Расчет фермы из профиля. Изготовление ферм из профильной трубы своими руками. Как рассчитать навес, чертежи

Ферма − это несложное архитектурное сооружение, имеющее разноцелевое назначение. Чаще всего оно нужно для защиты малой территории отдыха от ярких солнечных лучей и непредвиденных атмосферных осадков либо же, как альтернатива крытой постройки на месте загородной дачи. В качестве материала в целях долговечности конструкции используются трубы из металла. Но прежде чем приступать к строительным работам, потребуется правильный расчет фермы из профильной трубы для навеса.

Преимущества профильных труб для ферм

Профильные трубы обладают целым рядом достоинств:

Оптимальной устойчивостью при существенных внешних нагрузках, благодаря которой навес не деформируется и не разрушается.
Приемлемой ценой готового изделия, потому что в качестве исходного материала применяются полые трубы из металла.
Облегченным весом за счет заполнения внутренней полости профильных труб воздухом.
Отменной прочностью.
Продолжительным сроком эксплуатации.
Возможностью реализации самых сложных вариантов конструкции, не вкладывая при этом много времени и сил.
Допустимостью ее изготовления своими руками при правильном расчете фермы из металлической трубы (прочитайте также: " ").

Применение профильных труб всевозможных форм

На сегодняшний день такие трубные изделия актуальны в машиностроении сельского хозяйства, строительстве, мебельном производстве. Благодаря специфическим свойствам профильных труб, можно претворить в жизнь самые оригинальные проекты по созданию перекрытий, пролетов, опорных конструкций, каркасов под последующее строительство объектов. Те же современные билборды делают с помощью профильных труб.

Навесы тоже не оказались исключением. Чтобы конструкция гарантированно получилась надежной и бюджетной, в качестве материала лучше использовать профилированную трубу (прочитайте: " "). Оптимальное решение − изделия с квадратным и прямоугольным сечениями. Если придерживаться размеров чертежа, из которого понятно, как сварить ферму из профильной трубы, получится устойчивая конструкция.

Основные нюансы готового изделия

Любое строительное сооружение держится благодаря правильно спланированной специальной системе или ферме. Нельзя просто так изменять ее геометрические размеры, даже при смене жестких узлов на шарнирные. Если стержни не несут нагрузки вне узла, то компоненты фермы сжимаются или растягиваются. Такие системы можно создать, воспользовавшись прямыми стержнями, связанными узлами ферм из трубных изделий. То есть, в итоге получается оригинальное висячее строение, включающее верхний и нижний пояса со стойками и раскосами между ними.

Сегодня современное строительство немыслимо без применения ферм. Но чаще всего последние востребованы при возведении покрытий огромных пролетов. Согласно такому принципу сооружаются спорткомплексы, мосты, сцены, подиумы, павильоны и др. Тот, кто нуждается в подобной конструкции, может купить ее в готовом виде или же самостоятельно сварить из труб, но прежде стоит разобраться, как рассчитать навес из профильной трубы.

Рассмотрим последний вариант, представляющий длительное и трудоемкое мероприятие.

Оно включает в себя:

Определение точного количества трубного материала для будущей фермы и степени давления на элементы системы.
Ответственный подход к подбору материала для фермы, имеющей треугольную форму. Оптимальным решением окажутся облегченные профилированные трубы с квадратным сечением. Отсюда и получается добротная конструкция.
Изготовление чертежа фермы из профилированной трубы с учетом особенностей каждой детали. По нему в дальнейшем будут собирать всю постройку.
Последний этап − выполнение монтажных работ, от которых зависит надежность и длительность эксплуатационных возможностей сооружения. А для положительного результата нужно досконально знать, как правильно сваривать фермы из профильной трубы. Читайте также: " ".

Выбор конструкции фермы из прямоугольных элементов зависит от:

длины пролета;
размещения перекрытия чердака;
угла уклона крыши.

Как рассчитать ферму

Вот стандартные этапы данной процедуры:

Выбор желаемой схемы треугольной фермы с ориентировкой на требуемую конфигурацию. При этом уделяется внимание главной функции навеса, материалам для его построения, иным характеристикам.
Определение четких размеров будущей конструкции. Например, высота зависит от типа кровли и используемых материалов. При пролете свыше 36 метров потребуется дополнительно просчитать еще один параметр − строительный подъем, имеющий отношение к погашаемому изгибу − обратному от давлений на ферму.
Вычисление габаритов панелей постройки, четко соответствующие расстоянию между элементами конструкции, которые передают нагрузки в системе. Далее − определение длины между узлами. Чаще всего, такой параметр считают идентичным ширине панели. Читайте также: " ".

По подобной схеме, но со своими специфическими нюансами можно выполнить расчет арочной фермы из профильной трубы. В качестве ориентира лучше взять стандартные этапы процедуры.

После определения всех цифровых значений для строительства будущей фермы, нужно вписать их в формулы и внести в соответствующую компьютерную программу, которая выдаст четкую схему конструкции. И лишь после всех этих действий можно заняться изучением другого, не менее серьезного дела ─ как правильно сварить ферму из профильной трубы. От профессионализма специалистов этой сферы зависит качество дальнейших монтажных работ.

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:

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

При произведении расчетов следуйте таким советам:

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;
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:

Для конструкций небольших размеров, ширина которых составляет до 4,5 м, понадобится использовать трубу из металла 40х20х2 мм;
Для конструкций, ширина которых составляет менее 5,5 м, нужно использовать трубу с размерами 40х40х2 мм;
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

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;
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;
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;
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.

Металлические фермы не являются редкостью в условиях современного строительства. Такие конструкции особенно востребованы при обустройстве помещений с большими размерами или в случае необходимости получить стропильную систему с наиболее высоким уровнем прочности и надёжности. Кроме того, металл обладает характеристиками, позволяющими оформлять конструкции из профильных труб для монтажа пролётов с длиной более десяти метров.

Преимущество стропильных ферм из труб

стабильно высокие прочностные характеристики, которые позволяют обеспечить максимально долгую эксплуатацию всей конструкции;

использование металлического профиля значительно облегчает сооружение наиболее сложных конструкций с минимальными затратами времени и сил;

фермы из профильных труб отличаются вполне доступной стоимостью;

фермы из профилей обладают незначительным весом;

конструкции, изготовленные с использованием профильных труб, отличаются устойчивостью к деформационным изменениях и испытывают минимальные последействия вследствие механических ударов или других повреждений.

Кроме того фермы, выполненные на основе металлических профилей можно окрашивать, что позволяет получить очень качественную и внешне эстетичную конструкцию.

Область применения

Основной сферой использования ферм является конструирование металлических каркасов для навесов и различных построек . Кроме того, посредством таких конструкций выполняется защита значительных площадей от солнца и атмосферных осадков. Широко используются металлические фермы в сооружении мостов и в качестве перекрытий в сегменте промышленного или частного строительства.

Локальное использование ферм из профильных труб наблюдается при обустройстве объектов связи, линий электроснабжения, автотранспортных дорог. Их эксплуатируют при возведении спортивных и культурно-массовых сооружений.

Виды профильных труб

Для выбора определённого варианта стальной конструкции необходимо определиться с видом профильной трубы, которые сильно отличаются размерами, ГОСТами, конфигурацией и могут иметь

следующие формы:

квадратная труба с одинаковым соотношением размеров всех сторон;

прямоугольная труба с различными размерами сторон;

овальные трубы, отличающиеся дороговизной, что обусловлено трудоёмкостью изготовления.

Очень важно правильно рассчитывать параметры профильных труб, из которых будет состоять конструкция фермы:

для небольших сооружений с шириной не более 4, 5 метра оптимальные размеры составляют 4 x 2 x 0,2 сантиметра;

конструкции с шириной не более 5,5 метра обустраиваются трубами с размерами 4 x 4 x 0,2 сантиметра;

для конструкций, с шириной более пяти метров, допускается использование металлопрофиля с параметрами 4 x 4 x 0,3 сантиметра или 6 x 3 x 0,2 сантиметра.

В зависимости от типа изготовления, трубы профильные могут быть представлены:

электросварными холоднодеформированными изделиями;
электросварными изделиями;
горячедеформированными изделиями;
холоднодеформированными изделиями;
бесшовными изделиями.

Разновидности конструкций

На основании формы металлической фермы различаются следующие разновидности:

односкатный вариант фермы на основе профильных труб;
двухскатный вариант фермы;
прямой вариант;
арочный вариант.

Виды конструкций

Кроме того, конструкции металлических ферм подразделяются в зависимости от очертаний пояса:

конструкция с параллельным поясом . Особенности такого варианта обусловлены лёгкостью монтажа благодаря значительному количеству однотипных деталей, одинаковой длине стержней решётки и пояса, наличию незначительного количества стыков, полной унификации конструкции и возможности использовать под мягкое кровельное покрытие.

односкатная конструкция фермы . Характеризуется устройством узлов оптимальной жёсткости, отсутствием длинных стержней в серединной части металлопрофильной фермы и достаточной экономичностью конструкции.

ферма полигональной конструкции . Такой сложный вариант чаще всего используется при возведении строений со значительным весом и способствует обеспечению экономичного использования профилей.

треугольная конструкция фермы . Особенностями являются простота изготовления и возможность использовать такой вариант для кровель с большим уклоном. Следует учитывать сложность устройства большинства опорных узлов и значительный расход металлопрофиля.

Все фермы на основе профильных труб могут быть представлены сооружением с объединением всех элементов в одной плоскости или висячей конструкцией, включающей верхний и нижний пояса.

Проектирование и расчёт

Наиболее важным этапом возведения любой конструкции является проектирование и расчёт, которые должны учитывать следующие нюансы:

показатель нагрузки на конструкцию фермы;
величина конструкционного уклона;
местоположение перекрытий;
протяжённость обустраиваемых пролётов.

Следует учитывать, что на сегодняшний день существует всего четыре конструкционных варианта металлических ферм для обустройства двухскатных кровель:

классический вариант треугольника со стропильными распорами;

треугольный вариант конструкции с лобовыми врубками;

вариант пятиугольных сегментов, оснащённых дополнительными рёбрами для повышения жёсткости;

вариант многоугольного исполнения, используемый для пролётов длиннее 24 метров, на которые предполагается потенциально высокий уровень внешних нагрузок.

Особенности и этапы расчётов, на которые следует обратить особое внимание:

перед расчётами необходимо выполнить схему с указанием зависимости длины конструкции от величины кровельного уклона;

выбор схемы должен сочетаться с определением контура поясов выполняемой фермы, что находится в непосредственной зависимости от функциональных особенностей конструкции, варианта кровельного материала и угла кровельного наклона;

выбор параметров длины и высоты фермы, а при длине более 36 метров требуется произвести расчёт строительного подъёма;

определение размеров панелей в зависимости от величины нагрузки и расчёт междоузельных расстояний.

Элементы и узлы

Основные конструкционные элементы ферм из труб могут быть представлены верхним и нижним поясами, а также раскосами и стойками. Пояса в таких фермах образуют контуры, а наличие раскосов и стоек необходимо для обустройства решётки. Узловые соединения всех элементов конструкции базируются на непосредственном примыкании элементов друг к другу или основаны на использовании специальных узловых фасонок.

Все элементы металлических ферм необходимо центрировать по осевому направлению от центра тяжести, что позволяет снизить узловые моменты и обеспечить работу стержней на основные осевые усилия.

Фермы из профильной трубы

Угол уклона позволяет выделить несколько типов металлопрофильных ферм:

Угол кровельного уклона от 22 до 30 градусов .

Возведение при угле наклона крыши 22-30 градусов

Высота фермы рассчитывается посредством деления длины пролёта на пять. Основным преимуществом является достаточно небольшой вес конструкции.

Если величина длины пролёта более четырнадцати метров, то предпочтение следует отдать конструкции с расположением в направлении сверху вниз. Верхняя часть обустраивается панелью с параметрами длины от 1,5 до 2,5 метра, а сама конструкция должна иметь два пояса и чётное количество панелей.

Изготовление промышленных металлопрофильных ферм с длиной более двадцати метров, подразумевает монтаж металлических сооружений подстропильного типа, которые будут связывать опорные колонны .

Как правило, стандартные конструкции состоят из пары треугольных ферм, которые соединяются затяжкой. Такой вариант не позволяет образоваться длинным раскосам в средней части конструкции, и способствует облегчению общего веса конструкции. Закрепление потолка на такой ферме происходит фиксацией затяжки на верхнем узле пояса.

Угол кровельного уклона от 15 до 22 градусов .

При таком уклоне для расчёта высоты конструкции длину пролёта необходимо разделить на семь. Следует учитывать, что показатель длины такой металлопрофильной фермы не должен превышать двадцать метров. Если длина значительнее, то требуется использовать затяжки, а нижний пояс изготовить на основе ломанного варианта.

Минимальный кровельный уклон, не превышающий 15 градусов .

Оптимальным вариантом является устройство в форме трапеции. Для расчёта высоты требуется разделить длину пролёта на показатель, который в зависимости от величины уклона может варьироваться в пределах 7 — 9. При установке фермы не на потолок, в виде раскосов допускается использование треугольной решётки.

Изготовление и сварка

Весь процесс изготовления базируется на выполнении действий в определённой последовательности и соблюдении нескольких правил, которые позволяют собрать надёжную и качественную металлопрофильную конструкцию:

для сборки и скрепления всех элементов конструкции необходимо пользоваться прихватками или спаренными уголками;

конструирование верхнего пояса фермы подразумевает использование двух тавровых разносторонних уголков, которые стыкуются меньшими сторонами;

для соединения нижнего пояса конструкции следует использовать уголки с равными сторонами;

большая и длинная ферма соединяется посредством накладных пластин, а чтобы получить равномерное распределение нагрузки следует использовать парные швеллеры;

при монтаже раскосов требуется выдерживать угол в сорок пять градусов, а установка стоек выполняется под углом в девяносто градусов;

раскосы и стойки крепятся посредством тавровых или крестообразных уголков с равными сторонами;

при изготовлении цельносварных конструкций целесообразно использовать тавры;

собрав конструкцию посредством прихваток можно выполнять сварочные работы ручного или автоматического типа с последующей зачисткой всех швов.

На завершающем этапе необходимо обработать всю конструкцию качественным антикоррозийным составом и краской.

Подводим итоги

Качественные и грамотно выполненные металлические фермы должны соответствовать всем нормам безопасности и возводиться в соответствии с установленными государственными стандартами.

Чем выше возводимая ферма, тем больше её несущая способность, что необходимо учитывать при проектировании и выполнении узлов соединений.

Профильные трубы являются недорогими, лёгкими, экономичными и прочными элементами и относятся к категории идеальных вариантов для изготовления объёмных стропильных ферм.

В основе перекрытия любой хозяйственной постройки, будь то жилой дом, ангар, промышленный цех или целый стадион, закладывают специальный каркас – ферму. Наибольшей популярностью в последнее время стали пользоваться фермы из профильной трубы. О том, какие бывают разновидности ферм из профильных труб, а также как сделать расчеты для изготовления той или иной конструкции, мы расскажем далее в материале.

Существует очень много разновидностей металлических ферм из профильной трубы, а в некоторых случаях они даже становятся основой для дымоходов. Но чтобы вся конструкция была прочной и надежной, нужно правильно выполнить чертеж, по которому будет изготавливаться каркас.

Разнообразие металлических ферм из трубы

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

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

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

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

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

По форме фермы из стальных профильных труб можно разделить на:

прямые;
арочные;
односкатные и двускатные.

Наиболее востребованным и часто применяемым типом ферм из стального профиля являются арочные. Их конструкция довольно прочна и эффективна, к тому же, такую ферму можно перекрыть листами поликарбоната. Однако чтобы добиться максимально равномерного распределения нагрузки на профиль арочной фермы, следует тщательно провести расчеты. Для сооружения ферм арочного типа могут применяться как одиночные профильные трубы, так и предварительно сваренные вместе.

Чертеж фермы из стального профиля

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

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

Отметим, что для получения максимально правильных расчетов при подготовке чертежей для арочной фермы, лучше воспользоваться инженерным калькулятором. К тому же, в помощь проектировщикам сейчас разработаны специальные компьютерные программы и алгоритмы, так что нет необходимости считать вручную.

Как рассчитать арочную профильную ферму

Для того чтобы разобрать методологию расчета арочной фермы из профильной трубы, приведем пример с конкретными цифрами.

Отдельные участки фермы будут размещены на расстоянии в 105 см, причем максимальная нагрузка приходится на узловые точки. При этом высота арки не будет больше 3 метров. Более того, желательно выполнить арку с высотой в 1,5 м, что сделает ее более прочной, безопасной и достаточно привлекательной внешне. Длина фермы (L) будет равна 6 метрам, а стрела нижнего пояса (f) составляет 1,3 метра. В нижнем ярусе радиус окружности (r) будет равен 4,1 метрам, а угол между радиусами равняется α=105.9776º.

Для расчета длины профиля для нижнего яруса, воспользуемся формулой:

mн=π×Rα/180, где

mн – длина профиля для нижнего яруса;

R – радиус окружности;

π – постоянная величина.

Таким образом, получим следующий расчет:

mн=3,14×4,1×106/180 = 7,58 метров.

При этом в нижнем поясе шаг между угловыми точками составит 55,1 см, а вот для крайних отрезков по обеим сторонам в поясе шаг нужно определить самостоятельно. Можно воспользоваться округленным значением в 55 см, однако, в любом случае нежелательно увеличивать длину шага.

Если ферма из профиля требуется для сооружения небольших размеров, то можно ограничиться количеством пролетов в 8-16 штук. Если взять меньшее число пролетов, то панели по длине будут достигать 95,1 см с шагом между поясами в пределах 87-90 см. При наибольшем же числе отрезков шаг будет равен 40-45 см.

Нормативы расчета профиля для фермы

Для правильного выбора профиля, особенно, если он будет использоваться в крупных конструкциях, следует отталкиваться от показателей СНиП:

07-85 – сведения о характере зависимости между весом конструкционных элементов сооружения и воздействием снежных нагрузок;
П-23-81 – последовательность проведения работ со стальными профильными трубами.

Для наглядности, рассмотрим реальный пример расчетов для односкатной фермы из профильной трубы. Строиться будет навес с размерами 4,7×9 метров. В передней части он должен опираться на опорные столбы, а задняя часть будет закреплена на жилом доме. Расположена постройка будет в Краснодарском крае, где уровень снеговой нагрузки в зимнее время составляет 84 кг/м 2 . Общий уклон конструкции составит всего 8 градусов.

Каждая из стоек будет иметь высоту в 2,2 метра, и весить порядка 150 кг. При этом нагрузка на них будет достигать 1100 кг. В таком случае неприемлемы ни круглые, ни овальные профильные трубы. Воспользоваться нужно квадратными 45 мм профилированными изделиями с толщиной стенки в 4 мм.

Как вариант, конструкцию фермы можно слегка видоизменить, добавив к ней 2 параллельно идущих пояса с косой решеткой между ними, в таком случае можно обойтись профилями со стенкой 3 мм и сечением 25 мм. Высота фермы в 40 см предполагает использование профилированных труб сечением 35 мм и стенками в 4 мм.

Соотношение сечения профиля и толщины стенок в зависимости от нагрузки можно найти в ГОСТ 30245.

Чтобы профили в арочной ферме были защищены от воздействия окружающей среды и были надежны, они должны быть изготовлены из качественного материала, предпочтительно, из легированной стали с достаточным включением углерода.

При разработке проекта металлической фермы стоит обращать внимание на ряд нюансов:

чтобы облегчить общий вес металлической фермы, можно при строительстве ангара установить вспомогательные решетки – вариант приемлем, если наклон крыши достаточно мал;
ломаная форма нижнего пояса поможет существенно сократить массу конструкции со средним углом уклона;
прочность кровли можно обеспечить, если размещать фермы с шагом не более 175 см.

Сборка и сварка ферм из профилированных металлических труб должна производиться с соблюдением таких норм:

Для прочного соединения всех конструкционных деталей сооружения применяют спаренные уголки и прихватки.
В нижнем поясе для сварки элементов используются равносторонние уголки.
Для верхнего пояса фермы при сварке используют двутавровые уголки. Фиксируются встык они по наименьшим сторонам, имеющим различную длину.
Чтобы нагрузка была равномерно распределена по всей конструкции, используют парные швеллеры и пластины-накладки. Как правило, таким приемом пользуются, когда нужно сделать навес длиннее.
Все сварные швы по завершении работ нужно тщательно перепроверить. После этого можно произвести зачистку.
Если нужно, то в конце производится окрашивание фермы антикоррозийным составом. Если же профиль из легированной стали, то в покраске он не нуждается.

Таким образом, для многочисленных построек хозяйственного или промышленного применения очень часто изготавливают фермы из профилированных труб. Ввиду значительной сложности и трудоемкости процесса расчетов, проектирование и создание чертежа лучше доверить профессионалам.

Навес из труб и поликарбоната становится все более популярной архитектурной формой на приусадебном участке. Ничего удивительного, ведь это строение может выполнять множество функций, начиная от открытого гаража для автомобиля, дровяного склада, крытой игровой площадки и заканчивая зоной отдыха с мангалом и мягкими креслами.

Ключевым преимуществом является возможность изготовления такой конструкции своими руками. В представленной статье будут даны рекомендации по выбору материала, примеры расчетов опор и ферм и как сварить навес из профильной трубы.

Расчет оптимальной формы навеса

Длина стропила зависит от угла наклона фермы. Для различных величин углов оптимально использование разного кровельного материала:

22-30 – оптимальный угол наклона для строений в областях со значительными снеговыми нагрузками. В качестве конструкция навеса из профильной трубы с таким углом предусматривает преимущественно треугольную форму. Она оптимальна для асбестовых прямых и волнистых листов, различного типа металлопрофиля и этернитового кровельного покрытия.
15-22 – так же являются двухскатными с металлическими типами кровельных покрытий. Такой угол наклона характерен для регионов с увеличенными ветровыми нагрузками. Максимальная величина пролета треугольной фермы с таким углом 20 м.
6-15 – преимущественно односкатные трапециевидные фермы с покрытием из поликарбоната и профнастила.

Односкатный навес из профильной трубы, фото строения с кровлей из профнастила

Расчет навеса из поликарбоната из профильной трубы производится в соответствии со СНиП П-23-81 «Стальные конструкции» и СНиП 2,01,07-85 «Нагрузки и воздействия».

Технологические требования к ферме и последовательность расчета следующая. В соответствие с техническим заданием определяется требуемая величина пролета. По представленной схеме подставляем габариты пролета и определяем высоту конструкции. Производится задание угла наклона фермы и оптимальной формы крыши навеса. Соответственно определяются контуры верхнего и нижнего пояса фермы, общие очертания и тип кровельного покрытия.

Важно! Максимальное расстояние, на котором размещаются фермы при изготовлении навеса из профильной трубы – 1,75 м.

Схема зависимости длины стропил от угла крыши при расчете фермы из профильной трубы для навеса

Выбор профиля

В качестве материала для сборки стропильной фермы можно использовать швеллера, тавры, уголки и другой профилированный прокат который изготовлен из стали марки Ст3СП или 09Г2С (в соответствии с ГОСТ). Однако все эти материалы имеют существенный недостаток по сравнению с профилированной трубой – они намного тяжелее имеют большую толщину при сопоставимых прочностных характеристиках.

Размеры элементов каркаса для навеса из профильной трубы зависят от габаритов строения. В соответствии с ГОСТ 23119-78 и ГОСТ 23118-99 для создания навеса из квадратной трубы собственными руками используют следующие материалы:

Для компактных строений с шириной пролета до 4,5 м – 40х20х2 мм;
Сооружения средних размеров с пролетом до 5,5 м изготавливаются из профтрубы 40х40х2мм;
Строения значительной величины с пролетами более 5,5 м монтируют из профильных труб различного сечения 40х40х3 мм или 60х30х2мм.
Размер стойки для навеса из профтрубы – 80 80 на 3 мм.

Чертежи, размеры и основные узлы соединений

Прежде чем приступить к сборке навеса из профильной трубы своими руками необходимо начертить детальный план всего сооружения с указаниями точных размеров всех элементов. Это поможет рассчитать точное количество материалов каждого вида и рассчитать стоимость строительства.

Чертеж навеса из профильной трубы с указанием основных габаритных размеров

Кроме того желательно сделать дополнительный чертеж наиболее сложных конструкций. В этом случае это односкатная ферма и узлы креплений ее основных элементов.

Схема для изготовления фермы из профильной трубы для навеса с основными крепежными узлами

Одним из основных достоинств профильной трубы является возможность безфасоночного соединения. Это проявляется в простоте конструкции и низкой стоимости фермы при длине стропильных пролетов до 30 м. при этом кровельный материал может опираться непосредственно на верхний пояс фермы, при условии его достаточной жесткости.

Узлы крепления для сборки навеса из профильной трубы своими руками, на фото а — треугольная решетка, б — опорная, в — раскосная решетка

Преимуществами безфасоночного сварного соединения является:

Существенное снижение массы фермы, по сравнению с клепанными или болтовыми конструкциями до 20% и 25 % соответственно.
Снижения трудозатрат и стоимости изготовления, как единичных изделий, так и при мелкосерийном производстве.
Невысокая стоимость сварки и возможность автоматизировать процесс путем использования аппаратов с устройством непрерывной подачи сварной проволоки.
Равнопрочность сварного шва и соединяемых изделий.

Из недостатков можно отметить:

Необходимость иметь довольно дорогостоящее оборудования;
Необходим опыт в сварочных работах.

Болтовые соединения при производстве изделий из профильной трубы встречаются довольно часто. Обычно они используются в разборных навесах из профильной трубы или в изделиях, производимых для массового потребления.

Болтовые соединения наиболее простые для монтажа навеса из профильной трубы своими руками, фото присоединенного элемента каркаса

Основными достоинствами таких соединений являются:

Простота выполнения сборки;
Нет необходимости в дополнительном оборудовании;
Возможность полного демонтажа сооружения.

Недостатки:

Увеличивается вес конструкции;
Необходимы дополнительные детали крепежа;
Прочность и надежность болтовых соединений несколько ниже, чем сварных.

Подведя итоги

В статье была рассмотрена конструкция и методы изготовления самого простого односкатного навеса из профильной трубы своими руками, однако, профилированная труба довольно «гибкий» материал из которого можно сделать сложные и эстетически привлекательные конструкции.