Металлическая ферма с параллельными поясами

Обновлено: 17.05.2024

Металлические фермы применяются для обустройства стропильной системы, которая характеризуется повышенной прочностью, надежностью, долговечностью и способностью выдерживать значительные нагрузки. Применение ферм из стальной профильной трубы позволяет возводить объекты большой длины с несколькими пролетами.

Преимущества металлических ферм.

Двутавровые сварные балкиК основным преимуществам применения металлических ферм для стропильной системы относится:

• высокие прочностные характеристики, позволяющие увеличить эксплуатационный срок зданий и сооружений;
• быстрое возведение объектов из металлоконструкций с небольшими затратами времени и материальных ресурсов;
• незначительный вес в сочетании с высокой прочностью и надежностью;
• доступная стоимость строительства стропильных систем;
• устойчивость к коррозии, влаге и атмосферным явлениям.

Металлоконструкции из профильной трубы выдерживают значительные механические и эксплуатационные нагрузки, их можно окрашивать в любой цвет, придавая привлекательный и эстетичный внешний вид.

Область применения ферм из металла.

Благодаря простому производству и приемлемой стоимости стропильные металлические фермы широко применяются в строительстве промышленных цехов, складских ангаров, торгово-развлекательных центров и спортивных комплексов, а также используются в качестве перекрытий для быстровозводимых строений.

Металлическая ферма с параллельными поясами представляет собой решетчатую металлоконструкцию, которая перекрывает пролеты сооружения и опирается на несущие элементы. Отличаются типом решетки, марками стали, очертаниями поясов, а выбор изделий зависит от целевого назначения строения, вида кровли и кровельных материалов, климатических условий.

Основные типы металлических стропильных ферм.

В зависимости от целевого назначения сооружения выбирают определенный тип очертания ферм, которые могут быть треугольным, полигональным, сегментным, трапецеидальным и с параллельными поясами. Сегодня наибольшей популярностью пользуются металлические фермы с параллельными поясами, которые имеют одинаковую длину элементов решетки, схемы узлов и повторяемость деталей.

Это основный тип металлоконструкций для перекрытия быстровозводимых зданий, так как их применение характеризуется универсальностью, долговечностью, простым монтажом и высокой скоростью выполнения работ. Внешний вид стальной фермы зависит от вида решетки, которая бывает треугольной, раскосной, полураскосной, ромбической, крестовой, перекрестной и шпренгельной.

Для производства металлических ферм с параллельными поясами производители используют горячекатаные парные уголки, электросварные прямоугольные профили, двутавры и швеллера, круглые стальные трубы. Наиболее часто используются парные уголки, которые могут применяться во всех климатических зонах, с ограждающими конструкциями и увеличенной длиной пролетов.

Особенности производства и техпроцесс.

Сварочное производствоВ зависимости от особенностей кровли, целевого назначения сооружения, технико-экономических условий подбирает соответствующий тип металлической фермы. Для кровли с небольшим уклоном (5-10%) применяется стропильные металлические фермы с параллельными поясами, для каждой из которых соответствует определенная нагрузка.

Постоянная нагрузка – это вес самой фермы, прогонов, кровельного перекрытия, теплоизоляционных материалов и коммуникаций. К временной нагрузке относятся усилия подвесного оборудования, коммуникаций, подъемно-транспортных приспособлений, осветительных приборов и вентиляционной системы.

К атмосферным нагрузкам относятся ветер и осадки, причем этим параметрам необходимо уделять пристальное внимание, особенно при обустройстве легкой кровли здания. Высота, длина и тип металлической фермы указывается в проекте, который должен быть согласован с заказчиком и соответствовать установленным нормативам и требованиям безопасной эксплуатации.

Монтаж металлических ферм с параллельными поясами отличается простотой и удобством, высокой скоростью работ и незначительной трудоемкостью. Это обусловлено наличием множества одинаковых деталей и узлов, минимального числа стыков и соединений, а также однотипности элементов, которые можно использовать под мягкую кровлю.
При проектировании конструкции необходимо учитывать нагрузку на ферму, расположение перекрытий, показатель уклона и протяженность пролетов. Ферма состоит из верхнего и нижнего поясов: сборка верхнего выполняется из двутавровых разносторонних уголков, а элементы нижнего соединяются при помощи равнополочных уголков.

Расчет фермы с параллельными поясами длиной 12 м в SCAD. Часть 3-ая

Здесь мы рассмотрим вопрос как вывести результаты и откорректировать ферму.

Задание расчетного сочетания усилий

Если вам необходимы эпюра напряжений для формирования отчета или ручной проверки, то мы можем зайти во вкладку «Эпюры усилий».

Но как видим здесь нет расчетных сочетаний усилий (РСУ), программа их конечно учитывает, но их может быть очень много, поэтому они тут не выводятся, чтобы получить эпюры мы можем сами задать свои сочетания усилий. Для этого выходим в дерево управления проектом («Управление» — > «Выйти в экран управления проектом»), во вкладке «Специальные исходные данные» нажимаем на кнопку «Комбинации загружений» (как правильно формировать комбинации загружений и какие коэффициенты использовать читайте в СНиП «Нагрузки и воздействия»), далее назначаем коэффициенты использования, везде ставим 1 и нажимаем на кнопку «Запись комбинации».

Внизу появится строка с записью комбинации.

Хочу отметить что в программе мы задали расчетные нагрузки (с учетом коэффициента надежности), поэтому свой вес у нас идет с коэффициентом 1, а не 1,05, и снег тоже с коэффициентом 1, а не 1,4. Тут мы просто сочетаем разные нагрузки учитывая определенные проценты от этой нагрузки (1 означает 100%), а коэффициент надежности уже заложен в нагрузках.

Для расчета по первому предельному состоянию мы берем все нагрузки по 100%.

Для расчета по 2-му предельному состоянию мы используем нормативные нагрузки , поэтому собственный вес, вес перекрытия и вес оборудования учитывается можно принять 100%, а снег взять с коэффициентом 0,7, запишем и эту комбинацию.

Теперь у нас появились новые нагрузки и нам нужно заново составить РСУ (расчетные сочетания усилий). Нажимаем во вкладке «Специальные исходные данные» на кнопку «Расчетные сочетания усилий (новые)», ничего не меняем просто жмем ОК.

Опять производим расчет («Расчет» — > «Линейный»).

Теперь если зайти в окно «Результаты» — > «Графический анализ» — > «Эпюры усилий» мы можем посмотреть эпюры напряжений.

Выбираем сочетание №С1 и смотрим значения растягивающих/сжимающих напряжений в ферме:

Чтобы узнать значения можно нажать на кнопку «Цветовая индикация положительных значений».

Чтобы посмотреть напряжения в конкретонм элементе, например в верхнем поясе, нажимаем на кнопку «Информация об элементе» в панели «Фильтры отображения», выбираем элемент и в открывшемся окне нажимаем на кнопку «Эпюры усилий», для элемента № 20 у меня получились такие результаты:

Подбор толщины фасонки

Помните в 1-ой части мы подбирали толщину фасонок для фермы исходя из напряжений в узлах, но т.к. на том этапе мы не знали, какие будут нагрузки в узлах, то выбрали фасонки толщиной 6 мм. Теперь мы можем проверить подбор толщины фасонок.

Сжимающие нагрузки в ферме достигают 29,56 т, растягивающие 29,16 т, но нас интересуют усилия в местах соединения поясов с раскосами, тут максимальное усилий равно 21,18 т. Взглянем еще раз на таблицу подбора толщины фасонки:

Как видим толщины 6 мм не достаточно (21,18 т = 211,8 кН), т.е. нужно увеличить толщину фасонок до 8 мм, конечно можно увеличить толщину фасонок только в тех узлах, где нагрузки больше 15 т (позволяется делать толщину фасонок разной с разницей в 2 мм), но существенной экономии мы этим не добьемся и увеличим номенклатуру закупаемого материала, лучше во всех элементах применить фасонки толщиной 8 мм.

Чтобы изменить толщину фасонки необходимо также как мы изменяли сечение вначале выйти в дерево проекта, зайти в расчетную схему, во вкладке «Назначения» нажимаем на кнопку «Назначение жесткостей стержням». Выбираем сечение 70х8 и заходим во вкладку «Профили металлопроката».

В поле составное сечение меняем показатель g на 0.8 см (между цифрами точка, а не запятая), нажимаем на кнопку «Заменить и выйти».

Тоже самое делаем для уголка 65х6.

Выходим в дерево управления проектом и делаем расчет («Расчет» — > «Линейный»).

Оформление эпюр для расчета

Чтобы оформить эпюры для расчета заходим в «Графический анализ» — > «Эпюры усилий». Выбираем первую комбинацию, выбираем нужные нам эпюры, например My и активируем кнопку «Эпюры усилий». Получаем такую картину.

Чтобы изменить масштаб эпюр если нагрузки слишком малы или наоборот велики, то можно справа от окна выбора сочетания назначить множитель (по умолчанию 1), увеличиваем число — увеличивается размер эпюр.

Расчет прогиба фермы

Чтобы узнать прогиб фермы заходим во кладку «Деформации», загружение выбираем С2, направление Z и нажимаем кнопку «Вывод значений перемещений в узлах».

Как видим самое большое перемещение составляет 14,26 мм. Чтобы узнать в каких единицах даны значения или изменить их заходим во вкладке «Опции» — > «Единицы измерений» во вкладке «Выходные» окно «Перемещения».

Для фермы пролетом 12 м критический прогиб равен 1/200 от пролета, т.е. 60 мм. Наша ферма удовлетворяет требованиям по 2-му предельному состоянию.

Расчет фермы с учетом шарниров в узлах

В теории сопротивления материалов узлы в ферме принимаются шарнирными, давайте сделаем расчет с учетом шарнирных узлов и посмотрим как изменятся напряжения.

Чтобы сравнить результаты я сделал отчет для всех элементов (во вкладке «Постпроцессоры» — > «Проверка сечений металлопроката» — > «Расчет» — > «Формирование отчета»).

Теперь заходим в дерево управления проектом и идем редактировать расчетную схему (кнопка «Расчетная схема»), во вкладке «Назначения» нажимаем на кнопку «Установка шарниров», ставим в узле 1 и 2 в окне Uy (разрешаем поворот вокруг оси Y для обоих узлов элемента), нажимаем ОК. На «Фильтре отображения» можем включить «Номера элементов» и «Шарниры» для удобства. Выбираем весь верхний пояс и весь нижний пояс (в раскосах у нас уже были шарниры).

Жмем Enter. Выходим в дерево проектов и снова производим расчет.

Далее заходим в «Постпроцессор» — > «Проверка сечений из металлопроката», нажимаем на кнопку «Расчет» и «Визуализация результатов на схеме». Вся ферма у нас выглядит зеленым цветом, значит все подобранные элементы имеют достаточный запас прочности. Делее нажимаем на кнопку «Формирование отчета» и сохраняем отчет чтобы сравнить результаты расчета фермы с шарнирами и без.

Сравнивая результаты можно сказать что разница очень не значительная, поэтому для упрощения ручного расчета можно принимать все узлы шарнирными.

Если сравнить деформации, то тут разницы нет или она совсем не существенна — при расчете мы получили те же 14,26 мм.

В продолжение этой темы мы далее сравним фермы из парных уголков с фермой из труб и рассчитаем экономическую составляющую, а также рассмотрим проектирование узлов фермы.

This article has 13 Comments

Здравствуйте, подскажите пожалуйста ! Как рассчитать ферму с учетом расцентровкии узлов фермы (чему равен расчетная длина пояса в плоскости из плоскости фермы ) ?

Ферма из профильной трубы

Металлические фермы – это стержневые системы, состоящие из поясов и решеток. Благодаря ребрам жесткости, такие конструкции не деформируются даже при восприятии значительных нагрузок. В зависимости от сложности формы, могут изготавливаться непосредственно на месте строительства или в условиях специализированных производств. Популярным материалом для изготовления ферменных конструкций является профильная труба квадратного или прямоугольного сечения.

Материалы для профильных труб

Для изготовления профильных труб, которые могут использоваться в конструкциях ферм, применяют различные металлы и сплавы:

в общем случае – углеродистые стали обыкновенного качества;
для ответственных конструкций – качественные углеродистые, низколегированные, реже – коррозионностойкие стали;
для эксплуатации в средах повышенной агрессивности – из углеродистой стали, покрытой защитным цинковым слоем (оцинкованной);
при необходимости создания легких ферменных конструкций – легкие и прочные сплавы на основе алюминия.

В продажу трубные изделия малых сечений поступают отрезками длиной до 6 м, больших – до 12 м. Толщину стенки и размер сечения выбирают, в зависимости от планируемых нагрузок:

для пролетов не более 4,5 м – 40х20 мм с толщиной стенки 2 мм;
4,5-5,5 м – 40х40 мм с толщиной стенки 2 мм;
более 5,5 м – 40х40х3 мм или 60х30 со стенкой 2-3 мм.

Виды конструкций ферм из профильной трубы

В состав ферменной конструкции входят верхний и нижний пояса и решетка, располагаемая между ними. Составными компонентами решетки являются:

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

Пояса ферм могут иметь различные очертания:

Треугольное односкатное. Для треугольной односкатной фермы из профильной трубы характерно сочетание способности выдерживать высокие нагрузки с небольшой материалоемкостью.

Треугольное двускатное. Такие конструкции могут устанавливаться на кровлях с большим уклоном скатов. Минусы: сложность устройства опорных узлов, большой расход материала. Конструктивный вариант – треугольные двускатные фермы из профильной трубы.

Сегментное. Часто применяется для сооружения кровель со светопрозрачным покрытием из сотового или монолитного поликарбоната.

Полигональное. Отличается сложностью монтажа. Преимущество – способность выдерживать значительные нагрузки от тяжелого настила и мощного снегового покрова. Дополнительный плюс – экономное использование профиля.
С параллельными поясами. Это наиболее простой и экономичный вариант, для сборки которого используются стойки и раскосы одинаковых размеров. Фермы из профильной трубы с параллельными поясами легко монтировать, благодаря унифицированной конструкции, большому количеству деталей одного размера и минимальному количеству стыков. Подходят для мягких и светопрозрачных кровель.

Трапециевидное. Сходно с полигональным, но имеет упрощенную схему монтажа.
Арочной формы с параллельными верхним и нижним поясами. Арочные фермы из профильных труб востребованы при строительстве навесов для автомобилей, теплиц, беседок.

Варианты конструкций решеток:

Треугольной формы. Обычно такая схема применяется в каркасах с параллельными поясами, реже – в ферменных конструкциях треугольной или трапециевидной форм.
Раскосного типа. Для них характерны: большая материалоемкость и сложность исполнения. Варианты – шпренгельная (с дополнительными раскосами), полураскосная.
Индивидуальные решения.

Выбор фермы, в зависимости от уклона ската

Выбор конструктивного варианта во многом определяется уклоном ската:

22-30°. Для формирования скатов со значительным уклоном обычно используются треугольные фермы. Их высоту – длина пролета, разделенная на 5.
15-22°. Высота принимается равной длине пролета, разделенной на 7. Для возможности увеличения высоты ферменной конструкции используют варианты с ломаным нижним поясом.
До 15°. Обычно применяют каркасы трапециевидной формы с решеткой треугольной конфигурации. Высота ферменного блока в таких случаях определяется делением длины пролета на число, находящееся в диапазоне от 7 до 9.

Расчеты ферм из стальных профильных труб

Ферма перекрытия – ответственный конструктивный элемент, перед изготовлением которого обязательно проводят расчеты и составляют проект. Проведение расчетных работ необходимо доверить специалисту, поскольку правильная конструкция фермы из профильных труб во многом определяет функциональность не только крыши, но и всего строения. При наличии определенных знаний и создании небольших объектов можно воспользоваться специальными компьютерными программами «Автокад», 3D MAX, Arcon.

Этапы проектирования

Определяют размер пролета строения, форму крыши, наклон скатов. При этом учитывают запланированный кровельный материал, снеговые и ветровые нагрузки, характерные для данного региона, тип грунта. Также принимаются во внимание вероятные особые нагрузки, которые может испытывать ферма, изготовленная из профильных труб, – штормы, ураганы, землетрясения.
С учетом принятых выше параметров выбирают конструктивный тип фермы.
После примерного определения габаритов и конструкции определяют вариант изготовления – в заводских условиях, сборку на месте из заготовок, заказанных на предприятии, или проведение полного цикла заготовочных и сборочных мероприятий на строительной площадке.

Полезные советы по изготовлению своими руками ферм из профильных труб

Для облегчения конструкций, используемых для устройства крыш с минимальным уклоном скатов, используют дополнительные решетки.
Для снижения массы каркасов, устанавливаемых для организации скатов с диапазоном углов наклона 15-22°, нижний пояс изготавливают ломаным.
При длине прогонов от 20 м применяют каркасы Полонсо, состоящие из двух треугольных конструкций, соединенных стяжкой. Такой конструктивный вариант позволяет избежать монтажа в раскос большой длины.
Дистанция между ферменными конструкциями в общем случае не должна превышать 1,75 м.
При выборе труб для сложных эксплуатационных условий необходимо учитывать марку стали, из которой они изготовлены. Для регионов с холодным климатом используют трубные изделия из низколегированных сталей, проявляющих высокую устойчивость к низким температурам. При высокой коррозионной опасности следует применять оцинкованную продукцию.

Основные этапы работ по изготовлению и монтажу ферм из профильных труб

Осуществлять заготовительные, сборочные и монтажные работы должны специалисты, обладающие соответствующими знаниями, навыками и инструментом. Важно определить, какие работы можно производить внизу, а какие – после подъема стержневой конструкции на место установки, понадобится ли специальная строительная техника.

Процесс монтажа ферм из профильных труб при сооружении навеса и других каркасных конструкций включает следующие мероприятия:

Чертежи КМД металлических ферм

Первые две фермы наиболее простые в изготовлении, что обусловило их широкое распространение в строительстве. Их применяют при пролетах здания от 18 до 120 м. Отличительной особенностью данных ферм является небольшая строительная высота, если сравнивать с другими типами ферм.

Если говорить о треугольных фермах, то из всех перечисленных типов они имеют самую большую высоту, поэтому их не применяют на пролетах свыше 36 м. Они используются, когда требуется получить большой уклон ската крыши - от 25 до 45 градусов (чаще всего в холодных кровлях), - а также при использовании кровельных материалов небольшого размера, например кровельной стали и металлочерепицы.
С точки зрения экономичного расхода стали более эффективно использование сегментных ферм, однако это требует большей трудоемкости, так как при изготовлении очень сильно расширяется номенклатура деталей, из которых состоит ферма.
На практике чаще всего в целях уменьшения трудоемкости изготовления верхний пояс делают полигональным, то есть вместо верхнего пояса, изготовленного по радиусу, устанавливается пояс, составленный из отдельных прямых элементов.

Решетки металлических ферм

Неизменяемость металлических ферм, о которой говорилось выше, возможна благодаря тому, что все элементы решетки, из которых состоит ферма, образуют систему треугольников.
Основной размерной характеристикой металлической фермы является панель. То есть расстояние между узлами по верхнему поясу. Она назначается по ширине стандартных ж/б плит и является кратной шести метрам.

Из всех типов решеток, которые применяются в различных типах ферм, наиболее распространена треугольная. Оптимальный угол наклона решетки относительно нижнего пояса составляет 45-50 градусов.
Существенный недостаток треугольной решетки особо сильно проявляется при больших пролетах ферм. Дело в том, что большая длина панели поясов требует введение узловой нагрузки, которая, естественно, плохо влияет на эффективность конструкции. Для уменьшения этих отрицательных факторов используются вертикальные стойки, которые идут из верхнего пояса на нижний пояс фермы и наоборот.
Подтипом выше указанных решеток является ромбическая решетка, которая хороша тем, что способна воспринимать значительные поперечные усилия.
Если требуется уменьшить высоту фермы, то используют решетки раскосого типа. Их отличительной чертой является возможность регулировки знака усилия. Оптимальный угол для такой решетки относительно нижнего пояса - 35-45 градусов.
Для ферм с параллельными и трапецеидальными поясами характерно то, что наклонные раскосы испытывают растяжение в процессе эксплуатации фермы, а короткие вертикальные стойки испытывают сжатие.
Если же нагрузка носит знакопеременный характер, то используют решетки крестового типа. В них раскосы работают только на растяжение. Так же известны и безраскосые фермы. Они применяются, когда требуется использовать межферменный полезный объем, однако в этих фермах есть и недостатки: так как они испытывают большие изгибающие нагрузки, то это приводит к повышенному расходу стали при их изготовлении.
Иногда при проектировании ферм требуется уменьшить размер панели по верхнему поясу. Для этого в конструкцию металлической фермы вносятся так называемые шпренгели.

Ниже можно скачать чертежи ферм различного пролета.

Ферма 6 метров чертеж КМД
Ферма 9 метров чертеж КМД
Ферма 10 метров чертеж КМД
Ферма 12 метров чертеж КМД
Ферма 14 метров чертеж КМД
Ферма 18 метров чертеж КМД
Ферма 24 метров чертеж КМД

Металлические фермы с параллельными поясами: особенности производства и применение

Читайте также: