Сжатые и растянутые элементы металлических ферм

Обновлено: 28.04.2024

Фермой называют решетчатую конструкцию, образуемую из отдельных прямолинейных стержней, связанных в узлах в геометрически неизменяемую систему.

Ферма в целом работает преимущественно на изгиб, а ее элементы (если нагрузка приложена в узлах, оси элементов пересекаются в центре узлов) на осевые усилия (растяжение или сжатие). Жесткость узлов в легких фермах несущественно влияет на работу конструкции, поэтому в большинстве случаев их можно рассматривать как шарнирные.

Фермы бывают плоскими (все стержни лежат в одной плоскости) и пространственными. Плоские фермы могут воспринимать нагрузку, приложенную в их плоскости, и нуждаются в закреплении из своей плоскости связями или другими элементами.

Основными элементами фермы являются пояса, образующие ее контур, и решетка, состоящая из раскосов и стоек.

Пояса фермы работают в основном на продольные усилия и полностью воспринимают изгибающий момент. Решетка объединяет пояса в одно целое, обеспечивает неизменяемость системы и воспринимает поперечную силу.

Максимальное усилие в элементах пояса при шарнирном опирании однопролетной фермы действует в середине ее пролета, в раскосах – у опоры.

Соединение элементов в узлах фермы осуществляют путем непосредственного примыкания одних элементов к другим или с помощью узловых фасонок.

Классифицируются фермы по назначению, статической схеме, очертанию поясов, системе решетки, способу соединения элементов в узлах и на опоре, величине усилия в элементах, напряженному состоянию.

По назначению фермы подразделяются на стропильные, фермы мостов, подъемных кранов, опор линий электропередачи и другие.

По статической схеме фермы подразделяются на балочные (разрезные, неразрезные, консольные), рамные, арочные и вантовые. Балочные разрезные системы наиболее просты в изготовлении и монтаже, но весьма металлоемки. Неразрезные фермы экономичнее по расходу материала, обладают большей жесткостью, что позволяет уменьшить их высоту, но они, как статически неопределимые системы, чувствительны к осадке опор. Рамные и арочные системы экономичны по расходу стали. Их применение рационально для большепролетных зданий. В вантовых фермах все стержни работают только на растяжение и могут быть выполнены из гибких элементов (стальных тросов).

Промежуточными между фермой и сплошной балкой являются комбинированные системы, состоящие из балки, подкрепленной снизу шпренгелем или раскосами, либо сверху аркой. Подкрепляющие элементы уменьшают изгибающие моменты в балке и повышают жесткость системы.

В зависимости от очертания поясов фермы бывают с параллельными поясами, треугольные, трапецеидальные, полигональные.

Выбор очертания ферм зависит от назначения сооружения, типа и материала кровли, системы водоотвода (малоуклонные рубероидные кровли или металлические и из асбестоцементных листов, которые требуют больших уклонов), типа и размеров фонаря, типа соединения фермы с колоннами (шарнирное или жесткое), статической схемы, вида нагрузок, определяющих эпюру изгибающих моментов (теоретически наиболее экономичной по расходу стали является ферма, очерченная по эпюре моментов).

Фермы с параллельными поясами благодаря распространению кровель с рулонным покрытием являются основными для покрытий зданий. По своему очертанию они далеки от эпюры моментов и по расходу стали не экономичны, однако имеют существенные конструктивные преимущества. Равные длины стержней поясов и решетки, одинаковая схема узлов, наибольшая повторяемость элементов и деталей и возможность унификации способствуютт индустриализации их изготовления.

Фермы треугольного очертания рациональны для консольных систем, а также для балочных систем при сосредоточенной нагрузке в середине пролета (подстропильные фермы). К конструктивным недостаткам треугольных ферм можно отнести сложный острый опорный узел, допускающий только шарнирное сопряжение с колоннами, длинные средние раскосы, подбираемые по предельной гибкости (вызывают перерасход металла). Применение треугольных ферм под распределенную нагрузку диктуется необходимостью обеспечения большого уклона кровли.

Фермы трапецеидального очертания занимают промежуточное место между треугольными и фермами с параллельными поясами, они больше соответствуют эпюре изгибающих моментов, имеют конструктивные преимущества перед треугольными фермами за счет упрощения узлов и возможности устроить жесткий рамный узел, что повышает жесткость каркаса.

Фермы полигонального очертания рационально применять для тяжелых ферм больших пролетов, так как очертание их наиболее близко соответствует параболическому очертанию эпюры изгибающих моментов, что дает значительную экономию металла. Элементы верхнего пояса таких ферм прямолинейны между узлами, криволинейное очертание достигается переломами пояса в узлах.

