Как строить металлические фермы: расчет и сварка ферм из профильной трубы

Основные виды ферм

В современном строительстве используют фермы двух типов – стропильные и подстропильные. В работе с фермами самым важным этапом считается проектирование – правильные расчеты обеспечат качество монтажа и способность конструкции выдерживать установленные нагрузки, а вот просчеты в проекте нередко приводят к обрушению зданий.

Стропильные конструкции

Стропильная ферма железобетонная – самый сложный вариант. На рынке можно найти и стропильные конструкции, сделанные из металла, бруса (дерева), которые пользуются большей популярностью. Железобетонные конструкции обычно используют лишь там, где другой материал не подходит ввиду недостаточности характеристик и показателей по устойчивости, защите.

Для стропильных конструкций из дерева основным параметром является площадь, на которой планируется размещать объект

Для обеспечения прочности и жесткости строения, исключения риска его обвала под своим весом, важно верно рассчитать площадь, определить устойчивость ферм. Деревянные фермы нужно правильно крепить – для этой задачи обычно привлекают специалистов, не рискуя реализовывать самостоятельно

Железобетонные фермы – самые надежные и долговечные в сравнении с другими вариантами. Они обладают огромным весом, поэтому используются достаточно редко – в конструкциях с огромными площадями, в регионах со специфическим климатом, в промышленных зданиях и т.д.

Подстропильные конструкции

Эти конструкции применяются не так часто, как стропильные. Они актуальны в строительстве мансард при условии, что величина колонн превышает размер несущей конструкции. В данном случае основой фермы выступает подстропильная балка, длина которой составляет от 12 до 24 метров.

Этот тип ферм выполняется с арматурой пучковой формы, что значительно уменьшает вес, повышает надежность всей конструкции. Фермы устанавливают непосредственно на колонны стропильного типа, соединяют выбранными инструментами. Для железобетонных и металлических конструкций понадобится дополнительно обустроить сварные соединения.

Данные типы ферм применяют там, где внутри здания идут поперечные несущие стены или же все стены поперечные. Только балки подстропильные могут использоваться в возведении мансардных крыш. Стойки вводят непосредственно под ноги (колонны) и тогда конструкция дает меньше давления на здание, оставаясь устойчивой и надежной по максимуму.

Особенности конструкций

Выбор конструкции ферм навесов из профильной трубы, козырьков, стропильных систем под кровлей зависит от расчетных эксплуатационных нагрузок.

По количеству поясов различаются:

• опоры, составные части которой формируют одну плоскость;
• подвесные конструкции, в состав которых входит верхний и нижний пояс.

В строительстве можно использовать фермы с различным контуром:

• с параллельным поясом (самый простой и экономичный вариант, собирается из идентичных элементов);
• односкатные треугольные (каждый опорный узел характеризуется повышенной жесткостью, за счет чего конструкция выдерживает серьезные внешние нагрузки, материалоемкость ферм небольшая);
• полигональные (выдерживают нагрузки от тяжелого настила, но сложны в монтаже);
• трапецеидальные (схожи по характеристикам с полигональными фермами, но этот вариант более простой по конструкции);
• двухскатные треугольные (применяются для устройства крыши с крутыми скатами, характеризуются большой материалоемкостью, при монтаже много отходов);
• сегментные (подходят для сооружений со светопрозрачной кровлей из поликарбоната, монтаж усложнен из-за необходимости изготавливать дугообразные элементы с идеальной геометрией для равномерного распределения нагрузок).

В соответствии с величиной угла наклона типовые фермы подразделяют на следующие виды:

