Фермы строительные конструкции: Ферма (конструкция) — Википедия – их конструкция, свойства, разновидности и схема

9.2. 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 ферм является 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 соружения 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 (25-450), что дает высоту ферм h . 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/l = 1/750 - 1/1000), что они диктуют высоту фермы.

Прогиб фермы определяют аналитически по формуле Мора

F = Σ (9.1)

где Ni – усилие в стержне фермы от заданной нагрузки;- 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 450, а в раскосной решетке - 350. Из конструктивных соображений – рационального очертания фасонки в узле и удобства прикрепления раскосов – желателен угол близкий к 450.

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 ширине 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, внешний 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

Изготовление металлоконструкций ферм своими руками и расчет металлической крыши

Для скатных крыш с большими площадями нужны металлические стропильные системы. К строениям такого типа относятся производственные цеха, павильоны, навесы для автостоянок и другие постройки промышленного и хозяйственного назначения. Такие стропила имеют форму треугольника или полукруга и выглядят как односкатные или двускатные сооружения с малым уклоном.


Для изготовления металлоконструкций ферм и их сборки нужны предварительные расчеты и соблюдение ряда условий.  

Металлические фермы для цеха

Важно понимать, что удельная плотность металла больше, чем у дерева, но древесина окажется тяжелее за счет увеличения сечения профиля. Сечение профиля в основном зависит от нагрузки, а это мощность ветра и количество снега в данной местности, умноженное на площадь.

Общие понятия о стропильной ферме из металла ↑

Сборка из ферросплава

Прежде всего, следует разобраться с определением. Металлической стропильной фермой называется конструкция, состоящая из стропильных ног, распорок, ригелей, подкосов и стоек. Все эти элементы соединены (сварены) между собой и находятся в одной общей плоскости.

Устройство металлической фермы

Но если быть более точным, то такое понятие подразумевает висячую конструкцию из вышеперечисленных элементов с упором на стойки. Варианты могут отличаться между собой по количеству перемычек, наклону стропильных ног и общей длиной сборки.

Выбор ферм в первую очередь зависит от величины площади, кровельного материала и атмосферных механических нагрузок (снег, ветер).

В зависимости от очертаний, фермы подразделяют на четыре вида:

  • односкатная;
  • с параллельным поясом
  • полигональной конструкции;
  • треугольная.

Основные формы металлических конструкций

Элементы для стропильных систем чаще всего изготавливают из парного профиля (двух полуферм), где узловые соединения укрепляются косынками (распорками). Верхний пояс фермы изготавливают из двух неравносторонних уголков, которые после монтажа выглядят, как тавр. Между собой они скрепляются сваркой либо болтовым соединением.

При увеличенной нагрузке на стропильную систему в пределах панелей применяют парные швеллеры или двутавры. Стойки, раскосы и остальные перемычки делают в виде крестообразной тавровой конструкции. Но в том случае, когда все узлы на ферме соединяются при помощи сварки, лучше использовать тавр, так как это цельный (более мощный) профиль.

Трубные профили разного сечения

В частном строительстве обычно применяется профилированная труба – полые материалы значительно легче тавра, двутавра и швеллера.

Еще одним плюсом такой металлической конструкции является ее мобильность, то есть, ферму очень легко собрать на строительной площадке. Кроме того, из труб (круглых или профилированных) можно изготовить любую конструкцию.

Трубные профили, которые используются для таких ферм, могут быть либо гнутыми (шовными), либо горячекатаными. Толщина стенки у более прочных горячекатаных труб составляет от 1,5 до 5 мм, они изготавливаются с прямоугольным или квадратным сечением. Мощность трубы на изгиб не меньше, чем у тавра, но масса последнего больше.

Вне зависимости от того, какая возводится крыша (односкатная, двускатная или гнутая), фермы различают по углу их уклона. В общем понимании такие конструкции делятся на три категории: с уклоном 22-30ᵒ, 15-22ᵒ и 6-15ᵒ.

