Главная » Стропильная система » Деревянные фермы. Выбор схемы фермы и её расчет. Ферма - это что такое? Строительная конструкция

Деревянные фермы. Выбор схемы фермы и её расчет. Ферма - это что такое? Строительная конструкция

И доски. Для соединения деталей стропил из бруса и бревен используют врубку, а для стропил из досок задействуют болты. Помимо этого, пользуются гвоздями и зубчато-кольцевыми шпонками.

В данное время часто применяются стропильные фермы с растянутыми стойками, изготовленные из круглого железа. Как правило, они особенно востребованы в случае крупных (от 16-ти метров) пролетов. В подобных случаях величина пролета серьезно затрудняет присоединение деревянных растянутых стоек. В случае же использования модулей со стойками из железа ситуация решается намного легче.

Существенным недостатком деревянных ферм является большая потребность в рабочей силе при их сборке на стройплощадке, даже если все детали приготовлены заблаговременно. Намного легче проходит монтаж ферм из дерева и металла, производимых в заводских условиях. Ниже будут рассмотрены особенности и монтаж стропильных ферм.

Структура стропильной фермы

Выбор схемы и очертаний фермы зависит от целого ряда факторов. Прежде всего это кровля: материал изготовления, уклон, способ сопряжений её элементов и присутствие подвесного потолка (или его отсутствие).

В середине пролёта высота ферм должна быть:

полигональных и прямоугольных - от 1/6 h;
треугольных - от 1/5 h;
сегментных - 1/7 h.

h - длина пролета.

Использование треугольной стропильной фермы в сочетании с наклонными стропилами позволяют создавать одно- и двускатные крыши с разными уклонами.

Расчет стропильных ферм.

Что бы увеличить степень устойчивости конструкции ферм , в особенности их верхнего пояса, обязательно создаются связи. Прогоны, даже скрепленные с нижним и верхним поясами ферм, способны обеспечить хорошую устойчивость фермам только в том случае, если размеры их пролётов не превышают 20 м. Концы прогонов должны быть заанкерены в стенах.

В том случае, если размеры помещения значительны и подвесной потолок отсутствует, все фермы должны быть скреплены между собой попарно вертикальными связями. Такие связи создаются в виде раскосных ферм с 1 м пролётом, из досок. Располагаются связи в плоскости средних стоек.

Если прогоны и обрешетка в некоторой части пролёта отсутствует, то в плоскости верхнего пояса устанавливаются специализированные связи (в том случае, если длина такой части больше 5 м). К примеру, такой вариант возможен при наличии фонаря. То же самое касается и случая, когда прогоны опираются на надстройку, а не прямо на ферму.

Такими вертикальными связями оптимально также скреплять между собой фермы ставя их через 1 пролёт. Они состоят из деревянных элементов (выточенных продольно), которые располагаются в узлах фермы, и из стальных тяжей или дощатых раскосов.

Конструктивные решения простых треугольных ферм. Конструкция стропильных ферм.

Стропильные ноги
Ригель (повышенная затяжка) из пластины

Коньковый узел (соединение стропильных ног в районе конька)

Стропильные ноги скрепляются скобами или накладками с гвоздями, в половину дерева.
Соединение повышенной затяжки (ригеля) и стропильной ноги

Затяжка ставится на высоте, в половину меньшей высоты фермы. Скрепляется со стропильными ногами болтами или гвоздями. Использование такой технологии возможно лишь при высокой устойчивости стен, связанных чердачными балками, т.к. из-за изгиба ног в месте сопряжения их с ригелем, в стропилах может возникнуть распор, который. впоследствии, передастся на стены.
Опорный узел (соединение стропильной ноги и мауэрлата)

Концы стропильных ног следует опереть прямо на стены.
Стропильные ноги
Ригель (повышенная затяжка) из парных досок

Коньковый узел (соединение стропильных ног в районе конька)

Стропильные ноги скрепляются скобами или накладками с гвоздями, в половину дерева.
Опорный узел
Стропильные ноги
Горизонтальная затяжка

Коньковый узел (соединение стропильных ног в районе конька)

Стропильные ноги скрепляются скобами или накладками с гвоздями, в половину дерева.
Соединение повышенной затяжки (ригеля) и стропильной ноги

Затяжка ставится на высоте, в половину меньшей высоты фермы. Скрепляется со стропильными ногами болтами или гвоздями. Использование такой технологии возможно лишь при высокой устойчивости стен, связанных чердачными балками, т.к. из-за изгиба ног в месте сопряжения их с ригелем, в стропилах может возникнуть распор, который, впоследствии, передастся на стены.
Опорный узел

Под концы стропильных ног подводятся «шпалы», для того, чтобы распор мог передаваться сразу на потолочные балки. Кроме того, между шпалой и ногой монтируются специальные подкосы, а так же – колодка. Для уменьшения прогиба потолочных балок, возникающего под воздействием дополнительной нагрузки, оказываемой через подкос, колодка укладывают как можно ближе к опорам балок.
Стропильные ноги
Ригель (повышенная затяжка)
Потолочный брус
«Шпала»
Колодка
Подкос

Коньковый узел
Опорный узел

Стропильная нога опирается на горизонтальную затяжку методом лобовой (ортогональной) врубки. Что бы обезопасить ферму от разрушений при деформации, узел укрепляется специальным стяжным болтом. Чтобы затяжка не могла повредиться, а так же во избежание изгибающих моментов, оси основных элементов должны пересекаться точно над серединой подкладки.
Срединный стык

Устраивается по необходимости. Перекрывается двумя накладками на болтах. Если в постройке запланирован подвесной потолок, то нагрузка от него распределится через прогон по коньковому узлу фермы.
Стропильные ноги
Горизонтальная затяжка
Стойка (бабка)

Для того что бы уменьшить изгиб и облегчить пояс в случаях когда в пролёты имеют длину 6-9 м, в ферме с затяжкой устанавливают дополнительный ригель. В подобных конструкциях он выполняет сжимающую функцию, то есть – ноги стропил - сжимаются, а затяжка, наоборот - растягивается. Самое большое усилие возникает, как правило, именно в ригеле, в случае же когда нагрузка односторонняя, ригель может существенно уменьшить прогиб стропильной ноги, тем самым перекладывая часть нагрузки на другую стропильную ногу (она изгибается вверх и тем самым начинает принимать участие в сопротивлении прогибу стропильной ноги).

Такие фермы изготавливаются чаще всего из брусьев и брёвен на врубках или из досок с применением гвоздей. В фермах же из досок и гвоздей верхний пояс легко может быть изготовлен из одной доски, а ригель и затяжки - из двух. В опорном узле доска верхнего пояса окружена с обеих сторон досками. В коньковом же узле (изобр. 5)доски сопрягаются непосредственно вплотную, и стык, образованный между ними, перекрывается при помощи накладок. В стыке нижнего пояса используют прокладки и накладки, крепящиеся при помощи гвоздей. Ригель следует установить таким образом, что он обнимал верхний пояс с обеих сторон при помощи гвоздей.

