Конструкция фермы

Стропильные фермы для односкатной кровли

Порядок проведения работ при установке фермы на односкатную кровлю следующий:

• рассчитывается величина перепада несущих стен по формуле H = Ш х tg L, где H – это искомый результат, Ш – расстояние между противоположными стенами, а tg L – тангенс угла, под которым возводится кровля;
• в зависимости от того, какие бывают стропила из дерева и какие необходимы, производится их заготовка и обработка специальными пропитками (читайте: «Деревянные стропила — виды и особенности»);
• далее выполняется монтаж мауэрлата, толщина которого должна соответствовать толщине опорных стен. Эту балку необходимо жестко закрепить и качественно гидроизолировать, соблюдая строго горизонтальное расположение;
• затем на мауэрлате делают разметку, согласно которой будет произведена установка стропильных ног и вырезают для них выемки;
• в ряде случаев при сборке конструкции производится сращивание стропил по длине (читайте: «Стропила для крыши: проектировка»);
• готовые фермы укладывают таким способом, чтобы они выступали за поверхность балки для опоры на 30 сантиметров, закрепляют их с использованием болтов и скоб;
• потом производится монтаж подпор и выполняется обрешетка. Подпоры необходимы, когда длина стропильных ног превышает 4,5 метра. Сверху стропил для обрешетки набивают планки. Часто для создания стропильной фермы необходима стыковка стропил по длине – ее осуществляют на участке, где изгибающий момент минимален.

Выполнять работы на крыше самостоятельно надо исключительно в простых случаях, таких как, к примеру, строительство крыши гаража, бани или хозяйственных построек, а также когда производится замена стропил крыши, во всех других случаях работу следует доверить профессионалам. Интересная статья: «».

Конструкция простых треугольных ферм

Во многом схема раскладки стропил зависит от длины пролета здания и наличия/отсутствия внутренних несущих стен. Используется простая стропильная ферма в том случае, если она опирается исключительно на внешние стены постройки (у дома нет опор внутри) и параметр пролета не превышает 6 метров.

Подобная конструкция деревянной кровли включает: 2 стропильные ноги, затяжку и 2 подкоса. Когда ширина пролета свыше 6 метров, необходим монтаж по центру опорного элемента и потребуются дополнительные подкосы. Чтобы затяжки не препятствовали проходу по чердаку, опирают стропильные ноги на стены, а их устанавливают на середине высоты ног. Такой вариант жесткого или шарнирного соединения вертикальных элементов при помощи опорной балки называют ригель.

Подобная конструкция обеспечивает наличие удобного для использования чердачного пространства, но в том месте, где есть ригель, по причине изгиба стропильной ноги в ферме появляется распорное напряжение, передаваемое стенам. По этой причины фермы с ригелем устанавливают в зданиях при условии наличия прочных и устойчивых несущих стен, которые надежно связаны балками перекрытия чердака. Естественно, должен быть выполнен изначально.

Методы расчёта

Существует огромное количество способов расчёта ферм, простых и сложных[19]; это — аналитические методы и построение диаграммы сил. Аналитические способы основаны на примере рассечения ферм, один из самых простых — расчёт методом «сквозного сечения» или «вырезания узлов» (шарниров, соединяющих стержни). Данный способ универсален и подходит для любых статически определимых ферм. Для расчёта все силы, действующие на ферму, сводят к её узлам. Далее применяют два варианта расчёта.

Первый — сначала выполняется нахождение реакций опор обычными методами статики (составление уравнений равновесия), затем рассматривается любой узел, в котором сходятся только два стержня. Узел мысленно отделяют от фермы, заменяя действие разрезанных стержней их реакциями, направленными из узла. В этом случае действует правило знаков — растянутый стержень имеет положительное усилие. Из условия равновесия сходящейся системы сил (два уравнения в проекциях) определяются усилия в стержнях, затем рассматривается следующий узел, в котором опять только два неизвестных усилия, и так до тех пор, пока не будут найдены усилия во всех стержнях.

Другой способ — не определять реакции опор, а заменить опоры опорными стержнями, а затем вырезать все узлы (числом n) и для каждого составить по два уравнения равновесия. Далее решают систему 2n уравнений и находят все 2n усилия, включая усилия в опорных стержнях (реакции опор). В статически определимых фермах система должна замкнуться.

Метод вырезания узлов имеет один существенный недостаток — накопление ошибок в процессе последовательного рассмотрения равновесия узлов или проклятие размеров матрицы системы линейных уравнений, если составляется глобальная система уравнений для всей фермы. Этого недостатка лишён метод Риттера[20]. Есть и архаичный графический метод расчёта — диаграмма Максвелла — Кремоны, полезный, однако, в процессе обучения. В современной практике используются компьютерные программы, большинство из которых основано на методе вырезания узлов или методе конечных элементов. Иногда в расчётах применяют метод замены стержней Геннеберга[21] и принцип возможных перемещений[22].

Расчётные длины элементов

Расчётные длины элементов ферм (поясов, стоек и раскосов) принимается равной длине элемента, умноженной на коэффициент приведения длины μ:

• в плоскости фермы:
  • μ = 1,0 — для сжатого верхнего пояса в плоскости фермы (полная геометрическая длина элемента между центрами узлов);
  • μ = 1,0 — для опорных раскосов ферм (в виду малого влияния защемления), которые рассматриваются как продолжение пояса;
  • μ = 0,8 — для всех стоек и раскосов, кроме опорного, в связи с некоторым защемлением концов раскосов, вызванным растянутыми элементами, примыкающими к фасонкам.
• из плоскости фермы:
  • μ = 1,0 — для сжатых раскосов и стоек (полная расчётная геометрическая длина между центрами узлов);
  • μ = 1,0 — для сжатых поясов; если прогоны прикреплены к связям, что затруднительно при монтаже, или по прогонам уложен жёсткий настил (профлист прикреплён шурупами к прогонам через примерно 30 см и по профлисту выполнена монолитная железобетонная плита), или в беспрогонном покрытии сборные плиты покрытия приварены к поясам ферм.

Что такое ферма

Инженеры называют фермы стержневыми системами, которые остаются в прежней форме и состоянии после замены стандартных узлов на шарнирные. Чаще всего, изготовители производят сооружения с жесткими узлами, но редко кто делает шарнирные соединения.

В принципе, любую конструкцию можно воспринять как сквозную балку для перекрытия. Изготавливают их из металла, дерева, железобетона и , в зависимости от места и условий эксплуатации. Один из важнейших расчетов – вес фермы, так как она надевается как «колпак» на готовый дом. Если сделать сооружение слишком тяжелым, то со временем фундамент и стены постройки начнут проседать, что приведет к полному разрушению конструкции.

Конструкционные особенности

Любые металлические устройства, независимо от их конструкции, контура и формы, имеют свои особенности и определенные параметры. Но все же по способу установки, кроме классической, когда структурное устройство опирается на опоры двумя концами, иногда встречаются конструктивные сооружения, у которых один край получается висячим, то есть без опоры. Обычно они монтируются для перекрытий зданий, у которых скат крыши выносится далеко за пределы наружных стен.

Контуры и формы ферм

В зависимости от конструкции, фермы могут быть прямой, одно или двухскатной формы. По контуру различаются на несколько видов:

1. Устройство, у которой оба пояса расположены параллельно друг к другу. Чаще всего используется для сооружения перекрытий промышленных зданий с плоской мягкой кровлей, а также под эстакады, мосты и так далее. Представляет собой самую простую конструкцию, в которой раскосы и стойки идентичны по своим размерам, поэтому их сборка производится довольно легко.
2. Односкатная трапецеидальная конструкция. Такая конструктивная структура имеет прямые пояса, но верхний расположен с уклоном в одну сторону под определенным углом. Используя такое сооружение совместно с колоннами, можно создать довольно жесткий каркас для строения. Не имеет средних длинных стоек и не требует большого уклона.
3. Полигональные фермы. Отличаются сложной конструкцией и самой продолжительной по времени сборкой, но при этом может, по сравнению со своими аналогами, выдерживать очень большую вертикальную нагрузку. Используются для перекрытия большепролетных тяжелых зданий.
4. Фермы треугольной формы. Используются как стропильная система при монтаже крутых крыш. Простая сборка, но имеются некоторые недостатки. У них острый опорный узел и большой расход материала при изготовлении из-за длинных стоек или раскосов в центре конструкции.

Виды решеток

Существуют следующие виды решеток:

• Треугольная решетка. Является самой жесткой и эффективной системой в конструкциях с параллельными, треугольными и трапецеидальными очертаниями.
• Раскосная решетка. Состоит из самых длинных раскосов, которые работают одновременно на сжатие и растяжение, а вот вертикальные стойки только на сжатие.

Существуют также специальные крестовые, шпренгельные и другие решетки.

Зависимость конструкции от угла наклона

Важным параметром конструкции ферм является их угол наклона, и в зависимости от него конструкции делятся на 3 группы:

• К первой группе относятся конструкции, у которых угол наклона составляет 6−150 при соотношении высоты и длины от 1:7 — 1:9. Обычно это трапециевидные устройства с дополнительными короткими стойками, благодаря которым повышается противодействие прогибу при высоких вертикальных нагрузках. При этом верхние и нижние размеры панелей должны быть одного размера, а их количество зависит от длины пролета и особенности самой конструкции фермы.
• Вторая группа состоит из структурных устройств с углом наклона в пределах 15−22° при этом соотношение высоты/длины должно быть 1:7, где максимальная длина должна составлять не больше 20 м/п. Часто такие конструкции изготавливаются с ломанными нижними поясами, что позволяет снизить вес в пределах 30% по сравнению с треугольной фермой.
• У третьей группы угол наклона составляет 22−300, а их длина по отношению к высоте составляет соотношение 1 к 5. Эти фермы отличаются небольшим весом и чаще всего имеют форму треугольника. Могут монтироваться непосредственно на наружные стены дома. Длина перекрываемого ими пролета, может быть от 14 до 20 м/п, а число панелей должно быть четным с одинаковой длиной 1,5−2,5 м.

Преимущества строительных ферм

Практически все строительные фермы имеют немалые преимущества перед цельнометаллическими балками, среди которых основными являются:

1. Небольшой вес при большой длине.
2. Способность удерживать огромные статистические и динамические нагрузки.
3. Долговечность при интенсивной эксплуатации.
4. Высокая стойкость к прогибам.
5. Возможность самостоятельного изготовления ферм непосредственно на строительной площадке

Фермы стропильные

Стропильные фермы передают усилие колоннам (поз.1,7) через монтажные болты (поз.8,9) и опорные столики (поз.10) с фрезерованными торцами. В горизонтальных полках верхнего и нижнего поясов, а также в стойках фермы сделаны отверстия для крепления связей. Верхний пояс имеет детали для установки и крепления фермы фонаря (поз.5) на поперечном разрезе промышленного здания.
Увеличить изображение фермы стропильной

Стропильные фермы представляют собой плоскостную решетчатую конструкцию. Фермы имеют верхний (поз.2) и нижний (поз.11) пояса, которые соединены между собой решеткой из уголков. Вертикальные элементы решетки — стойки (поз.3), наклонные — раскосы (поз.5). Уголки решетки с уголками поясов соединяются фасонками (поз.4,6) на сварке.
Увеличить изображение фермы стропильной

Подстропильные фермы

Подстропильные фермы соединяют колонны (поз.2) одного ряда между собой. На подстропильные фермы опираются стропильные фермы (поз.6). Обычно стропильные фермы располагают на расстоянии 6м одну от другой, поэтому подстропильные фермы устанавливают на колонны, расположенные в 12м одна от другой и более. Верхние вертикальные связи (поз.1,7) воспринимают ветровую нагрузку, действующую на торцевые стены, и обеспечивают продольную жесткость верхней части каркаса. Нижние вертикальные связи (поз.5) воспринимают усилия от связей (поз.1,7), а также нагрузку от продольного торможения кранов и передают их на фундаменты колонн, обеспечивая продольную жесткость всего каркаса.
Увеличить изображение фермы подстропильной

Монтажная схема колонн
1,7- верхние вертикальные связи, 2- колонна, 3 — подкрановая балка, 4,6 — подстропильная и стропильная фермы, 5 — нижние вертикальные связи

Подстропильные фермы (поз.4) имеют параллельные верхние и нижние пояса. В стойке решетки, расположенной в центре фермы, сделаны отверстия и столики для крепления стропильных ферм. В остальном подстропильные фермы не отличаются от стропильных.

Виды ферм

Очертания и системы решётки ферм (варианты ферм)

Фермы с параллельными поясами (вид а) имеют наиболее простую схему, что соответствует требованиям индустриального изготовления.Трапецеидальные фермы (вид б, е) применяются при рулонных и мастичных кровлях, не требующих крупных уголков.Полигональные фермы (вид в) применяются при больших пролётах и нагрузках, как обеспечивающих существенное снижение массы.Треугольные фермы (вид г, ж, з, и) применяются при кровлях из волнистых, асбестоцементных листов, черепицы, кровельной стали и других материалов требующих крутых (25÷45˚) уклонов.
В фермах, работающих на знакопеременную нагрузку, применяют крестовую решётку с гибкими диагоналями (вид к).Полураскосная (вид л) и ромбическая (вид м) решётки, имеющие две системы раскосов, обладают большой жёсткостью и целесообразны при воздействии на фермы больших поперечных сил.

Сборка всех ферм производится по копирам на нивелированных стеллажах с высокой точностью, что повышает точность и производительность при монтаже данных металлоконструкций.

Расчет рамы промышленного здания в системе пространственного блока при нежесткой кровле.

Жесткость
балки складывается из жесткости всех
элементов, обеспечивающих пространственную
работу. Существенное значение имеет
конструкция кровли. Если кровля мало
податлива (например, при железобетонных
панелях, приваренных к верхним поясам
ферм), то жесткость балки можно считать
бесконечной, т. е. кровлю «жесткой». Если
же кровля выполнена из мелкоразмерных
элементов, то она не может вос­принимать
значительные горизонтальные нагрузки
и передача усилий обеспечивается главным
образом горизонтальными продольными
связями по нижнему поясу ферм, а участие
в работе кровли не учитывается.
Исследования показали, что при нежесткой
кровле в работу вовлекается 5—6 рам
вместе с загруженной и для определения
коэф, пространственной работы можно
рассмотреть пятиопорную неразрезную
балку на упругосмещаюшихся опорах (см.
рис в). Реакция в опоре, соответствующей
загруженной раме, зависит от соотношения
жесткости самой опоры и жесткости балки
(связей), т. е. от высоты колонны Н,
соотношения погонных жесткостеи верхней
и нижней частей ступенчатой колонны,
шага поперечных рам и суммарной жесткости
горизонтальных элементов, перераспределяющих
усилия. Вертикальные и горизонтальные
нагрузки от кра­на, расположенного
невыгоднейшим образом по отношению к
рассмат­риваемой раме, одновременно
воздействуют и на рамы, смежные с ней.
При этом уменьшается величина упругого
отпора связей, нагружается рассчитываемая
рама. Обычно достаточно учесть влияние
нагрузки на две смежные рамы по отношению
к средней рассматриваемой раме данного
блока. По формулам определяют полную
величину упругого отпора для рамы и
Смещение рамы с учетом пространственной
работы. При расчете статически
неопределимых систем требуется знать
жесткости EI элементов или при одном и
том же модуле упругости E – соотношение
моментов инерции. Этими моментами
инерции предварительно задаются на
основе прикидочных расчетов или ранее
запроектированных аналогичных рам.
Обычно соотношения моментов инерции
элементов рамы находятся в
пределах.Отклонение
в соотношениях жестокостей элементов
рамы до 30 % мало отражается на расчетных
усилиях в раме, Нагрузки на раму собирают
раздельно по видам (от собственного
веса конструкций, снега, ветра, кранов
и.т.д.). От каждой нагрузки определяют
усилия и затем составляют их самые
невыгодные сочетания. Установив с
допустимыми упрощениями расчетную
схему рамы, ее расчет на отдельные
загружения выполняют или непосредственно
способами строительной механики (метод
сил, перемещений, распределения моментов)
или использование таблиц, формул,
графиков или с помощью ЭВМ. При расчете
поперечных рам учитывается пространственная
работа каркаса..

Изготовление стропильных ферм

В последние годы при строительстве частных домов стропильным фермам, сделанным прямо на строительных площадках, стали предпочитать конструкции, произведенные в заводских условиях. Их изготавливают на монтажно-прессовом оборудовании. При производстве деревянных элементов их предварительно обрабатывают специальными составами, предупреждающими гниение и поражение насекомыми.

Современные технологии позволяют выпускать стропильные и подстропильные фермы и элементы к ним для крыш разной конструкции и не только для жилых строений. Например, это может быть стропильная система двухскатной крыши бани, гаража и других хозяйственных построек (прочтите: «»).

Выбор схемы фермы

При выборе формы стропильной фермы учитывают следующие факторы:

• угол уклона кровли;
• тип соединения, который предполагается использовать при создании конструкции;
• материал покрытия поверхности крыши;
• наличие/отсутствие потолочного перекрытия.

Например, если при постройке дома создается почти плоская кровля с покрытием из битумных рулонных материалов, тогда самым оптимальным, по мнению специалистов, является форма трапеции или прямоугольника. Треугольные фермы монтируют, если крыша имеет крутые скаты и на ее поверхность планируют уложить тяжелые покрытия.

Для определения высоты фермы пользуются формулами:

• если прямоугольная ферма — 1/6 х L;
• если конструкция треугольная — 1/5 х L.

Буква L – это длина пролета стропильной фермы.

При постройке частного дома, как правило, возводят треугольную стропильную систему. Такая форма фермы в комбинации с наклонным дает возможность строить односкатные и двускатные кровли, имеющие разные углы наклона. Когда возводятся коттеджи с двухскатными крышами, нередко применяют конструкции с висячими стропилами. При этом стропила резные могут стать настоящим украшением кровли.

С целью обеспечения надежности и прочности ферм для их верхнего и нижнего пояса монтируют дополнительные связки, которые изготавливают из досок и помещают в плоскости нахождения средней стойки.

Литература

Нормативная литература

• ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Госстроя СССР. «Руководство по проектированию сварных ферм из одиночных уголков». — М.: «Стройиздат», 1977. — 14 с. — 40 000 экз.

Техническая литература

• Файбишенко В. К. Глава 5 «Фермы» // «Металлические конструкции». Учеб. пособие для вузов. — с ил.. — М.: «Стройиздат», 1984. — С. 92—135. — 336 с. — 53 000 экз.
• Васильев А. А. Глава IX «Фермы» // «Металлические конструкции» / Краснов В. М.. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: «Стройиздат», 1976. — С. 210—252. — 420 с. — 35 000 экз.
• Муханов К. К. Глава VII «Фермы» // «Металлические конструкции». Учебник для вузов / Давыдов С. С.. — 3-е изд., исправ. и доп. — М.: «Стройиздат», 1978. — С. 287—339. — 572 с.
• Будур А. И., Белогуров В. Д. «Стальные конструкции». Справочник конструктора / Под общей ред. Шимановского А. В.. — К.: «Сталь», 2010. — 299 с.
• Трофимов В. И., Каминский А. М. Глава 3 «Ферменные конструкции» // «Лёгкие металлические конструкции зданий и сооружений». Учеб. пособие. — М.: «АСВ», 2002. — С. 89—121. — 576 с. — 3000 экз. — ISBN 5-93093-122-4.
• Сахновский М. М. Раздел IV «Расчёт конструирование соединений и элементов сварных конструкций». § «Фермы» // «Справочник конструктора строительных сварных конструкций». — Днепропетровск: «Промiнь», 1975. — С. 146—150. — 237 с. — 40 000 экз.
• Кудишин Ю. И., Беленя Е. И., Игнатьева В. С. и др. Раздел 1. Глава 9 «Фермы» // «Металлические конструкции». Учебник для студ. высш. учеб. заведений / Под ред. Кудишина Ю. И.. — 11 изд., стер.. — М.: Издательский центр «Академия», 2008. — С. 261—301. — 688 с. — 3 000 экз. — .

Эта страница в последний раз была отредактирована 12 декабря 2018 в 14:43.

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.
	Материалы: Стальные профильные трубы 20х20 — 60х60 мм; Стальной уголок или швеллер 20х20 — 50х50 мм; Стальной лист толщиной 4-10 мм. Антикоррозионная грунтовка и эмаль по металлу.

Этап 2: изготовление плоской фермы

В большинстве случаев строительные конструкции собираются из нескольких плоских ферм одного или двух одинаковых типоразмеров. Ниже я приведу пример изготовления одной из них:

Иллюстрация	Описание работ
	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.

Принцип расчета ферм вырезанием углов

Этот способ расчета ферм является самым простым. Данный способ преподают во многих технических учебных заведениях.

Ферма – это конструкция, нагрузка на которую сосредоточена в ее узлах. Следовательно, нужно рассчитать все внешние факторы, которые будут являться нагрузкой на узлы. Затем — вычислить и найти узел, в котором присутствуют 2 стержня с приложенной на них силой. Условно необходимо отделить всю остальную часть фермы и получить узел, в котором будет несколько известных значений и 2 неизвестных. Затем нужно составить равенство по двум осям и рассчитать неизвестные значения. Таким же образом выделяют следующий узел, и так до тех пор, пока ферма не будет рассчитана.

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).

Как сделать ферму стропильную

Иными словами, для сооружений используется такое сечения балки, которое не допускает большого прогиба, но сама балка при этом способна нести гораздо большую нагрузку, чем на нее возлагают. Имеем нерациональное использование материала балки. Уменьшение прогиба балки достигается увеличением ее высоты. Например, если взять обычную ученическую линейку, то можно легко убедиться, что она хорошо гнется при расположении плашмя и плохо — если ребром. Однако с увеличением высоты балки увеличивается её вес, и балка начинает прогибаться даже под собственным весом без внешней нагрузки. Вот тут и приходит на помощь облегченная «дырявая» балка — ферма, которую можно изготовить большой высоты без существенного увеличения веса.

Почему для описания фермы в качестве исходника взята балка, а не висячая стропильная система или какая-то другая конструкция крыши? Потому что не хочется привязывать фермы только к конструкциям крыш так как они широко используются в строительстве и машиностроении, а хочется закрепить понимание того, что ферма в целом работает так же, как балка. Например, при опирании на две опоры и загружении сверху в ее верхнем поясе возникают внутренние сжимающие напряжения, а в нижнем — растягивающие, она не передает распора на стены.

Фермы нагружают распределённой нагрузкой или сосредоточенными силами (рис. 119).

• Если строительную конструкцию разработать таким образом, что сосредоточенные силы будут приложены исключительно в узлах ферм, то в элементах фермы (поясах, шпренгелях и раскосах) не будет возникать изгибающих моментов. Они будут работать только на сжатие и растяжение, что позволяет уменьшать сечение этих элементов до необходимого минимума. Сами фермы при этом можно изготавливать из коротких элементов длиной от узла до узла, а узлы изготавливать по шарнирной схеме. Ферма — геометрически неизменяемая стержневая система с шарнирными узлами. Такие фермы часто встречаются в металлическом исполнении. Для деревянных ферм обычно используются схемы с изготовлением верхних и нижних поясов не короткими досками (от узла до узла), а длинными, во всю доступную длину. В этом случае пояса ферм не соединяются шарнирами в каждом узле, а опираются на них и подвешиваются к ним. Хотя и деревянную ферму тоже можно собрать из коротких дощечек. Главное, что нужно понять, нагрузка — приложенная в узлах в виде сосредоточенных сил, не будет изгибать элементы фермы.

• Если на ферму будет действовать равномерно распределенная нагрузка, то в стержнях верхнего пояса появится изгибающий момент дополнительно к сжимающим и растягивающим напряжениям. Изгибающий момент достигает своего максимального значения в середине каждого стержня пояса панели фермы при шарнирах врезанных в узлы, либо на опорах — при шарнирах, расположенных под/над поясом фермы. Соответственно сечение стержней фермы будет большим, чем если бы ферма была нагружена точечными силами в узлах.

В использовании схемы нагружения кроется главное преимущество ферм. При одной и той же величине внешней нагрузки правильное ее распределение на ферму дает преимущество в экономии материала.

Фермы нужной длины (пролета) к которым будет приложена точечная нагрузка в узлах можно изготавливать из коротких элементов длиной от узла до узла.

Фермы, на которые будет действовать равномерно распределенная нагрузка тоже можно изготавливать из коротких элементов если узлы фермы будут шарнирами; и из длинных если шарниры будут под/над поясами.

Обычно для крыш используются деревянные фермы, сделанные из длинных досок. Так как перекрываемые пролеты бывают больше, чем позволяет длина досок, фермы делают из двух частей. Стыкуя их примерно на расстоянии 1/5 длины панелей, то есть там, где изгибающий момент стремится нулю.

Конструкции элементов ферм

Конструктивно любая ферма состоит из элементов: пояс, стойка, раскос, шпренгель (опорный раскос).

• панель — расстояние между узлами пояса;
• пролёт — расстояние между опорами;
• высота фермы — расстояние между наружными гранями поясов;
• подъём фермы — отношение высоты фермы к её пролёту; зависит от материала покрытия и условий устройства сооружения.

Пояс фермы воспринимает продольные нагрузки, решётка — поперечные; шпренгель служит поддерживающим элементом, уменьшающим расчётную длину опорного раскоса или стоек и раскосов фермы.

Деревянные фермы

[[Файл:Схема деревянной фермы.png|мини|300пкс|Схема стропильной фермы базилики по Витрувию: 1 — стропильная нога; 2 — бабка; 3 — подскос; 4 — добавочные бабки; 5 — растяжка.]]
Деревянные фермы устраиваются:

• для односкатных крыш
  • наслонными — стропильные ноги опираются на стены или столбы (колонны) здания;
• для двускатных крыш
  • висячими — стропильные ноги связываются затяжкой, не дающей ногам расходиться и распирать стены здания;
  • арочными — из дощатых арок, поддерживающих кровлю с помощью прогонов.

Ноги висячих ферм подпираются в середине подкосами, упирающимся в бабку, которая привешивается к вершине фермы и в то же время поддерживает затяжку с помощью подвесного хомута. Висячая система с бабкой — самая древняя форма рациональной деревянной стропильной фермы; при больших пролётах в точках пересечения подкосов с ногами подвешиваются добавочные бабки.

Металлические фермы

Тип сечения элементов ферм[15]:

• профили открытого типа — одиночные и парные уголки, гнутосварные профиля, швеллеры, тавры, двутавры;
• профили замкнутого типа — трубы круглого и прямоугольного сечения.

В случае применения профилей открытого типа (уголок, швеллер, двутавр и т. д.) на концах ферм предусматриваются усиленные отбортовки[16] или специальные утолщения — бульбы[15].

Пояса

Для крепления прогонов, на верхний пояс ферм устанавливается уголок с отверстиями для болтов.

При опирании железобетонных плит покрытия верхний пояс фермы усиливается накладками толщиной t, мм:

• 12 — при шаге ферм 6 м;
• 14 — при шаге ферм 12 м.

При больших пролётах (более 12 м) и при необходимости изменения сечения поясов проектируются разрывы. Разрывы поясов обычно выносятся за пределы узлов для облегчения работы фасонки, пояса перекрываются накладками из уголков или пластин. При незначительных усилиях возможен стык поясов в узле. Стыкуемые пояса смещают по высоте не более 1,5 % для избежания возникновения изгибающего момента, который учитывают в расчётах.

Соединительные прокладки

Профили открытого типа в парном исполнении при больших длинах могут работать отдельно друг от друга (при сжатии могут сгибаться в разные стороны), поэтому для их большей устойчивости при совместной работе устанавливают соединительные прокладки — сухарики.

Если длина спаренных элементов ферм (поясов, стоек и раскосов) превышает 40r при сжатии и 80r при растяжении, где r — любой минимальный радиус инерции сечения профиля, то такие элементы соединяются вдоль между собой дополнительными прокладками — сухариками. При ширине профиля более 90 мм сухарики устанавливаются не сплошными, их разрывают на две узкие планки для экономии стали[17].

Фасонки

Элементы фермы могут соединяться между собой встык или через соединительную пластину — фасонку.

Толщина фасонок зависит от усилий в элементах фермы и для всех элементов принимается одинаковой, однако для большепролётных ферм толщина опорных фасонок допускается на 2 мм больше и принимается для стали С38/23 по таблице:

Для сталей отличных от С238/23 допускается уменьшать толщину фасонок умножением на коэффициент равный 2100/R, где R — расчётное сопротивление стали.

Какой материал лучше всего выбрать

Одной из главной задач при выборе фермы является подбор материала, из которого она изготовлена. Таким образом, можно подобрать необходимые характеристики, устойчивость, требуемую степень прочность и т.д.

Деревянные конструкции

Самый популярный и часто используемый вариант. Конструкции изготавливаются по стандартам ГОСТ, поэтому все характеристики всегда в норме. Чаще всего их эксплуатируют для частных имений, а также в сельскохозяйственной и промышленной сфере.

Рассмотрим основные достоинства и преимущества продукции из дерева:

• Легкая, не затратная установка;
• Монтирование производится буквально за несколько дней;
• При установке отпадает надобность в изготовлении дополнительных деталей, так как используются уже готовые элементы;
• Существует возможность «включить» фантазию и при помощи дизайнеров создать необычный потолок;
• Относительно небольшой вес конструкции позволяет эксплуатировать ее на любом виде стен;
• Износоустойчивость, высокий уровень выдержки влаги (при необходимости, по инициативе заказчика на поверхность изделия наносят специальный водоотталкивающий слой);
• Каждый элемент будущей фермы проходит специальную обработку от воспламенения;
• Экологически чистое изделие.

Выбирая конструкцию из дерева необходимо обращать внимание, прежде всего, на внешний вид. Явные дефекты, которые примечательны невооруженным глазом, торчащие сучки или поврежденная поверхность говорит о том, что у фермы достаточно небольшой эксплуатационный срок, а также отсутствует противопожарная обработка

Металлические стропильные сооружения

Применяются фермы из металла для обеспечения и устойчивость сооружения. Зачастую, чтобы конструкция удерживалась на прежнем месте, используют дополнительные опоры, которые позволяют избежать деформации стен помещения.

Прежде чем осуществлять выбор фермы из металла рекомендуется ознакомиться с возможными плюсами и минусами:

• Повышенная жесткость и прочность;
• Выдерживает любые механические повреждения;
• Не подвергается влиянию влаги и ветра;
• Длительный эксплуатационный срок;
• Позволяет перекрыть здания с широким и длинным пролетом.

К сожалению, у данной продукции есть существенные недостатки:

• Имеет большой вес;
• Возникает необходимости в использовании спецтехники для установки металлической фермы, что невыгодной с экономической точки зрения;
• Со временем, без специального антикоррозийного покрытия, конструкция подвергается влиянию ржавчины;
• Высокая рыночная стоимость.

Помимо вышеописанных конструкций, набирают популярность фермы из железобетона, которые используются при строительстве многоэтажных зданий.

В заключение можно добавить, что с использованием конструкций ферм, строительный процесс значительно облегчился. Произведя грамотную установку, а также все необходимые манипуляции, можно получить надежную и долгосрочную конструкцию.

Типы пояса

Очертания пояса могут быть представлены в виде:

• Трапеции. Его достоинство заключается в том, что такой вид пояса ужесточает рамный узел, соответственно, вместе с ним увеличивается и жесткость здания.
• Треугольника. Такой вид пояса используют для балочных и консольных систем. Он имеет массу недостатков, таких как нерациональный расход металла при распределении нагрузки, сложность опорного узла и т.д.
• Параболы. Данный пояс является самым трудоемким. Поэтому сегментные фермы используются очень редко.
• Многоугольника. Полигональные фермы применяются чаще, чем сегментные. Т.к. в них перелом в узлах конструкции не так ощутим.
• Параллельных поясов. Чаще всего используются для покрытия промышленных зданий. Они имеют идентичную схему узлов, равные по размеру элементы решетки, также они обладают повторяемостью элементов и деталей.

Изготовление конструкций

Как правило, конструкции ферм, изготавливаемых из металла, подбираются в зависимости от проектируемого угла наклона их верхнего пояса, ширины перекрываемого пролета и назначения

Если принимать во внимание перекрытия промышленных зданий, мостовых и эстакадных пролетов, где они чаще всего используются, то для этого изготавливаются фермы строительные со стандартной длиной 12, 18, и 24 м/п.

Общие требования

Для более тяжелых и ответственных конструкций (мостов и путепроводов) применяются двутавровые балки и швеллера. Все гидротехнические сооружения собираются из элементов круглого сечения или профильных труб.

Чаще всего для сборки стандартных строительных ферм используется усиленный прокатный уголок. При этом для изготовления всех ее элементов применяется спаренный уголок, заготовки которого соединяются между собой с помощью сварки специальными, вставленными между ними металлическими пластинами (рыбками). Уголки спариваются таким образом, чтобы их поперечное сечение напоминало тавровое сечение.

Правда, в последнее время металлические конструкции этой конфигурации стали пользоваться меньшим спросом из-за трудоемкости сборки, сварки и покраски. Альтернативой таким сооружениям все больше становятся стальные профильные или круглые трубы.

Правильный расчет

Необходимо понимать, что сделать качественный расчет несущего устройства можно только при наличии специальных знаний с учетом требований СНиП и многих других многочисленных факторов. Для того чтобы грамотно сделать расчет, проектировщики используют специальные программы.

Рассчитывая проект инженерного устройства, обязательно все полученные значения должны наноситься в проектный чертеж, без которого сборка конструкции будет практически невозможной.

Изначально перед составлением чертежного проекта подготавливается схема фермы с указанием основной зависимости уклона верхнего пояса и общей длиной будущего изделия. Также следует принимать во внимание и такие факторы, как:

1. Контур опорной поверхности для монтажа будущей кровли или перекрытия. Это поможет высчитать угол наклона верхнего пояса несущего устройства.
2. Экономия материала на изготовление конструкции (если требование заказчика не будет противоположным к этой экономии).
3. Правильный расчет с учетом максимальной нагрузки, которая предполагается для этого изделия. При этом следует помнить, что углы раскосов в одной конструкции могут быть разными, но ширина панелей всегда должна оставаться одинаковой для всех.
4. Расстояние между крепежными узлами рассчитывается в последнюю очередь, но обычно оно выбирается по ширине панели.

Как только основные параметры будут рассчитаны, следует определиться со схемой конструкции. Лучше всего для этого воспользоваться специальными программами, которые можно свободно найти в интернете. Например, можно воспользоваться программой «Расчет ферм».

Сборка конструкции

Все элементы ферм для перекрытия длинных пролетов изготавливаются и подгоняются в заводских условиях, там же производится и часть сборки конструкции. Полный ее монтаж выполняется непосредственно на строительной площадке строго по детализированным чертежам, которые идут в комплекте с изделием. На чертеже обозначены отдельные маркировки всех деталей конструкции и предоставлена инструкция, поясняющая весь процесс сборки.

Обычно на заготовках изделия имеются специальные монтажные отверстия, с помощью которых можно собрать и временно закрепить без использования струбцин и специальных крепежных хомутов все детали конструкции при подготовке ее к сварочным работам.

Если таких отверстий нет, временная фиксация заготовок производится при помощи струбцин и короткими сварными швами.

Большинство деталей устройств из металла сваривается электросваркой или соединяется с помощью болтовых соединений. Степень надежности таких соединений зависит от усилия, с которым затягивались болты. Обычно такая работа производится двумя монтажниками, которые затягивают гайки с помощью ключей с удлиненными рукоятками или пневматическими гайковертами.

Полное соединение элементов конструкции ферм электросваркой производятся в случаях, когда требуется получить максимально прочное соединение. Особо важные крепления деталей могут производиться с помощью толстых стальных заклепок.

Монтаж собранных конструкций производиться при помощи крана, а тяжелые конструктивные структуры могут устанавливаться двумя кранами. После монтажа полностью собранной конструкции на колонны, она приваривается к закладной пластине, жестко зафиксированной на оголовнике колонны.

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.

Принцип работы

Если произвольным образом скрепить на шарнирах несколько стержней, то они будут беспорядочно крутиться вокруг друг друга, и подобная конструкция будет, как говорят в строительной механике, «изменяемой», то есть если на неё надавить, то она сложится, как складываются стенки спичечного коробка. Если составить из стержней обычный треугольник, то, конструкция сложится, только если сломать один из стержней, или оторвать его от других, такая конструкция уже «неизменяемая».

Конструкция фермы содержит в себе эти треугольники. И стрела башенного крана и сложные , все они состоят из маленьких и больших треугольников. Так как любые стержни лучше работают на сжатие-растяжение, чем на излом, то нагрузка к ферме прикладывается в точках соединения стержней.

Фактически стержни фермы обычно соединяют между собой не через шарниры, а жёстко. То есть, если два любых стержня отрезать от остальной конструкции, они не будут вращаться относительно друг друга, однако, в простейших расчётах этим пренебрегают и считают, что шарнир имеется.

Материалы для стропильных систем

Разнообразие рекомендаций, используемых к крыша на разных объектах, ведет к использованию разных материалов для производства стропильных систем. Все применяемые материалы разделяют на 3 группы – древесина, металл и железобетон.

Древесные стропильные фермы делаются из бруска и активно используются в невысоком коттеджном строительстве и при сооружении строений домашнего назначения.

древесные фермы

Древесные стропильные конструкции в большинстве случаев собираются конкретно на площадке где проходит строительство, а в большинстве случаев применяются системе, заблаговременно сделанные промышленным вариантом. Они собираются из отделанного бруска, на его поверхность нанесён влагозащитный слой, с помощью железных скобок, анкерных или болтовых соединений.

Сооружение стропильных систем аналогичного вида просит высоких трудозатрат, при этом появляются трудности хорошего соединения узлов системы в общую конструкцию. Лимитированием для устройства стропильных систем из дерева работает площадь сооружаемого строения, потому как при повышении длины пролета растет вероятность разрушения системы под своей тяжестью, и усугубляется соединение ее деталей.

Железобетонные и конструкции из металла

Стальные стропильные фермы используются при сооружении строений с площадью больших размеров крыши фактически при любых обстоятельствах строительства объектов промышленности. Стропилины из стальных ферм моментально устанавливаются с использованием оборудования для сварочных работ и болтовых соединений и делают достаточно лёгкую и весьма хорошую систему, способную решать любые технологичные задачи.

металлические конструкции

Для сборки стропильных ферм применяется стальной прокат (уголки, швеллера, тавровый и двутавровый профили, трубы прямоугольного или квадратного сечения и очень многое иное), в зависимости от необходимой задачи и расчетов, проведенных конструкторами. При использовании стропильных металлических конструкций материалом для кровли в большинстве случаев работает листовой прокат или профлист, но используются и прочие материалы, на их подбор действует очень много моментов.

В большинстве случаев при сооружении строений жилого типа не применяется проект с открытыми стропильными системами, а железные стропильные фермы, используемые для строительства объектов промышленности, почти всегда останутся свободными, потому как в этом варианте не требуется добавочного декора.

фермы бетонные

Железобетонная ферма имеет весьма нестандартное использование и применяется на случай больших нагрузок на крышу или надобности хорошего перекрытия больших пролетов. Правда стропильные системы из бетона и железа и отличительны огромный надежностью и долголетием, но их использование ограничено в связи с очень большим весом и связанными с данным сложностями монтажа. В большинстве случаев аналогичный материал применяется для изготовления стропильных систем на в один этаж зданиях площади больших размеров в непростых условиях климата.

Основные элементы стропильной фермы.

• Стержни — элементы (стойки, раскосы …) формирующие собой решетчатую конструкцию.
• Узлы — места соединения стержней.
• Пояса — продольные элементы фермы, расположенные вдоль ее пролета.
  

  Ферма (конструкция)

  Верхний и нижний пояс.

• Решётка фермы — формируемая стержнями.
• Высота фермы — расстояние между центрами тяжести сечения поясов .
• Длина панели — расстояние между соседними узлами пояса.

Принцип действия стропильной фермы.

Если произвольным образом скрепить на шарнирах несколько стержней, то они будут беспорядочно крутиться вокруг друг друга, и подобная конструкция будет, как говорят в строительной механике, изменяемой, то есть если на неё надавить, то она сложится, как складываются стенки спичечного коробка. Совсем другое дело, если вы составите из стерженьков обычный треугольник. Теперь, сколько бы вы ни давили, конструкция сможет сложиться, только если сломать один из стержней, или оторвать его от других. Это конструкция уже неизменяемая. Конструкция фермы содержит в себе эти треугольники. И стрела башенного крана и сложные опоры, все они состоят из маленьких и больших треугольников.

Важно знать, что так как любые стержни лучше работают на сжатие-растяжение, чем на излом, то нагрузку к ферме следует прикладывать в точках соединения стержней. . Фактически стержни фермы обычно соединяют между собой не через шарниры, а жёстко

Фактически стержни фермы обычно соединяют между собой не через шарниры, а жёстко.

Источник: Википедия.

Основные виды стропильных ферм.

Изготовление (сборка) стропильных ферм.

Деревянные стропильные фермы крепятся металлическими зубчатыми стальными пластинами (гвоздевыми пластинами) толщиной 1, 2, и 3мм.

Для монтажа такого крепежа используется монтажно-прессовое оборудование.

Как вариант, можно воспользоваться самодельным прессом, состоящим из прочно сваренных металлических профилей, толстой металлической пластины и домкрата. Использование его на месте строительства позволит сэкономить на транспортировке ферм.

Изготовление стропильных ферм — видео.

Подбор сечения стропильных элементов.

Сечение доски, используемых для изготовления стропильных ног и других элементов стропиловки, будет зависеть от длины стропил, шага их установки и расчетных величин ветровых и снеговых нагрузок по данному региону.

В данной таблице указаны рекомендуемые значения, соответствующие возможным максимальным нагрузкам на стропильную конструкцию для Подмосковья и Москвы. Они не заменят полноценного расчета несущей способности стропильной конструкции, но их вполне можно рассматривать для простых кровельных конструкций.

Монтаж стропильных ферм.

Монтаж стропильных ферм — видео.

Сначала необходимо нанести разметку на места установки ферм.

Первыми ставятся фронтонные (торцовые) фермы.

И крепятся крепежём или гвоздями под углом к верхней обвязке стены. Для более удобного выравнивания промежуточных ферм можно натянуть верёвку между фронтонными фермами, например в нижней части ската.

Далее устанавливаются промежуточные конструкции. И фиксируются к предыдущей ферме наклонными временными связками, (доска 22*100мм). Временные связки стабилизируют фермы и сохраняют интервалы между ними.

После необходимо стабилизировать фермы выставляя их строго вертикально и скрепляя между собой обрешёткой в верхнем поясе и досками на поверхности нижнего пояса.