Требования к фермам с уклоном ската 22-30ᵒ ↑

Треугольные фермы

Односкатный навес из ферм

В тех случаях, когда проектом здания предусмотрен наклон ската 22-30ᵒ, обычно в качестве кровельного материала используется шифер, этернит (композитный шифер) или железо (фальцевое покрытие из жести). Высоту треугольной фермы по коньковой балке следует приравнивать к 1/5 длины пролета (при длине ноги 10 м высота конька составит 10/5=2 м или 200 см минимум).

Такая конструкция получится наиболее легкой и с нее быстрее стекут атмосферные осадки.

Для больших пролетов от 14 до 20 м предпочтительно выбирать конструкцию с нисходящими раскосами – она лучше всего переносит нагрузки от снега и ветра, следовательно, имеет меньший вес. Панель в верхнем поясе здесь составляет порядка 1,75-2,5 м длины и в каждой паре их количество должно быть четным. Это означает, что число пролетов при заданных размерах равно 8 (14/1,75=8; 20/2,5=8).

Кровля с углом наклона в 30 градусов

У зданий промышленного типа (производственных цехов, павильонов и так далее) длина пролета достигает 25-30 м, и в таком случае желательно применять фермы Полонсо. Это тоже парные конструкции, которые соединяются затяжкой. Здесь есть возможность избежать установки длинных раскосов в центральных панелях, это значительно сокращает общую массу конструкции, и как следствие – количество требуемого материала.

  • Верхний пояс в таком случае разбивают на 12 или 16 отсеков по 2-1,85 м (25/12=2,08 м; 30/16=1,85 м).
  • Нижний пояс приподнимают для увеличения угла. Нагрузка в поясах уменьшается, а опорные узлы получаются наиболее простыми. Подвесные потолки для таких конструкций не используют.

Конструкция фермы с уклоном ската 6-22ᵒ ↑

Конструкции с прямым и ломаным нижним поясом

  • Если стропильная металлическая ферма имеет уклон по скату 15-22ᵒ, то ее высота по коньковой балке должна равняться 1/7 длины пролета. Для увеличения высоты на 0,16-0,23 частей от длины пролета нижний пояс делают ломаного типа. Такой метод снижает массу фермы с обычной треугольной конструкцией до 30%, но длина пролета здесь допускается не более 20 м. В тех случаях, когда пролет увеличивается более 20 м, применяют конструкцию Полонсо.
  • Если крыша почти плоская и имеет уклон не более 6-15ᵒ, лучше всего использовать фермы в виде трапеции. Самый оптимальный вариант, это когда конек оказывается на высоте 1/7 или 1/9 суммы от общей длины пролета. Например, при длине ноги 10 м высота конька делается 10/7=1,42 м или 10/9=1,11 м.
  • Если подвеска потолка не предусмотрена к стропильной системе, раскосы устанавливают в виде треугольной решетки. Количество секций или панелей рассчитывается по такому же принципу, как и для обычных треугольных конструкций.

Важно, чтобы чердачные стены и опоры ферм имели достаточную высоту. В противном случае крыша проектируется с переломом у опор – это позволяет создать нужное пространство.

Для подвесных панелей их размеры должны соответствовать длине нижних и верхних элементов. То есть, их длина кратна 2 по длине стропил, но не более 1,5-2 м. Следует отметить – для потолков сложной формы более всего подходят фермы Полонсо.

Сборка парной металлической фермы (красным обозначена линия сварочного шва)

Самостоятельно рассчитать металлическую крышу, изготовить и установить фермы из металла очень сложно. Делать это целесообразно только для небольших навесов.

Особенности монтажа металлических стропил ↑

В тех случаях, когда длина ферм превышает 10-12 м, проводят расчет металлической крыши как спаренную систему. То есть, стропильные ноги вместе с перемычками должны складываться из двух частей, так как их сложно транспортировать целиком – это неудобно, да и накладно в экономическом отношении.

Гораздо проще разделить ферму по стропильным ногам на два фрагмента и позднее соединить их затяжками и сваркой, чем монтировать на строительной площадке такую конструкцию. Но здесь очень важно учитывать, чтобы составные части не делились на левую и правую – они должны быть одинаковыми. В противном случае, это грозит путаницей на месте сборки.

Соединения двух частей осуществляются при помощи накладок, которые закрепляются болтами и сварки по швам на стыках.