В подобных фермах (5) усилия передаются только с помощью гвоздей, количество и размеры которых определяются путём проведения расчётов усилий в ферме. Расположение же гвоздей определено рядом правил, неправильное соблюдение которых может привести к расколу доски. Для сопряжения структурных частей ферм лучше всего использовать гвозди диаметром 3-6 мм и длиной 8-20 см. Гвозди следует забивать прямо в древесину без предварительного просверливания гнёзд. Каждый гвоздь может принимать на себя нагрузку 20-110 кг. (всё зависит от диаметра и длины гвоздя. Схема расстановки гвоздей может быть разная (прямая или шахматная). Промежуток между гвоздями зависит от толщины доски. Для толстых досок - около 15d (с учётом того, что отношение между толщиной доски и диаметром гвоздя d будет более 10), для тонких досок - не менее 25d (с учётом того, что отношение толщины доски и диаметра гвоздя d, будет равно 4). При расстановке гвоздей косыми рядами или в шахматном порядке, промежуток между осями гвоздей должен быть не менее 4d.

Если гвоздями скрепляются сразу несколько досок, то в каждом образованном узле должен быть,в первую очередь, вмонтирован специальный болт, после чего только можно приступить к стяжке гвоздями.

Коньковый узел

Стропильные ноги скрепляются скобами или накладками с гвоздями, в половину дерева. По середине, между стропильными ногами, врезается бабка.
Соединение подкоса со стропильной ногой

При применении бревен или бруса места примыкания подкосов к верхнему поясу выполняются методом лобовой врубки.
Опорный узел

Стропильная нога опирается на горизонтальную затяжку методом лобовой (ортогональной) врубки. Что бы обезопасить ферму от разрушений при деформации, узел укрепляется специальным стяжным болтом. Чтобы затяжка не могла повредиться, а так же во избежание изгибающих моментов, оси основных элементов должны пересекаться точно над серединой подкладки.
Срединный стык

Ставится для разгрузки верхнего пояса фермы. Затяжка, как правило, подвешивается к узлу таким образом, что отпадает необходимость закреплять его в горизонтальном направлении. При этом, имея симметричное распределение нагрузки по парному скату, подкосы сжимаются, а нижний пояс и стойка растягиваются. Что касается верхнего пояса, то он будет только сжиматься и изгибаться при загруженных панелях. Если нагрузка односторонняя и узел не закреплён в горизонтальном направлении, то нагруженная стропильная нога будет изгибаться вниз, в то время как не нагруженная – вверх. Такую конструкцию рекомендуется использовать лишь в тех случаях, когда прослеживается значительное преобладание постоянной нагрузки от собственного веса фермы, подвесного потолка, кровли и т. д. над временным (снег, ветер). Лучшим вариантом будет закрепление этого узла за нижний пояс. При этом - изгиб не будет образовываться, если нагрузка будет лишь односторонней. Стойка закрепляется путём пропуска её между дощатых прокладок в месте стыка.
Стропильные ноги
Горизонтальная затяжка
Стойка (бабка)
Подкос

Коньковый узел (соединение стропильных ног в районе конька)

Стропильные ноги скрепляются скобами или накладками с гвоздями, в половину дерева.

Размещено на http://www.allbest.ru/

"Строительные фермы"

ферма сечение стержень коробчатый

Классификация и область применения ферм

Происхождение термина «ферма» берет начало от латинского firmus, то есть «прочный, крепкий».

Фермой называется система стержней соединенных между собой в узлах и образующих геометрически неизменяемую конструкцию. При узловой нагрузке жесткость узлов несущественно влияет на работу конструкции, и в большинстве случаев их можно рассматривать как шарнирные. В этом случае все стержни ферм испытывают только растягивающие или сжимающие осевые усилия.

Фермы экономичнее балок по расходу стали, но более трудоемки в изготовлении. Эффективность ферм по сравнению со сплошностенчатыми балками тем больше, чем больше пролет и меньше нагрузка.

Фермы бывают плоскими (все стержни лежат в одной плоскости) и пространственными.

Плоские фермы воспринимают нагрузку, приложенную только в их плоскости, и нуждаются в закреплении их связями. Пространственные фермы образуют жесткий пространственный брус, воспринимающий нагрузку в любом направлении (рис.9.1).

Рис. 9.1. Плоская (а) и пространственная (б) фермы

Основными элементами ферм являются пояса, образующие контур фермы, и решетка, состоящая из раскосов и стоек (рис. 9.2). Соединение элементов в узлах осуществляется путем непосредственного примыкания одних элементов к другим (рис 9.3,а) или с помощь ю узловых фасонок (рис. 9.3,б). Элементы ферм центрируются по осям центра тяжести для снижения узловых моментов и обеспечения работы стержней на осевые усилия.

Рис. 9.2. Элементы ферм

1 - верхний пояс; 2 - нижний пояс; 3 - раскосы; 4 – стойки

Рис. 9.3. Узлы ферм: а - с непосредственным примыканием элементов; б - на фасонках

Расстояние между соседними узлами поясов называется панелью (d в - панель верхнего пояса, d н - нижнего), а расстояние между опорами - пролетом (/).

Пояса ферм работают на продольные усилия и момент (аналогично поясам сплошных балок); решетка ферм воспринимает в основном поперечную силу, выполняя функции стенки балки.

Знак усилия (минус - сжатие, плюс - растяжение) в элементах решетки ферм с параллельными поясами можно определить, если воспользоваться “балочной аналогией”.

Стальные фермы широко применяются во многих областях строительства; в покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий, мостах, опорах линий электропередачи, объектах связи, телевидения и радиовещания (башни, мачты), транспортных эстакадах, гидротехнических затворах, грузоподъемных кранах и т. д.

Фермы имеют разную конструкцию в зависимости от назначения, нагрузок и классифицируются по различным признакам:

по статической схеме - балочные (разрезные, неразрезные, консольные);

по очертанию поясов - с параллельными поясами, трапециевидные, треугольные, полигональные, сегментные (рис. 9.5);

Рис.9.4. Системы ферм: а - балочная разрезная; б - неразрезная; в,е - консольная; г - арочная; д - рамная;

по системе решетки - треугольная, раскосная, крестовая, ромбическая и др. (рис.9.6);

по способу соединения элементов в узлах - сварные, клепанные, болтовые;

Рис. 9.5. Очертания поясов ферм: а - сегментное; б - полигональное; в - трапецеидальное; г - с параллельными поясами; д-и - треугольное

по величине максимального усилия - легкие - одностенчатые с сечениями из прокатных профилей (усилие N < 300 кН) и тяжелые - двухступенчатые с элементами составного сечения (усилие N > 300кН).

Промежуточными между фермой и балкой являются комбинированные системы, состоящие из балки, подкрепленной снизу шпренгелем или раскосами либо аркой (сверху). Подкрепляющие элементы уменьшают изгибающий момент в балке и повышают жесткость системы (рис.9.4,^). Комбинированные системы просты в изготовлении (имеют меньшее число элементов) и рациональны в тяжелых конструкциях, а также в конструкциях с подвижными нагрузками.

Эффективность ферм комбинированных систем можно повысить, создав в них предварительное напряжение.

В фермах подвижных крановых конструкций и покрытий больших пролетов, где уменьшение веса конструкции дает большой экономический эффект, применяют алюминиевые сплавы.

Рис. 9.6. Системы решетки ферм

а - треугольная; б - треугольная с дополнительными стойками; в - раскосная с восходящими раскосами; г - раскосная с нисходящими раскосами; д - шпренгельная; е - крестовая; ж - перекрестная; и - ромбическая; к - полу раскосная

Компоновка конструкций ферм

Выбор статической схемы и очертания фермы - первый этап проектирования конструкций, зависящий от назначения и архитектурно - конструктивного решения сооружения и производится на основании сравнения возможных вариантов.

В покрытиях зданий, мостах, транспортных галереях и других сооружениях нашли применение балочные разрезные системы. Они просты в изготовлении и монтаже, не требуют устройства сложных узлов, но весьма металлоемки. При пролетах балок 40м разрезные фермы получаются негабаритными, и их собирают при монтаже.

Для двух и более перекрываемых пролетов применяют неразрезные фермы. Они экономичнее по расходу металла и обладают большей жесткостью, что позволяет уменьшить их высоту. Применение неразрезных ферм при слабых грунтах не рекомендуется, так как при осадке опор возникают дополнительные усилия. Кроме того, неразрезность усложняет монтаж.

Рамные фермы экономичнее по расходу стали, имеют меньшие габариты, но более сложны в монтаже. Их рационально применять для большепролетных зданий. Арочные системы, дают экономию стали, но приводят к увеличению объема помещения и поверхности ограждающих конструкций. Применение их диктуется архитектурными требованиями. Консольные фермы используют для навесов, башен, опор ЛЭП.

Очертания ферм должны соответствовать их статической схеме и виду нагрузок, определяющих эпюру изгибаемых моментов. Для ферм покрытий необходимо учитывать материал кровли и требуемый уклон для обеспечения водоотвода, тип узла сопряжения с колоннами (жесткий или шарнирный) и другие технологические требования.

Очертания поясов ферм определяет их экономичность. Наиболее экономичной по расходу стали является ферма, очерченная по эпюре моментов. Для однопролетной балочной системы с равномерно распределенной нагрузкой будет сегментная ферма с параболическим поясом (см.рис.9.5,а). Однако криволинейные пояса очень трудоемки в изготовлении, поэтому такие фермы применяют крайне редко. Более применяемыми являются полигональные фермы (см.рис.9.5,б). В тяжелых большепролетных фермах дополнительные конструктивные затруднения из-за перелома поясов в узлах не так ощутимы, так как из условия транспортировки пояса в таких фермах приходится стыковать в каждом узле.

Для легких ферм полигональное очертание нерационально, поскольку усложнение узлов не окупается экономией стали.

Фермы трапецеидальные (см.рис.9.5,в), хотя не совсем соответствуют эпюре моментов, имеют конструктивные преимущества, за счет упрощения узлов. Кроме того, применение таких ферм в покрытии позволяет устроить жесткий рамный узел, что повышает жесткость здания.

Фермы с параллельными поясами (рис.9 5,г) по своему очертанию далеки от эпюры моментов и неэкономичны по расходу стали. Однако равные длины элементов решетки, одинаковая схема узлов, повторяемость элементов и деталей, возможность их унификации способствуют индустриализации их изготовления. Поэтому фермы с параллельными поясами стали основными для покрытия производственных зданий.

Фермы треугольного очертания (см.рис.9.5,д-ж,и) рациональны для консольных систем и для балочных при сосредоточенной нагрузке в середине пролета (подстропильные фермы). Недостатком этих фермявляется повышенный расход металла при распределенной нагрузке; острый опорный узел сложен и допускает только шарнирное сопряжение с колоннами, Средние раскосы очень длинные и их приходится подбирать по предельной гибкости, что ведет к перерасходу металла. Однако иногда их используют для стропильных конструкций, когда необходимо обеспечить большой уклон кровли (свыше 20%) или для создания одностороннего равномерного освещения (шедовые покрытия).

Пролет или длина ферм определяется эксплуатационными требованиями и обще компоновочным решением сооружения и рекомендуется конструктором. Там где пролет не диктуется технологическими требованиями (например, эстакады поддерживающие трубопроводы и т.п.), его назначают на основе экономических соображений, по наименьшей суммарной стоимости ферм и опор.

Высота треугольных ферм (см.рис.9.5,д) является функцией пролета и уклона фермы (25-45 0), что дает высоту ферм h «(1,4 -1/2)/. Высота обычно бывает выше требуемой, поэтому треугольные фермы не экономичны. Высоту фермы можно уменьшить, придав нижнему поясу приподнятое очертание (см.рис.9.5,г), но опорный узел не должен быть очень острым.

Для высоты трапецеидальных ферм и ферм с параллельными поясами нет конструктивных ограничений, высоту фермы принимают из условия наименьшего веса фермы. Вес фермы складывается из веса поясов и решетки. Вес поясов уменьшается с увеличением высоты фермы, так как усилия в поясах обратно пропорциональны высоте h

Вес решетки наоборот, с увеличением высоты фермы возрастает, так как увеличивается длина раскосов и стоек, поэтому оптимальная высота ферм составляет 1/4 - 1/5 пролета. Это приводит к тому, что при пролете 20м высота фермы больше предельно (3,85м) допустимой по условию транспортировки. Поэтому с учетом требований транспортировки, монтажа, унификации высоту ферм принимают в пределах 1/7 - 1/12 пролета (для легких ферм еще меньше).

Наименьшая возможная высота фермы определяется допустимым прогибом. В обычных кровельных покрытиях жесткость ферм превосходит требуемую. В конструкциях работающих на подвижную нагрузку (фермы подкрановых эстакад, мостовых кранов и т. п.) требования жесткости настолько высоки (f// = 1/750 - 1/1000), что они диктуют высоту фермы.

Прогиб фермы определяют аналитически по формуле Мора

F = Е NiN -/i (9.1)

где Ni - усилие в стержне фермы от заданной нагрузки; Ni - усилие в том же стержне от силы, равной единице, приложенной в точке определения прогиба по направлению прогиба.

Размеры панели должны соответствовать расстояниям между элементами, передающими нагрузку на ферму, и отвечать оптимальному углу наклона раскосов, который в треугольной решетке составляет примерно 45 0 , а в раскосной решетке - 35 0 . Из конструктивных соображений - рационального очертания фасонки в узле и удобства прикрепления раскосов - желателен угол близкий к 45 0 .

В стропильных фермах размеры панелей принимаются в зависимости от системы кровельного покрытия.

Желательно для исключения работы пояса на изгиб обеспечить передачу нагрузки от кровли на узлы фермы. Поэтому в покрытиях из крупноразмерных железобетонных или металлических плит расстояние между узлами принимается равным ши рине плиты (1,5м или 3м), а в покрытиях по прогонам

шагу прогонов (от 1,5м до 4м). Иногда для уменьшения размеров панели пояса принимается шпренгельная решетка (см. рис. 9.6,д).

Унификация и модулирование геометрических размеров ферм позволяет стандартизировать как сами фермы, так и примыкающие к ним элементы (прогоны, связи и т. д.). Это приводит к сокращению числа типоразмеров деталей и дает возможность при массовом изготовлении конструкций применять специализированное оборудование и перейти на поточное производство.

В настоящее время унифицированы геометрические схемы стропильных ферм производственных зданий, мостов, радиомачт, радио башен, опор линий электропередачи.

Строительный подъем. В фермах больших пролетов (более 36м), а также в фермах из алюминиевых сплавов или высокопрочных сталей возникают большие прогибы, которые ухудшают внешний вид конструкции и недопустимы по условиям эксплуатации.

Провисание ферм предотвращается устройством стропильного подъема, т. е. изготовление ферм с обратным выгибом, который под действием нагрузки погашается, и ферма принимает проектное положение. Строительный подъем назначают равным прогибу от постоянной плюс половину временных нагрузок. При плоских кровлях и пролетах больше 36м строительный подъем следует принимать независимо от величины пролета равным прогибу от суммарной нормативной нагрузки плюс 1/200 пролета.

Строительный подъем обеспечивается путем устройства перегиба в монтажных узлах (рис.9.7). Системы решеток ферм и их характеристика. Решетка ферм работает на поперечную силу, выполняя функции стенки сплошной балки. От системы решетки зависит вес фермы, трудоемкость ее изготовления, внешн ий вид. Поскольку нагрузка на ферму передается в узлах, то решетка должна соответствовать схеме приложения нагрузки. Треугольная система решетки. В фермах трапецеидального очертания или с параллельными поясами рациональной является треугольная система решетки (см. рис.9.6,а), дающая наименьшую суммарную длину решетки и наименьшее число узлов при кратчайшем пути усилия от места приложения нагрузки до опоры. В фермах, поддерживающих прогоны кровли или балки настила, к треугольной решетке часто добавляют дополнительные стойки (рис.9.6,б), а иногда и подвески, позволяющие уменьшить расстояние между узлами фермы. Дополнительные стойки уменьшают также расчетную длину сжатого пояса. Работают дополнительные стойки только на местную нагрузку и не участвуют в передаче на опору поперечной силы.

Рис. 9.7. Схемы строительного подъема при одном (а) и нескольких (б) укрупнительных стыках

Недостатком треугольной системы - наличие длинных сжатых раскосов (восходящих в фермах с параллельными поясами и нисходящих в треугольных фермах).

Раскосная система решеток, применяется при малой высоте ферм, а также тогда, когда по стойкам передаются большие усилия (при большой узловой нагрузке).

Раскосная решетка более трудоемка, чем треугольная, требует большого расхода металла, так как при равном числе панелей в ферме общая длина раскосной решетки больше, и в ней больше узлов. Путь усилия от узла до опоры в раскосной решетке длиннее; он идет через все стержни решетки и узлы.

Специальные системы решеток, применяют при большой высоте ферм (примерно 4 - 5м). Чтобы уменьшить размер панели, сохранив нормальный угол наклона раскосов, применяют шпренгельную решетку (см. рис.9.6,д). Устройство шпренгельной решетки более трудоемко и требует дополнительного расхода металла; однако такая решетка позволяет получить рациональное расстояние между элементами поперечной конструкции при рациональном угле наклона раскосов и уменьшить расчетную длину сжатых стержней.

Шпренгельная решетка применяется при крутых кровлях и сравнительно больших пролетах (l = 20 - 24м) для треугольной фермы (см.рис.9.5,е).

В фермах, работающих на двустороннюю нагрузку устраивают крестовую решетку (см.рис.9.6,е). К таким фермам относятся горизонтальные связевые фермы покрытий производственных зданий, мостов и других конструкций, вертикальные фермы башен, мачт и высоких зданий.

Ромбическая и полу раскосная решетки (см.рис.9.6,и,к) благодаря двум системам раскосов обладают большой жесткостью; эти системы применяются в мостах, башнях, мачтах, связях для уменьшения расчетной длины стержней и особенно рациональны при работе конструкций на большие поперечные силы.

Обеспечение устойчивости ферм. Плоская ферма неустойчива из своей плоскости, поэтому ее необходимо присоединить к более жесткой конструкции или соединить связями с другой фермой, в результате чего образуется устойчивый пространственный брус (рис.9.8,а).

Рис. 9.8. Завязка ферм в пространственные системы: 1 - диафрагма

Поскольку этот пространственный брус в поперечном сечении замкнут, он обладает большой жесткостью при кручении и изгибе в поперечном направлении, поэтому потеря его общей устойчивости невозможна. Конструкции мостов, кранов, башен, мачт и т.п. представляют собой также пространственные брусья, состоящие из ферм (рис.9.8,б).

В покрытиях зданий из-за большого числа поставленных рядом плоских стропильных ферм решение усложняется, поэтому фермы, связанные между собой только прогонами могут потерять устойчивость.

Их устойчивость обеспечивается тем, что две соседние фермы скрепляются связями в плоскости верхнего и нижнего пояса и вертикальными поперечными связями (рис.9.9, б). К этим жестким блокам другие фермы прикрепляются горизонтальными элементами, препятствующими горизонтальному перемещению поясов ферм и обеспечивающими их устойчивость (прогонами и распорками, расположенными в узлах ферм). Чтобы прогон мог закрепить узел фермы в горизонтальном направлении, он сам должен быть прикреплен к неподвижной точке - узлу горизонтальных связей.

Рис. 9.9. Связи обеспечивающие устойчивость стропильных ферм: 1 - прогоны; 2 - фермы; 3 - горизонтальные связи; 4 - вертикальные связи; 5 - пространственный блок

Типы сечений стержней ферм

Наиболее распространенные типы сечений элементов легких ферм, показаны на рис.9.10.

По расходу стали наиболее эффективным является трубчатое сечение (рис.9.10,а). Труба обладает хорошей обтекаемостью, поэтому ветровое давление меньше, что важно для высоких сооружений (башен, мачт, кранов). На трубах мало задерживается иней и влага, поэтому они стойки к коррозии; их легко очищать и окрашивать. Это повышает долговечность трубчатых конструкций.

Для предотвращения коррозии внутренних плоскостей трубчатые элементы следует герметизировать. Однако определенные конструктивные трудности сопряжения трубчатых элементов и высокая стоимость труб ограничивают их применение.

Рис. 9.10. Типы сечений стержней легких ферм

Прямоугольные гнуто замкнутые сечения (рис.9.10,б) обладают почти теми же преимуществами, что и трубчатые, позволяют упростить узлы сопряжения элементов и нашли широкое применение. Однако, фермы из гнуто замкнутых профилей с бесфасоночными узлами требуют высокой точности изготовления.

Технологические трудности не позволяют изготавливать гнутые профили толщи ной более 10-12 мм. Это ограничивает возможность их использования. Кроме того, большие пластические деформации в углах гиба снижают хрупкую прочность стали.

Часто сечения элементов ферм принимаются из разного вида профилей: пояса из двутавров, решетка из гнутозамкнутых профилей или пояса из тавров, решетка из парных или одиночных уголков. Такое решение оказывается более рациональным.

В пространственных фермах (башнях, мачтах, стрелах кранов и т.п.), где пояс является общим для двух ферм, его сечение должно обеспечивать удобное сопряжение элементов в разных плоскостях. Этому требованию лучше всего отвечает трубчатое сечение.

В четырехгранных фермах при небольших усилиях, простейшим типом сечения пояса является одиночный уголок или крестовое сечение из двух уголков. При больших усилиях применяются также двутавры.

Сжатые элементы ферм следует проектировать равноустойчивыми в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

В каждом конкретном случае выбор типа сечения элементов ферм определяется условиями работы конструкции (степень агрессивности среды, характер и место приложения нагрузок и т.д.), возможностью изготовления, наличием сортимента и экономическими соображениями.

Стержни тяжелых ферм отличаются от легких более мощными и развитыми сечениями, составленными из нескольких элементов. Сечения таких стержней обычно проектируют двухстенчатыми (рис.9.11), а узловые сопряжения выполняются с помощью фасонок, расположенных в двух плоскостях. Стержни тяжелых ферм (раскосы, стойки и пояса) имеют разные сечения, но для удобства сопряжения в узлах ши рина, элементов “в” должна быть одинаковой.

Для поясов ферм желательно применять сечения имеющие две оси симметрии, что облегчает стык в узле двух сечений соседних панелей разной площади и не создает дополнительного момента вследствие несовпадения центров тяжести этих сечений.

Тяжелые фермы, работающие на динамические нагрузки (железнодорожные мосты, краны и т.п.), иногда еще проектируют клепанными, но в основном, как правило, проектируют из сварных стрежней с монтажными узлами на высокопрочных болтах. Применяются следующие типы сечений стержней тяжелых стальных ферм:

Н-образное (рис.9.11,б) - два вертикальных листа, связаны горизонтальным листом, а также клепанные из четырех не равнополочных уголков, связанных горизонтальным листом (рис.9.11,в). Развитие таких сечений в смежных панелях производят креплением дополнительных вертикальных листов (рис.9.11,г). Такие сечения малотрудоемкие. Если конструкция не защищена от попадания атмосферных осадков, то в горизонтальных элементах необходимо оставлять отверстия для стока воды диаметром 50 мм. Н-образные сечения применяют для поясов и раскосов.

Швеллерное сечение состоит из двух швеллеров, поставленных полками внутрь (рис.9.11,д); используются как прокатные, так и составные швеллеры. Такое сечение целесообразно для сжатых элементов, особенно при большой их длине. Недостатком швеллерного сечения является наличие двух ветвей, которые приходится соединять планками или решетками (аналогично центрально сжатым колоннам). Коробчатое сечение состоит из двух вертикальных элементов, соединенных горизонтальным листом сверху (рис.9.11,е,^).

Рис.9.11. Типы сечений стержней тяжелых ферм

Применяется в основном для верхних поясов тяжелых мостовых ферм. Жесткость сечения повышается, если снизу вертикальные листы соединить решеткой (рис.9.11,ж) или перфорированным листом.

Одностенчатое двутавровое сечение состоит из сварного или широкополочного прокатного двутавра, поставленного вертикально (рис.9.11,и).

Трубчатые стержни применяются в тяжелых сварных фермах, имеют те же преимущества, что и в легких фермах.

Замкнутое коробчатое сечение (рис.9.11,к,л,м) обладает повышенной изгибной и крутильной жесткостью, поэтому применяют его для длинных сжатых элементов тяжелых ферм. Сечение может быть выполнено как из гнутых элементов, так и сварных, составленных из четырех листов.

Подбор сечений элементов ферм

В фермах из прокатных и гнутых профилей для удобства комплектования металла принимают не более 5-6 калибров профилей.

Из условия обеспечения качества сварки и повышения коррозионной стойкости толщину профилей (труб, гнутых сечений) не следует принимать менее 3 мм, а для уголков - менее 4 мм. Для предотвращения повреждения стержней при транспортировке и монтаже не следует применять профили менее 50 мм.

Профильный прокат поставляется длиной до 12 м, поэтому при изготовлении ферм пролетом 24 м (включительно) элементы пояса принимают постоянного сечения.

Для снижения расхода стали, целесообразно, особенно при больших усилиях и нагрузках, элементы ферм (пояса, опорные раскосы) проектировать из стали повышенной прочности, а остальные элементы - из обычной стали.

Выбор стали для ферм производится в соответствии с нормами. Так как стержни ферм работают в относительно благоприятных условиях (одноосное напряженное состояние, незначительная концентрация напряжений и т.п.), то для них применяют стали полуспокойной выплавки. Фасонки ферм работают в сложных условиях (плоское поле растягивающих напряжений, наличие сварочных напряжений, концентрация напряжений вблизи швов), что повышает опасность хрупкого разрушения, поэтому требуется более качественная сталь - -спокойная.

Подбор сечений элементов ферм удобно оформлять в табличной форме.

Фермы из труб

В трубчатых фермах рациональны безфасоночные узлы с непосредственным примыканием стержней решетки к поясам (рис.9.22,а). Узловые сопряжения должны обеспечивать герметизацию внутренней полости фермы, чтобы предотвратить там коррозию.

Стержни также центрируются по геометрическим осям, но допускается и эксцентриситет не более одной четверти диаметра поясной трубы, если она используется при неполной несущей способности. Расчет такового узлового сопряжения довольно сложен и относится к области расчета пересекающихся цилиндрических оболочек. Прочность шва, прикрепляющего трубчатый стержень решетки, можно проверить в запас прочности по формуле

N/ ip,85k f l w)<(R w e)minr c (9.14)

где 0,85 - коэффициент условий работы шва, учитывающий неравномерность распределения напряжения по длине шва; l w - длина шва, определяемая по формуле

l w = 0.5 n d £ [ 1.5(1 + cosec a ) - .^cosec a ]

Значение коэффициента ^, зависящего от соотношения диаметра труб приведены в табл.9.3.

При недостаточной толщине пояса его можно усилить (рис.9.22,а). Накладки вырезают из труб того же диаметра, что и пояс или изгибают из листа толщиной не менее одной и не более двух толщин стенки поясной трубы При передаче на пояс фермы сосредоточенных нагрузок (от веса кровли, подвесного транспорта и т.п.) необходимо предусмотреть детали для приложения этих нагрузок симметрично относительно осей плоскости фермы вдоль боковых участков стенки поясной трубы.

Фермой называется стержневая система, остающаяся геометрически неизменяемой после условной замены ее жестких узлов шарнирными. Фермы имеют назначение, по существу, такое же, как и балки сплошного сечения, но применяются для перекрытия значительных пролетов, когда проектирование сплошных балок (например, двутавровых) становится экономически невыгодным вследствие неполного использования материала стенки, напряжения в которой меньше, чем в полках (см. эпюру нормальных напряжений в поперечных сечениях балки на рис. 4.1), и необходимости утолщения вертикальной стенки в связи с возможностью ее выпучивания (при значительной высоте стенки).

В таких случаях сплошную балку заменяют стержневой системой - фермой, элементы которой (стержни) при действии сосредоточенных нагрузок, приложенных в узлах, работают главным образом на центральное сжатие или растяжение. Это дает возможность значительно лучше использовать материал фермы, так как эпюры нормальных напряжений в поперечных сечениях каждого из ее стержней практически имеют вид прямоугольников. Поэтому ферма легче балки со сплошной стенкой, имеющей одинаковые с ней пролет и высоту. Примером фермы может служить система, изображенная на рис. 4.2.

Кроме плоских ферм, у которых оси всех стержней расположены в одной плоскости, применяются пространственные фермы, оси элементов которых не лежат в одной плоскости (рис. 4.3). Расчет пространственной фермы во многих случаях удается свести к расчету нескольких плоских ферм.

Расстояние между осями опор фермы (рис. 4.4, а) называется пролетом; стержни, расположенные по внешнему контуру фермы, называются поясными и образуют пояса, стержни, соединяющие пояса, образуют решетку фермы и называются: вертикальные - стойками, наклонные - раскосами.

Расстояние между соседними узлами любого пояса фермы (обычно измеряемое по горизонтали) называется панелью.

Классификацию ферм проведем по следующим пяти признакам: 1) характеру очертания внешнего контура; 2) типу решетки; 3) типу опирания фермы;

4) назначению фермы; 5) уровню езды.

По характеру очертания различают фермы с параллельными поясами (рис. 4.4, а) и с ломаным или так называемым полигональным расположением поясов. К последним относятся, например, фермы с параболическим

очертанием верхнего пояса (рис. 4.4, б) и фермы треугольного очертания (рис. 4.4, в).

По типу решетки фермы делятся на: фермы с треугольной решеткой (рис. 4.5, а); фермы с раскосной решеткой (рис. 4.5, б) фермы с полураскосной решеткой (рис. 4.5, в); фермы с ромбической решеткой (рис. 4.5, г); двухрешетчатые (рис. 4.5, д), многорешетчатые (рис. 4.5, е).

По типу опирания фермы могут быть: закрепленными, у обоих концов - балочными (рис. 4.6, а) или арочными (рис. 4.6, д, е); консольными - закрепленными у одного конца (рис. 4.6, б); балочно-консольными (рис. 4.6, в, г).

В зависимости от назначения различают фермы стропильные (рис. 4.7, а), крановые (рис. 4.7, б), башенные (рис. 4.7, в), мостовые (рис. 4.8) и др.

Мостовые фермы в зависимости от уровня езды делятся на фермы с ездой понизу (рис. 4.8, а), фермы с ездой поверху, (рис. 4.8, б) и фермы с ездой посередине (рис. 4.8, в).

Не знаете, как сделать легкое и жесткое перекрытие в строительных конструкциях с большой шириной пролета? В таких случаях лучше всего использовать плоские металлические фермы для крыши. Я расскажу, что такое ферма, и как ее можно сделать самому в условиях домашней мастерской.

Из чего состоит ферма

По определению ферма - это строительная конструкция из жестких стержней, которые соединяются между собой в узлах и образуют геометрически неизменяемую систему. Единственная неизменяемая геометрическая фигура в системе координат - это треугольник, поэтому любая фермическая конструкция состоит из множества соединенных между собой треугольников.

Технические параметры ферм характеризуются следующими величинами:

Длина пролета - расстояние между двумя ближайшими опорными точками;
Панель нижнего пояса - расстояние между двумя смежными узлами на нижней продольной балке;
Панель верхнего пояса - расстояние между ближайшими двумя узлами на верхней продольной балке;
Высота - габаритный размер фермы с параллельными поясами по вертикали.

Если балка верхнего пояса расположена не параллельно балке нижнего пояса, то указывается два значения высоты Н1 и Н2. Измеряется от балки нижнего пояса, до самой нижней и самой верхней точки балки верхнего пояса.

Нижний пояс - продольная горизонтальная балка, которая связывает все соединительные узлы в нижней части фермической конструкции;
Верхний пояс - продольная, наклонная или радиусная балка, связывающая все соединительные узлы в верхней части фермы;
Стойки - вертикальные поперечные связи, которые соединяют все узлы нижнего и верхнего поясов. Воспринимают и распределяют по всей ферме основную нагрузку на сжатие;
Раскосы - диагональные поперечные связи, соединяющие все узлы верхнего и нижнего поясов. Воспринимают нагрузку на сжатие и растяжение. Оптимальный угол наклона раскосов - 45°;

Узлы - точки соединения вертикальных стоек и диагональных раскосов с горизонтальными балками нижнего и верхнего пояса фермы. В строительной механике условно принимаются как шарнирное сочленение;
Узловые соединения . При изготовлении фермических конструкция применяется два способа соединения всех элементов в узлах:

Сварное соединение с непосредственным примыканием всех элементов друг к другу;
Болтовое или клепаное соединение - все пояса и решетки поперечных связей соединяются между собой при помощи фасонки из толстого листового металла.

При изготовлении сварной фермы из тонкостенной стальной трубы или уголка, для сваривания элементов между собой также иногда применяются фасонки.

Разновидности фермических конструкций

Основное преимущество ферм перед сплошными балками - это высокая несущая способность при малом удельном весе и небольшом расходе материалов. По своему устройству и характеру распределения нагрузок, фермические конструкции делятся на два вида:

Плоские фермы - это такие конструкции, в которых все стержни расположены в одной плоскости:

Направление вектора приложенной нагрузки должно совпадать с плоскостью расположения фермы:
Для противодействия боковым и сдвигающим нагрузкам плоские фермы нужно скреплять дополнительными продольными и диагональными связями.

Пространственные фермы - собираются из набора стержней, которые ориентированы во всех трех плоскостях:

Они немного сложнее в изготовлении, но в то же время способны выдерживать одновременное воздействие вертикальных, горизонтальных и боковых нагрузок;
За счет этого пространственные металлические конструкции можно устанавливать без связей с другими конструкциями, поэтому их нередко используют для изготовления одиночных балок, опорных столбов, мачт и пр.

В частном жилищном строительстве обычно используются плоские фермы, которые в свою очередь, также делятся на несколько видов:

Полигональные фермы:

Для изготовления нижнего пояса используется одна сплошная балка, а верхний радиусный пояс собирается из нескольких прямых отрезков;
Полигональные стальные фермы применяются для строительства арочных ангаров или полукруглых навесов и козырьков с большой шириной пролета.

Трапециевидные фермы:

Нижний пояс изготавливается из одной сплошной балки, а верхний - из двух наклонных;
Трапециевидная металлическая ферма чаще всего используется в промышленном строительстве при больших пролетах, поскольку способна выдерживать значительные весовые и ветровые нагрузки. Главный недостаток - большая высота.

Параллельные или прямоугольные фермы:

Из названия понятно, что верхний и нижний пояса изготавливаются из двух параллельных балок, а очертание конструкции имеет прямоугольную форму;
Это наиболее распространённый вид ферм. Их несложно изготовить своими руками и они практически не имеют ограничения по использованию.

Сегментные фермы:

Изготавливаются по аналогии полигональной конструкции, только для верхнего пояса используются не прямые балки, а цельный сегмент окружности;
Для изготовления сегментов я советую использовать прокатный станок для стальных труб;

Симметричная треугольная ферма:

Изготавливаются в виде равнобедренного треугольника с вертикальными стойками и диагональными связями;
Применяются при строительстве двухскатной кровли, а наклонные балки верхнего пояса используются в качестве стропил.

Несимметричные треугольные фермы:

Имеют похожую конструкцию, но изготавливаются в виде прямоугольного треугольника;
Применяются в качестве несущих стропильных ферм для односкатной наклонной кровли.

Как сделать ферму для крыши

Ниже представлена инструкция по изготовлению плоской параллельной фермы. Если вам нужна фермическая конструкция другой формы, вы ее сможете изготовить аналогично.

Этап 1: подготовка инструментов и материалов

Для изготовления ферм и пролетов понадобится гараж или просторная домашняя мастерская, набор слесарных инструментов и сварочное оборудование:

Иллюстрация	Описание работ
	Слесарные инструменты: Прочный и устойчивый металлический верстак; Большие слесарные тиски; Ножовка по металлу; Тяжелый молоток и кувалда; Набор напильников по металлу; Пассатижи и плоскогубцы; Линейка, рулетка, штангенциркуль и пр.
	Электроинструменты: Дисковая или ленточная отрезная машинка по металлу; Болгарка с набором зачистных и отрезных дисков по металлу; Электродрель или сверлильный станок с набором сверл; Точильный станок с наждачным камнем; Электродуговой сварочный аппарат с электродами 3-4 мм.	Инженерные расчеты: Расчет навеса из профильной трубы удобно выполнять при помощи специальной программы; Для этого нужно задать начальные характеристики: Длину пролета; Количество опорных точек; Высоту балки на опорах; Высоту балки по центру; Тип и форму фермической решетки; Сечение и сортамент используемого металлопроката. На основании этих данных программа выдаст готовые технические чертежи с указанием всех размеров (как на фото).
	Подготовка металла: Металлопрокат распилить на нужные отрезки, в соответствии с чертежами; После распиловки снять с торцов труб заусенцы и протереть их от заводской смазки уайт-спиритом и ацетоном; Если на трубах есть следы коррозии, их надо удалить болгаркой с зачистным диском; В трубах разметить и просверлить все необходимые отверстия; Для удобства каждую группу отрезков связать малярным скотчем и пометить маркером.
	Изготовление металлических ферм: На сварочный стол уложить балки верхнего и нижнего пояса, и приварить к ним крайние боковые стойки; После этого вварить внутрь все вертикальные стойки и диагональные раскосы; Опорные пятки, кронштейны и монтажные пластины привариваются в самую последнюю очередь; Сначала все детали надо собрать на точечных прихватках; Когда вы убедитесь, что все сделано правильно, нужно обварить соединения сплошным швом; Сварные швы зачистить от шлака и окалины; Готовые навесы из профильной трубы покрасить антикоррозионной грунтовкой и эмалью по металлу.

Если вам нужно сварить много однотипных деталей, я рекомендую предварительно изготовить шаблон на листе плотного картона, оргалита или фанеры.

Заключение

Теперь вы знаете, для чего используются металлические фермы, и как их можно изготовить в гараже или в домашней мастерской. Советую также смотреть видео в этой статье, а все свои вопросы и пожелания оставлять ниже в комментариях.

Основной задачей при возведении кровли любой конфигурации и вида является максимальное обеспечение защиты здания от негативного воздействия внешних факторов. Этого можно достичь посредством использования стропильных ферм на основе дерева или металла.

Основные требования к конструкции

Независимо от конкретного типа строительных материалов (дерево, наплавляемая кровля, металлочерепица, обычная черепица) перед началом отделочных работ должна быть возведена прочная строительная конструкция, основной задачей которой должно стать обеспечение устойчивости и надежности устраиваемой кровли.
Качественное выполнение конструкции, основными частями которой являются стропильные и подстропильные фермы, является гарантией того, что она выдержит все оказываемые на нее постоянные и временные нагрузки.

Конструктивные особенности стропильных ферм

В определение “стропильная ферма” входит ряд конструктивных элементов: раскосов, стоек, обрешеток. Подобная жесткая конструкция в результате сборки будет обеспечивать скелет кровли.

Под этим определением подразумеваются жесткие конструкции, применяемые при устройстве скатных крыш.

Задачей ферм является передача общей нагрузки, которая оказывается на крышу, на стены здания. Материалом для изготовления ферм в основном служит дерево, но возможны также альтернативные варианты.

Основой для создания деревянных конструкций являются доски, лес-кругляк, брус.

Отдельные элементы соединяются методом врубки. В том случае, когда детали сделаны из досок, в ход идут болты, гвозди, зубчатые кольцевые шпонки.

При возведении больших по площади зданий, когда длина пролета оказывается больше 16 метров, при строительстве используются фермы с растянутыми стойками на основе металла.

В случае использования растянутых деревянных стоек надежное крепление узлов является достаточно сложной задачей, а при использовании металлических элементов сделать это легко.

Сборка деревянных ферм – процесс достаточно трудоемкий. При использовании ферм комбинированного типа (с деревянными и металлическими деталями) сделать это можно гораздо быстрее.

При возведении жилых зданий редко применяют вариант кровельной конструкции с открытыми фермами. В основном они закрываются при помощи потолочных перекрытий. В сфере строительства зданий промышленного назначения открытые фермы являются довольно популярным вариантом устройства кровли.

В качестве главных элементов могут использоваться также балки. Стропильные балки на основе железобетона являются подстропильными конструкциями, перекрывающими шаги колонн длиной 12, 18 метров. Подобные элементы при этом являются промежуточными опорами.

Виды стропильных ферм

Выбирая конструкцию и материал для создания кровельного скелета, необходимо учитывать, на основе какого материала построены стены. Опорами для несущих конструкций могут являться железобетонные, металлические колонны, кирпичные стены или подстропильные фермы.

Особенности ферм дают возможность их классификации в соответствии со следующими признаками:

очертанием поясов;
конструктивным оформлением;
статической схемой;
типом решетки.

Самым значимым критерием для разделения ферм на отдельные виды является очертание поясов. Оно определяется конструкцией кровли, размерами перекрываемого пролета, величиной оказываемой нагрузки. В основном выбор кровельного материала зависит от уклона верхнего пояса.

С области промышленного строительства при устройстве кровель плоского типа используются стропильные фермы с параллельными поясами.
В случае использования в качестве кровельного материала асбестоцементных или стальных листов устраивается трапециевидная разновидность несущих конструкций.
В сфере гражданского строительства наиболее популярными являются остовы треугольной формы.
При любой разновидности очертаний применяют разные системы решеток. При устройстве ферм с параллельными поясами или трапециевидной формы оптимальным вариантом является решетка треугольной формы, укрепленная посредством устройства дополнительных стоек.
Помимо этого типа, широкое распространение получили разрезная балочная схема или решетки со шпренгелями.

По признаку конструктивного оформления фермы делятся на следующие виды:

легкие, или одностенные – отличаются наличием одной фасонки в узлах;
тяжелые, или двустенные – их особенностью является наличие в узлах двух фасонных листов.

При возведении зданий со значительной длиной пролета (сборочных цехов, ангаров) применяются тяжелые конструкции. В подобных строениях промышленного назначения скелет выполняет функции ригелей рамных систем.

В соответствии с материалом изготовления стропильные фермы бывают:

деревянными;
металлическими;
смешанными (или комбинированными).

Выбор формы

Чтобы правильно выбрать форму конструкции, необходимо обращать внимание на следующие важные моменты:

материал, используемый в качестве кровельного покрытия;
величина угла уклона крыши;
наличие перекрытий потолка;
специфика конкретного типа соединения деталей стропильных ферм.

К примеру, в случае возведения кровли плоского типа, покрытием для которого служат рулонные битумные материалы, наилучшим вариантом стропильной фермы являются прямоугольная или трапециевидная конструкция.

При величине угла уклона более 12 градусов и в случае тяжелых покрытий оптимальным выбором являются фермы треугольной конфигурации.

Расчет высоты стропильной фермы проводится с использованием формулы, соответствующей выбранной форме конструкции:

Для треугольного варианта : 1/5 х L. Латинской буквой обозначена длина пролета.
Для прямоугольной конструкции : 1/6 х L.

При возведении частных жилых домов самой часто используемой является стропильная ферма треугольной конфигурации. Для устройства кровель с одним или двумя скатами с разными углами уклона применяются самые разные комбинации со стропилами наклонного типа, устраиваются деревянные или металлические стропильные фермы.

Устойчивость ферм повышается посредством устройства дополнительных связок для верхнего и нижнего поясов. Изготовление подобных связок осуществляется главным образом на основе досок.

В случае возведения кровли с двумя скатами рациональным выбором является разновидность фермы со стропилами висячего типа.

Самым главным моментом выбора стропильной конструкции является подбор строительного материала, который может обеспечить требуемую степень прочности, жесткости, надежности. Значение имеет и ценовая категория, к которой относится материал.

Деревянные фермы

Стропильные фермы на основе дерева являются наиболее популярным вариантом, который соответствует большинству предъявляемых к конструкции требований.

Их применяют в следующих случаях:

при устройстве кровель мансардного типа;
при возведении коммерческих, сельскохозяйственных, спортивных, промышленных объектов;
во время восстановления плоских кровель сооружений разного назначения;

Основными достоинствами деревянных стропильных ферм по отношению к другим разновидностям таких конструкций являются:

простота процесса производства и его автоматизированность;
короткие сроки выполнения работ по проектированию;
легкость осуществления монтажа (благодаря наличию готовых элементов конструкции);
широкая перспектива реализации самых необычных дизайнерских решений в плане формы, конфигурации и т.д.;
сравнительно небольшой вес;
возможность применения в случае пролетов больших размеров (наибольшая длина может составлять 18 м);
возможность утепления и простота его осуществления;
отличные эксплуатационные качества и технологические характеристики;
принадлежность к первой категории пожаробезопасности (материал проходит соответствующую обработку в заводских условиях);
соответствие требованиям экологической безопасности.

В случае выбора конструкций на основе дерева необходимо обращать внимание на качественное проведение обработки материала антисептическими и антипиретическими составами, обеспечивающими защиту конструкции от разрушительного воздействия гнили, грибов, насекомых и от огня.

Специфика металлических стропильных ферм

Для обеспечения повышенной жесткости применяют стропильные системы на основе металла. Этот вариант максимально подходит при устройстве стропильных ферм значительной длины (более 10 м). В таких случаях из стали изготавливаются не только стропила, но также брус мауэрлата и коньковые опоры. Укладка производится не с помощью деревянной соединительной детали, а посредством швеллера. Для крепления стропильных ног используются приваренные уголки.

Основными преимуществами стальных стропильных ферм являются:

повышенный уровень прочности;
стойкость;
неподверженность разрушению и гниению;
значительный срок службы;
удобство применения при необходимости перекрытия сооружений большой площади и высоты.

Следует указать также недостатки металлических ферм :

значительный вес создаваемой конструкции;
применение специальной техники для подъема конструкции на требуемую высоту;
неустойчивость материала и высокая вероятность его деформации в условиях высокого температурного фона;
дороговизна.

Стальные стропильные фермы бывают трех типов:

спараллельными поясами;
треугольные;
полигональные.

При планировании мягкой кровли оптимально подходят фермы с параллельными поясами или полигональные. В случае применения листовых материалов лучше выбрать треугольные конструкции.

Промышленность выпускает стропильные фермы унифицированных размеров, которые рассчитаны на пролеты, длина которых составляет 18, 24, 30 и 36 метров.

Для изготовления поясов и решеток ферм в большинстве случаев применяются уголки, а скрепление отдельных элементов осуществляется посредством сварки. Наиболее рациональной считаются конструкции, для изготовления поясов которых были использованы тавровые широкополочные балки. Процесс изготовления подобных конструкций довольно простой, к тому же на них уходит меньше материала, но надежность и прочность конструкции от этого не страдают.

Отличительной особенностью стальной подстропильной фермы от стропильной является наличие параллельного пояса. Их выпускают в аналогичных унифицированных размерах.

Во время строительства частных домов во многих случаях используются стальные стропильные фермы, материалом для которых служит профильная труба. По сравнению с фермами на основе уголков, швеллеров или тавра подобные конструкции обладают меньшим весом.

Такие конструкции могут собираться прямо на строительной площадке. При этом используется сварочный аппарат.

Фермы изготавливаются на основе гнутых или горячекатаных профильных труб. При этом используется сталь толщиной от полутора до пяти миллиметров. Сечение профиля трубы может быть квадратным или прямоугольным.

В настоящее время в строительстве нередко применяют также железобетонные стропильные фермы. Они представляют собой очень прочные решетчатые конструкции для перекрытия значительных по длине пролетов.

Подобные фермы целесообразно монтировать на кровлях одноэтажных строений, покрытие которых испытывает очень большие нагрузки.

Расчет нагрузок

Во время возведения системы стропил важным моментом является не только правильный выбор формы конструкции и материала изготовления, но и корректный расчет возможных нагрузок.

Они бывают трех видов:

постоянные : общий вес кровельного пирога;
временные : вес снежного пласта, находящихся на кровле людей, сила порывов ветра;
особые – к этой категории относится сейсмическая нагрузка.

Стропильная система на основе ферм и балок является несущей конструкцией, в состав которой входят многие элементы. Вне зависимости от конкретной конструкции и формы это сложный в технологическом плане процесс, главным этапом которого является этап проектирования. Именно в это время проводятся расчеты, от правильности которых зависит безопасность всей конструкции в течение всего эксплуатационного периода. Такой расчет состоит из сложных вычислений, осуществление которых требует наличия профессиональных знаний.

Монтаж

В качестве примера ниже описан наиболее простой процесс монтажа стропильных конструкций при возведении односкатной кровли.

Сначала в соответствии с приведенной формулой рассчитывается величина перепада стен:
Ш х tgL

Буквой Ш обозначено расстояние между двумя опорными стенами, а tgL– это тангенс угла уклона кровли.

После этого заготавливается необходимое количество деревянных стропил, предварительно обработанных антисептическими составами.
Следующим шагом является установка мауэрлата. Балка по толщине должна соответствовать величине толщины стен. Ее необходимо прикрепить по возможности более жестко и провести качественную гидроизоляцию. В процессе монтажа опорной балки надо следить за соблюдением строго горизонтального расположения.
После окончания монтажа мауэрлата на нем должны быть обозначены точки установки стропильных ног и вырезаны выемки для них.
Заранее подготовленные фермы укладываются таким образом, чтобы они выступали на поверхность опорной балки на 30 см. Закрепление осуществляется с помощью болтов и скоб.
Процесс завершается установкой подпорок и монтажом обрешетки. В тех случаях, когда стропильные ноги имеют длину более 4,5 м, подпоры являются обязательным элементом. Поверх смонтированных стропил устраиваются планки обрешетки.

ВЫВОДЫ:

Использование стропильных ферм на основе дерева или металла обеспечивает защиту здания от внешних воздействий.
Основными требованиями к выбираемому материалу и конструкции стропильной фермы являются прочность, устойчивость и надежность.
Задачей ферм является передача общей нагрузки, которая оказывается на крышу, на стены здания.
Фермы классифицируются по очертанию поясов, конструктивному оформлению, статической схеме, типу решетки.
Различают фермы с параллельными поясами, трапециевидные, треугольные.
Стропильные фермы выполняются из дерева или металла. Возможны также комбинированные варианты.
Устойчивость ферм повышается посредством устройства дополнительных связок для верхнего и нижнего поясов на основе досок.
При возведении системы стропил важным моментом является корректный расчет возможных нагрузок.