Системы решетки ферм бывают:

– треугольной (образована непрерывным зигзагом раскосов, направленных попеременно в разные стороны), эта решетка может быть дополнена стойками и подвесками, работающими только на местную нагрузку, а также служащими для уменьшения расчетной длины поясов;

– раскосной (непрерывный зигзаг образован раскосами и стойками);

– ромбической и полураскосной;

Оптимальный угол наклона раскосов к нижнему поясу в треугольной решетке α = 45 о (обычно 40 – 50 о ), в раскосной – α = 35 о (обычно 30 –40 о ).

Направление опорного раскоса может быть восходящим (раскос идет от нижнего опорного узла к верхнему поясу) и нисходящим (направление раскоса от опорного узла верхнего пояса к нижнему). В практике проектирования зданий для стропильных ферм чаще применяется восходящий опорный раскос. Такое решение позволяет надежнее обеспечить горизонтальную жесткость рамы здания при работе фермы как ригеля, конструктивно лучше решить опорный узел и расположение связей. При нисходящем раскосе имеется ряд преимуществ: они растянуты (меньше требуют металла); центр тяжести фермы лежит ниже ее линии опирания (ферма более устойчива на монтаже). Недостаток – удлинение колонны на высоту фермы, что влияет на устойчивость колонны.

Выбор типа решетки зависит от схемы приложения нагрузки, очертания поясов и конструктивных требований.

Треугольная система решетки имеет наименьшую суммарную длину элементов и наименьшее число узлов при кратчайшем пути усилия от места приложения нагрузки до опоры. Различают фермы с восходящими и нисходящими раскосами. В местах приложения сосредоточенных нагрузок можно установить дополнительные стойки и подвески. В фермах трапецеидального очертания или с параллельными поясами треугольная система решетки является достаточно эффективной. Недостатком треугольной решетки является наличие длинных сжатых раскосов, работающих на устойчивость.

В раскосной системе решетки все раскосы имеют усилия одного знака, а стойки – другого. При проектировании необходимо стремиться, чтобы длинные раскосы были растянуты, а короткие стойки сжаты. Это требование удовлетворяется при нисходящих раскосах в фермах с параллельными поясами. Раскосная решетка более металлоемка и трудоемка по сравнению с треугольной. Путь усилия от места приложения нагрузка до опоры длиннее, он идет через все стержни раскосной решетки и узлы. Применение раскосной решетки целесообразно при малой высоте фермы и больших узловых нагрузках.

Крестовая решетка одинаково работает при смене направления нагрузки на противоположное и чаще всего выполняется из гибких стержней. В этом случае сжатые раскосы, вследствие большой гибкости, выключаются из работы из-за потери устойчивости (в расчетную схему не входят) и решетка превращается в раскосную с растянутыми раскосами и сжатыми стойками.

Ромбическая и полураскосная решетки благодаря двум системам раскосов обладают большой жесткостью, применяются в фермах большой высоты для уменьшения расчетной длины стержней и особенно рациональны при работе конструкций на значительные поперечные силы.

Шпренгельную решетку применяют для уменьшения размеров панели при рациональном угле раскоса. Она более трудоемка, однако при частом расположении прогонов достигается предотвращение местного изгиба элементов пояса в местах приложения сосредоточенных сил и уменьшение их расчетной длины, что может обеспечить снижение расхода стали.

По способу соединения элементов в узлах фермы подразделяются на сварные и болтовые. Болтовые соединения на высокопрочных болтах, как правило, применяются в монтажных узлах.

По величине максимальных усилий условно различают легкие од-ностенчатые фермы с сечениями элементов из простых прокатных или гнутых профилей (при усилиях в стержнях N ≤ 3000 кН) и тяжелые фермы (N > 3000 кН). Стержни тяжелых ферм отличаются от легких более мощными сечениями, составленные из нескольких элементов, и обычно проектируются двустенчатыми. В качестве легких ферм обычно используются стропильные фермы (фермы кровельного покрытия).

По напряженному состоянию фермы можно разделить на обычные и фермы с регулированным напряжением – с затяжками (шпренгелями), со смещением уровня опор в неразрезных фермах и другие.

Генеральными размерами фермы является ее пролет и высота. Пролет выбирают в зависимости от технологического процесса, который протекает в здании (расстановка оборудования, организация потоков и т.п.). Если нет ограничений технологического характера, пролет назначается из экономических соображений. В целях типизации пролеты ферм унифицируются и принимаются кратными модулю 6 м, т.е. 18, 24, 30, 36, 42 м). В отдельных случаях допускается модуль 3 м.