Каждый вариант отличается друг от друга, но чем больше болтовых соединений, тем прочнее будут узлы – затяжки помогут зафиксировать сварочные швы металлоконструкции фермы.

Советы по расчету ферм в домашних условиях ↑

Зависимость длины стропил от уклона ската

Для правильного расчета металлической крыши в домашних условиях необходимо опираться на СНиП П-23-81 и СНиП 2.01.07-85:

  1. В первую очередь выберите подходящую схему стропильной системы, исходя из уклонов ската, вида кровельного материала и назначения сооружения.
  2. Если типовые требования не предусматривают определенных контуров, то проектируйте конструкцию по принципу экономии материалов.
  3. Высоту верхнего угла определите по прочности покрытия (наиболее тупым верхний угол делают для металлочерепицы, профнастила или фальцевой крыши).
  4. Размеры панелей (секций) рассчитывайте в соответствии с уклоном, как это предложено в трех подзаголовках с разными углами ферм в этой публикации.
  5. Чтобы избежать долгих и сложных расчетов, возьмите за основу любой типовой проект, который подходит к размерам здания.

Фермы из профильной трубы в устройстве крыши

Изготовление и монтаж ферм своими руками ↑

Чаще всего для изготовления металлических ферм своими руками выбирают профильные трубы, которые сваривают между собой.

  • Для навесов шириной до 4 м подойдет труба с сечением 40×20×2 мм.
  • Для крыши шириной до 5,5 нужны трубы 40×40×2 мм.
  • При ширине постройки более 5,5 м рекомендуются профили 40×40×3 мм, 60×30×2 мм.

Работу начинают внизу, а затем поднимают заготовки и приваривают их к стойкам. Для подъема и удерживания в нужном положении тяжелых конструкций потребуется техника.

Сборка крыши навеса своими руками

Порядок действий такой:

  1. Уложить на земле продольные трубы и приварить их к опорным стойкам.
  2. Соединить верхний и нижний пояс раскосами и перемычками.
  3. Поднять металлоконструкцию и приварить к продольны трубам вертикальных стоек
  4. После установки всех ферм соединить их продольными перемычками по скату. Расстояние должно составлять полметра. Эти перемычки в дальнейшем послужат опорой для монтажа кровельных листов. Все неровности важно тщательно зачистить, иначе кровельное покрытие не ляжет ровно и без зазоров.
  5. Очистить поверхность конструкции, отшлифовать металл, обезжирить специальными составами, нанести слой грунтовки и окрасить.

Видео: Арочная крыша из труб ↑


В заключение следует обратить внимание на аккуратность – малейшая оплошность при расчетах металлической крыши приведет к перекосу, а значит, к ошибке во всей кровельной конструкции. Если не надеетесь на свои математические способности – обратитесь за помощью к специалистам.

Стропильные фермы: выбор формы конструкции, материала

В доме всегда будет тепло и сухо, если крыша спроектирована и построена с соблюдением всех норм и правил. Стропильные фермы предназначены обеспечивать устойчивость крыши и противостоять временной снеговой нагрузке и постоянной нагрузке, обусловленной весом кровельного материала и утеплителя. Ферма должна равномерно распределять нагрузку на несущие стены здания.

Выбор формы конструкции

Среди вариантов создания ферменной конструкции можно увидеть самые разные виды стропильных ферм. Выбор подходящего решения зависит от нескольких основных факторов:

  • Материал кровли.

  • Способ крепления элементов.

  • Схема расположения несущих стен, способных принимать нагрузку.

  • Фантазия заказчика.Одним из самых важных факторов выбора формы конструкции является климатический район, в котором расположена будущая постройка. От этого фактора будет зависеть расчет нагрузок, так как сила ветра и количество осадков оказывают очень большое влияние на требуемую прочность ферменных конструкций, удерживающих кровлю. Количество осадков может очень сильно отличаться в разных районах страны.

Чаще всего при строительстве частных домов используют треугольные фермы. Они способны максимально эффективно принимать нагрузку и являются достаточно простыми в процессе монтажа. Такая конструкция применима в домах без внутренней несущей стены и с длиной пролета в переделах 6 метров. Она состоит из стропил, затяжек и двух подкосов – это самые простые элементы стропильной конструкции, они позволят без проблем спроектировать и установить ее. У образовавшегося подобным образом чердака есть один существенный минус: из-за наличия большого количества затяжек движение по нему будет весьма затруднено.

