Рассчитать арочную ферму

Полезные советы по изготовлению своими руками ферм из профильных труб

Для изготовления профильных труб, которые могут использоваться в конструкциях ферм, применяют различные металлы и сплавы:

  • в общем случае – углеродистые стали обыкновенного качества;
  • для ответственных конструкций – качественные углеродистые, низколегированные, реже – коррозионностойкие стали;
  • для эксплуатации в средах повышенной агрессивности – из углеродистой стали, покрытой защитным цинковым слоем (оцинкованной);
  • при необходимости создания легких ферменных конструкций – легкие и прочные сплавы на основе алюминия.

В продажу трубные изделия малых сечений поступают отрезками длиной до 6 м, больших – до 12 м. Толщину стенки и размер сечения выбирают, в зависимости от планируемых нагрузок:

  • для пролетов не более 4,5 м – 40х20 мм с толщиной стенки 2 мм;
  • 4,5-5,5 м – 40х40 мм с толщиной стенки 2 мм;
  • более 5,5 м – 40х40х3 мм или 60х30 со стенкой 2-3 мм.

В состав ферменной конструкции входят верхний и нижний пояса и решетка, располагаемая между ними. Составными компонентами решетки являются:

  • стойка – располагается перпендикулярно оси;
  • раскос (подкос) – устанавливается под наклоном к оси;
  • шпренгель – вспомогательный раскос.

Пояса ферм могут иметь различные очертания:

  • Треугольное односкатное. Для треугольной односкатной фермы из профильной трубы характерно сочетание способности выдерживать высокие нагрузки с небольшой материалоемкостью.
  • Треугольное двускатное. Такие конструкции могут устанавливаться на кровлях с большим уклоном скатов. Минусы: сложность устройства опорных узлов, большой расход материала. Конструктивный вариант – треугольные двускатные фермы из профильной трубы.
  • Сегментное. Часто применяется для сооружения кровель со светопрозрачным покрытием из сотового или монолитного поликарбоната.
  • Полигональное. Отличается сложностью монтажа. Преимущество – способность выдерживать значительные нагрузки от тяжелого настила и мощного снегового покрова. Дополнительный плюс – экономное использование профиля.
  • С параллельными поясами. Это наиболее простой и экономичный вариант, для сборки которого используются стойки и раскосы одинаковых размеров. Фермы из профильной трубы с параллельными поясами легко монтировать, благодаря унифицированной конструкции, большому количеству деталей одного размера и минимальному количеству стыков. Подходят для мягких и светопрозрачных кровель.
  • Трапециевидное. Сходно с полигональным, но имеет упрощенную схему монтажа.
  • Арочной формы с параллельными верхним и нижним поясами. Арочные фермы из профильных труб востребованы при строительстве навесов для автомобилей, теплиц, беседок.

Варианты конструкций решеток:

  • Треугольной формы. Обычно такая схема применяется в каркасах с параллельными поясами, реже – в ферменных конструкциях треугольной или трапециевидной форм.
  • Раскосного типа. Для них характерны: большая материалоемкость и сложность исполнения. Варианты – шпренгельная (с дополнительными раскосами), полураскосная.
  • Индивидуальные решения.

Ферма перекрытия – ответственный конструктивный элемент, перед изготовлением которого обязательно проводят расчеты и составляют проект. Проведение расчетных работ необходимо доверить специалисту, поскольку правильная конструкция фермы из профильных труб во многом определяет функциональность не только крыши, но и всего строения.