1. Угол от 22 до 30 градусов. Металлоконструкция из профильной трубы для навеса или иной кровельной конструкции имеет соотношение высоты к длине как 1:5.
   • для пролетов малой и средней длины чаще всего используют треугольные фермы из труб небольшого сечения – они легкие и при этом жесткие;
   • при длине пролета свыше 14 метров, применяют раскосы, установленные сверху вниз, а по верхнему поясу крепят панель длиной 150-250 см, чтобы получить двухпоясную конструкцию с четным количеством панелей;
   • для пролетов длиной более 20 метров, чтобы исключить прогиб фермы, требуется установка подстропильной конструкции, связанной опорными колоннами.
2. Угол от 15 до 22 градусов. Высота и длина типовой фермы соотносятся как 1:7. Конструкция применяется для перекрытия пролетов длиной до 20 метров. При увеличении высоты конструкции относительно указанных пропорций, правила требуют сделать нижний пояс ломаным.
3. Угол менее 15 градусов. Лучше, если применяемый каркас для крыши постройки или для навесов состоит из трапециевидных металлоконструкций. Фермы металлические сварные данной формы в своем составе имеют короткие стойки, за счет которых конструкция противостоит продольному изгибу. Металлоконструкции из труб, предназначенные для односкатных кровель с углом наклона от 6 до 10 градусов, должны быть асимметричными. Чтобы определить их высоту, длину пролета делят на 7, 8 или 9 в зависимости от особенностей проекта.

Опирание железобетонной фермы на колонну

Установленная конструкция закрепляется к стальным закладным на колонне. Для этого делается специальный узел, обеспечивающий прочное крепление конструктивных элементов. Если стропильная конструкция опирается непосредственно на оголовок железобетонной колонны, то при установке нужно совместить стальные опорные плиты обоих элементов, которые затем свариваются монтажным швом. Проект может предусматривать установку двух ферм на один оголовок, в этом случае они обе привариваются к закладному элементу на колонне.

Подстропильные элементы монтируются на колонны по тому же принципу – совмещаются закладные плиты, свариваемые монтажным швом. Если стропильная ферма устанавливается на стыке смежных концов подстропильной конструкции, то она приваривается только к одной из них.

1 – колонна; 2 – подстропильная ферма; 3 – стропильная ферма; 4, 6 – закладные детали; 5 – банкетка для опирания стропильных конструкций.

При укладке плит на стропильные фермы, они привариваются закладными элементами. Образовавшиеся между плитами швы тщательно заделываются бетонным или обычным раствором на основе песка и цемента.

Классификация ЖБ ферм

По форме конструкции железобетонные фермы бывают раскосными, безраскосными (они же арочные), полигональными. Часто упоминается и такая классификация: типовые, раскосные/безраскосные. Типовых вариантов достаточно много, тут все зависит от числа этажей и величины пролетов.

Особенности применения разных типов ЖБ ферм:

• Безраскосная ферма используется в случае, когда кровля имеет уклон небольшой. Также данный тип ферм актуален для здания с системами коммуникаций, шаг составляет 6/12 метров.
• Объекты без отопления, с крышей из асбестоцементных листов, предполагают использование безраскосных ферм, с пролетом 9/18 метров.
• Сегментные безраскосные и раскосные фермы всегда применяют для создания скатных кровель.

При создании ферм учитывают такие самые важные характеристики: реакция материалов на низкие/высокие температуры, плотность и прочность бетона в смеси, марка стали, реакция на коррозию. В частных домах конструкции не используются, так как самостоятельно их установить невозможно, да и вес элементов такой, что ни один малоэтажный дом не выдержит.

Особенности производства и выбора железобетонных ферм:

• Общий вес системы включает массу стропильной фермы и покрытия кровли.
• Основные нагрузки учитывают: сильный ветер, осадки, снег. Есть также периодические – землетрясения и другие форс-мажорные обстоятельства.
• Каркас фермы включает массу армированных стальных элементов, что обеспечивает максимальную устойчивость.
• С целью уменьшения веса изделия могут использоваться легкие бетоны, что на качестве не сказывается никак.
• Перед заливкой стальная арматура покрывается специальными пропитками, исключающими раннюю коррозию, что делает кровлю стойкой ко влаге, снегу, морозу, ультрафиолету, перепадам температуры.
• Контур фермы включает два пояса для формирования прочного изгиба, а решетка состоит из раскосов и стоек.
• Фермы могут быть полигональными и сегментными, все они отличаются по уклону и форме пояса.

Сфера применения

Железобетонные фермы, как и конструкции из других материалов, применяются в возведении разнообразных объектов – пролетов мостов, установки крыши разного типа сооружений, гидротехнических затворов, опор для линий электропередачи.

Ввиду того, что конструкции отличаются целым рядом выгодных преимуществ (защита от трещин, стойкость к морозу и агрессивным воздействиям, прочность и надежность, долговечность и высокая несущая способность), фермы актуальны в самых разных зданиях. Они могут поддерживать кровли, перекрывать пролеты, колонны, служить для создания промежуточных опор для установки последующих конструкций.