Высота фермы в середине пролета определяется условиями минимального веса, требуемой жесткости, характеризуемой заданным прогибом, и габаритами при перевозке, как правило, железнодорожным транспортом (наибольший габарит по вертикали 3,85 м). Практически из условий стандартизации геометрической схемы высоту стропильных ферм рационально принимать одинаковой для всех ферм различных пролетов: в типовых фермах трапецеидального очертания – 2,2 м (между обушками на разбивочной оси колонны) и в фермах с параллельными поясами 3,15 м.

Высота треугольной фермы в середине пролета определяется в зависимости от пролета и уклона верхнего пояса и может достигать значительных размеров.

Курс лекций по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку» Часть I. Глава 2. Морозова Д.В.

Элементы металлических конструкций являются составной частью зданий и сооружений, которые, в свою очередь, служат различному назначению и работают в различных климатических, погодных и эксплуатационных условиях.

Здания и сооружения по степени ответственности делятся на три класса (СНиП 2.01.07-85 * Нагрузки и воздействия, М., 1996).

Класс I. Здания и сооружения, имеющие особо важное хозяйственное или социальное значение АЭС, ТЭС, телевизионные башни, резервуары нефти и нефтепродуктов вместимостью более 10 тыс.м 3 , крытые спортивные сооружения, театры, кинотеатры, больницы, родильные дома и т.д.

Класс II. Здания и сооружения, имеющие ограниченное хозяйственное и общественное значение — объекты промышленного, сельскохозяйственного и жилищно-гражданского назначения, не вошедшие в I и III классы.

Класс III. Здания и сооружения, имеющие ограниченное народно-хозяйственное и социальное значение, например, склады для хранения сельхозпродуктов, удобрений, химикатов и т.д., одноэтажные дома, парники, временные здания, ограды и т.п.

При расчетах учет класса ответственности зданий и сооружений определяется коэффициентом надежности по назначению n, умноженному на значения нагрузок.

Принцип расчета стальных конструкций по предельным состояниям первой группы. Для предельных состояний первой группы общее условие прочности записывается так же, как и для железобетонных конструкций. Вид усилия в рассчитываемом элементе определяется внешней нагрузкой; при растяжении это продольная сила N, при изгибе — изгибающий момент М и т.д.

Геометрический фактор S связан с характером распределения напряжений по поперечному сечению элемента; при равномерном распределении (осевое сжатие, осевое растяжение) — это площадь А, при линейном законе распределения (изгиб) — момент сопротивления W и т.п. При проверке общей устойчивости или выносливости расчетное сопротивление дополнительно умножают на понижающий коэффициент, величина которого зависит от характера работы элемента: при центральном сжатии применяется φ (коэффициент продольного изгиба), при внецентренном — φ_e, при расчете общей устойчивости балки — φ_b, при расчете элементов с учетом хрупкого разрушения стали — β. Так же, как и для железобетона, для стальных конструкций и их соединений учитывают следующие коэффициенты: γ_n — коэффициент надежности по назначению (см. гл. 3); γ_u — коэффициент надежности по материалу для элементов, рассчитываемых на прочность по временному сопротивлению, γ_u = 1,3; коэффициенты условий работы γ_с, принимаемые γ_с = 0,75…1,1 в зависимости от вида конструкции и вида проводимого расчета, например для сплошных балок при расчете на общую устойчивость γ_с = 0,95 (СНиП II-23-81*).

Нормативное сопротивление прокатной стали при растяжении, сжатии и изгибе. В качестве нормативного сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе для сталей обычной и повышенной прочности в СНиП II-23 — 81* принят предел текучести R_у и соответствующее нормативное сопротивление — R_yn. В особых случаях (когда допустимо развитие больших пластических деформаций) для этих сталей в качестве нормативного сопротивления используется временное сопротивление (предел прочности) R_un. В этом случае расчетное сопротивление обозначают R_u. Величины нормативных сопротивлений устанавливают с обеспеченностью не менее 0,95, т.е. чтобы вероятность проявления в материале участков с пониженными (против нормативного сопротивления) характеристиками была не менее 5%. Значения предела текучести и временного сопротивления по ГОСТу находятся в заданных пределах: 0,95…0,995. Поэтому за нормативное сопротивление и приняты значения предела текучести или временного сопротивления, установленные в ГОСТах на металлы. Такой подход удобен также и потому, что значения δ_у и δ_u являются браковочными, т.е. контролируются при производстве и приемке проката.