  • Определяют размер пролета строения, форму крыши, наклон скатов. При этом учитывают запланированный кровельный материал, снеговые и ветровые нагрузки, характерные для данного региона, тип грунта. Также принимаются во внимание вероятные особые нагрузки, которые может испытывать ферма, изготовленная из профильных труб, – штормы, ураганы, землетрясения.
  • С учетом принятых выше параметров выбирают конструктивный тип фермы.
  • После примерного определения габаритов и конструкции определяют вариант изготовления – в заводских условиях, сборку на месте из заготовок, заказанных на предприятии, или проведение полного цикла заготовочных и сборочных мероприятий на строительной площадке.
  • Для облегчения конструкций, используемых для устройства крыш с минимальным уклоном скатов, используют дополнительные решетки.
  • Для снижения массы каркасов, устанавливаемых для организации скатов с диапазоном углов наклона 15-22°, нижний пояс изготавливают ломаным.
  • При длине прогонов от 20 м применяют каркасы Полонсо, состоящие из двух треугольных конструкций, соединенных стяжкой. Такой конструктивный вариант позволяет избежать монтажа в раскос большой длины.
  • Дистанция между ферменными конструкциями в общем случае не должна превышать 1,75 м.
  • При выборе труб для сложных эксплуатационных условий необходимо учитывать марку стали, из которой они изготовлены. Для регионов с холодным климатом используют трубные изделия из низколегированных сталей, проявляющих высокую устойчивость к низким температурам. При высокой коррозионной опасности следует применять оцинкованную продукцию.

Осуществлять заготовительные, сборочные и монтажные работы должны специалисты, обладающие соответствующими знаниями, навыками и инструментом. Важно определить, какие работы можно производить внизу, а какие – после подъема стержневой конструкции на место установки, понадобится ли специальная строительная техника.

Процесс монтажа ферм из профильных труб при сооружении навеса и других каркасных конструкций включает следующие мероприятия:

  • Расчистка, выравнивание и разметка участка.
  • Установка металлических вертикальных опор с заглублением и бетонированием.
  • Прихватка и последующая приварка поперечных связей.
  • Сборка и сварка заготовок ферм из профильных труб по заранее намеченной схеме.
  • Подъем собранных ферменных блоков на место установки.
  • Приварка к установленным блокам перемычек с отверстиями, предназначенными для крепления кровельного материала.
  • Зачистка сварных швов, особенно – на верхних гранях каркаса.
  • Обезжиривание элементов металлоконструкции. При использовании неоцинкованного профиля его поверхность грунтуют и окрашивают, что позволяет существенно продлить эксплуатационный период.

Для того чтобы произвести расчет подобной конструкции для навеса, понадобится подготовить:

  • Калькулятор и специальное программное обеспечение;
  • СНиП 2.01.07-85 и СНиП П-23-81.

Рассчитать арочную ферму

При проведении расчетов надо будет выполнить следующие действия:

  1. Прежде всего понадобится выбрать схему фермы. Для этого определяются будущие контуры. Очертания нужно выбирать исходя из основных функций навеса, материала и других параметров;
  2. После этого надо будет определить габариты изготавливаемой конструкции. Высота будет зависеть от типа кровли и используемого материала, веса и других параметров;
  3. Если размеры пролета превышают 36 м, понадобится произвести расчет для строительного подъема. В данном случае имеется ввиду обратный погашаемый изгиб от нагрузок на ферму;
  4. Необходимо определить размеры панелей сооружения, которые должны соответствовать расстояниям между отдельными элементами, которые обеспечивают передачу нагрузок;
  5. На следующем этапе определяется расстояние между узлами, которое чаще всего равняется ширине панели.

При произведении расчетов следуйте таким советам:

  1. Понадобится все значения высчитать в точности. Следует знать, что даже малейший недочет приведет к ошибкам в процессе произведения всех работ по изготовлению конструкции. Если нет уверенности в собственных силах, то рекомендуется сразу же обратиться к профессионалам, которые имеют опыт в проведении подобных расчетов;
  2. Для облегчения работы можно использовать готовые проекты, в которые останется лишь подставить имеющиеся значения.
На этом фото изображено металлическое укрытие

В процессе выполнения расчета фермы следует помнить, что в случае ее увеличивающейся высоты будет увеличиваться и несущая способность. В зимнее время года снег на подобном навесе практически не будет накапливаться. Для того чтобы увеличить прочность конструкции, следует установить несколько прочных ребер жесткости.

