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

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

Металлические фермы для цеха

Особенности металлической стропильной системы

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

Общие понятия о стропильной ферме из металла

Сборка из ферросплава

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

Устройство металлической фермы

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

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

В зависимости от очертаний, фермы подразделяют на четыре вида:

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

Основные формы металлических конструкций

Какой профиль используется для металлических ферм

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

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

Трубные профили разного сечения

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

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

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

Что учесть для стропильных систем с разным уклоном

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

Требования к фермам с уклоном ската 22-30ᵒ

Односкатный навес из ферм

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

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

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

Кровля с углом наклона в 30 градусов

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

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

Конструкция фермы с уклоном ската 6-22ᵒ

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

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

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

Важные нюансы расчета и монтажа металлических ферм

Сборка парной металлической фермы (красным обозначена линия сварочного шва)

Особенности монтажа металлических стропил

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

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

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

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

Зависимость длины стропил от уклона ската

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

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

Фермы из профильной трубы в устройстве крыши

Изготовление и монтаж ферм своими руками

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

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

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

Сборка крыши навеса своими руками

Порядок действий такой:

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

Видео: Арочная крыша из труб

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

Навес является простой архитектурной конструкцией, которая применяется в самых различных целях. В большинстве случаев его изготавливают при отсутствии гаража с накрытием на даче или для того, чтобы защитить площадку для отдыха от сильных лучей солнца. Для обеспечения надежности и прочности подобной постройки небольших размеров понадобится произвести расчет навеса. В конечном итоге можно будет получить данные, которые смогут показать, какие фермы будут использоваться и как их нужно будет варить.

Схему закрепления профильных труб можно увидеть на рис. 1.

На рисунке 1 изображена схема закрепления труб

Как рассчитать фермы для навеса своими руками?

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

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

При проведении расчетов надо будет выполнить следующие действия:

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

При произведении расчетов следуйте таким советам:

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

На этом фото изображено металлическое укрытие

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

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

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

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

Пример расчета ферм для навеса

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

В конечном итоге можно будет получить следующие данные:

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

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

Как рассчитать ферму для навеса из поликарбоната?

Навес является сложной конструкцией, поэтому перед приобретением определенного количества материала понадобится смета. Каркас для опоры должен иметь возможность выдерживать любые нагрузки.

Для того чтобы произвести профессиональный расчет конструкции из поликарбоната, рекомендуется обратиться за помощью к инженеру с опытом подобной работы. Если навес являет собой отдельную конструкцию, а не пристройку к частному дому, то расчеты усложнятся.

Уличная кровля состоит из столбиков, лаг, ферм и покрытия. Именно эти элементы и нужно будет рассчитывать.

Если планируется изготовить навес из поликарбоната арочного типа, то не получится обойтись без использования ферм. Фермы являются приспособлениями, которые связывают лаги и опорные столбики. От подобных элементов будут зависеть размеры навеса.

Навесы из поликарбоната, в качестве основы которых применяются металлические фермы, изготавливать достаточно сложно. Правильный каркас сможет распределять нагрузку по опорным столбикам и лагам, при этом конструкция навеса не будет разрушаться.

Для монтажа поликарбоната лучше всего использовать профильные трубы. Основной расчет фермы - учет материала и уклона. К примеру, для односкатной навесной конструкции с маленьким уклоном применяется неправильная форма фермы. Если конструкция имеет маленький угол, то можно использовать металлические фермы в форме трапеции. Чем больше радиус структуры арки, тем меньше существует возможностей задержки снега на кровле. В данном случае несущая способность фермы будет большой (рис. 2).

На рисунке 2 изображен будущий навес покрытый поликарбонатом

Если используется простая ферма домиком размерами 6х8 м, то расчеты будут такими:

• Шаг между столбиками для опоры - 3 м;
• Количество металлических столбиков - 8 шт;
• Высота ферм под стропами - 0,6 м;
• Для устройства обрешетки крыши понадобится 12 профильных труб с размерами 40х20х0,2 см.

В некоторых случаях можно сэкономить путем уменьшения количества материала. К примеру, вместо 8-ми стоек можно установить 6. Можно также сократить обрешетку каркаса. Однако не рекомендуется допускать потерю жесткости, так как это может привести к разрушению сооружения.

