Фермы из профильной трубы: рассчитываем и изготавливаем своими руками. Деревянные фермы – прочные и легкие конструкции для перекрытия больших пролетов Легкие металлические фермы 12 м

Пояснительная записка
Эквивалентные равномерно-распределенные расчетные нагрузки на ферму от снегового покрова, подвесных грузов и фонаря
Эквивалентные равномерно-распределенные расчетные нагрузки на ферму от кран-балок. Расчетные нагрузки на подвески ферм
Основные параметры и схемы подвески кран-балок. Нагрузки от подвесных грузов
Схемы стропильных ферм с маркировкой узлов. Маркировка узлов опирания стропильных ферм на колонны и подстропильные фермы
Схемы связей по верхним поясам стропильных ферм. Фермы с фонарем и без фонаря. Схемы связей 2го типа по нижним поясам стропильных ферм. Шаг ферм 6 м
Схемы связей по верхним поясам стропильных ферм. Фермы с фонарем и без фонаря. Схемы связей 2го типа по нижним поясам стропильных ферм. Шаг ферм 12 м
Пример решения схемы связей 1го типа по нижним поясам стропильных ферм при числе пролетов в температурном отсеке до 3х включительно. Схемы расположения растяжек по нижним поясам ферм. Шаг ферм 6 м
Пример решения схемы связей 1го типа по нижним поясам стропильных ферм при числе пролетов в температурном отсеке до 3х включительно. Схемы расположения растяжек по нижним поясам ферм. Шаг ферм 12 м
Пример решения схемы связей 1го типа по нижним поясам стропильных ферм при числе пролетов в температурном отсеке более 3х. Шаг ферм 6 м
Пример решения схемы связей 1го типа по нижним поясам стропильных ферм при числе пролетов в температурном отсеке более 3х. Шаг ферм 6 м. Шаг колонн по крайним рядам 6 м, по средним 12 м
Пример решения схемы связей 1го типа по нижним поясам стропильных ферм при числе пролетов в температурном отсеке более 3х. Шаг ферм и колонн 12 м
Маркировка узлов стропильных ферм и схемы связей по нижним поясам стропильных ферм при наличии подвесных кранбалок. Шаг ферм 6 м
Маркировка узлов стропильных ферм и схемы связей по нижним поясам стропильных ферм при наличии подвесных кран-балок. Шаг ферм 12 м
Маркировка узлов стропильных ферм и схемы связей по нижним поясам стропильных ферм при наличии подвесных кран-балок или подвесных грузов (тельферов). Шаг ферм 6 и 12 м
Сортамент бесшпренгельных стропильных ферм
Сортамент шпренгельных стропильных ферм
Узлы стропильных ферм. Узлы 74-76. Разметка отверстий по верхним и нижним поясам стропильных ферм
Узлы крепления связей. Узлы 77-81
Узлы стропильных ферм при наличии подвесных кран-балок или подвесных грузов (тельферов). Узлы 65,83-86
Узлы связей при наличии подвесных кран-балок или подвесных грузов (тельферов). Узлы 64,87-90
Весовые показатели стропильных ферм. Усилия в стержнях стропильных ферм от единичных нагрузок
Спецификация стали стропильных ферм

Фермы 12 метров из профильной трубы

Ферма стальная пролетом 12 м представляет собой готовую или же собранную в месте монтажа конструкцию. Она находит применение при монтаже быстровозводимых ангаров, промышленных и жилых зданий, а также используется в качестве опоры для несущих перекрытий и конструкций, позволяя минимизировать трудозатраты. С тальная ферма 12 м всегда в наличии на нашем складе!

Ферма из профильной трубы пролет 12 метров :

Материал для изготовления металлических ферм

Фермы металлические чаще всего изготовляют из черновой или же оцинкованной стали, при этом разновидностей проката может быть несколько:

Тавровый прокат. В основном фермы из него используются при возведении промышленных сооружений.

Профильная труба.

Уголок. Фермы из уголка идеально подходят для возведения хозяйственных или временных построек.

Также, при строительстве облегченной кровли иногда используются строительные фермы, выполненные из алюминиевого профиля. Их небольшой вес в разы упрощает выполнение монтажных работ.

Преимущества металлических ферм:

Ф ермы металлические 12 метров находят широкое применение в современном строительстве благодаря целому ряду неоспоримых преимуществ, в частности:

Низкая стоимость изготовления. Производство ферм требует в разы меньше металла, чем изготовление цельнолитых балок, при этом прочность конструкции остается достаточно высокой.

Стержневая решетка с поясом может демонтироваться и транспортироваться на другое место, что особенно актуально для промышленных предприятий, работающих во временном цикле.

12 метровая ферма монтаж:

Монтаж ферм не занимает много времени. Строительные фермы различаются по форме и особенностям конструкции поэтому подходят для возведений самых разнообразных зданий и сооружений. Ф ерма перекрытия 12 метров надежное и оптимальное решение.

Определяющими факторами при выборе фермы являются ширина пролетов и угол наклона сооружения, для возведения которого используется типовая ферма 12 метров . В зависимости от этих параметров выбирается тип металлоконструкции и сечение ее несущих труб. Выбор того или иного варианта напрямую зависит от особенностей проекта будущего сооружения. При условии правильно произведенных расчетов качественном выполнении сварочных работ строительство ферм требует минимальных трудовых и временных затрат: после того, как трубные сборки поднимаются на верхнюю обвязку, их устанавливают согласно разметке.

Мы готовы предложить Вам готовые комплекты арочных ангаров по цене 1800 руб. м2 по полу, которые всегда в наличии на нашем складе . В комплект входит: фермы, профлист, ворота, крепежные элементы. Поставки осуществляются в любой регион Российской Федерации. Стоимость доставки согласно действующим тарифам перевозчика, либо самовывоз .