Для сооружения фермы лучше всего использовать трубу из железа, которая имеет небольшой вес, высокую прочность и жесткость. В процессе определения размеров для подобного элемента понадобится учитывать следующие данные:

  1. Для конструкций небольших размеров, ширина которых составляет до 4,5 м, понадобится использовать трубу из металла 40х20х2 мм;
  2. Для конструкций, ширина которых составляет менее 5,5 м, нужно использовать трубу с размерами 40х40х2 мм;
  3. Если ширина фермы составит более 5,5 м, лучше всего применить трубу 60х30х2 мм или 40х40х3 мм.

В процессе планирования шага ферм следует учитывать, что максимально возможное расстояние между трубами навеса составляет 1,7 м. Только в таком случае можно будет сберечь надежность и прочность конструкции.

  1. В качестве примера будет рассмотрен навес шириной 9 м уклоном в 8°. Пролет сооружения составляет 4,7 м. Нагрузки снега для региона находятся на уровне 84 кг/м²;
  2. Вес фермы составляет приблизительно 150 кг (следует взять маленький запас на прочность). Вертикальная нагрузка составляет 1,1 т на стойку с высотой 2,2 м;
  3. Одним концом ферма будет опираться на стенку постройки из кирпича, а вторым — на колонну для опоры навеса с помощью анкерных болтов. Для изготовления фермы используется квадратная труба 45х4 мм. Следует заметить, что с подобным приспособлением достаточно удобно работать;
  4. Лучше всего изготавливать фермы с параллельными поясами. Высота каждого из элементов составляет 40 см. Для раскосов используется труба сечением 25х3 мм. Для нижнего и верхнего пояса применяется труба 35х4 мм. Козырьки и другие элементы нужно будет сварить друг с другом, потому толщина стенки будет 4 мм.

В конечном итоге можно будет получить следующие данные:

  • Расчетное сопротивление для стали: Ry = 2,45 T/см²;
  • Коэффициент надежности — 1;
  • Пролет для фермы — 4,7 м;
  • Высота фермы — 0,4 м;
  • Число панелей для верхнего пояса конструкции — 7;
  • Углы нужно будет варить через один.

Все нужные данные для расчетов можно будет найти в специальных справочниках. Однако профессионалы рекомендуют производить расчеты подобного типа с помощью использования программного обеспечения. Если будет допущена ошибка, то изготавливаемые фермы сложатся под воздействием нагрузок снега и ветра.

Разнообразие металлических ферм из трубы

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

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

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

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

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

По форме фермы из стальных профильных труб можно разделить на:

  • прямые;
  • арочные;
  • односкатные и двускатные.

Основные этапы работ по изготовлению и монтажу ферм из профильных труб

Перед тем как рассчитать ферму, необходимо подобрать подходящую конфигурацию крыши, учитывая габариты сооружения, оптимальное количество и угол наклона скатов. Также следует определить, какой контур поясов подойдет для выбранного варианта крыши – при этом принимаются во внимание все эксплуатационные нагрузки на кровлю, включая осадки, ветровую нагрузку, вес людей, производящих работы по обустройству и обслуживанию навеса из профильной трубы или кровли, монтажу и ремонту оборудования на крыше.

Чтобы выполнить расчет фермы из профильной трубы, необходимо определить длину и высоту металлоконструкции. Длина соответствует расстоянию, которое должна перекрывать конструкция, при этом высота зависит от запроектированного угла наклона ската и выбранного контура металлоконструкции.

Расчет навеса в итоге сводится к тому, чтобы определить оптимальные промежутки между узлами фермы. Для этого требуется рассчитать нагрузку на металлоконструкцию, выполнить расчет профильной трубы.

фермы металлические из профильной трубы

Неправильно рассчитанные каркасы кровли несут угрозу для жизни и здоровья людей, поскольку тонкие или недостаточно жесткие металлоконструкции могут не выдержать нагрузок и разрушиться. Поэтому рекомендуется доверить расчет металлической фермы профессионалам, знакомым со специализированными программами.

Если принято решение выполнить вычисления самостоятельно, необходимо воспользоваться справочными данными, в том числе о сопротивлении трубы на изгиб, руководствоваться СНиП. Правильно рассчитать конструкцию без соответствующих знаний сложно, поэтому рекомендуется найти пример расчета типовой фермы нужной конфигурации и подставить в формулу необходимые значения.

На этапе проектирования составляется чертеж фермы из профильной трубы. Подготовленные чертежи с указанием размеров всех элементов упростят и ускорят изготовление металлоконструкций.

схема с размерами элементов
Чертеж с размерами элементов

Рассмотрим, как правильно рассчитать металлоконструкцию, чтобы выполнить каркас кровли или навес из профильной трубы. Подготовка проекта включает несколько этапов:

  1. Определяется размер пролета постройки, который требуется перекрыть, выбирается форма крыши и оптимальный угол наклона ската (или скатов).
  2. Подбираются подходящие контуры поясов металлоконструкции с учетом назначения постройки, формы и размеров крыши, угла наклона, предполагаемых нагрузок.
  3. Рассчитав приблизительные габариты фермы, следует определить, можно ли изготовить металлоконструкции в заводских условиях и доставить их на объект автотранспортом, или сварка ферм из профильной трубы будет выполнена непосредственно на стройплощадке по причине большой длины и высоты конструкций.
  4. Далее требуется рассчитать габариты панелей, основываясь на показателях нагрузок при эксплуатации кровли – постоянных и периодических.
  5. Чтобы определить оптимальную высоту конструкции в середине пролета (Н), используют следующие формулы, где L – длина фермы:
    • для параллельных, полигональных и трапецеидальных поясов: Н=1/8×L, при этом уклон верхнего пояса доложен составлять приблизительно 1/8×L или 1/12×L;
    • для металлоконструкций треугольной формы: Н=1/4×L либо Н=1/5×L.
  6. Угол установки раскосов решетки составляет от 35° до 50°, рекомендуемое значение 45°.
  7. На следующем этапе следует определить расстояние между узлами (обычно оно соответствует ширине панели). Если длина пролета превышает 36 метров, требуется вычисление строительного подъема – обратно погашаемого изгиба, который воздействует на металлоконструкцию при нагрузках.
  8. На основании измерений и вычислений готовится схема, согласно которой будет вестись изготовление ферм из профильной трубы.
самостоятельное изготовление конструкции
Изготовление конструкции из профильной трубы

Чтобы сварить ферму для навеса в виде арки, применяя профильную трубу, необходимо правильно рассчитать конструкцию. Рассмотрим принципы расчета на примере предполагаемого сооружения с пролетом между опорными конструкциями (L) 6 метров, шагом между арками 1,05 метра, высотой фермы 1,5 метра – такая арочная ферма выглядит эстетично и способна выдержать высокие нагрузки.

чертеж с размерами
Схема с размерами арочного навеса

mн – длина профиля из нижнего пояса;

π – постоянная величина (3,14);

R – радиус окружности;

α – угол между радиусами.

mн = 3,14×4,1×106/180 = 7,58 м

Узлы конструкции располагают в участках нижнего пояса с шагом 55,1 см – допускается округлить значение до 55 см, чтобы упростить сборку конструкции, но увеличивать параметр не следует. Расстояния между крайними участками требуется рассчитать индивидуально.

Если длина пролета составляет менее 6 метров, вместо сварки сложных металлоконструкций можно воспользоваться одинарной или двойной балкой, выполнив сгиб металлического элемента под выбранным радиусом. В этом случае расчет арочных ферм не требуется, но важно правильно подобрать сечение материала, чтобы конструкция выдерживала нагрузки.

