info@mastack.ru
8 800 511 04 38
Длина фермы: правила расчета и формула
803
07.04.2023
07.04.2023
От чего зависит? Длина фермы определяется типом материала, из которого она изготовлена, видом конструкции и назначением объекта. Расчет данного параметра лучше доверить специалистам, но при наличии определенного опыта и навыков можно сделать самостоятельно.
Как это сделать? Для точных вычислений необходимо определиться с типом и размерами крыши, рассчитать шаг. Также не лишним будет разобраться, какие фермы вообще бывают и из чего состоят.
Суть и задачи ферм в строительстве
Ферма представляют собой геометрически стабильную конструкцию, состоящую из системы стержней, которые соединены друг с другом при помощи узлов. Ферма может быть плоской, если все стержни находятся в одной плоскости, или пространственной – если конструкция имеет объем.
Плоскую ферму можно нагружать исключительно в ее плоскости, а также она требует закрепления дополнительными элементами из этой плоскости. Пространственная ферма создает собой жесткий пространственный брус, который может принимать нагрузку на любую из сторон – граней. Все грани этого бруса по своей сути являются плоскими фермами.
Конструкция в форме башни является хорошим примером пространственного бруса. Рассмотрим его основные элементы. Контур образуется поясами одной длины, решетка фермы состоит из стоек и раскосов. Узлы в поясе располагаются на определенном расстоянии друг от друга, которое называется панелью. Аналогичное расстояние между наружными гранями пояса является высотой фермы, а межопорное расстояние – пролетом.
Пояс фермы, как и пояс сплошной балки, воспринимает продольное усилие и момент, а решетка работает на поперечную силу. Узлы составляются при помощи узловых фасонок, а также непосредственным примыканием элементов друг к другу. Все элементы фермы должны быть отцентрованы по осям центров тяжести – только в этом случае стержни ферм примут устойчивое положение, которое позволит забыть о влиянии моментов.
Виды ферм
Эти конструкции широко применяются для самых разных целей. И для каждой из целей были придуманы свои типы металлических ферм разной длины.
Наиболее распространенными являются следующие конфигурации:
- Самые простые – параллельные конструкции. Состоят они из одинаковых деталей, которые скрепили вместе.
- Арочные конструкции представляют собой внутреннюю и внешнюю арочные поверхности, которые соединяются друг с другом большим количеством ребер жесткости. Радиус арок сильно варьируется.
- Треугольные конструкции часто используются для устройства односкатных или двускатных крыш с острым углом между поверхностями.
- Если есть необходимость работать с тяжелым настилом, то используют полигональные конструкции. Их монтаж сложнее предыдущих видов, а потому потребует большего количества времени и наличия опыта.
- Сценарии применения трапециевидных конструкций, как правило, схожи с теми, в которых используют полигональные, но сами фермы обладают упрощенной формой.
- Сегментные конструкции являются наиболее сложным видом металлических ферм.
Это далеко не полный перечень металлических конструкций – здесь указаны лишь самые распространенные из них.
Преимущества использования ферм в строительстве
Фермы нашли свое применение при строительстве как частных домов, так и промышленных зданий. Особое признание они заслужили в качестве основной строительной системы при возведении выставочных павильонов, складов, спортивных и торговых комплексов, а также при строительстве офисных небоскребов. Произошло это благодаря тому, что металлические фермы позволяют перекрывать пролеты большой длины без особых усилий.
Металлические трубы, из которых собираются фермы, наделяют их целым рядом полезных характеристик:
- Сравнительно малый вес, который достигается за счет полой конструкции.
- Пожаробезопасность.
- Небольшая цена, которая позволяет использовать их в частном строительстве.
- Высокая надежность, благодаря которой конструкция, несмотря на ее сложность, не теряет прочность.
- Устойчивость конструкции к большим нагрузкам.
- Износостойкость, долговечность и прочность.
Фермы предпочтительнее балок и с точки зрения оптимизации процессов: несмотря на меньший вес, фермы той же длины более устойчивы к нагрузкам, чем привычные двутавровые балки или швеллеры, к тому же для их производства требуется меньше металла.
В некоторой степени металлическая ферма является аналогом стальной балки, но ферма при этом гораздо экономичнее, когда речь идет о расходе материалов, а эффективность их примерно одинакова. Если же сравнивать ферму с собранными стропилами, то первая выигрывает за счет отличной работы на сжатие и растяжение.
Кроме того, металлические фермы не поддаются плесени и гниению, не уничтожаются грибками и насекомыми. Они лучше держат тяжесть снежного покрова, а их монтаж занимает меньше времени, чем сборка стропил из любого другого материала.
Навес под две машины, устройство фермы:
Основы расчета длины и других параметров фермы
Чтобы установить расчетную длину и другие габариты фермы, необходимо учесть форму крыши и размер кровли. После этого определяют размеры требуемой конструкции и выбирают количество, форму и шаг между фермами.
Тип фермы нужно выбирать с учетом кровли, форма которой должна зависеть от места расположения строения и его будущего назначения. Консольное и примыкающее к дому расположение характерно для односкатных металлических ферм, в то время как арочные, полигональные и сегментные конструкции применяют, когда строится отдельно стоящий навес (например, для автомобиля). Беседки часто обладают крышей с шестью и более скатами, а иногда даже более фантазийными конструкциями, а потому и фермы в них используются нестандартные.
Помимо прочего, очень важно произвести расчеты нагрузки как на всю кровлю, так и на одну ферму с учетом веса снежного покрова, кровли, обрешетки и самих металлических конструкций. Лучше всего доверять такие операции эксперту, опирающемуся в своих действиях на СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85» и СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81».
При расчетах применяют метод вырезания узлов – все современные компьютерные программы используют именно его. Этот подход исключает участки, где стержни соединяются шарнирно. Также можно применять методы Риттера или замены стержней Геннеберга.
Изготовить самостоятельно небольшую ферму в форме трапеции или треугольника не составит особого труда. При наличии навыков монтажа и сварки можно без проблем собрать беседку или навес. Но в случае, когда требуется конструкция с фермами длиной более 10 метров, придется обращаться к специалистам за составлением проекта.
В первую очередь выбор фермы должен быть основан на величине угла наклонов ската. Это значение зависит от формы кровли и размещения будущей конструкции. Если это будет навес, который примыкает к строению, то для обеспечения быстрого скатывания снега и стока воды потребуется более отвесная кровля. А для одиночных зданий подойдет и пологая крыша.
Также, выбирая угол наклона крыши, не стоит забывать и о среднем количестве осадков, выпадающих в регионе, – чем их больше, тем острее должен быть угол. Это обусловлено тем, что на крутой кровле будет задерживаться меньше осадков.
Для наиболее компактных отдельно стоящих навесов будет необходим уклон в 15 градусов. Высота ската при этом может составлять 1/7–1/9 от длины пролета. Сама ферма должна быть в форме трапеции.
При уклоне от 22 до 30-35 градусов примерная высота ската равняется 1/5 длины пролета. В таких конструкциях уже применяют фермы треугольной формы. Иногда для снижения их веса нижний пояс делают ломаным.
Чтобы уменьшить вероятность ошибки в расчетах числа и длины отдельных частей конструкции, необходимо узнать величину базового угла между элементами. Расположение нижнего пояса относительно опор – 90 градусов, степень наклона верхнего пояса напрямую зависит от того, под каким углом находится кровля. Раскосы должны быть установлены строго по диагонали, то есть так, чтобы их угол и к горизонтали, и к вертикали составлял 45 градусов. Стойки же монтируются только вертикально.
Угол наклона кровли должен быть заложен в проекте. Если этого сделано не было, то его вычисляют из следующих соотношений: при уклоне до 15 градусов высота ската – от 1/7 до 1/9 от длины пролета фермы, при уклоне от 15 до 22 градусов он равен 1/7 длины пролета, а при 22-35 градусах – 1/5 длины пролета.
Зная, какой угол наклона будет у кровли, можно вычислить точную длину заготовок для фермы, что позволит обеспечить условия, необходимые для выполнения качественного монтажа.
Пример расчета параметров треугольной фермы
Чтобы определить параметры фермы из металлических труб, заранее прикиньте габариты необходимой конструкции. Высота напрямую зависит от величины угла между поверхностями. В большинстве случаев она равна 1/4-1/5 от длины.
Треугольные конструкции основаны на применении углов, равных 35-50 градусам. Наиболее распространенный – 45 градусов.
При работе с фермами (длина пролета 6м) необходимо учитывать, что ее прочность обеспечена правильно расположенными решетками, поэтому не стоит забывать о необходимости установки корректного расстояния между ними.
Если же длина пролета в используемой ферме превышает 30 метров, то дополнительно необходимо произвести расчет строительного подъема.
Помните, что тонкие материалы могут казаться более экономичными, однако они же и менее прочные, и не такие долговечные, как их толстостенные аналоги. Расставьте приоритеты между надежностью и экономией.
Для произведения расчетов конструкции из металлических труб можно воспользоваться специализированными сайтами, которые предоставляют подобные услуги.
В качестве примера будет произведен расчет для треугольной фермы с габаритами 4х6 метров. Подходящим в этом случае будет профиль 3х3 сантиметра с толщиной стенок, равной 1,2 миллиметра.
Необходимо собрать ферму для навеса так, чтобы длина верхнего пролета равнялась 3,9 м, а нижнего – 3,1 м. В месте расположения узкого перпендикулярного края односкатной фермы должны быть установлены вертикальные стойки с высотой 0,6 м.
Участки, на которых это требуется, укрепляются треугольником косыми перемычками, выполненными из более тонкого профиля. На участке длиной 6 метров равномерно должны быть смонтированы 5 конструкций. Для их укрепления через каждые полметра рекомендуется в перпендикулярной плоскости установить косые распорки с профилем 20х20 мм.
Расчет длины арочной фермы
Для изготовления из профильной трубы арочной фермы для навеса перед сваркой необходимо верно рассчитать конструкцию. Принципы, по которым выполняется расчет, приводятся на примере строения с 6-метровыми пролетам между опорами, шагом между арками, равным 1,05 метра и высотой фермы в полтора метра – подобная арочная конструкция обладает хорошей устойчивостью к нагрузкам и неплохими эстетическими качествами.
Длина стержня на нижнем уровне фермы (f) будет равна 1,3 метра, а радиус окружности в нижнем поясе (R) – 4,1 метра. Угол между радиусами: α =105,9776 градусов.
Длина профиля (mн) для нижнего пояса вычисляется по формуле:
mн = ℼ × R × α/180, где:
- mн – длина профиля нижнего пояса;
- ℼ – константа (3,14);
- R – радиус окружности;
- α – угол между радиусами.
Итого получается:
mн = 3,14×4,1×106/180 = 7,58 м
Узлы фермы расположены в нижнем поясе на расстоянии 55,1 см – можно округлить до 55 см для упрощения сборки, однако увеличивать это значение не стоит. Между крайними участками длину необходимо вычислить отдельно.
Если длина пролета фермы меньше 6 метров, то вместо сварки допустимо использовать согнутую под выбранным радиусом одинарную или двойную балку. В таком случае рассчитывать арочную ферму не придется, однако будет необходимо уделить внимание правильному выбору сечения материала – конструкция должна выдерживать нагрузку.
При грамотной подготовке чертежа и качественной сборке изготовление фермы не представляется чересчур сложной задачей. Главное, чтобы у мастера было желание проделать все работы аккуратно и без ошибок.
- Мы уже более 10 лет занимаемся строительством гаражей, и за это время смогли завоевать доверие многих клиентов. Мы гарантируем сроки строительства по договору, поэтому вы можете быть уверены, что ваш гараж будет готов вовремя.
- У нас работают опытные мастера со средним стажем 5 лет, которые знают все тонкости строительства гаражей. Мы также предоставляем бесплатный выезд инженера, который поможет вам определиться с выбором материалов и конструкции.
- Мы строим здания, учитывая ваши пожелания. Мы готовы предложить вам различные варианты дизайна и конструкции гаража, чтобы он соответствовал вашим требованиям и пожеланиям.
Если вы хотите заказать гараж, переходите по ссылкеили звоните нам: +7 (800) 511-04-38. Мы с удовольствием ответим на все ваши вопросы и поможем вам выбрать оптимальный вариант.
Конструктор здания