Подробный расчет фермы и дуги для навеса

В данном случае будет производиться расчет навеса, фермы которого устанавливаются с шагом 1 м. Нагрузка на подобные элементы от обрешетки передается исключительно в узлах фермы. В качестве материала для кровли используется профнастил. Высота фермы и дуги может быть любой. Если это навес, который примыкает к основной постройке, то главным ограничителем является форма кровли. В большинстве случаев сделать высоты фермы больше 1 м не получится. С учетом того, что понадобится делать ригеля между колоннами, максимальная высота составит 0,8 м.

Схему навеса по фермам можно увидеть на рис. 3. Голубым цветом обозначаются балки обрешетки, синим цветом - ферма, которую нужно будет рассчитывать. Фиолетовым цветом обозначаются балки или фермы, на которые будут опираться колонны.

В данном случае будет использоваться 6 ферм треугольной формы. На крайние элементы нагрузка будет в несколько раз меньше, чем на остальные. В данном случае металлические фермы будут консольными, то есть их опоры располагаются не на концах ферм, а в узлах, которые изображены на рис. 3. Такая схема позволяет равномерно распределять нагрузки.

На рисунке 3 изображена схема укрытия по фермам

Расчетная нагрузка составляет Q = 190 кг, при этом снеговая нагрузка равна 180 кг/м². Благодаря сечениям возможно произвести расчет усилий во всех стержнях конструкции, при этом нужно учитывать тот факт, что ферма и нагрузка на данный элемент является симметричной. Следовательно, понадобится рассчитывать не все фермы и дуги, а лишь некоторые из них. Для того чтобы свободно ориентироваться в большом количестве стержней в процессе расчета, стержни и узлы промаркированы.

Формулы, которые понадобится использовать при расчете

Понадобится определить усилия в нескольких стержнях фермы. Для этого следует использовать уравнение статического равновесия. В узлах элементов шарниры, потому значение моментов изгиба в узлах фермы равно 0. Сумма всех сил по отношению к оси x и y тоже равна 0.

Понадобится составить уравнение моментов по отношению к точке 3 (д):

М3 = -Ql/2 + N2-a*h = 0, где l - расстояние от точки 3 до точки приложения силы Q/2, которое составляет 1,5 м, а h - плечо действия силы N2-a.

Ферма имеет расчетную высоту 0,8 м и длину 10 м. В таком случае тангенс угла a составит tga = 0,8/5 = 0,16. Значение угла a = arctga = 9,09°. В конечном итоге h = lsina. Из этого следует уравнение:

N2-a = Ql/(2lsina) = 190/(2*0,158) = 601,32 кг.

Таким же образом можно определить значение N1-a. Для этого понадобится составить уравнение моментов по отношению к точке 2:

М2 = -Ql/2 + N1-a*h = 0;

N1-a = Q/(2tga) = 190/(2*0,16) = 593,77 кг.

Проверить правильность вычислений можно путем составления уравнения сил:

EQy = Q/2 - N2-asina = 0; Q/2 = 95 = 601,32 * 0,158 = 95 кг;

EQx = N2-acosa - N1-a = 0; N1-a = 593,77 = 601,32 * 0,987 = 593,77 кг.

Условия статистического равновесия выполнены. Любое из уравнений сил, которые использовались в процессе проверки, можно использовать для того, чтобы определить усилия в стержнях. Дальнейший расчет ферм производится таким же образом, уравнения не изменятся.

Стоит знать, что расчетную схему можно составить, так чтобы все продольные силы направлялись от поперечных сечений. В таком случае знак «-» перед показателем силы, который получен при расчетах, покажет, что подобный стержень будет работать на сжатие.

Для того чтобы определить усилие в стержне з-и, понадобится первым делом определить значение угла у: h = 3siny = 2,544 м.

Ферма для навеса своими руками рассчитывается несложно. Понадобится лишь знать основные формулы и уметь их использовать.

Применив профильную трубу для монтажа ферм, можно создавать конструкции, рассчитанные на высокие нагрузки. Легкие металлоконструкции подходят для возведения сооружений, обустройства каркасов под дымоходы, монтажа опор для кровли и козырьков. Вид и габариты ферм определяют в зависимости от специфики использования, будь то домашнее хозяйство или промышленная сфера. Важно грамотно выполнить расчет фермы из профильной трубы, иначе конструкция может не выдержать эксплуатационные нагрузки.