Чтобы готовые конструкции перекрытий, в первую очередь крупногабаритные, выдерживали проверку на прочность на протяжении всего срока эксплуатации, трубопрокат для изготовления ферм подбирается на основании:

  • СНиП 07-85 (взаимодействие снеговой нагрузки и веса элементов конструкций);
  • СНиП П-23-81 (о принципах работы со стальными профилированными трубами);
  • ГОСТ 30245 (соответствие сечения профильных труб и толщины стенок).

Данные из указанных источников позволят ознакомиться с видами профильных труб и выбрать оптимальный вариант с учетом конфигурации сечения и толщины стенок элементов, конструктивных особенностей фермы.

навес для авто
Навес для авто из трубопроката

Фермы рекомендуется изготавливать из трубопроката высокого качества, для арочных конструкций желательно выбрать легированную сталь. Чтобы металлоконструкции были устойчивы к коррозии, сплав должен включать большой процент углерода. Металлоконструкции из легированной стали не нуждаются в дополнительной защитной окраске.

Зная, как сделать решетчатую ферму, можно смонтировать надежный каркас под светопрозрачный навес или кровлю. При этом важно учитывать ряд нюансов.

  • Самые прочные конструкции монтируются из металлопрофиля с сечением в виде квадрата или прямоугольника за счет наличия двух ребер жесткости.
  • Основные компоненты металлоконструкции крепятся между собой с использованием спаренных уголков и прихваток.
  • При стыковке деталей каркаса в верхнем поясе требуется использовать двутавровые разносторонние уголки, при этом соединять следует по меньшей стороне.
  • Сопряжение частей нижнего пояса крепят с установкой равносторонних уголков.
  • Стыкуя основные части металлоконструкций большой длины, применяют накладные пластины.

Важно представлять, как сварить ферму из профильной трубы, если металлоконструкцию требуется собрать непосредственно на строительной площадке. Если нет навыков ведения сварочных работ, рекомендуется пригласить сварщика с профессиональным оборудованием.

сварка фермы
Сварка элементов фермы

Стойки металлоконструкции монтируют под прямым углом, раскосы – под наклоном в 45°. На первом этапе нарезаем из профильной трубы элементы в соответствии с размерами, указанными на чертеже. Собираем на земле основную конструкцию, проверяем ее геометрию. Затем варим собранный каркас, используя уголки и накладные пластины, где они требуются.

Обязательно проверяем прочность каждого сварного шва. От их качества и точности расположения элементов зависит прочность и надежность сваренных металлоконструкции, их несущая способность. Готовые фермы поднимают наверх и крепят к обвязке, соблюдая шаг установки согласно проекту.

Ферма из профильной трубы

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

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

Отдельные участки фермы будут размещены на расстоянии в 105 см, причем максимальная нагрузка приходится на узловые точки. При этом высота арки не будет больше 3 метров. Более того, желательно выполнить арку с высотой в 1,5 м, что сделает ее более прочной, безопасной и достаточно привлекательной внешне.

mн=π×Rα/180, где

mн – длина профиля для нижнего яруса;

Выбор фермы, в зависимости от уклона ската

Выбор конструктивного варианта во многом определяется уклоном ската:

  • 22-30°. Для формирования скатов со значительным уклоном обычно используются треугольные фермы. Их высоту – длина пролета, разделенная на 5.
  • 15-22°. Высота принимается равной длине пролета, разделенной на 7. Для возможности увеличения высоты ферменной конструкции используют варианты с ломаным нижним поясом.
  • До 15°. Обычно применяют каркасы трапециевидной формы с решеткой треугольной конфигурации. Высота ферменного блока в таких случаях определяется делением длины пролета на число, находящееся в диапазоне от 7 до 9.