Расчетные сопротивления. Предел текучести стали на металлургических заводах контролируют выборочным путем, поэтому в конструкции может попасть материал с худшими свойствами, чем это установлено ГОСТом, что учитывается при назначении расчетных сопротивлений R_у, R_u. Для прокатной стали они равны нормативным R_уn, R_un, деленным на коэффициент надежности по материалу γ_m; принимают γ_m = 1,025…1,15. Расчетные сопротивления сдвигу и смятию получают, умножая базовое расчетное сопротивление (при растяжении, сжатии и изгибе) на коэффициент перехода, равный 0,58 для сдвига, для смятия торцовой поверхности (при наличии пригонки) — 1,0, для местного смятия (при плотном касании) — 0,5, причем для сдвига в качестве базового используют расчетное сопротивление R_у, а для смятия — расчетное сопротивление R_u.

Значения нормативных и расчетных сопротивлений проката для стальных конструкций приведены в табл. 2.1.

Изготовление металлических ферм

В наши дни технологии строительства претерпевают значительные изменения. Современный уровень развития производственной отрасли позволяет создавать конструкции из быстровозводимых модулей. Иногда целое здание из металлоконструкций возводится всего лишь за один день. Столь высокая скорость объясняется очень простой технологией, когда соединяются готовые составные элементы. Изготовление металлических ферм зачастую выполняется по тому же принципу.

Что такое металлическая ферма

Корни слова «ферма» восходят к латинскому «firmus» (прочный), что напрямую указывает на высокую надежность и жесткость конструкции.

Внешне она представляет собой металлическую структуру, в состав которой входят вертикальные стойки и наклонные раскосы. Они соединяются при помощи сварки в единую жесткую металлоконструкцию. Вся нагрузка равномерно распределяется на фундамент сооружения благодаря связанным стойкам. При этом верхний пояс металлоконструкции направлен на осевое сжатие, а нижний на растяжение.

Раскосы, скрепленные в единую структуру, образуют треугольник. Следует помнить о том, что в принципе это наиболее устойчивая геометрическая фигура. Именно поэтому большинство конструктивных элементов фермы представляют собой треугольники.

Для изготовления металлических ферм необходимо объединить в единую конструкцию следующие элементы:

Верхний пояс. Включает в себя радиусную (ломаную), горизонтальную и наклонную балки. Именно к ним прикрепляются верхние соединительные узлы стоек.
Нижний пояс. Представлен в виде горизонтальной продольной балки. На нее крепят нижние соединительные узлы стоек или раскосов.
Стойки. Это вертикальные элементы между нижним и верхним поясом. На них ложится основная нагрузка конструкции, и они же распределяют ее по основанию. Работают на сжатие.
Раскосы. Они связывают углы верхнего и нижнего пояса между собой и производятся в виде наклонных стоек. Угол их наклона равен 45°. Работают на сжатие и растяжение.
Узлы (панели). Точки, находящиеся на верхнем и нижнем поясе фермы. В них происходит соединение диагональных раскосов или вертикальных стоек.

Разновидности металлических ферм

Изготовление этих устойчивых металлоконструкций активно используется при возведении промышленных зданий, частных домов, торговых комплексов, выставочных павильонов, спортивных сооружений, складских комплексов, многоэтажных зданий и пр. Благодаря им можно перекрыть значительное пространство или пролет.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Изготавливают металлические фермы в основном на заводах. Ассортимент продукции достаточно широкий. Ниже приведем основные виды этих металлических конструкций:

Параллельные – имеют наиболее простую форму. Их изготовление не требует больших затрат, поскольку они создаются из однотипных деталей.
Классические арочные – в них верхний и нижний пояс дугообразной формы, который имеет ребра жесткости. Отличить между собой разные виды изделий можно по радиусу арки, который может зависеть от дизайна крыши, сложности всей металлоконструкции и внешних ограничений (например, стропильной системы).
Треугольные односкатные – необходимы для изготовления крыши, имеющей крутые скаты.
Треугольные двускатные – также используются для создания крыш с крутыми скатами, но их недостатком являются большие отходы после производства.
Полигональные – идеальны для возведения кровли из тяжелого настила, но требуют высоких профессиональных навыков при монтаже.
Трапецеидальные – являются аналогом полигональных, но имеют более простое устройство.
Сегментные – нашли применение при возведении сооружений со светопропускающей кровлей. Они сложны при изготовлении, поскольку при создании дуговых элементов требуется геометрия высокой точности. Зато при правильных расчетах нагрузка равномерно распределяется по всему основанию.

При изготовлении металлической фермы подбирают внутренний рисунок в зависимости от предполагаемого уровня нагрузки и других конструктивных требований. Тип обрешетки может значительно повысить трудоемкость проекта, изменить внешний вид объекта, его вес и существенно увеличить затраты на изготовление изделия.

Треугольная решетка отличается минимумом узлов, поэтому делать ее экономически выгодно. Ее можно увидеть в параллельной и трапециевидной форме металлоконструкций.
Шпренгельная решетка используется в объектах, где большая часть нагрузки ложится на верхний пояс, позволяя сохранить необходимое расстояние между прогонами.
Раскосная ферма пригодится в тех случаях, когда на стойки возлагаются слишком большие нагрузки.
Крестовая решетка подходит для каркасов, где расчетная нагрузка направлена в две стороны.
Перекрестная решетка нужна для ферм, которые делают из тавров.
Полураскосная и ромбическая решетка – ее изготовление практикуют при создании ферм с огромной высотой (как у мостов и мачт). Эти рамы отличаются большой жесткостью из-за наличия двух систем раскосов.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Металлические фермы для кровли выпускаются в прямом варианте, односкатном и двускатном. Ребра жесткости не позволяют металлическим фермам деформироваться независимо от ширины пролета.

Изготовление металлических ферм может выполняться по разным схемам в зависимости от количества поясов. Бывают плоские и пространственные фермы. У плоских все узлы и стержни расположены на одном уровне, у пространственных пояса расположены в параллельных плоскостях.

Плюсы и минусы металлических ферм

Преимуществами изготовления подобных металлоконструкций можно считать:

Возможность предварительной частичной сборки и компоновки сборных металлических ферм. Это значительно упрощает процесс монтажа, так как собрать конструкцию можно даже вручную. Кроме того, подобный вариант позволяет уменьшить затраты на транспортировку, так как можно регулировать размер каркаса.
Малый вес металлических профилей значительно облегчает работу со всей металлоконструкцией.
При помощи ферм можно очень быстро возводить высотные конструкции с прочным основанием.
По сравнению с монолитными строениями из бетона и кирпича они стоят гораздо меньше.
При изготовлении металлических ферм используются очень крепкие профили, стойкие к деформации и воздействию ветра.
Стропильные системы из металлопрофиля имеют длительный срок службы.
По завершении установки допускается покраска металлической фермы в любой цвет, следовательно, ее можно хорошо вписать в интерьер сооружения.

Не стоит забывать о том, что любые конструкции имеют свои недостатки. В данном случае можно говорить о том, что при изготовлении изделий большое внимание необходимо уделять тщательной антикоррозийной обработке. В случае нарушения покрытия сталь может потерять свои эксплуатационные характеристики и выйти из строя всего за пару лет. Например, такое негативное воздействие способен оказать конденсат, скапливающийся в верхних слоях помещения, где расположена чердачная зона.

Изготовлением металлических ферм и их установкой должны заниматься только профессионалы. Монтаж громоздких металлоконструкций тесно связан со специальной подъемной техникой и работами на высоте, для чего необходимо получить специальный допуск. Такие проблемы снимаются заказом выполнения работ у определенной компании. То есть если вы заказываете изготовление металлической конструкции на производстве, то уточните, есть ли у них услуги монтажа.

Помните о том, что для качественного изготовления любого объекта необходимо проводить проектно-расчетные работы. Кроме этого, возможно, появятся затраты на доставку. В связи с этим очень тщательно нужно выбирать компанию, предоставляющую подобные услуги, ориентируясь в первую очередь на качество работ, а уже потом на их стоимость. Не забывайте, что надежность несущих элементов будет сказываться на сроке эксплуатации всего сооружения.

В целом, подобная металлоконструкция сопоставима со стальными балками. Отличие заключается в том, что металлическая ферма является более эффективной конструкцией. Она работает на растяжение и сжатие, не подвержена гниению, заражению грибком и насекомыми, не ломается под воздействием тонны снега. Все это выгодно отличает ее от деревянных стропил или балок.

Изготовление и монтаж металлических ферм

Изготовление металлоконструкций может происходить непосредственно на строительном участке либо в специальном цехе на производстве. Сам процесс заключается в сборке готовых элементов: стоек, раскосов, поясов. В некоторых случаях в этих конструкциях заранее проделывают монтажные отверстия, тогда весь процесс сборки протекает гораздо быстрее и проще. В случае отсутствия монтажных отверстий их фиксируют при помощи струбцин и затем закрепляют.

Чертежи для изготовления металлических ферм из профильной трубы и других элементов, а также результаты сборки должны полностью совпадать с задуманным проектом.