Навес из арочных ферм

Виды ферм

Металлические фермы из трубопроката отличаются трудоемкостью в монтаже, но они экономичнее и легче конструкций из сплошных балок. Профилированная труба, которую изготавливают из круглой путем горячей или холодной обработки, в поперечном разрезе имеет вид прямоугольника, квадрата, многогранника, овала, полуовала или плоскоовальную форму. Удобнее всего монтировать фермы из квадратных труб.

Ферма – это металлоконструкция, в состав которой входит верхний и нижний пояс, а также решетка между ними. К элементам решетки относятся :

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

Конструктивные элементы металлической фермы

Фермы в первую очередь предназначены для перекрытия пролетов. За счет ребер жесткости они не деформируются даже при использовании длинных конструкций на сооружениях с большими пролетами.

Изготовление металлических ферм производится на земле или в производственных условиях. Элементы из профильных труб обычно скрепляются между собой при помощи сварочного аппарата или клепок, могут использоваться косынки, парные материалы. Чтобы смонтировать каркас навеса, козырька, крыши капитальной постройки, готовые фермы поднимают и крепят к верхней обвязке согласно разметке.

Для перекрытия пролетов применяются различные варианты ферм из металла. Конструкция может быть :

• односкатной;
• двухскатной;
• прямой;
• арочной.

Треугольные фермы, изготовленные из профильной трубы, используются как стропила, в том числе для монтажа простого односкатного навеса. Металлоконструкции в виде арок пользуются популярностью благодаря эстетичности внешнего вида. Но арочные конструкции требуют максимально точных расчетов, поскольку нагрузка на профиль должна распределяться равномерно.

Треугольная ферма для односкатной конструкции

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).

Очертания поясов ферм

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

Основы расчета

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

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

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

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

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

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

Чертеж с размерами элементов

Рассчитываем ферму из стальной профильной трубы

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

Изготовление конструкции из профильной трубы

Чтобы обеспечить необходимую точность расчетов, используйте строительный калькулятор – подходящую специальную программу. Так вы сможете сопоставить свои и программные расчеты для того, чтобы не допустить большого несоответствия в размерах!

Арочные конструкции: пример расчета

Чтобы сварить ферму для навеса в виде арки, применяя профильную трубу, необходимо правильно рассчитать конструкцию. Рассмотрим принципы расчета на примере предполагаемого сооружения с пролетом между опорными конструкциями (L) 6 метров, шагом между арками 1,05 метра, высотой фермы 1,5 метра – такая арочная ферма выглядит эстетично и способна выдержать высокие нагрузки. Длина стрелы нижнего уровня арочной фермы при этом составляет 1,3 метра (f), а радиус окружности в нижнем поясе будет равен 4,1 метра (r). Величина угла между радиусами: а=105.9776°.

Схема с размерами арочного навеса

Для нижнего пояса длину профиля (mн) рассчитывают по формуле:

mн = π×R×α/180 , где:

mн – длина профиля из нижнего пояса;

π – постоянная величина (3,14);

R – радиус окружности;

α – угол между радиусами.

В результате получаем:

mн = 3,14×4,1×106/180 = 7,58 м

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

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

Профильная труба для монтажа ферм: требования к расчету

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

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

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

Навес для авто из трубопроката

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

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

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

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

Сварка элементов фермы

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

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

Введите значения размеров в миллиметрах:

X – Длина треугольной стропильной фермы зависит от размера пролета, который необходимо накрыть и способа ее крепления к стенам. Деревянные треугольные фермы применяют для пролетов длиной 6000-12000 мм. При выборе значения X нужно учитывать рекомендации СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции» (актуализированная редакция СНиП II-25-80).

Y – Высота треугольной фермы задается соотношением 1/5-1/6 длины X .

Z – Толщина, W – Ширина бруса для изготовления фермы. Искомое сечение бруса зависит от: нагрузок (постоянные – собственный вес конструкции и кровельного пирога, а также временно действующие – снеговые, ветровые), качества применяемого материала, длины перекрываемого пролета. Подробные рекомендации о выборе сечения бруса для изготовления фермы, наведены в СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции», также следует учитывать СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». Древесина для несущих элементов деревянных конструкций должна удовлетворять требованиям 1, 2 и 3-го сорта по ГОСТ 8486-86 «Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия».

S – Количество стоек (внутренних вертикальных балок). Чем больше стоек, тем выше расход материала, вес и несущая способность фермы.

Если необходимы подкосы для фермы (актуально для ферм большой протяженности) и нумерация деталей отметьте соответствующие пункты.

Отметив пункт «Черно-белый чертеж» Вы получите чертеж, приближенный к требованиям ГОСТ и сможете его распечатать, не расходуя зря цветную краску или тонер.

Треугольные деревянные фермы применяют в основном для кровель из материалов требующих значительного уклона. Онлайн калькулятор для расчета деревянной треугольной фермы поможет определить необходимое количество материала, выполнит чертежи фермы с указанием размеров и нумерацией деталей для упрощения процесса сборки. Также с помощью данного калькулятора Вы сможете узнать общую длину и объем пиломатериалов для стропильной фермы.

Кровельные фермы для домостроения выполняются в основном из дерева, которое подвержено воздействию окружающей среды. В местах соприкосновения дерева с другими материалам необходимо устройство прокладок, которые прослужат влагоизоляцией со стороны кровли, пароизоляцией со стороны жилых помещений. Обязательно устройство вентилируемых зазоров и обработка антипиренами и антисептиком.

Кровельная ферма несет на себе все конструктивные нагрузки крыши, вес кровли, обрешетки и противостоит внешним воздействиям.

Кровельная ферма из металлоконструкций наиболее долговечный, надежный и качественный материал, который подходит абсолютно всем типам зданий, имеют широкую область эксплуатации в различных климатических зонах и погодных условиях.

Компания «МСЛ Консалтинг групп» предлагает Вам кровельные фермы из металлоконструкций следующих типов:

Двускатная кровельная ферма

Стропильная система из металла, где в основе лежит треугольник, как самая жесткая и максимально экономичная конструкция, способная равномерно распределить нагрузки на несущие стены дома и стать несущей кровельной частью. Создается на основе точных расчетов, исходя из требований к строительству крыши. Существует ряд конструктивных элементов, вариации, применение которых влияют на разнообразие видов конструкций подобных ферм. Есть различие по межопорным пролетам – висячие стропила опираются на крайние опоры, а наклонные имеют дополнительную опору на среднюю несущую стену.

Кровельная ферма ножницы

Оригинальная стропильная конструкция из металла, где нижняя плоскость состоит из двух сегментов (затяжек), имеющих уклон. Нижний пояс фермы не заполняет подкровельное пространство. В промышленных зданиях и многих дизайнерских проектах не предусматривается межэтажное перекрытие. Это дает ряд преимуществ в эстетическом плане. Но для выполнения основной функции противостояния растяжке стропил необходимо обеспечить угол наклона сборной затяжки не более 2/3 угла стропил.

Кровельная ферма односкатная

Используется для обустройства односкатной крыши или для зонообразной, где несколько скатов монтируются на разных уровнях. Желательное расположение нижней части с подветренной стороны. Как правило, угол наклона ниже, чем у многоскатных. При длине стропильной ноги более 4,5м необходимы подпоры (стойки, подкосы).

Балочная кровельная ферма с параллельными поясами

Используются на плоских или мало пологих односкатных кровлях, для обустройства мягкой кровли, для чердачных и межэтажных перекрытий или для их усиления. Решетка системы треугольников делает ферму неизменяемой при любой нагрузке. Подходит для перекрытия и больших пролетов, что делает ее наиболее востребованной в области промышленного строительства.

Треугольная рамная кровельная ферма с прямоугольным очертанием

Применяется как мансардная ферма при обустройстве двускатной треугольной крыши. В данном случае, часть стропильной системы является каркасом мансарды. Металлические балки межэтажного перекрытия могут служить затяжкой. Имеет массу конструктивных решений, основанных на использовании дополнительных подкосов и прогонов.

Чердачная кровельная ферма с прямыми стойками

Применяются в строительстве двускатной крыши для обустройства части подкровельного пространства в качестве жилого помещения, при необходимости создание дополнительной площади. Конструкция имеет две параллельные балки-стойки и горизонтальные схватки, которые формируют геометрию жилого помещения. Система подкосов выполнена за его пределами.

Кровельная ферма ножницы. Тип Т

Ножницеобразная ферма, средний сегмент нижней плоскости которой не имеет уклона и выполнен горизонтально. Центральная стойка под коньковым прогоном передает горизонтальное напряжение на нижний пояс фермы, сводя его к нулю. Дополнительные стойки позволяют увеличить ширину прогона, подкосы формируют все те же углы – основу надежной конструкции и распределяют оставшуюся нагрузку. Стропила имеют две крайние опоры.

Мансардная кровельная ферма с прямыми стойками

Конструкция с изломанными скатами для тех случаев, когда невозможно вписать мансардное помещение в простую треугольную крышу. При установке на однопролетный дом необходимо усиление схваток стояков нижнего и верхнего пояса (который служит межэтажным перекрытием). Если есть дополнительная опора из внутренней стены, это не обязательно. Жилое помещение здесь формируют параллельные схватки и стойки. Ферма без центральной опоры, и это дает простор для свободной планировки мансарды.

Мансардная ферма с высоким положением затяжки и не формирующая перекрытие

Изломанные скаты образуют два угла наклона – пологий и крутой, что идеально подходит для обустройства просторной мансарды. Отсутствует «глухая» зона. Конструктивная особенность фермы – нависающие стропила, за счет чего фермы опираются через угловые подкосы на продольные стены с закрепленным мауэрлатом. Сложная шпренгельная система в верхней части стоек и подкосов, формирующих треугольники, требует точного расчета распределения напряжения и нагрузки. Высокое положение затяжки, соединяющей стропильные ноги, обуславливает высокие требования к креплениям и к мощности самой затяжки, так как она снижает распирающее усилие металлических стропил.

Типы металлических ферм

1. Универсальные кровельные фермы для промышленных зданий: односкатные и двускатные. Пролеты для них унифицированы, они принимаются кратными 3 м, могут быть на 18, 24, 30 метров. Угол наклона раскосов составляет обычно 45-50°, общая форма обеспечивает жесткость конструкции, способность выдержать большие нагрузки.
2. Металлические кровельные фермы, имеющие дополнительные шпренгели, используются в беспрогонных конструкциях для крупнопанельных железобетонных плит с шириной в 1,5 м. Это дает возможность на 4-6% уменьшить вес фермы.
3. Треугольные кровельные фермы применяются для жилых домов, когда уклон кровли планируется достаточно крутым.

Применяемые сегодня фермы из металла могут быть самыми различными, что сильно отличает их от прочих. Они отличаются по форме поясов, пролетов, размерами, схемами изготовления. Так, статические фермы могут быть рамными, балочными, вантовыми, арочными. Балочные в этом случае отличаются более экономным расходом материалов, меньшим весом, чем остальные, они могут применяться для изготовления конструкций, нуждающихся в устойчивости к большим, постоянным нагрузкам. Арочные используются для созданий необычных привлекательных форм кровли, но при их сооружении расход строительных материалов несколько увеличен.

Кроме того, применяются комбинированные схемы, полигональные, сегментированные, треугольные, трапециевидные, с параллельными поясами. Все они отличаются большой прочностью, небольшим весом, устойчивостью. Высокое качество монтажа стропильной системы обеспечивается тем, что любой расчет для подобной конструкции осуществляется при помощи специальных программ.

В качестве материалов для изготовления металлических ферм применяются облегченный металлический оцинкованный профиль (так называемые ЛСТК, то есть легкие стальные тонкостенные конструкции), скрепляемые саморезами и специальными болтами, либо специальные стальные балки, для которых используются сварные соединения.

Монтаж кровельной фермы

Перед монтажом кровельная ферма из ЛСТК собирается на земле и поднимается на требуемую высоту в готовом виде, затем конструкция закрепляется на каркасе здания.

Монтаж выполняется в несколько этапов:

1. Установка раскосов верхней балки на земле (геометрически совмещается с линиями прогонов). Соединения выполняются при помощи саморезов.
2. Фиксация наземным раскосом первой фермы в заданном положении.
3. Установка всех последующих ферм аналогичным способом.
4. Монтаж раскосов и перемычек на балках.
5. Закрепление линейных связей между балками и раскосами.