Конструктивное оформление

Данный признак делит все конструкции на два типа:

  • Легкие (одностенные) фермы. Они имеют по одному фасонному листу в узлах.

  • Тяжелые (двустенные). В каждом узле присутствуют два фасонных листа.

Внушительная длина пролета обязывает конструкторов предусмотреть использование тяжелой конструкции. В этом случае скелет будет выполнять функцию ригеля.

Расчет необходимой прочности

Изготовление любой конструкции начинается с расчетов. Начинать его следует с определения нагрузок на конструкцию:

  • Постоянная нагрузка. Вес пирога кровли и конструкции самой фермы. Определяется в зависимости от конструктивных решений здания.

  • Временная нагрузка. Снег, ветер, вес людей, поднимающихся на крышу для производства работ. Определяется в зависимости от района строительства.

  • Особые. Все, не вошедшие в предыдущие категории нагрузки.

Выбор материала для будущей фермы

Изготовление стропильных ферм осуществляют из нескольких основных материалов:

  • Железобетон. Его применяют, если есть необходимость установить крышу с большим пролетом.

  • Дерево. Конструкции из него популярны при строительстве небольших частных домов.

  • Так же в частном строительстве популярны металлические стропильные фермы.

Стальная ферма

Стальные фермы могут быть треугольными, при этом с параллельными поясами или полигональные. Последние варианты служат хорошей основой при использовании листового кровельного материала. Фермы заводского производства имеют унифицированные размеры. Их выбирают при пролетах, кратных шести метрам.

Некоторые элементы ферм приходится соединять при помощи сварочного аппарата непосредственно на строительной площадке. Для изготовления поясов или решеток применяются уголки дл стропил. Тавровые широкополочные балки считаются среди специалистов лучшим решением обеспечивающим наибольшую надежность конструкции. Единственное отличие между стропильными и подстропильными конструкциями – это наличие параллельного пояса. Размеры зависят от параметров конструкций.

Частное строительство требует применения ферм, произведенных с использованием профильных труб, они могут быть горячекатаными и гнутыми с прямоугольным или квадратным сечением. У изделий с такой формой меньше вес и расход материалов, но при этом они не уступают в прочности уголкам или таврам. Эта система отличается простотой сборки. Осуществлять сварку можно на стройплощадке непосредственно перед монтажом конструкции.

Стропильные фермы металлические заслужили себе место на рынке благодаря своим качествам:

  • Они обладают повышенным уровнем прочности и стойкости.

  • Материал не подвержен гниению или быстрому разрушению.

  • Отличается весьма длительным сроком службы.

  • Устройство стропильных ферм в зданиях с большой площадью или при большой высоте становится проще при применении стальной конструкции.

Так же у этого материала есть несколько ощутимых недостатков:

  • Немаленький вес конструкции вынуждает строителей использовать технику.

  • Подверженность влиянию экстремальных температур. Возможность деформации в следствие использования при слишком высокой температуре.

  • Такие конструкции обычно дорого стоят.

Фермы из железобетона

Железобетонные фермы принадлежат разным категориям:

  • Безраскосные треугольные конструкции.

  • Системы, применяемые при устройстве кровель с маленьким уклоном.

  • Сегментные конструкции, они могут быть с раскосом или без него.

Такие стропильные фермы оценивают по прочности, морозостойкости материалов, применяемых при изготовлении таких стропильных ферм, средней плотности бетона, толщине слоя бетона вблизи арматурного каркаса, защите от коррозии и по марке стали, из которой изготовлена применяемая арматура.

Подобные конструкции имеют большой недостаток: из-за большого веса фермы при ее монтаже непременно понадобится помощь специальной техники. Именно поэтому такой вариант применяют только при строительстве промышленных зданий, торговых центров или любых других домов с большими пролетами.

Деревянные фермы

Самым популярным материалам при строительстве небольших домов является древесина. Этот материал очень легок, но при этом обладает достаточной прочностью. При правильной установке и эксплуатации крыша долгое время не будет вызывать проблем.

Такие фермы незаменимы, если конструкцией стропильных ферм предусмотрена мансарда. Помимо частного строительства дерево применяют при изготовлении стропильной фермы для коммерческих, спортивных, промышленных или сельскохозяйственных объектов небольших размеров. Древесина незаменима при восстановлении плоских кровель.

Люди выбирают деревянные стропильные фермы для строительства по ряду причин:

  1. Простой и автоматизированный процесс устройства такой кровельной фермы.

  2. Проектирование выполняется в очень короткий срок.

  3. Наличие готовых элементов позволяет сильно упростить процесс монтажа.

  4. Благодаря доступности материала и простоте его обработки становится возможным осуществить самые смелые архитектурные решения.

  5. Маленький вес, благодаря чему монтировать конструкцию возможно без применения техники и, соответственно, цена работ значительно снижается.

  6. Применение при достаточно больших пролетах (до 18 м).

  7. Легкость укладки утепляющих материалов.

  8. После специальной обработки на заводе материалу назначают первую категорию пожарной безопасности.

  9. Древесина экологична и отвечает всем требованиям в этой сфере.

При выборе этого природного материала на этапе подготовки и монтажа следует внимательно наблюдать за обработкой специальными растворами. В случае некачественной работы конструкция не сможет долгое время радовать заказчиков, ведь материал подвержен воздействию гнили, грибков, насекомых и огня.

Односкатная кровля

Зачастую проект здания предполагает наличие односкатной кровли, в этом случае популярна и очень надежная треугольная система стропил не применяется.

Монтаж ферменных конструкций

Фермы стропильные устанавливают в определенном порядке:

  1. Расчет величины перепада между несущими стенами постройки.

  2. Производство стропил. Иногда этот пункт включает в себя обработку материалов специальными составами во избежание коррозии или гниения.

  3. Монтаж мауэрлата. Его толщина должна соответствовать толщине несущих стен, принимающих нагрузку. Этот важный элемент жестко закрепляют и тщательно гидроизолируют. Следует проследить за строго горизонтальным положением балки.

  4. После этого начинают установку стропильных ног. Перед вырезанием выемок под них производят тщательный замер с последующей разметкой.

  5. Иногда строители вынуждены производить сращивание стропил по длине.

  6. После сбора стропильные и подстропильные фермы укладывают с выступом за балку, равным 30 см. закрепление производят с применением скоб или болтов.

  7. Финальным этапом является монтаж обрешетки с последующей укладкой кровли.

Выводы:

Из всего вышесказанного можно сделать несколько выводов и тем самым помочь построить крышу идеальной формы, как на фото в строительном журнале.

  • Дерево и металл способны защитить конструкции и, соответственно, весь дом от негативных воздействий внешней среды.

  • Обращать внимание при выборе подходящего решения для здания следует на прочность, устойчивость и надежность будущей конструкции.

  • Фермы предназначены передавать нагрузку на стены и впоследствии на фундамент и почву основания. Поэтому прочность всего дома зависит не только от фермы.

  • Классификация ферм осуществляется по статической схеме, типу решетки, материалу и очертанию поясов.

  • Помимо дерева и металла используют комбинированные варианты выбора материалов.

  • Дополнительные связки между поясами способны увеличить устойчивость.

  • Одним из важнейших этапов производства является верный расчет, который в свою очередь зависит от корректного определения всех нагрузок.

Меры предосторожности

Следует отдельно отметить, что осуществлять строительные работы на крыше могут только профессионалы. Они работают со страховкой и не позволяют себе излишне рисковать. Без специальной подготовки и некоторого оборудования работать на крыше не рекомендуется, это чревато несчастными случаями. Самостоятельно выполнять монтаж ферм допускается только на невысоких крышах одноэтажных домов, бань или хозяйственных построек

Видео

Добавить комментарий

15. Стальные фермы. Классификация. Основы проектирования ферм.

Ферма — система, образованная из соединенных в узлах прямолинейных стержней, остающаяся неизменяемой геометрически после замены узлов с жестких на шарнирные. Фермовая конструкция работает на изгиб, как и балка.

Классификация ферм:

○ Характер очертания внешнего контура (полигональные пояса, ломанные пояса, треугольные пояса, параллельные пояса).

○ Тип решетки (треугольная, ромбическая, раскосная, полураскосная).

○ Тип опирания (балочный, консольный, арочный, балочно-консольный).

○ Назначение (мостовые, башенные, крановые, подстропильные, стропильные).

○ Исполнение (металлические, деревянные, железобетонные, из полимеров).

Область применения металлических ферм

В виде стальных ферм выполняются конструкции опор линий электропередачи, мачт, радиобашен, большепролетных мостов. Широкое применение фермовые конструкции получили в покрытии гражданских, промышленных зданий, вокзалов, ангаров, складов и др. Фермам легко придать любые очертания, обусловленные требованиями технологий, архитектурой, работой под нагрузкой, а их изготовление относительно простое.

В зависимости от назначения ферма может иметь конструктивную форму от легких прутковых конструкций до тяжелых ферм, скомпонованных из крупных профилей или листов.

Мачты, башни – вертикальные консольные системы. Применение арочных (или рамочных) ферм может быть обусловлено архитектурными или эксплуатационными требованиями к сооружению.

Комбинированные системы – нечто среднее между сплошной балкой и фермой, состоящие из балки, усиленной подвешенной цепью или сквозной фермой либо аркой или фермой сверху, что уменьшает изгибание балки. Использование комбинированных систем рационально в тяжелых конструкциях или конструкциях, имеющих подвижную нагрузку.

Принцип действия, принцип расчета ферм

Если взять несколько стержней, скрепить их произвольно, то получится «изменяемая» конструкция, которая сложится при любом воздействии. Если же составить из стержней обычный треугольник, то он образует неизменяемую конструкцию, которая будет устойчива к давлению. Сложится такая конструкция, только если сломается один из стержней или его оторвут от остальных стержней. Конструкция фермы состоит из таких треугольников – больших и маленьких. Нагрузку к ферме следует прикладывать в точках соединения стержней, т.к. стержни работают лучше на растяжение-сжатие, нежели на излом.

Способов расчета ферм существует огромное количество. Расчет вырезанием узлов – один из самых простых (применим для расчета простых плоских ферм). Для расчета фермы все силы, действующие на нее, сводят к узлам. Затем высчитывает реакцию опор фермы. После этого берут любой узел, в котором встречаются два стержня и приложены какие-то силы, мысленно отсекая остальную часть конструкции, получают узел, в котором встречаются несколько известных и две неизвестные силы и, составив уравнение равенства сил по любым двум осям, находят неизвестные усилия в стержнях. Далее вырезают следующий узел и, используя известные уже усилия, находят усилия во всех стержнях

Фермы. Область применения. Классификация. Конструкции ферм.


⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 16Следующая ⇒


Фермой называют решетчатую конструкцию из стержней, соединенных между собой в узлах и образующих геометрически неизменяемую конструкцию.

Если нагрузка приложена в узлах, а оси элементов фермы пересекаются в одной точке (центре узла), то жесткость узлов несущественно влияет на работу конструкции и в большинстве случаев их можно рассматривать как шарнирные. Тогда все стержни фермы испытывают только осевые усилия (растяжение или сжатие). Благодаря этому металл в фермах используется более рационально, чем в балках, и они экономичнее балок по расходу материала, но более трудоемки в изготовлении, поскольку имеют большое число деталей. С увеличением перекрываемых пролетов и уменьшением нагрузки эффективность ферм по сравнению со сплошностенчатыми балками растет.

По материалу различают фермы стальные, деревянные, ж/бетонные

Стальные фермы получили широкое распространение во многих областях строительства: в покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий, мостах, опорах линий электропередачи, объектах связи, телевидения и радиовещания (башни, мачты), транспортерных галереях, гидротехнических затворах, грузоподъемных кранах и т.д.

Фермы бывают плоскими и пространственными.

Плоские фермы могут воспринимать нагрузку, приложенную только в их плоскости, и нуждаются в закреплении из своей плоскости связями или другими элементами. Пространственные фермы образуют жесткий пространственный брус, способный воспринимать нагрузку, действующую в любом направлении. Каждая грань такого бруса представляет собой плоскую ферму. Примером пространственного бруса может служить башня или мачта

Основными элементами ферм являются пояса, образующие контур фермы, и решетка, состоящая из раскосов и стоек.

Расстояние между узлами пояса называют панелью (d), расстояние между опорами - пролетом (L), расстояние между осями (или наружными гранями) поясов - высотой фермы (hф).

 

Соединения элементов в узлах осуществляют путем непосредственного примыкания одних элементов к другим или с помощью узловых фасонок. Для того чтобы стержни ферм работали в основном на осевые усилия, а влиянием моментов можно было пренебречь, элементы ферм следует центрировать по осям.

В зависимости от назначения, архитектурных требований и схемы приложения нагрузок фермы могут иметь самую разнообразную конструктивную форму. Их можно классифицировать по следующим признакам: статической схеме, очертанию поясов, системе решетки, способу соединения элементов в узлах, величине усилия в элементах.

По статической схеме фермы бывают: балочные (разрезные, неразрезные, консольные), арочные, рамные и вантовые.

В покрытиях зданий, мостах, транспортерных галереях и других подобных сооружениях наибольшее применение нашли балочные разрезные системы. Они просты в изготовлении и монтаже, не требуют устройства сложных опорных узлов.

При числе перекрываемых пролетов два и более применяют неразрезные фермы. Они экономичнее по расходу металла и обладают большей жесткостью, что позволяет уменьшить их высоту. Но как во всяких внешне статически неопределимых системах, в неразрезных фермах усложняется монтаж таких конструкций. Консольные фермы используют для навесов, башен, опор воздушных линий электропередач. Рамные системы экономичны по расходу стали, имеют меньшие габариты, однако более сложны при монтаже. Их применение рационально для большепролетных зданий. Применение арочных систем, хотя и дает экономию стали, приводит к увеличению объема помещения и поверхности ограждающих конструкций. Их применение диктуется в основном архитектурными требованиями. В вантовых фермах все стержни работают только на растяжение и могут быть выполнены из гибких элементов, например стальных тросов. Растяжение всех элементов таких ферм достигается выбором очертания поясов и решетки, а также созданием предварительного напряжения. Работа только на растяжение позволяет полностью использовать высокие прочностные свойства стали, поскольку снимаются вопросы устойчивости. Вантовые фермы рациональны для большепролетных перекрытий и в мостах.

 

В зависимости от очертания поясов фермы подразделяют на треугольные (а,б), арочные (д), полигональные (е), трапецеидальные (в), с параллельными поясами (г).

Очертание поясов ферм в значительной степени определяет их экономичность. Теоретически наиболее экономичной по расходу стали является ферма, очерченная по эпюре моментов. Для однопролетной балочной системы с равномерно распределенной нагрузкой это будет сегментная (арочная) ферма с параболическим поясом (д). Однако криволинейное очертание пояса повышает трудоемкость изготовления, поэтому такие фермы в настоящее время практически не применяют.

Более приемлемым является полигональное очертание с переломом пояса в каждом узле (е). Оно достаточно близко соответствует параболическому очертанию эпюры моментов, не требует изготовления криволинейных элементов. Такие фермы иногда применяют для перекрытия больших пролетов и в мостах, т.е. в конструкциях, поставляемых на строительную площадку "россыпью" (из отдельных элементов). Для ферм покрытий обычных зданий, поставляемых на монтаж, как правило, в виде укрупненных отправочных элементов из-за усложнения изготовления эти фермы в настоящее время не применяют. Вы их можете встретить только в старых сооружениях, построенных до 50-х годов.

Фермы трапецеидального очертания (в) , хотя и не совсем соответствуют эпюре моментов, имеют конструктивные преимущества, прежде всего за счет упрощения узлов. Кроме того, применение таких ферм в покрытии позволяет устроить жесткий рамный узел, что повышает жесткость каркаса.

Фермы с параллельными поясами по своему очертанию далеки от эпюры моментов и по расходу стали не экономичны. Однако равные длины элементов решетки, одинаковая схема узлов, наибольшая повторяемость элементов и деталей и возможность их унификации способствует индустриализации их изготовления. Благодаря этим преимуществам фермы с параллельными поясами стали основными для покрытия зданий.

Фермы треугольного очертания рациональны для консольных систем, а также для балочных систем при сосредоточенной нагрузке в середине пролета (подстропильные фермы).

Системы решетки

Выбор типа решетки зависит от схемы приложения нагрузок, очертания поясов и конструктивных требований. Так, во избежание изгиба пояса места приложения сосредоточенных нагрузок следует подкреплять элементами решетки. Для обеспечения компактности узлов угол между раскосами и поясом желательно иметь в пределах 30...50°.

Для снижения трудоемкости изготовления ферма должна быть по возможности простой с наименьшим числом элементов и дополнительных деталей.

Треугольная система решетки имеет наименьшую суммарную длину элементов и наименьшее число узлов. Различают фермы с восходящими и нисходящими опорными раскосами. Если опорный раскос идет от нижнего опорного узла фермы к верхнему поясу, то его называют восходящим. При направлении раскоса от опорного узла верхнего пояса к нижнему - нисходящим. В местах приложения сосредоточенных нагрузок (например, в местах опирания прогонов кровли) можно установить дополнительные стойки или подвески. Эти стойки служат также для уменьшения расчетной длины пояса. Стойки и подвески работают только на местную нагрузку.

Недостатком треугольной решетки является наличие длинных сжатых раскосов, что требует дополнительного расхода стали для обеспечения их устойчивости.

 

 

В раскосной системе решетки все раскосы имеют усилия одного знака, а стойки - другого. Так, в фермах с параллельными поясами при восходящем раскосе стойки растянуты, а раскосы сжаты; при нисходящем - наоборот. Очевидно, при проектировании ферм следует стремиться, чтобы наиболее длинные элементы были растянуты, а сжатие воспринималось короткими элементами. Раскосная решетка более металлоемка и трудоемка по сравнению с треугольной, так как общая длина элементов решетки больше и в ней больше узлов. Применение раскосной решетки целесообразно при малой высоте ферм и больших узловых нагрузках.

Шпренгельную решетку применяют при внеузловом приложении сосредоточенных нагрузок к верхнему поясу, а также при необходимости уменьшения расчетной длины пояса. Она более трудоемка, но в результате исключения работы пояса на изгиб и уменьшения его расчетной длины может обеспечить снижение расхода стали.

Если нагрузка на ферму может действовать как в одном, так и в другом направлении (например, ветровая нагрузка), то целесообразно применение крестовой решетки.

 

Ромбическая и полураскосная решетки благодаря двум системам раскосов обладают большой жесткостью; эти системы применяют в мостах, башнях, мачтах, связях для уменьшения расчетной длины стержней. Они рациональны при большой высоте ферм и работе конструкций на значительные поперечные силы.

Возможна в одной ферме комбинация различных типов решетки.

По способу соединения элементов в узлах фермы подразделяют на сварные и болтовые. В конструкциях, изготовленных до 50-х годов, применялись также клепаные соединения. Основными типами ферм являются сварные. Болтовые соединения, как правило, на высокопрочных болтах применяют в монтажных узлах.

Железобетонные фермы и некоторые тяжелые стальные фермы могут выполняться без раскосов с жесткими узлами.

Высоту ферм принимают h= (1/5 – 1/4)L, высоту ферм с параллельными поясами и трапецеидальных ферм - h= (1/6 – 1/8)L. Наклон раскосов составляет 350 – 450.

 

Стальные фермы.

В зависимости от пролета и величины действующей нагрузки условно различают легкие фермы с сечениями элементов из простых прокатных или гнутых профилей (при усилиях в стержнях N<500кН и пролетом до 50 метров) и тяжелые фермы с элементами составного сечения (N >500кН), способные перекрывать пролеты до 100 метров. Легкие стальные фермы разработаны для пролетов 18, 24, 30, 36 метров с унифицированным размером панелей 3 м, высотой 2,25м, 2,4м, 3,15 метра (с учетом габаритов грузов, перевозимых ж/д транспортом).

Пространственную жесткость обеспечивают постановкой горизонтальных и вертикальных связей. Также в обеспечении жесткости участвуют прогоны и плиты перекрытия.

 

 


Рекомендуемые страницы:

About Author


admin

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о