Соединение металлических деталей может происходить с двумя способами:

С помощью болтов. Это самый распространенный и простой способ соединения. Он позволяет быстро монтировать фахверки, прогоны, связи и другие элементы металлоконструкции. Качество натяжения болтов оказывает прямое влияние на надежность болтового соединения. Чаще всего такую работу делают сразу два монтажника при помощи специальных ключей с рукоятками и пневмоинструмента.
Путем сварки. Сварные работы в производственных условиях используются только в том случае, когда нужно получить очень крепкое устойчивое соединение. До начала сварочных работ отдельные элементы конструкции скрепляются между собой при помощи монтажных болтов. Самые ответственные узлы следует фиксировать заклепками.

Когда заканчивается изготовление отдельных элементов, стропильная система из профилей частями или полностью доставляется на участок сборки. Установка всей металлоконструкции выполняется на основание, представляющее собой зацементированные и скрепленные колонны.

Чтобы поднимать остов, понадобится стрелочный кран. Во время его работы возможно раскачивание конструкции. Для предотвращения этой проблемы используют ручные парные растяжки. Они же помогают направлять конструкцию во время монтажа. После подъема систему фиксируют временными соединениями, а затем уже основательными. Прежде чем убрать стропы, необходимо убедиться в том, что хотя бы 50 % креплений хорошо затянуты.

Процесс монтажа может варьироваться в зависимости от особенностей основания. Так, при установке конструкции на железобетонные колонны или стены из кирпича фиксация элементов выполняется на анкерные болты. При длине конструкции более 10 м необходимо производить расчет крыши как спаренной системы. В таком случае стропильные ноги и перемычки должны состоять из двух частей. Их сборка выполняется непосредственно на объекте.

При установке стропильной фермы важно соблюдать технику безопасности. Обязательными моментами будут следующие пункты:

Принимать участие в работах могут только высококвалифицированные высотники и стропальщики, имеющие соответствующий допуск.
Обязательно прохождение инструктажа по технике безопасности до начала работ.
Работающий персонал должен быть снабжен специальной экипировкой: касками, рукавицами, монтажными поясами, сезонной спецодеждой.

В наше время изготовление конструкций металлических ферм находится на лидирующих позициях, что объясняется их огромными преимуществами. Они быстро изготавливаются, легко устанавливаются, имеют длительный срок эксплуатации и высокую устойчивость к внешнему воздействию. Являются настоящим технологическим достижением современного производства в области строительства.

От чего зависит стоимость изготовления металлических ферм

Изготовление систем из металлических профилированных труб получило широкое распространение в частном строительстве. Это очень удобные и легкие конструкции, которые можно собрать прямо на месте.

Цена изготовления металлических ферм зависит от сложности изделия и особенностей монтажа. Основной упор идет на следующие факторы:

Вид и количество металлопроката.
Конфигурация конструкции.
Размеры сооружения.

На качество и долговечность готового изделия влияет не только качество изготовления элементов, но и грамотный монтаж всей металлоконструкции. Стоимость сборки определяется следующими факторами:

Видом сооружения и уровнем его сложности – следует отличать по сложности монтаж гаража от возведения торгового комплекса.
Площадью постройки – стоимость изготовления и монтажа металлоконструкции снижается прямо пропорционально увеличению общей площади строения.
Местоположением объекта – монтируя металлоконструкцию, ориентируются на административное расположение места строительства и логистические расходы, включая перевозку оборудования и рабочих.
Срочность выполнения заказа – изготовление и монтаж металлической конструкции в сжатые сроки требует увеличения объема спецтехники, численности персонала, введения посменного графика работы.

Все эти нюансы могут существенно повлиять на конечную стоимость проекта.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Вопрос 25 Металлические фермы. Классификация. Расчет сжатых и растянутых стерженей

В зависимости от расчетно-конструктивной схемы здания фермы могут быть оперты на несущие стены, железобетонные или металлические колонны, а также использованы в качестве решетчатых ригелей поперечных рам.

Очертание и конструктивные формы стальных ферм зависят от назначения сооружения, размера помещения и его формы, вида кровельного ограждения, типа и размеров фонаря, конструкции соединения ферм с металлическими или железобетонными колоннами. В целях экономии металла фермы покрытии проектируют так, чтобы их очертание было возможно ближе к очертанию эпюры изгибающих моментов. Поэтому для однопролетных ферм, воспринимающих распределенные по пролету нагрузки, наиболее рациональны фермы пятиугольные двускатные (рис. а б, г) и полигональные (рис. ж). Фермы с параллельными поясами (рис. е) находят применение в покрытиях зданий с плоскими кровлями, а также в качестве подстропильных и подкрановых конструкций. Пятиугольные двускатные фермы с уклонами i= 1 /₁₀- 1 /₁₂ и фермы с параллельными поясами пригодны под рулонные кровли. Эти фермы применяют чаще других, они экономичнее треугольных, имеют в сравнении с ними конструктивные преимущества, так как позволяют конструировать сопряжения с колоннами по типу жесткого рамного узла, что обеспечивает надлежащую поперечную жесткость здания.

При кровлях, требующих значительных уклонов для отвода атмосферных осадков, применяют треугольные фермы (рис. д, е) с покрытием из стальных или асбестоцементных листов. Если угол наклона верхнего пояса к горизонтали менее 20°, треугольная ферма оказывается нерациональной, так как усилия в крайних панелях поясов получаются очень большими, а конструкция опорных узлов весьма сложной. В атом случае наиболее рациональна ферма с пониженным нижним поясом (рис. з). Если кровля требует особенно большого уклона (черепичная кровля), рекомендуется треугольная ферма с приподнятым нижним поясом (рис. е). Высоту треугольных ферм принимают равной 1 /₄- 1 /₅ пролета с углом наклона кровли 27-22°. Треугольные фермы имеют повышенный расход металла по сравнению с фермами других очертаний.

Полигональные фермы (рис. ж) рациональны в зданиях больших пролетов (48 м и более).

В фермах пятиугольных и с параллельными поясами из всех систем решеток наиболее рациональна треугольная решетка с дополнительными стойками (рис. а, б). Такая решетка позволяет уменьшить в два раза расчетную длину сжатого пояса (в плоскости фермы), а также образует промежуточные опоры для конструкций кровельного ограждения (прогонов или панелей). Наивыгоднейший угол наклона раскосов близок к 45°;

Шпренгельные решетки (б, е, ж.) применяют в фермах значительных пролетов (30-60 м и более), имеющих большую высоту. Устройство такого типа решетки дает возможность устраивать дополнительные узлы для опирания прогонов, освобождая верхний пояс от работы на местный изгиб при внеузловом опирании прогонов или ребер настила.

В треугольных фермах проектируют раскосную или треугольную систему решетки; раскосная решетка более рациональна.

Расчет длины в плоскости и из плоскости: 1. Определяем геометрические размеры l. 2. Расчет в плоскости (l_x), для в.п., оп. раск., н.п. l_x =μ·l, где μ=1, для элементов решетки l_x =μ·l, где μ=0,8. 3. Из плоскости в.п., оп. раск., н.п. l_у =l. В.п. (прогонная система) l_у =2·l. 4. Сбор нагрузок от постоянных и временных действий сил, данные записываем в таблицу. 5. Строим диаграмму Максвелла-Кремона и определяем усилия в элементах фермы. 6.Подбор сечения: а) сжатые А_тр=N/φR_y из СНиПа φ=f(λ,R_y), задаемся гибкостью в.п. λ=60-100, элементы раскосной решетки сжатые λ=100-120. По требуемому сечению из сортамента подбираем швеллер, уголок, двутавр и выписываем площадь сечения фактическую, номер и радиусы инерции. Проверяем гибкость λ_x=l_x/i_x_ф; λ_у=l_у/i_x_ф (λ_пред≤120)из полученных значений выбираем максимальное. По максимальному значению λ_max из СНиПа φ_min σ=N/ φ_min A_ф≤R_yγ_s. где γ_s=1. 6. б) растянутые элементы А_тр=N/R_y аналогично как и для сжатых, только (λ_пред≤400).

Подбор сечения стержней металлической фермы из парных уголков

Растянутые стержни стальных ферм рассчитываются как центрально-растянутые элементы (см. раздел 6). При центральном растяжении должна обеспечиваться прочность и ограничивается гибкость стержня.

Требуемая площадь растянутых стержней определяется из формулы

при отсутствии ослаблений (отверстий) площадь сечения стержня А = А_n,где А_n − площадь сечения стержня нетто. Гибкость проверяется по формуле:

при статической нагрузке предельная гибкость растянутых поясов и стержней ферм λ_пред. = 400.

2. Расчет сжатых стержней

Сжатые стержни рассчитываются как центрально-сжатые элементы. Порядок расчета сжатых стержней ферм аналогичен расчету центрально-сжатой колонны (см. раздел 5). При центральном сжатии должны быть обеспечены прочность, устойчивость и ограничивается гибкость. Расчет по прочности производится только в случае наличия ослаблений в расчетном сечении стержней. Если ослаблений нет, то наибольшие по величине напряжения получаются при расчетах устойчивости.

В соответствии с расчетом устойчивости требуемая площадь сечения стержня фермы определяется из формулы

Гибкость сжатых поясов и стержней ферм проверяется по уравнению (5.4, г)аналогично проверке гибкости растянутых стержней. Предельная гибкость сжатых стержней определяется по табл. 5.4.

Пример 1.Подобрать сечение стержня решетки стальной фермы, работающей в климатическом районе II₄ (рис. 9.12). На стержень действует растягивающее усилие N =200 кН (нагрузка статическая). Геометрическая длина стержня (расстояние между узлами) l = 3000 мм. Предельная гибкость λ_max = 400. Толщина фасонки t =10 мм.

Решение.

1. Учитывая климатический район и то, что фермы относятся к конструкциям группы 2 (табл. 50* СНиП II-23-81*), принимаем из рекомендованных сталей сталь С245.

2. Находим расчетное сопротивление стали по пределу текучести (табл. 2.2): R_y = 240 МПа = 24,0 кН/см 2 (при толщине проката 2−20 мм).

3. Определяем коэффициент условий работы γ_с = 0,95 (табл. 2.3).

4. Определяем расчетные длины стержня (см. табл. 11 СНиП II-23-81*):

расчетная длина в плоскости фермы:

расчетная длина в плоскости, перпендикулярной плоскости фермы:

5. Находим требуемую площадь сечения стержня:

6. По сортаменту прокатной угловой стали (Приложение 1, табл. 3) подбираем уголки, при этом учитываем, что сечение стержня состоит из двух уголков; площадь одного уголка будет равна:
А_1у= 8,77/2 = 4,39 см 2 ; принимаем 2 уголка 50 х 50 х 5; А_1у=4,8 см 2 ; i_x =1,92 см; i_y_l= 2,45 см.

7. Проверяем принятое сечение:
а) проверяем прочность:

б) проверяем гибкость:

гибкость в пределах норм.

Вывод.Принимаем сечение стержня из двух уголков 50 х 50 х 5, сталь С245.

Пример 2.Подобрать сечение стержня решетки фермы (рис. 9.12), работающей в климатическом районе II₄. На стержень действует сжимающее усилие N = 359 кН (нагрузка статическая). Геометрическая длина стержня l = 4520 мм. Предельная гибкость λ_max = 210 − 60α, (см. табл. 5.4). Толщина фасонки t = 10 мм.

1. Учитывая, что климатический район строительства II₄, фермы относятся к конструкциям группы 2 (табл. 50* СНиП II-23-81*), из допускаемых к использованию сталей принимаем сталь С345-1.

2. Находим расчетное сопротивление стали по пределу текучести R_у = 335 МПа = 33,5 кН/см 2 (при толщине проката 2−10 мм, табл. 2.2).

3. Определяем коэффициент условий работы (табл. 2.3): предполагая, что гибкость стержня будет больше 60, принимаем по п. 3 табл. 2.3 γ_с = 0,8; также для нашего случая подходит коэффициент условия работы по п. 6а табл. 2.3, γ_с = 0,95; принимаем в расчет меньшее значение коэффициента γ_с =0,8.

4. Определяем расчетные длины стержня: расчетная длина в плоскости фермы l_ef_,_x = 0,8l = 0,8 ∙ 4520 = 3616 мм; расчетная длина в плоскости, перпендикулярной плоскости фермы, l_ef_,_y₁= l =4520 мм (табл. 11 СНиП II-23-81*).

5. Находим требуемую площадь сечения стержня из формулы устойчивости; для этого предварительно принимаем гибкость стержня λ= 100 и по гибкости находим коэффициент продольного изгиба φ = 0,493 (табл. 5.3):

6. Определяем требуемые радиусы инерции:

7. По сортаменту (Приложение 1, табл. 2) подбираем уголки по трем параметрам: A, i_x_, i_y₁; при подборе уголков не забываем, что площадь стержня состоит из двух уголков; требуемая площадь одного уголка А₁_y = 27,17/2 = 13,59 см 2 ; принимаем уголки: 2 уголка 100 x 8; А₁_y = 15,6 см 2 ; i_x_,= 3,07 см; i_y₁= 4,47 см (принятое сечение имеет площадь больше требуемой, а радиусы инерции имеют значения меньше, но близкие к требуемым).

8. Проверяем принятое сечение:
а) определяем гибкости:

б) по наибольшей гибкости λ =117,59 определяем (табл. 5.3) коэффициент продольного изгиба φ = 0,473;

в) находим значение коэффициента α:

так как значение коэффициента получилось больше 0,5, принимаем величину коэффициента α = 0,91;

г) определяем предельную гибкость:

наибольшая гибкость стержня λ_х = 117,59, что меньше предельной гибкости λ_max = 155,4, следовательно, гибкость стержня в пределах нормы;

д) проверяем устойчивость:

Вывод. Принимаем сечение стержня из двух уголков 100 x 8, сталь С345-1.

Читайте также: