ферму - неправильно сваренная система может привести к обрушению всего сооружения. Приобретая готовые типовые фермы, вы будете избавлены от этих сложностей.

Рассмотрим такой вид ферм, как стропильная система. Такие конструкции нужны для обустройства кровли.

На стропила закрепляют все остальные слои кровельного пирога, поэтому они должна быть прочными и долговечными.

Лучше всего этим требованиям отвечают стропильные системы из профильной трубы, но в частном домовладении могут использоваться и деревянные стропила.

Конструкцию стропильной фермы выбирают, исходя из формы верхнего перекрытия дома, угла наклона крыши и длины пролета.

В зависимости от уклона кровли, используют строительные фермы следующих конструкций:

• покатость 22 – 30º - используют треугольные фермы из профильной трубы с высотой, равной 1/5 длины пролета;
• покатость 15 – 22º - подойдет система с высотой, равной 1/7 пролета;
• покатость 6 – 15º - ставят трапециевидные системы с высотой 1/7 или 1/9 пролета.

Конструкции ферм из профильных труб по форме могут быть:

• полукруглые;
• двускатные;
• односкатные;
• плоские.

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.

Зимой на кровле большой площади могут скопиться тонны снега. Конструкция должна удержать этот вес, ее задачей является распределение нагрузки по опорам и лагам.

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:

1. выравнивают верхний и нижний пояс;
2. вваривают между поясами перемычки;
3. 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.

В основе перекрытия любой хозяйственной постройки, будь то жилой дом, ангар, промышленный цех или целый стадион, закладывают специальный каркас – ферму. Наибольшей популярностью в последнее время стали пользоваться фермы из профильной трубы. О том, какие бывают разновидности ферм из профильных труб, а также как сделать расчеты для изготовления той или иной конструкции, мы расскажем далее в материале.

Существует очень много разновидностей металлических ферм из профильной трубы, а в некоторых случаях они даже становятся основой для дымоходов. Но чтобы вся конструкция была прочной и надежной, нужно правильно выполнить чертеж, по которому будет изготавливаться каркас.

Разнообразие металлических ферм из трубы

Как правило, для изготовления ферм из профильной трубы применяют металлический профиль. Его форма бывает овальной, круглой, квадратной, но чаще всего используется прямоугольная профильная труба.

По строению конструкции из профильной трубы делятся на два типа: структурные элементы каркаса могут фиксироваться в одной плоскости; ферма может быть сложена из нижнего и верхнего поясов.

Кроме того, классификация ферм из прямоугольных труб основывается на таких факторах, как уровень нагрузки на профиль, угол наклона элементов, общий уклон конструкции, длина отдельных пролетов, а также характер расположения перекрытий.

Исходя из этих параметров, все типовые фермы из профильной трубы состоят из таких групп:

1. Фермы, угол уклона которых достигает порядка 22-30º. Чтобы такая конструкция была устойчивой, ее высота должна равняться 1/5 доли длины изделия или быть несколько меньше. Как правило, эту норму берут за основу при расчете необходимой высоты конструкции, то есть заданную длину изделия просто делят на 5. Предпочтительна такая разновидность фермы, если конструкция должна быть максимально облегченной. Если предполагаемая длина строения будет более 14 метров, то положение раскосов в конструкции фермы из профильной трубы для навеса будет вертикальным. На верхнем ярусе фиксируются куски профиля длиной 150-250 см. В результате весь каркас будет состоять из двух поясов, с количеством панелей, кратным двум. Обратите внимание на тот факт, что если ферма имеет очень большую длину – более 20 метров, понадобятся дополнительные опорные столбы, которые будут поддерживать стропильную систему и позволят перераспределить нагрузку по всей конструкции. Нередко для сооружения каркаса для перекрытий пользуются схемой фермы Полонсо. Она представляет собой треугольную конструкцию, соединение в которой имеет форму затяжки. При ее сооружении раскосы получаются не очень длинными, что существенно облегчает массу всей фермы. Благодаря этому качеству, фермы из профильной трубы Полонсо применяют довольно часто.
2. Уклон кровли на ферме достигает показателей в 15-22º. Данный тип сооружения предпочтителен для строений, длина которых не превышает 20 метров. По высоте такая конструкция не должна превышать 1/7 части длины строения. Если же потребуется увеличить высоту фермы, то ее нижний пояс должен состоять из ломаных сегментов.
3. Каркасы с общим уклоном не более 15º. Как правило, если речь идет о такой разновидности фермы, то ее изготавливают в форме трапеции. Исходя из назначения постройки, а также угла укладки кровли, высоту конструкции владелец определяет самостоятельно. Отталкиваться следует от показателей между 1/7 и 1/12 частью длины постройки. Каркас под кровлю в форме трапеции изготавливают с применением панелей из металла, длина которых должна быть в пределах 1,5-2,5 метра. Если чертеж фермы из профильной трубы не предусматривает устройство подвесного потолка, то вместо раскосов можно воспользоваться треугольной решеткой.

По форме фермы из стальных профильных труб можно разделить на:

• прямые;
• арочные;
• односкатные и двускатные.

Наиболее востребованным и часто применяемым типом ферм из стального профиля являются арочные. Их конструкция довольно прочна и эффективна, к тому же, такую ферму можно перекрыть листами поликарбоната. Однако чтобы добиться максимально равномерного распределения нагрузки на профиль арочной фермы, следует тщательно провести расчеты. Для сооружения ферм арочного типа могут применяться как одиночные профильные трубы, так и предварительно сваренные вместе.

Чертеж фермы из стального профиля

Составление чертежа и расчет фермы из профильной трубы производится с соблюдением такой методики:

1. В первую очередь следует заняться расчетами планируемой или фактической длины помещения, например, гаража, ангара, сарая или летнего навеса. Полученные данные будут учитываться при просчетах высоты фермы из профиля. А вот длина стального каркаса может варьироваться в зависимости от угла наклона крыши.
2. Следующим шагом определяют, какой формы профиль будет использован. Выбор в значительной степени зависит от функционального назначения ангара, угла уклона крыши, а также типа кровельного материала.
3. После проведения всех замеров предстоит выяснить, возможно ли будет транспортировать ферму на место монтажа, если ее сборку производить на стройплощадке.
4. Придется позаботиться и об оснащении механизма для строительного подъема кровли, если по длине объект достигает величин в пределах 12-36 метров.
5. Далее производятся расчеты параметров панелей, исходя из уровня предполагаемых нагрузок, которым постройка будет подвергаться перманентно или периодически. Для фермы из треугольного профиля наклон будет составлять 45º.
6. На конечном этапе закладывают шаг между узлами и изготавливают чертеж будущей фермы из профильной трубы, исходя из полученных данных.

Отметим, что для получения максимально правильных расчетов при подготовке чертежей для арочной фермы, лучше воспользоваться инженерным калькулятором. К тому же, в помощь проектировщикам сейчас разработаны специальные компьютерные программы и алгоритмы, так что нет необходимости считать вручную.

Как рассчитать арочную профильную ферму

Для того чтобы разобрать методологию расчета арочной фермы из профильной трубы, приведем пример с конкретными цифрами.

Отдельные участки фермы будут размещены на расстоянии в 105 см, причем максимальная нагрузка приходится на узловые точки. При этом высота арки не будет больше 3 метров. Более того, желательно выполнить арку с высотой в 1,5 м, что сделает ее более прочной, безопасной и достаточно привлекательной внешне. Длина фермы (L) будет равна 6 метрам, а стрела нижнего пояса (f) составляет 1,3 метра. В нижнем ярусе радиус окружности (r) будет равен 4,1 метрам, а угол между радиусами равняется α=105.9776º.

Для расчета длины профиля для нижнего яруса, воспользуемся формулой:

mн=π×Rα/180, где

mн – длина профиля для нижнего яруса;

R – радиус окружности;

π – постоянная величина.

Таким образом, получим следующий расчет:

mн=3,14×4,1×106/180 = 7,58 метров.

При этом в нижнем поясе шаг между угловыми точками составит 55,1 см, а вот для крайних отрезков по обеим сторонам в поясе шаг нужно определить самостоятельно. Можно воспользоваться округленным значением в 55 см, однако, в любом случае нежелательно увеличивать длину шага.

Если ферма из профиля требуется для сооружения небольших размеров, то можно ограничиться количеством пролетов в 8-16 штук. Если взять меньшее число пролетов, то панели по длине будут достигать 95,1 см с шагом между поясами в пределах 87-90 см. При наибольшем же числе отрезков шаг будет равен 40-45 см.

Нормативы расчета профиля для фермы

Для правильного выбора профиля, особенно, если он будет использоваться в крупных конструкциях, следует отталкиваться от показателей СНиП:

• 07-85 – сведения о характере зависимости между весом конструкционных элементов сооружения и воздействием снежных нагрузок;
• П-23-81 – последовательность проведения работ со стальными профильными трубами.

Руководствуясь указанными документами, можно определиться, какую разновидность фермы избрать для того или иного типа постройки, какой заложить угол наклона кровли, а также правильно подобрать сечение и размеры профильной трубы для опорных столбов. В частности, регулярность и интенсивность осадков в зимний период может в значительной степени влиять на выбор профиля для фермы.

Для наглядности, рассмотрим реальный пример расчетов для односкатной фермы из профильной трубы. Строиться будет навес с размерами 4,7×9 метров. В передней части он должен опираться на опорные столбы, а задняя часть будет закреплена на жилом доме. Расположена постройка будет в Краснодарском крае, где уровень снеговой нагрузки в зимнее время составляет 84 кг/м 2 . Общий уклон конструкции составит всего 8 градусов.

Каждая из стоек будет иметь высоту в 2,2 метра, и весить порядка 150 кг. При этом нагрузка на них будет достигать 1100 кг. В таком случае неприемлемы ни круглые, ни овальные профильные трубы. Воспользоваться нужно квадратными 45 мм профилированными изделиями с толщиной стенки в 4 мм.

Как вариант, конструкцию фермы можно слегка видоизменить, добавив к ней 2 параллельно идущих пояса с косой решеткой между ними, в таком случае можно обойтись профилями со стенкой 3 мм и сечением 25 мм. Высота фермы в 40 см предполагает использование профилированных труб сечением 35 мм и стенками в 4 мм.

Соотношение сечения профиля и толщины стенок в зависимости от нагрузки можно найти в ГОСТ 30245.

Чтобы профили в арочной ферме были защищены от воздействия окружающей среды и были надежны, они должны быть изготовлены из качественного материала, предпочтительно, из легированной стали с достаточным включением углерода.

При разработке проекта металлической фермы стоит обращать внимание на ряд нюансов:

• чтобы облегчить общий вес металлической фермы, можно при строительстве ангара установить вспомогательные решетки – вариант приемлем, если наклон крыши достаточно мал;
• ломаная форма нижнего пояса поможет существенно сократить массу конструкции со средним углом уклона;
• прочность кровли можно обеспечить, если размещать фермы с шагом не более 175 см.

Сборка и сварка ферм из профилированных металлических труб должна производиться с соблюдением таких норм:

1. Для прочного соединения всех конструкционных деталей сооружения применяют спаренные уголки и прихватки.
2. В нижнем поясе для сварки элементов используются равносторонние уголки.
3. Для верхнего пояса фермы при сварке используют двутавровые уголки. Фиксируются встык они по наименьшим сторонам, имеющим различную длину.
4. Чтобы нагрузка была равномерно распределена по всей конструкции, используют парные швеллеры и пластины-накладки. Как правило, таким приемом пользуются, когда нужно сделать навес длиннее.
5. Все сварные швы по завершении работ нужно тщательно перепроверить. После этого можно произвести зачистку.
6. Если нужно, то в конце производится окрашивание фермы антикоррозийным составом. Если же профиль из легированной стали, то в покраске он не нуждается.

Таким образом, для многочисленных построек хозяйственного или промышленного применения очень часто изготавливают фермы из профилированных труб. Ввиду значительной сложности и трудоемкости процесса расчетов, проектирование и создание чертежа лучше доверить профессионалам.