Бывает, что фермы используют и в открытом виде – в строительстве промышленных сооружений, участков. Жилое строительство не использует железобетонные фермы вообще.

Ферма из замкнутых гнутосварных профилей. Пролет 18м. КМД

ферма выполнена по типу серия 1.460.3-23.98 Вып. 1 Стальные конструкции покрытий производственных зданий из гнутосварных профилей прямоугольного сечения пролетом 18, 24 и 30 м

Фермы стальные стропильные из гнутосварных профилей прямоугольного сечения изготавливаются в соответствии со стандартом ГОСТ 27579-88 Настоящий стандарт распространяется на стальные сварные стропильные фермы из гнутосварных профилей прямоугольного сечения (типа «Молодечно») , предназначенные для отапливаемых зданий пролетами 18, 24 и 30 м, с рулонной или мастичной кровлей по стальным профилированным листам; с неагрессивными или слабоагрессивными средами; возводимые в любых климатических районах по ГОСТ 16350—80 и с сейсмичностью до 9 баллов включительно.Стандарт также распространяется на фермы для зданий с мостовыми кранами групп режимов работы 1К—6К по ГОСТ 25546—82 и подвесными кранами грузоподъемностью до 5 т.

На площадку поставляются металлические фермы покрытия типа “Молодечно” с уклоном кровли 10% и 1,5% и пролетами 9, 12, 15, 18, 21, 24 и 30 м., а также подстропильные фермы 3, 4, 5, 6, 9, 12, 18 метров.

Описание и виды конструкций

Железобетонная ферма представляет собой каркасную конструкцию, которая состоит из верхнего и нижнего пояса, соединяемых вертикальными стойками и наклонными раскосами, образующими решетку. Места соединений элементов называют узлами. Все элементы имеют прямоугольное сечение и изготавливаются из железобетона.

Фермы могут поставляться цельными или составными, из нескольких сегментов, которые впоследствии соединяются. В строительстве используется два основных вида ферм – стропильные и подстропильные.

Стропильные применяются на пролетах до 24 м. Они имеют несколько основных разновидностей по форме поясов:

• Сегментные (арочные);
• Полигональные (ломаный верхний пояс);
• С параллельными поясами;
• Треугольные.

Также фермы имеют несколько типов решетки:

• Безраскосная;
• Раскосная;
• Треугольная.

Подстропильные фермы – вспомогательный элемент, применяемый в качестве основы под стропильные конструкции, если их длина меньше, чем расстояние между опорами. Они устанавливаются продольно и крепятся к специальным закладным деталям. Эти конструкции имеют тавровое сечение, с полкой, усиленной в местах упора на колонны. Этот тип ферм тоже делится на подвиды:

• Под скатную кровлю (ФПС).
• Для малоуклонной кровли (ФПМ).
• Со стойками с предварительно напряженной арматурой для малоуклонной кровли (ФПН).
• Для возведения плитных перекрытий на весь пролет (ФП).

Отличия стропильной фермы от подстропильной

Главная функция железобетонных стропильных ферм – перекрытие пролетов зданий и сооружений. Они являются основанием непосредственно для кровли как стандартные кровельные стропила. Пояса стропильной фермы имеют различную конфигурацию – параллельные линии, трапеция, сегментную или криволинейную. Это позволяет оптимально распределить нагрузку на кровлю, добиться максимальной прочности и устойчивости. Максимальная длина этого элемента достигает 24 м.

Подстропильные фермы используются как основание для стропильных конструкций, когда расстояние между несущими стенами или колоннами слишком велико. Они укладываются продольно, если все несущие стены здания поперечные, обеспечивая устойчивость и прочность кровли. Для облегчения и повышения надежности в подстропильных конструкциях применяется пучковая форма арматуры.

Армирование и изготовление

По нормативам ГОСТ 20213-2015 железобетонные фермы изготавливаются из бетонов марок М400-М700. Для создания армирующего каркаса применяется сталь А400, А600, А800 или А1000, армирующие канаты К1400 или К1500, скрепляемые прочной проволокой Вр1200, Вр1600. Если длина конструкции превышает 9 м, в ней используется предварительно напряженная арматура. В некоторых случаях используются дополнительные каркасы из легкой проволоки для предотвращения появление трещин.

Арматурный каркас верхнего пояса делается из сварных элементов из стального прута, которые устанавливаются парами на опорных точках. Это обеспечивает повышенную прочность конструкции в наклонных сечениях. Для этого используются наборы арматуры диаметром от 6 до 10 мм с шагом 100 мм. Узлы арматурного каркаса дополнительно укрепляются при помощи сварки.

Фермы ЖБИ изготавливаются на бетонных заводах, арматурный каркас устраивается в опалубке, которая заливается бетонным раствором, уплотняемым при помощи вибраторов. Изделие нельзя использовать до того момента, пока раствор не наберет прочность, для чего требуются 21 сутки. В бетон могут добавляться пластифицирующие и морозостойкие присадки.

Транспортировка

Готовые изделия транспортируются на прицепах-фермовозах, наиболее популярный вариант платформа ФKП-16.

Железобетонные элементы устанавливаются на нижнюю часть пояса и тщательно укрепляются на фермовозе, чтобы не сдвинулись или не опрокинулись при перевозке.

Номенклатура стальных стропильных ферм по серии 1.460.3-23.98.1 (с уклоном верхнего пояса 10%)

• Фермы стропильные пролетом 18 м:
• ФС-18-2,2 (с расчетной нагрузкой 2,2 тс/м)
• ФС-18-3,1 (расчетная нагрузка 3,1 тс/м)
• ФС-18-3,6 (расчетная нагрузка 3,6 тс/м)

• Фермы стропильные пролетом 24 м:
• ФС-24-2,0 (с расчетной нагрузкой 2,0 тс/м)
• ФС-24-2,4 (расчетная нагрузка 2,4 тс/м)
• ФС-24-2,9 (расчетная нагрузка 2,9 тс/м)
• ФС-24-3,3 (расчетная нагрузка 3,3 тс/м)
• ФС-24-3,7 (расчетная нагрузка 3,7 тс/м)

• Фермы стропильные пролетом 30 м:
• ФС-30-1,7 (с расчетной нагрузкой 1,7 тс/м)
• ФС-30-2,0 (расчетная нагрузка 2,0 тс/м)
• ФС-30-2,3 (расчетная нагрузка 2,3 тс/м)
• ФС-30-2,6 (расчетная нагрузка 2,6 тс/м)

Мы изготавливаем следующие типовые металлоизделия:

Лестницы маршевые, площадки, лестницы стремянки и их ограждения по серии 1.450.3-7.94.2:

• Стальные лестничные марши типа ЛГФ со сплошными рифлеными ступенями
• Стальные площадки типа ПГФ со сплошным рифленым настилом
• Стальные лестничные марши типа ЛГВ с решетчатыми ступенями из просечки
• Стальные площадки типа ПГВ с решетчатым настилом из просечки
• Стальные лестничные ограждения типа ОЛГ
• Стальные ограждения площадок типа ОПБГ и ОПТГ
• Стальные стремянки типа СГ вертикальных лестниц
• Стальные ограждения типа ОСГ вертикальных лестниц

Лестницы маршевые, площадки, лестницы стремянки и их ограждения по серии 1.450.3-3.2:

• Стальные лестничные марши типа МЛГФ со сплошными рифлеными ступенями
• Стальные площадки типа ПМГФ со сплошным рифленым настилом
• Стальные лестничные марши типа МЛГВ с решетчатыми ступенями из просечки
• Стальные площадки типа ПМГВ с решетчатым настилом из просечки
• Стальные лестничные ограждения типа ОГл(п)МЛГЭб
• Стальные ограждения площадок типа ОГПМГЭб
• Стальные стремянки типа СГ вертикальных лестниц
• Стальные ограждения типа ОГС вертикальных лестниц

Стальные лестницы-стремянки для колодцев по:

• серии 3.902-8
• серии 3.903 КЛ-13 (колодцы камер тепловых сетей)
• ТПР 901-09-11.84 (водопроводные лестницы)
• ТПР 902-09-22.84 (канализационные лестницы)
• ТМП 902-09-46.88 (колодцы дождевой (ливневой) канализации)

• Реклама на сайте
• Металлические ограждения лестниц жилых зданий по типовой серии 1.100.2-5.1
• Стальные ограждения лестничных маршей по типовой серии 1.050.9-4.93.3
• Металлические ограждения лестниц общественных зданий по типовой серии 1.256.2-2.1

Размеры ЖБ ферм

Изготовление бетонных и железобетонных изделий осуществляется в соответствии с ГОСТами, принятыми в стране. Естественно, что железобетонные фермы не являются исключением. В соответствии с установленными нормативами определяются основные размеры элементов, выполняется маркировка.

Основные размеры железобетонных ферм:

• Раскосные – длина от 18 до 24 метров, высота от 2.6 до 3.2 метров, ширина от 0.2 до 0.3 метров.
• Безраскосные – длина 18-24 метра, высота 2.6-3.2 метра, ширина 0.2-0.3 метра.
• Треугольные безраскосные – длина от 2 метров, высота 1.2-2.7 метров, ширина 0.2-0.25 метров.
• Для скатной кровли – от 1 метра длина, высота 2.2 метра, ширина 0.5 метров.
• Для плиточной кровли – с длиной от 1 метра, высотой 3.3 метра, шириной 0.5 метров.

Самые распространенные размеры – 18/24/36 метров. Максимально допустимый вес элемента, в соответствии с ГОСТом, может составлять 6-50 тонн. В Москве и регионах можно найти железобетонные фермы любых размеров и параметров.

Маркировка дает практически все главные характеристики и показатели ферм – размеры, тип, конструктивные особенности, свойства. Маркировка включает несколько наборов букв и цифр, которые расшифровываются по ГОСТу 23009.

Как расшифровать маркировку изделия:

• 1 группа значений – номер типоразмера, тип изделия, длина (с округлением до метров).
• 2 группа значений – числовой индекс несущей способности, указывается класс арматуры (если она предварительно напряжена), тип бетона (указывается лишь для изделий из легких типов бетона).
• 3 группа значений – есть не всегда, указывает на стойкость к сейсмическим толчкам, агрессивным средам, говорит про наличие закладных, дополнительных отверстий и т.д.

Пример расшифровки маркировки: железобетонная ферма 3ФС длиной 18 метров, с несущей способностью 6 типа, напряженной арматурой А600, залитой легким бетоном, с наличием закладных, обозначается как 3ФС18-6А600Л-1. Типоразмеры и формы разных железобетонных ферм (стропильных/подстропильных), как правило, указываются в специальных таблицах.

Лёгкая ферма 18м из профильной трубы

Данная лёгкая ферма запроектирована из гнутосварных профилей. Конструкция опирается на несущие стены из  блоков и привариваться к закладным деталям.  Тк ферма 18м (больше чем 12м)  приняты меры общей устойчивости предусмотрены: вертикальные межферменные связи и распорки между нижними поясами стропильных ферм

исходные данные

• Снеговой район (расчётная) — IV — 240 кг/м2
• Ветровой район  (нормативная) — I — 23 кг/м2
• Здание неотапливаемое
• Конструкция кровли легкая – жесткий профилированный настил

Расход материала

Масса фермы — 856кг (применяемая сталь профилей и листов — С245 — 24% и С345 — 76%)

Удельный вес конструкций ферм — 10,0 кг/м2

Примечание

Заказчик изначально  хотел выполнить кровлю из ферм, выполненных из ЛСТК. Начав просчитывать конструкцию выяснилось что физически нет такого сечения которые бы выдержало было расчётное усилие. При выполнение ЛСТК пришлось бы выполнить шаг ферм менее 2 метров, что настораживало. Плюс ко всему когда в элементах критическое напряжение возникает сложность конструирования узлов. Далее нашёл рекомендации по ЛСТК от НИИ, где в общем ясно написано что из ЛСТК рекомендуется применять фермы до 15,0 метров. Ну тут вопросы у меня спали и уговорили делать фермы стандартные.

Процесс изготовления ферм из металла и железобетона

Проще всего производятся безраскосные арочные конструкции – узлы ферм легко армируются, незаполненное пространства закрывают отводами (для проводки, систем коммуникации). Чаще всего такие изделия применяются для обустройства кровли плоской, скатной, с малым уклоном.

Для заливки железобетонных ферм используют бетон В30-В60, который демонстрирует высокий уровень прочности. Из готового бетонного раствора формируют большие каркасные конструкции или детали сборных элементов. Потом их транспортируют на место проведения работ с использованием специальной техники. Для этой цели пригоняют фермовозы – специальные машины, перевозящие фермы в готовом виде на объект.

Ввиду того, что ферма представляет собой несущий элемент крыши, до проведения установки осуществляют массу расчетов, все четко проектируют. Ведь даже при малейших погрешностях огромный вес фермы может стать причиной разрушения всего здания.

Как правило, для проектирования и реализации расчетов привлекают архитекторов, инженеров, проектировщиков, монтажников.

Установка железобетонных ферм выполняется также профессионалами – своими руками тут ничего не удастся реализовать. Только при условии верно выполненных расчетов и правильного монтажа ферм можно гарантировать прочность, надежность, долговечность конструкции.

Где применяются профильные трубы?

Схема производства профильных труб.

Основные сферы их применения: строительство, с/x машиностроение, производство мебели. Из них делаются разные металлоконструкции, каркасы для будущих построек, разнообразные перекрытия, опоры и пролеты. Также трубы используют в конструкциях рекламных постеров.

Из этого материала строятся павильоны для выставок, торговые комплексы, сооружения для спорта, складские помещения, промышленные конструкции и здания, мосты, эстакады, подъемники и др.

Область применения труб зависит от их формы. Плоскоовальные трубы гибкие, их используют для изготовления мебели, а также элементов декора. Из труб прямоугольной и квадратной форм делают конструкции, которые кладутся на плоскую поверхность (строительные арматуры, рамные распорные конструкции).

Трубы профильные нужны в строительных конструкциях как опоры и крепежи, например, в строительных фермах, о которых речь пойдет ниже.

Что представляют собой фермы

Железобетонная ферма – это конструкция специального назначения из бетона и соединенных между собой стержней стальной арматуры, которая предназначена для монтажа крыши и выступает каркасом для будущего здания.

Находящиеся вверху прутья называются верхним поясом, нижние стержни – нижним поясом. Элементы конструкции, которые располагаются в вертикальной плоскости, называются стойками.

Находящиеся под определенным углом части – это раскосные элементы. В свою очередь, стойки и раскосные элементы формируют решетку всей конструкции. Места соединения расположенных вертикально стоек и раскосных блоков называются узлами железобетонной балки.

Основные преимущества, которые обеспечивает железобетонная ферма:

• Высокий уровень прочности и надежности всего здания
• Железобетонный каркас создает жесткую структуру, гарантирует способность выдерживать серьезные нагрузки на протяжении долгих лет
• Бетон и сталь не боятся неблагоприятных химических, климатических воздействий, не меняют характеристик под ультрафиолетом, дождем, на морозе и т.д.
• Стропильный элемент полностью отвечает наиболее строгим требованиям стандартов пожарной безопасности

Фермы железобетонные бывают двух типов:

1. Монолитный элемент с целостной структурой, который создается только в заводских условиях.
2. Составная конструкция – включает несколько частей, которые собираются непосредственно на объекте.

Номенклатура стальных стропильных ферм по серии 1.460.3-14 (с уклоном верхнего пояса 1,5%)

• Фермы стропильные пролетом 18 м:
• ФС-18-2,4 (с расчетной нагрузкой 2,4 тс/м)
• ФС-18-3,2 (расчетная нагрузка 3,2 тс/м)
• ФС-18-3,9 (расчетная нагрузка 3,9 тс/м)
• ФС-18-4,3 (расчетная нагрузка 4,3 тс/м)

• Фермы стропильные пролетом 24 м:
• ФС-24-1,5 (с расчетной нагрузкой 1,5 тс/м)
• ФС-24-1,8 (расчетная нагрузка 1,8 тс/м)
• ФС-24-2,2 (расчетная нагрузка 2,2 тс/м)
• ФС-24-2,6 (расчетная нагрузка 2,6 тс/м)
• ФС-24-2,9 (расчетная нагрузка 2,9 тс/м)

• Фермы стропильные пролетом 30 м:
• ФС-30-1,3 (с расчетной нагрузкой 1,3 тс/м)
• ФС-30-1,5 (расчетная нагрузка 1,5 тс/м)
• ФС-30-1,8 (расчетная нагрузка 1,8 тс/м)
• ФС-30-2,0 (расчетная нагрузка 2,0 тс/м)