Фермы 12 метров купить :

Так же мы осуществляем продажу арочных ферм, которые всегда в наличии на нашем складе, по цене:

Ширина 12 - 29 000 руб. за штуку (состоит из 4-х частей, высота 6 м в коньке);

Ширина 15 - 36 000 руб. за штуку (состоит из 5-ти частей, высота 7,5 м в коньке) ;

Ширина 18 - 39 000 руб. за штуку (состоит из 6-ти частей, высота 9 м в коньке) .

Готовы по специальному заказу изготовить арочные фермы :

Ширина 20 - 55 000 руб. за штуку (состоит из 6-ти частей, высота 10 м в коньке);

Все фото из статьи

Несмотря на то, что в арсенале строителей помимо дерева есть немало других строительных материалов (бетон, металл), древесина продолжает пользоваться популярностью. Причины этого кроются в ее доступности, легкости обработки и достаточно высокой прочности. Причем с помощью дерева можно перекрывать даже достаточно большие пролеты – деревянные фермы для крыши позволяют без проблем перекрыть пролет около 30 м.

Виды деревянных ферм

Подобные конструкции могут использоваться не только при строительстве крыш, раньше, например, они использовались при строительстве мостов. Но, учитывая восприимчивость дерева к влаге и воздействию насекомых (несмотря на все защитные пропитки), в последнее время они используются главным образом именно для устройства крыши, или в качестве перекрытий между этажами в частном строительстве.

Что же касается классификации, то по назначению можно выделить:

• деревянные стропильные фермы – их можно собрать на земле, а потом просто поднять и закрепить на уже почти готовом доме. Это очень удобно и сокращает время строительства;
• фермы-перекрытия – в этом случае они используются в роли перекрытия между этажами.

Есть определенные отличие и в форме конструкции, можно выделить такие типы как:

• с параллельными поясами – используются для устройства перекрытия между этажами;

Обратите внимание! Этот тип может использоваться и при сооружении крыши с небольшим уклоном.

• треугольные – при строительстве частных домов каркас крыши состоит из нескольких треугольных ферм, соединенных поверху деревянным брусом;
• прямоугольные фермы могут использоваться для устройства крыши с небольшим уклоном;
• возможны варианты с трапециевидным очертанием, а также с искривленным верхним поясом.

Как правило, ферма из дерева изготавливается либо из деревянного бруса, либо из достаточно широких досок (если нагрузка будет главным образом вертикальной).

Но возможны и другие варианты:

• при необходимости восприятия больших нагрузок могут использоваться комбинированные конструкции. В них, например, нижний пояс может быть изготовлен из стали, а остальные элементы – быть деревянными. Это позволит максимально снизить вес, а металл без проблем выдержит эксплуатационную нагрузку;
• встречаются и фермы, изготовленные из фанерных труб. Главным преимуществом такого вида можно считать малый вес (даже по сравнению с аналогом из бруса или доски). Небольшая цена также может считаться преимуществом. Конечно, прочность таких сооружений несколько меньше, чем у аналогов, изготовленных из толстых брусьев, поэтому и используют их главным образом не в качестве несущих конструкций;

• фермы, в которых сочетается стеклопластик и дерево можно считать экзотикой, но они существуют. Стеклопластик довольно прочный, к тому же обладает малым весом, так что конструкция получается довольно прочной и легкой;
• но чаще всего встречаются обычные конструкции, изготовленные из цельного либо клееного бруса, а также досок.

Подробнее о деревянных фермах

Человеку, далекому от строительства, использование ферм из дерева может показаться нелогичным – к чему тратить время на сборку такой конструкции, если можно просто перекрыть пролет деревянной балкой ().

На самом деле – это не больше чем заблуждение и эти конструкции в некоторых случаях просто незаменимы. Например, балка пролетом 12 м только под действием собственного веса даст немалый прогиб и не может использоваться без дополнительных опор.

Преимущества и недостатки использования ферм из пиломатериалов

Использование подобных конструкций имеет ряд преимуществ:

• можно без труда перекрывать большие пролеты без установки дополнительных опор. Никакая балка не сможет составить им конкуренцию при пролете в несколько десятков метров;

На видео в этой статье показана сборка и установка стропильных ферм.

Сегодня фермы из профильной трубы по праву считаются идеальным решением для строительства гаража, жилого дома и приусадебных построек. Прочные и долговечные, такие конструкции обходятся недорого, быстры в исполнении, и с ними способен справиться любой, кто хоть немного разбирается в математике и имеет навыки резки и сварки.

А как правильно подобрать профиль, рассчитать ферму, сделать в ней перемычки и установить, мы сейчас подробно расскажем. Для этого мы подготовили для вас подробные мастер-классы изготовления таких ферм, видео-уроки и ценные советы от наших экспертов!

И так, что такое ферма? Это конструкция, которая связывает опоры вместе в одно единое целое. Другими словами, ферма относится к простым архитектурным конструкциям, среди ценных преимуществ которой выделим такие: высокая прочность, отличные показатели эксплуатации, невысокая стоимость и хорошая устойчивость к деформациям и внешним нагрузкам.

Благодаря тому, что такие фермы обладают высокой несущей способностью, их ставят под любые кровельные материалы, независимо от их веса.

Использование в строительстве металлических ферм из новых или прямоугольных замкнутых профилей считается одним из самых рациональных и конструктивных решений. И неспроста:

1. Главный секрет – в экономии благодаря рациональной форме профиля и соединения всех элементов решетки.
2. Еще одно ценное преимущество профильных труб для использования их изготовлении фермы – это равная устойчивость в двух плоскостях, замечательная обтекаемость и удобство эксплуатации.
3. При всем своем малом весе такие фермы выдерживают серьезные нагрузки!

Отличаются стропильные фермы по очертанию поясов, типу сечения стержней и видам решетки. И при правильном подходе вы самостоятельно сможете сварить и установить ферму из профильной трубы любой сложности! Даже такую:

Этап II. Приобретаем качественный профиль

Итак, прежде, чем составить проект будущих ферм, сначала нужно определиться с такими важными пунктами:

• контуры, размер и форма будущей крыши;
• материал изготовления верхнего и нижнего пояса фермы, а также ее решетки;

Запомните одну простую вещь вещь: у каркаса из профильной трубы есть так называемые точки равновесия, которые важно определить для устойчивости всей фермы. И очень важно подобрать под эту нагрузку качественный материал:

Строят фермы из профильной трубы таких видов сечений: прямоугольного или квадратного. Таковые выпускаются разного размера сечения и диаметра, с разной толщиной стенок:

• Мы рекомендуем те, которые специально продаются для малогабаритных построек: такие идут до 4,5 метров длиной и имеют сечение 40х20х2 мм.
• Если вы будете изготавливать фермы длиннее 5 метров, тогда выбирайте профиль с параметрами 40х40х2 мм.
• Для полномасштабного строительства крыши жилого дома вам понадобятся профильные трубы с такими параметрами: 40х60х3 мм.

Устойчивость всей конструкции прямо пропорциональна толщине профиля, поэтому для изготовления ферм не используйте трубы, для которые предназначены только для сварок стоек и каркасов – здесь другие характеристики. Также обратите внимание, каким именно методом было изготовлено изделие: электросварным, горячедеформированным или холодным деформированнием.

Если же вы беретесь изготавливать такие фермы самостоятельно, тогда берите заготовки квадратного сечения – с ними работать проще всего. Приобретите квадратный профиль 3-5 мм толщиной, который будет достаточно прочным и по своим характеристикам близок к металлическим брусьям. Но если ферму вы будете изготавливать всего-то для козырька, тогда можете отдать предпочтение более бюджетному варианту.

Обязательно учитывайте при проектировании снеговые и ветровые нагрузки в вашей местности. Ведь большое значение при выборе профиля (в плане нагрузки на него) имеет угол наклона ферм:

Более точно спроектировать ферму из профильной трубы вы сможете при помощи онлайн-калькуляторов.

Отметим только, что самая простая конструкция фермы из профильной трубы представляет собой несколько вертикальных стоек и горизонтальные уровни, на которые можно крепить стропила для крыши. Приобрести такой каркас можно в готовом самостоятельно, даже под заказ в любом городе России.

Этап III. Рассчитываем внутреннее напряжение ферм

Самое важное и ответственное задание – это правильно произвести расчет фермы из профильной трубы и подобрать нужный формат внутренней решетки. Для этого нам понадобится калькулятор или подобное ему другое программное обеспечение, а также некоторые табличные данные СНиПов, которые за это:

• СНиП 2.01.07-85 (воздействия, нагрузки).
• СНиП п-23-81 (данные по стальным конструкциям).

По возможности ознакомьтесь с этими документами.

Форма крыши и угол наклона

Ферма нужна для какой конкретно кровли? Односкатной, двускатной, купольной, арочная или шатровой? Самый простой вариант, конечно же, это изготовление стандартного односкатного навеса. Но и достаточно сложные фермы вы также способны рассчитать и изготовить самостоятельно:

Стандартная ферма состоит из таких важных элементов, как верхний и нижний пояс, стойки, раскосы и вспомогательные подкосы, которые еще называют шпренгелями. Внутри ферм располагается система решеток, для соединения труб используется сварные швы, клепки, специальные парные материалы и косынки.

И, если вы собираетесь изготовить сложную по форме крышу, то такие фермы станут для нее идеальным вариантом. Их очень удобно изготавливать по шаблону прямо на земле, и только потом поднимать наверх.

Чаще всего при строительстве небольшого дачного домика, гаража или бытовки применяются так называемые фермы полонсо – особая конструкция треугольных ферм, соединенных затяжками, и нижний пояс здесь выходит приподнятым.

По сути, в этом случае, чтобы повысить высоту конструкции, нижний пояс делают ломаным, и он тогда составляет 0,23 от длины полета. Для внутреннего пространства помещения очень удобно.

Итак, всего есть три основных варианта изготовления фермы в зависимости от наклона крыши:

• от 6 до 15°;
• от 15 до 20°;
• от 22 до 35°.

В чем разница спросите вы? Например, если угол конструкции будет небольшой, всего до 15°, тогда фермы рационально делать трапециевидной формы. И при этом вполне можно уменьшить вес самой конструкции, беря в высоту от 1/7 до 1/9 от от общей длины полета.

Т.е. руководствуйтесь таким правилом: чем меньше вес, тем больше должна быть высота фермы. А вот если мы вас будет иметь уже сложную геометрическую форму, тогда нужно выбрать другой тип фермы и решеток.

Виды ферм и формы крыши

Вот пример конкретных ферм для каждого вида крыши (односкатной, двускатной, сложной):

Давайте разберемся с видами ферм:

• Треугольные фермы – классика изготовления основы для крутых скатов крыши или навесов. Сечение труб для таких ферм нужно подбирать с учетом веса кровельных материалов, а также эксплуатации самой постройки. Треугольные фермы хороши тем, что обладают простыми формы, просты в расчете и исполнении. Их ценят за подкровельное обеспечение естественным светом. Но отметим и недостатки: это дополнительные профили и длинные стержни в центральных сегментах решетки. А также здесь вам придется столкнуться с некоторыми сложностями при сварке острых опорных углов.
• Следующий вид – полигональные фермы из профильной трубы. Они незаменимы при сооружении больших площадей. Сварка у них уже более сложной формы, а поэтому для облегченных конструкций их не проектируют. Зато такие фермы отличаются большей экономией металла и прочностью, что особенно хорошо для ангаров с большими пролетами.
• Прочной считается также ферма с параллельными поясами . Отличается от других такая ферма тем, что у нее все детали – повторяющиеся, с одинаковой длиной стержней, поясов и решеток. То есть здесь минимум стыков, а поэтому рассчитывать и варить такую из профильной трубы проще всего.
• Отдельный вид – это односкатная трапециевидная ферма с опорой на колонны. Такая ферма идеальна, когда необходима жесткая фиксация сооружения. У нее есть уклоны (раскосы) по боковым сторонам и отсутствуют длинные стержни верхней обрешетки. Подходит для крыш, которым особенно важна надежность.

Вот пример изготовления ферм из профильной трубы как универсального варианта, который подходит для любых садовых построек. Речь идет о треугольных фермах, и вы наверняка их уже видели много раз:

Треугольная ферма с ригелем тоже достаточно проста, и вполне подходит для строительства беседок и бытовки:

А вот арочные фермы в изготовлении уже намного сложнее, хотя и обладают рядом своих ценных преимуществ:

Главное ваша задача – центрировать элементы фермы из металла от центра тяжести по всем направлениям, говоря простым языком, минимизировать нагрузку и грамотно ее распределить.

Поэтому выбирайте тот вид ферм, который подходит для этой цели больше. Кроме перечисленных выше, популярностью пользуются также ферма-ножницы, асимметричная, П-образная, двухшарнирная, ферма с параллельными поясами и мансардная ферма с опорами и без них. А также мансардный вид фермы:

Типы решеток и точечная нагрузка

Вам будет интересно узнать, что определенный дизайн внутренних решеток ферм подбирается вовсе не из эстетических соображений, а вполне практичных: под форму крыши, геометрию потолка и расчет нагрузок.

Вам нужно спроектировать свою ферму таким образом, чтобы все силы сосредотачивались конкретно в узлах. Тогда в поясах, раскосах и шпренгелях изгибающих моментов не будет – они станут работать только на сжатие и растяжение. И тогда сечение таких элементов уменьшают до необходимого минимума, значительно при этом экономя на материале. И саму ферму ко всему вы спокойно можете сделать шарнирной.

В противном случае, на ферму будут постоянно действовать распределенная по стержням сила, и появится изгибающий момент, в дополнение к общему напряжению. И здесь тогда важно грамотно просчитать максимальное изгибающее значения для каждого отдельного стержня.

Тогда сечение таких стержней должно быть больше, чем если бы сама ферма была нагружена точечными силами. Подведем итог: фермы, на которых распределенная нагрузка действует равномерно, изготавливают из коротких элементов с шарнирными узлами.

Давайте разберемся, в чем преимущество того или иного вида решетки в плане распределения нагрузки:

• Треугольная система решетки всегда применяются в фермах с параллельными поясами и трапецеидальной ферме. Ее основное преимущество в том, что она дает самую маленькую суммарную длину решетки.
• Раскосная система хороша при небольшой высоте ферм. Но расход материала на нее немалый, ведь здесь весь путь усилия идет через узлы и стержни решетки. А поэтому при проектировании важно заложить максимум стержней, чтобы длинные элементы оказались растянутыми, а стойки – сжатыми.
• Еще один вид – шпренгельная решетка. Ее изготавливают в случае нагрузок верхнего пояса, а также тогда, когда нужно уменьшить длину самой решетки. Здесь преимущество в соблюдении оптимального расстояния между элементами всех поперечных конструкций, которое, в свою очередь, позволяет сохранить нормальное расстояние между прогонами, что будет практичным моментом для монтажа элементов кровли. Но создавать такой решетку своими руками – довольно трудоемкое занятие с дополнительным расходам металла.
• Крестовидная решетка позволяет распределить нагрузку на ферму сразу в обоих направлениях.
• Еще один вид решетки – перекрестная , где раскосы крепятся прямо к стенке фермы.
• И, наконец полураскосная и ромбическая решетки, самая жесткая из перечисленных. Здесь взаимодействует сразу две системы раскосов.

Мы подготовили для вас иллюстрацию, где собрали все виды ферм и их решеток вместе:

Вот пример того, как изготавливают ферму с треугольной решеткой:

Изготовление фермы с раскосной решеткой выглядит так:

Нельзя сказать, что какой-то из видов ферм определенно лучше или хуже другого – каждый из них ценен меньшим расходом материалов, более легким весом, несущими способностями и методом крепления. Рисунок отвечает за то, какая схема нагрузок будет на нее действовать. И от выбранного типа решетки напрямую будет зависеть то, какой будет вес фермы, внешний вид и трудоемкость ее изготовления.

Отметим еще такой необычный вариант изготовления фермы, когда она сама по себе становится частью или опорой для другой, деревянной:

Этап IV. Изготавливаем и устанавливаем фермы

Мы дадим вам несколько ценных советов, как самостоятельное без особых сложностей сварить такие фермы прямо у себя на участке:

• Вариант первый: можно обратиться к заводу, и они сделают на заказ по вашему рисунку все нужные отдельные элементы, которые вам останется только сварить уже на месте.
• Второй вариант: приобретите готовый профиль. Тогда вам останется только обшить фермы изнутри досками или фанерами, а в промежутке уложить по необходимости утеплитель. Но и обойдется этот способ, конечно же, дороже.

Вот, к примеру, хороший видео-урок, как удлинить трубу при помощи сварки и достичь идеальной геометрии:

Вот также очень полезное видео, как отрезать трубу под углом 45°:

Итак, теперь подходим непосредственно к сборке самих ферм. Справиться с этим вам поможет такая пошаговая инструкция:

• Шаг 1. Сначала подготовьте фермы. Лучше их заранее сваривать прямо на земле.
• Шаг 2. Установите вертикальные опоры для будущих ферм. Крайне важно, чтобы они были действительно вертикальными, поэтому проверьте их отвесом.
• Шаг 3. Теперь возьмите продольные трубы и приварите их к опорным стойкам.
• Шаг 4. Поднимите фермы и приварите их к продольным трубам. После этого все места соединения важно очистить.
• Шаг 5. Готовый каркас покрасьте специальной краской, предварительно очистив и обезжирив его. Особое внимание при этом уделите местам соединения профильных труб.

С чем еще сталкиваются те, кто изготавливает такие фермы в домашних условиях? Во-первых, заранее продумайте опорные столики, на которых вы будете класть ферму. Далеко не лучший вариант бросить ее на землю – работать будет очень неудобно.

Поэтому лучше поставить небольшие мосты-опоры, которые будут немного шире, чем нижний и верхний пояс фермы. Ведь вы будете вручную замерять и вкладывать между поясами перемычки, и важно, чтобы они не проваливались на землю.

Следующий важный момент: фермы из профильной трубы тяжеловаты на вес, а поэтом вам понадобится помощь минимум еще одного человека. Кроме того, не помешает подмога и в такой нудной и кропотливой работе, как зашкуривание металла перед варкой.Еще учитывайте, что нарезать фермы вам нужно будет много, для всех элементов, а поэтому советуем вам либо приобрести, либо соорудить самодельный станок по типу того, что в нашем мастер-классе. Вот как он работает:

Во так, шаг за шагом, вы составите чертеж, рассчитаете решетку фермы, сделаете заготовки и сварите конструкцию уже на месте. Причем у вас в расходе будут также и остатки профильных труб, поэтому, ничего не нужно будет выбрасывать – все это понадобится для второстепенных деталей навеса или ангара!

Этап V. Зачищаем и окрашиваем готовые фермы

После того, как вы установите фермы на их постоянное место, обязательно обработайте их антикоррозийными составами и окраски полимерными красками. Идеально подойдет для этой цели краска, которая отличается долговечностью и устойчивостью к ультрафиолету:

Вот и все, ферма из профильной трубы готова! Остаются только финишные работы по обшивке ферм изнутри отделкой и снаружи кровельным материалом:

Поверьте, изготовить металлическую ферму из профильной трубы для вас на самом деле не составит большого труда. Огромную роль играет грамотно составленный чертеж, качественная сварка фермы из профильной трубы и желание все сделать правильно и аккуратно.

Начинаем проектирование с составления исходных данных для проектирования

Исходные данные

Район строительства — г.Уфа;

Температура наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,98 — минус 41 °С;

Температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 — минус 33 °С;

Длина пролета фермы — 12 м;

Шаг установки ферм — 6 м;

Уклон ската фермы — 10%;

Снеговая нагрузка — 320 кг/м² (V снеговой район);

Конструкция покрытия — прогоны, профилированный лист, утеплитель, ПВХ мембрана (см. рисунок ниже);

Нагрузка от подвешиваемого оборудования и коммуникаций — 150 кг/м² (кабели, вентиляция, подвесной потолок);

Сбор нагрузок

Необходимо найти постоянную нагрузку на перекрытие

Толщину утеплителя определяем согласно СНиП 23-02-2003 или СП 50.13330.2012 (Тепловая защита зданий) согласно климатическим условиям строительства. Т.к. это тема для отдельной статьи будем считать, что мы ее подсчитали и примем мин. вату плотностью 150 кг/м³ общей толщиной 250 мм. Суммарная масса утеплителя 150*0,25=37,5

ПВХ мембрана укладывается в 1 слой, ее вес 2,5 кг/м²;

Согласно СНиП 2.01.07-85* или СП 20.13330.2011 определяем расчетную снеговую нагрузку согласно формуле 5 СНиП 2.01.07-85*

где Sg — вес снегового покрова, принимаемый согласно таблице 4 СНиП 2.01.07-85* и карте 1 приложения к СНиП 2.01.07-85*. В СП 20.13330.2011 формула выглядит не много по другому, но итоговое значение не должно сильно отличаться от значения, полученного по СНиП 2.01.07-85*.

μ = 1, принимается согласно Приложению 3, наклон 10% равен углу в 6 градусов.

S=320 кг/м²;

Нагрузка на профилированный лист равна 320+37,5+2,5=360 кг/м².

Выбор профилированного листа

Согласно таблице по несущей способности принимаем необходимый профлист

* в таблице означает, что необходимо усилить надопорные участки вкладышами из отрезков профилей того же типа.

Если брать профнастил длиной 6 м, то схема нагружения получится 3-х пролетная, но в запас можно принять 2-х пролетную схему загружения. Нам подходит профнастил Н57-750-0,6 мм. Для надежности рекомендую взять профнастил потолще т.к. в местах повреждения коррозия снизит несущую способность и лучше не выбирать такие материалы на грани. Я принял профнастил Н57-750-0,8 мм. Масса профнастила 10 кг/м².

Расчет кровельного прогона

Наклон не большой, поэтому тяжи использовать не будем. Нагрузка на прогоны с 1 м² равна 370 кг.

Марку стали выбираем согласно СНиП II-23-81 (см. статью ) . Прогоны, как правило, используют цельные, без сварных соединений, поэтому группа конструкций для них будет третья. Назначаем сталь С235 для прогонов. Расчетное сопротивление стали см. таблицу 51 СНиП II-23-81. Ry=230 МПа.

Необходимо использовать прогон с профилем 22П согласно ГОСТ 8240-97. Критическим фактором в данном случае является прогиб — он не должен быть больше 1/200 пролета т.е. 30 мм.

Вес прогона 21 кг/м.п.

Проектирование фермы

Оптимальной высотой с точки зрения экономии металла является высота фермы 1/4 — 1/5 от длины пролета. Однако высоту ферм не следует назначать выше 3,85 м т.к. при больших высотах может возникнуть проблема транспортировки фермы с завода. Кроме этого в отапливаемых зданиях увеличиваются затраты на отопление. Поэтому высоту фермы для отапливаемых зданий назначают 1/7-1/12 от длины пролета фермы. Кроме того необходимо знать технологию производства чтобы выбрать оптимальную высоту (возможно пространство фермы необходимо для прокладки коммуникаций).

Для фермы пролетом 12 м высоту фермы в отапливаемом здании следует назначить в диапазоне от 1 до 1,7 м.

Т.к. пространство фермы мне необходимо для прокладки коммуникаций, я решил назначить высоту фермы 1,5 м.

Конструктивная схема получилась следующая:

Узлы опирания фермы на колонны шарнирные.

Сбор нагрузок на ферму

Вес элементов фермы подсчитывается автоматически в программе, поэтому мы ее зададим в самой программе.

Вес конструкций покрытия передается через узлы фермы, шаг прогонов — 2 м, длина пролета 6 м. N=(50*2+21)*6=726 кг.

На крайний прогон нагрузка от веса перекрытия собирается с 1 м, но прогон будет из того-же сечения, поэтому с краю нагрузка будет: N=(50*1+21)*6=426 кг. Хотя эта нагрузка не повлияет на расчет фермы т.к. в идеализированной модели нагрузка передается на опорный узел, но в случае расчета рамы, пространственной модели или вычислении опорной реакции про нее нельзя забывать.

Итоговая нагрузка от веса покрытия будет выглядеть следующим образом:

Снеговая нагрузка будет передаваться через прогоны в узлы фермы, шаг прогонов — 2 м, длина пролета 6 м. N=320*2*6=3840 кг. На краях фермы она будет равна половине от этой нагрузке (хотя в реальности будут еще свесы кровли и их тоже нужно учитывать, но в данном случае на расчет фермы это не влияет т.к. нагрузка передается в опорный узел).

Итоговая снеговая нагрузка будет выглядеть следующим образом:

Нагрузка от подвешиваемого оборудования (для упрощения примем сосредоточенную нагрузку в узлы) — N=150*2*6=1800 кг

Итоговая нагрузка от подвешиваемого оборудования выглядит следующим образом:

Хочу обратить внимание, что необходимо учитывать расчетные нагрузки, а не нормативные (см. СНиП «Нагрузки и воздействия»). Кроме этого не надо объединять разные по виду нагрузки, например снеговую и вес перекрытия т.к. для них предусмотрены разные коэффициенты надежности и в программе они должны быть заданы раздельно.

Создание компьютерной модели в SCAD

Теперь по поводу выбора типа схемы.

Для расчетов фермы можно использовать:

тип 1 — Плоская шарнирно-стержневая система (в данной схеме учитываются нагрузки только в 2-х плоскостях, а все узлы принимаются шарнирными), в ферме все узлы принимаются шарнирными, поэтому можно выбрать этот тип расчетной схемы;

тип 2 — Плоская рама (в данной схеме нагрузки также могут быть только в 2-х плоскостях, но помимо шарнирных узлов можно использовать жесткие), в ферме верхние и нижние пояса, как правило, изготавливаются цельными, поэтому узел между ними ну никак не может быть шарнирным и установив шарниры в правильных местах можно создать схему более приближенную к реальности, хотя на результат это не сильно повлияет;

тип 4 — Пространственная шарнирно-стержневая система (отличается от плоской тем, что разрешается перемещение по оси Y и вращение вокруг осей X и Z), можно применять, но необходимо закрепить ферму в опорном узле и узлах крепления к связям, которые будут в реально конструкции, от смещения по оси Y и вращения вокруг осей X и Z;

тип 5 — Система общего вида (здесь проектируются модели в 3-х мерном формате и соответственно нагрузка может быть приложена во всех плоскостях и иметь как шарнирные, так и жесткие узлы), я обычно проектирую именно в этом типе схемы т.к. используя эту схему можно создавать 3-х мерный каркас здания и создать модель наиболее приближенную к реальности, однако при расчете фермы необходимо закреплять узлы от поворота и смещения по оси Y там, где в реальности будут точки опоры и связи.

Я даже для плоских задач предпочитаю использовать тип 5 (Система общего вида) и закреплять в нужных узлах от вращения и перемещения по оси Y т.к. это позволяет создать схему, наиболее приближенную к реальным условиям.

Нормы проектирования выбираем СНГ.

Единицы измерения изначально:

Линейные размеры — м (метры);

Размеры сечений — см (сантиметры);

Силы — т (тонны).

Можно поменять некоторые параметры, если вам они будут более удобны для восприятия и сохранить для применения по умолчанию.

Числа после выбора единиц означают точность единиц, т.е. 1,12 означает точность до 1/100, 1,123 до 1/1000. Изменение данных параметров не означает, что измениться точность расчета, просто на экран будут выводиться цифры с округлением до заданной, например если хотите чтобы точность нагрузки была до кг, надо нажать на стрелку вправо, чтобы напротив надписи силы было 1,123.

После создания файла мы попадаем в дерево проекта и следующим шагом у нас будет постройка расчетной схемы. Заходим в Расчетную схему (клик по данной вкладке в дереве проекта).

Создать расчетную схему в SCAD можно многими способами: генерация стандартных конструкций и их модификация, создать точки в пространстве и соединить их в расчетную схему, сделать импорт из AutoCad. Мы сделаем ферму на основе стандартных схем, используемых в SCAD.

На вкладке Схема нажимаем кнопку «Генерация прототипа фермы» (2-ая кнопка слева на панели сверху)

В появившемся окне есть несколько стандартных схем ферм, которые можно создать, выбор не слишком велик, но мы можем создать ферму примерно напоминающую нашу и откорректировать. Выбираем вкладку Двускатная ферма, ищем наиболее похожую схему. В моей версии это 3-я снизу схема (в зависимости от версии программы стандартные схемы могут отличаться). Заполняем исходные данные для проектирования фермы:

Пролет фермы — 12 м;

Высота фермы — 1.5 м (имеется ввиду высота у основания, смотрите рисунок);

Количество панелей — 12 шт. (в этой схеме есть еще промежуточные стойки, но в нашей схеме их нет, мы их уберем позднее);

Угол наклона — 5.71 ° (угол 10% равен 5.71°).

Прошу обратить внимание, что в SCAD между цифрами нужно ставить точку, а не запятую — запятую он не понимает.

Наша схема выглядит следующим образом:

Если у вас с первого раза не получилось правильно задать параметры, то снова нажимаем кнопку «Генерация прототипа фермы» , нас спросят удалить ли данную схему, отвечаем да и заново генерируем схему.

Далее необходимо отредактировать полученную схему, для этого вначале удаляем лишние стойки, для этого переходим во вкладку «Узлы и элементы» , кнопка «Элементы» и в раскрывшемся списке кнопку «Удаление элементов» , далее выделяем лишние стержни (они выделяться красным цветом):

Теперь наша схема выглядит так, как мы задумали, но это еще не все. В панели «Фильтр отображения» нажмем на кнопку «Узлы»

Если посмотреть на схему мы увидим, что в месте где удаленные стойки соединялись с верхним поясом фермы остались узлы:

Чтобы этих узлов не осталось необходимо соединить стержни, для этого на вкладке «Узлы и элементы» -> «Элементы» , нажимаем кнопку «Объединение стержней»

Далее выбираем попарно стержни и жмем Enter (нельзя выделать все стержни сразу т.к. в этом случае получится единый стержень и схема будет не верная). На вид ничего не изменилось, узлы остались, на самом деле элементы соединились, а лишние узлы нужно удалить, для этого заходим в панели «Узлы и элементы» -> «Узлы» , нажимаем кнопку «Упаковка данных», появляется окно в котором нам говорят, что узлы, не принадлежащие элементам, будут удалены, соглашаемся.

Очень важно, чтобы эти узлы были удалены т.к. если в программе этот узел будет шарнирным, то решение получится не правильным.

Установка шарниров в узлах

Далее нам необходимо задать шарниры в узлах (если при создании проекта был выбран тип схемы 1 — Плоская шарнирно-стержневая система или 4 — Пространственная шарнирно-стержневая система, то шарниры уже в узлах уже будут).

Во вкладке «Назначения» нажимаем на кнопку «Установка шарниров» жмем на кнопку «Установка шарниров» , разрешаем поворот в узле 1 и 2 вокруг оси Y

выбираем все раскосы фермы и жмем Enter. Также необходимо добавить шарнирный узел между 2-мя верхними поясами, для этого опять жмем кнопку «Установка шарниров» и разрешаем поворот вокруг оси Y для узла 2, выбираем 3-ий, верхний сегмент левого верхнего пояса и жмем Enter.

Чтобы понять какой узел будет под номером 1, а какой узел под номером 2 нужно знать правила построения элементов в SCAD — элементы рисуются слева направо и сверху вниз, поэтому первый узел, это самый нижний левый узел, второй узел это самый правый верхний.

Чтобы проверить расположение шарниров на «Фильтре отображения» включаем кнопку «Шарниры» .

Получаем следующую схему:

Маленькими кружочками около узлов обозначены шарниры. Чтобы убедиться в правильности установки шарниров или отредактировать их можно на панели «Фильтр отображения» нажать на кнопку «Информация об элементе» , далее выбрать интересующий элемент и нажать кнопку «Шарниры» в появившемся окне. В этом окне можно увидеть какие шарниры есть у выбранного элемента, добавить новые или удалить их.

Я не стал добавлять шарниры в верхних и нижних поясах т.к. эти пояса изготавливаются из цельного элемента и тут однозначно будет жесткий узел, хотя мы знаем, что для упрощения ручного расчета эти узлы принимались шарнирными, но это было сделано только для упрощения расчетов. По большому счету узлы между расккосами и поясами тоже трудно назвать шарнирными т.к. они довольно жестко привариваются к поясу, но мы после подбора профилей удалим шарниры и сравним результаты.

Изменяем тип конечных элементов

Что это такое? В программе SCAD есть несколько типов элементов. Давайте нажмем на кнопку «Типы элементов» на панели «Фильтры отображения» и мы увидим, что под каждым элементом появилась цифра 1.

В зависимости от типа элемента у стержня есть несколько степеней свободы для деформации. Нажмем на кнопку «Назначение типов конечных элементов» во вкладке «Назначения» . Если в списке мы выберем тип стержня №1, то в описании мы увидим, что для данного типа стержня допустимы перемещения вдоль оси X и Z.

Для элемента типа 2 возможно перемещение по оси X,Z и вращение вокруг оси Y.

Нас же интересует элемент тип 5 — Пространственный стержень, для него нет ограничений по перемещениям, поэтому я выбираю его для того, чтобы картина была более реалистичной. Хотя ферму можно подсчитать и оставив тип элемента №1.

Выбираем тип элемента 5, нажимаем ОК, выбираем все элементы фермы и жмем Enter.

Теперь у нас все элементы имеют тип стержня №5.

Закрепление фермы в пространстве

Далее нам необходимо закрепить ферму в пространстве.Для это во вкладке «Назначения» нажимаем на кнопку «Установка связей в узлах» . У нас узлы шарнирные, поэтому мы должны в одном узле запретить перемещения во всех направлениях и поворот вокруг осей X и Z, а в другом запретить перемещения во всех направлениях кроме оси X и также закрепить от поворотов вокруг осей X и Z. Чтобы легче было ориентироваться в расположении осей в панели «Фильтры отображения» нажимаем кнопку «Отображение общей системы координат» , на экране слева внизу появятся направления осей.

После нажатия кнопки «Установка связей в узлах» появляется меню «Связи» в нем отмечаем все кнопки кроме Uy (т.е. мы закрепляем узел во всех направлениях кроме поворота вокруг оси Y), вид операции «Полная замена» , жмем OK, выбираем самый левый узел (у нас он имеет номер 7), узел должен подсветить красным цветом и жмем Enter.

Чтобы отобразить номер узла на панели «Фильтр отображения» нажимаем кнопку «Номера узлов».

Чтобы убедиться что закрепление задано в «Фильтре отображения» нажимаем кнопку «Связи» , должен отобразиться желтый прямоугольник в закрепленном узле.

Чтобы просмотреть в каких направлениях запрещены перемещения в узле на панели «Фильтр отображения» нажимаем кнопку «Информация об узле» и выбираем интересующий узел, там же можно изменять закрепления в случае необходимости.

Далее закрепляем правый угол (в нашем случае №13) от перемещения по осям Y и Z, и поворотов вокруг осей X и Z (кнопка «Установка связей в узлах» ), жмем ОК, выбираем самый правый угол. Получается следующая картина:

Далее необходимо закрепить ферму от перемещения по оси Y в узлах, где в реальности будут крепиться прогоны и связи, которые будут обеспечивать жесткость конструкции в горизонтальной плоскости. Сверху прогоны будут в любом случае, внизу при данной конструкции фермы их может и не быть.

Прогоны сверху у нас закрепляются в узлах, поэтому фиксируем узлы с 8 по 12 от перемещения вдоль оси Y. Если бы у нас была 3D модель всего каркаса здания, то этого делать не надо, но в данном случае мы фиксируем ферму в узлах имитируя расположение прогонов. Также закреплять от перемещения по оси Y, нам не нужно если бы у нас тип схемы 1 или 2 (Плоская шарнирно-стержневая система или плоская рама), но в моем примере тип схемы 5 — Система общего вида (см. выше если уже забыли).

Первоначальное назначение сечений фермы

Программа может самостоятельно подобрать сечение, но вначале мы должны назначить любое сечение на ваше усмотрение. В дальнейшем программа его проверит, а затем при необходимости подберет оптимальное сечение из того же сортамента, что выбрали вы, поэтому вы можете не сильно утруждаться по поводу выбора сечения, главное если вы проектируете ферму из парных уголков, то это должны быть парные уголки, если проектируете ферму из труб, это должны быть трубы т.к. программа подбирает сечения из того же сортамента, который вы выбрали изначально.

Мы проектируем ферму из парных уголков с Т-образным сечением, необходимо задать толщину фасонок. Толщина фасонок задается исходя из максимальных напряжений, возникающих в ферме. Подобрать нужную толщину фасонок можно по следующей таблице:

Т.к. мы пока не знаем какие нагрузки будут у нас в ферме, поэтому в первом приближении назначаем 6 мм, в дальнейшем мы сможем поменять это значение в случае необходимости.

Также стоит отметить, что толщина фасонок должна быть везде одинакова, но в случае необходимости допускается разница толщины фасонок не более 2 мм.

На вкладке «Назначения» нажимаем кнопку «Назначение жесткостей стержням» , способы задания — «Профили металлопроката» , появляется вкладка «Профили металлопроката» , заходим в эту вкладку, материал назначаем «Сталь обыкновенная» (марку стали мы назначим позже), внизу ставим галочку на вкладке «Составное сечение» , далее выбираем 2-а уголка (самая левая кнопка), параметр g назначаем 0.6 см (помним что нужно писать точку между цифрами, запятую SCAD не понимает), в правом окне выбираем «Полный каталог профилей ГОСТ» — > «Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93» , первоначально можем выбрать любой уголок, например 30х5, должно быть так:

Далее жмем ОК, и выделяем все элементы фермы и жмем Enter. Чтобы легче было выделить все элементы нажимаем правую кнопку мыши, ставим «Вид курсора» — «Прямоугольник» и выделяем все элементы. Если выделять слева направо, то выделяются только те элементы, которые полностью попадают в контур, если справа налево, то все элементы, которые хотя бы частично попадают в контур.

Теперь мы можем посмотреть как у нас выглядит ферма, для этого нажимаем на кнопку «Презентационная графика» на панели «Фильтры отображения» .

В окне можно рассмотреть конструкцию со всех сторон. Если схема отображается в виде линий, а тип сечения не видно, то необходимо включить кнопку «Показать стержневые элементы» (на панели сверху). После просмотра просто закрываем окно и мы опять попадем в интерфейс программы.

Если обратить внимание на схему, то мы увидим, что нижний пояс прорисован полками вверх, а в реальности полки будут внизу. Чтобы повернуть профиль на 180 градусов во вкладке «Назначения» нажимаем кнопку «Задание ориентации местных осей координат элементов» . Угол поворота назначаем в градусах, значение 180, жмем ОК, выделяем весь нижний пояс (можно кликнуть правой кнопкой в рабочем пространстве и выбрав прямоугольник как в автокаде выбрать весь нижний пояс), жмем Enter.

,