Вконтакте Facebook Twitter Стрічка RSS

Що таке ферма металоконструкції Ферма – це що таке? Будівельна конструкція

Найпоширеніше значення слова “ферма” – сільськогосподарське підприємство, призначене для тваринництва. Але зараз не йдеться про місце ведення підсобного господарства. Тут зібрана вся інформація про ймовірно найдавнішу будівельну конструкцію, яка досі актуальна в сучасному житті. Вона має широке застосування в будівництві, особливо в конструюванні мостів і

Ферма - це система, що складається зі стрижнів, яка залишається геометрично незмінною при зміні її жорстких шарнірних вузлів. До неї також відносяться і шпренгельні балки, які представлені комбінацією з двох-або трипрогонової нерозрізаної балки та підпружної тяги.

Де використовується?

Як згадувалося, ферма у будівництві є незамінним елементом. З її допомогою будівельники полегшують конструкцію споруди та зменшують витрату необхідних матеріалів. Без використання ферми не обходиться будівництво мостів, стадіонів, ангарів, а також декоративних споруд, таких як павільйони, сцени, подіуми тощо.

При проектуванні корпусу корабля, літака, тепловоза розрахунок міцності відбувається у такий самий спосіб, як і розрахунок навантаження на ферму.

Класифікація

Ферма - це конструкція, що складається із стрижнів, які пов'язані між собою у вузлах та утворюють статично незмінну систему. Класифікація ферм може бути проведена за багатьма властивостями.

За вантажопідйомністю конструкції

  • Легкі. У них використовується одностінчастий переріз. Легкі ферми найчастіше використовуються у промисловому будівництві.
  • Важкі. Важкі ферми застосовують у конструкції баштових кранів, спортивних стадіонів і т.д. Вони використовуються стрижні складнішого перерізу, ніж у легких. Як правило, вони складаються з двох-трьох частин через велику розрахункову довжину і покладається на них навантаження. Найчастіше використовують двостінчастий переріз із двоплощинним вузловим сполученням.

За загальним ознаками

  • За призначенням.За призначенням ферми бувають баштові, бруківки, кранові, ферми покриття, опорні конструкції і т.д.
  • За типом матеріалу.Дерево, сталь, алюміній, залізобетон та ін. - З усього цього може бути виготовлена ​​будівельна ферма. Це істотна перевага цієї системи. Також можна поєднувати кілька видів матеріалу.
  • За особливостями конструкції.Існують різноманітні типи перерізу, типи ґрат, види опорних конструкцій, а також типи поясів будівельної конструкції ферми.

За просторовою ознакою

  • Плоскі. Ферми беруть він вертикальну навантаження, т.к. х стрижні розташовуються в одній площині.
  • Просторові. Розподіляють навантаження по всій своїй площі. Просторова ферма утворена з багатьох плоских ферм, об'єднаних між собою особливими способами.

За типом

  • Балка Віренделя.
  • Ферма Уоррена.
  • Ферма Пратта.
  • Ферма Больман.
  • Ферма Фінка.
  • Трикутної ферми.
  • Кінгпост.
  • Ферма з перехресними підкосами.
  • Гратчаста міська конструкція.
  • Ферма під верхнє світло.

Особливості конструкції

Класифікація ферми особливо конструкції досить велика. Далі кожна з особливостей буде більш детально розглянута.

Типи перерізу

Поперечний переріз у будівельній фермі виконано із прокатних профілів. Воно може бути у вигляді:

  • Куточок (одиночного чи подвійного).
  • Труби (круглої чи квадратної).
  • Швелера.
  • Тавра чи двотавра.

Типи пояса

Обриси пояса можуть бути подані у вигляді:

  • Трапеції. Його гідність полягає в тому, що такий вид пояса посилює рамний вузол, відповідно разом з ним збільшується і жорсткість будівлі.
  • Трикутника. Такий вид пояса використовують для балкових та консольних систем. Він має безліч недоліків, таких як нераціональна витрата металу при розподілі навантаження, складність опорного вузла і т.д.
  • Параболи. Цей пояс є найбільш трудомістким. Тому сегментні ферми використовують дуже рідко.
  • Багатокутника. Полігональні ферми використовуються частіше, ніж сегментні. Т.к. у них перелом у вузлах конструкції не такий відчутний.
  • Паралельні пояси.Найчастіше використовуються для покриття промислових будівель. Вони мають ідентичну схему вузлів, рівні за розміром елементи решітки, також вони мають повторюваність елементів і деталей.

Типи решітки

Існують шість типових варіантівграти:

  • Трикутна.
  • Ромбічна.
  • Шпренгельна.
  • Хрестова.
  • Розкоса.
  • Напіврозкоса.

Типи опори

Існує 5 видів опорних конструкцій. Щоб вибрати опорний вузол, потрібно знати схему розрахунку. Від неї залежить, чи опорний вузол буде шарнірним або жорстким. Види опор:

  • Балочна чи консольна.
  • Арочна.
  • Вантова.
  • Рамна.
  • Комбінована.

Принцип дії

Унікальність цієї конструкції полягає у її «незмінності» під впливом зовнішніх факторів. Навантаження на цю систему буває досить велике. Ферма є безліч об'єднаних в одну конструкцію трикутників. Навантаження у яких зосереджена місці з'єднання вузлів, т.к. стрижні краще виявляють свої властивості в процесі стиснення-розтягування, а не на злам. У сучасне будівництвонайчастіше використовують тверде, а не стрижнів. З цього випливає, що при відділенні одного з них від цілісної конструкції вони залишаться в незмінному по відношенню один до одного положенні.

Принцип розрахунку ферм вирізанням кутів

Цей спосіб розрахунку ферм є найпростішим. Цей спосібвикладають у багатьох технічних навчальних закладах.

Ферма - це конструкція, навантаження яку зосереджена у її вузлах. Отже, потрібно розрахувати всі зовнішні чинники, які будуть навантаженням на вузли. Потім - обчислити і знайти вузол, в якому присутні 2 стрижні з прикладеною на них силою. Умовно необхідно відокремити решту ферми і отримати вузол, у якому буде кілька відомих значень і 2 невідомих. Потім потрібно скласти рівність по двох осях та розрахувати невідомі значення. Так само виділяють наступний вузол, і так до тих пір, поки ферма не буде розрахована.

Основні типи ферм

  • Балка Віренделя- Це система, де всі її частини утворюють прямокутні отвори і тим самим з'єднуються в жорстку раму. Вона по конструкції не підходить під строгий термін «ферми», т.к. у цій балці відсутня пара сил. Її розробив бельгійський інженер Артур Вірендель. Але т.к. ця конструкція досить масивна, її рідко можна зустріти у сучасній архітектурі.

  • Ферма Уоррена.Це спрощена версія конструкції Пратта-Хова. Вона працює за принципом стиснення-розтягування. Найчастіше виконана із сталевого прокату.
  • Ферма Пратта.Патент на цю споруду належить батькові та синові з Бостона. Калеб Пратт та Томас Вілсон були двома інженерами. Вони використовували стислі частини по вертикалі, а розтягнуті – по горизонталі. Тому навантаження однаково добре розподіляється як згори, і знизу.
  • Ферма Больманамає досить складну та незручну конструкцію. Свою популярність у США ця споруда набула через політичні переваги її творця. Винахідник красномовно говорив про ферму, нехай навіть не все відповідало дійсності. Больман зумів просунути свій винахід за допомогою американського уряду, який часом змушував містобудівників використовувати цю конструкцію під час проектування мостів. Серед власників патентів будівельних ферм є чимало наших співвітчизників, але ще жодна "російська" ферма не просувалася в маси в такий оригінальний спосіб.
  • Ферма Фінкає спрощеною версією Больманської ферми. Він просто вкоротив усі її елементи і тим самим зробив її ефективнішою. Також вона має схожість із конструкцією ферми Пратта. Вона відрізняється від неї лише відсутністю нижньої балки.
  • Трикутної ферми.Також її називають «бельгійською». Це сучасна конструкція, яка представлена ​​у шпренгелях.
  • Кінгпост- Найпростіший варіант ферми. Він є парою опор, що спираються на вертикальну балку.
  • Гратчаста міська структурабуло створено заміни величезних дерев'яних мостів. Вона досить проста за своєю конструкцією. Для неї застосовують звичайні дерев'яні доски, приєднані один до одного під кутом, які у свою чергу утворюють грати.

Будівельна ферма - це металева структура, що складається з окремих похилих розкосів або вертикальних стійок, які з'єднані між собою в окремі вузли, розташовані на нижньому та верхньому поясі ферми за допомогою зварних з'єднань, їх сукупності утворюють жорстку конструкцію. Пов'язані стійки рівномірно розподіляють навантаження по всій конструкції ферми, яке передає її через опорні колони на фундамент. При цьому верхній пояс працює на осьове стискування, а нижній на розтяг.

Види та різновиди

Сполучені між собою розкоси утворюють трикутник, який вважається найміцнішою геометричною фігурою. Тому практично будь-яка конструктивна схема ферми, незалежно від її виду, складається з набору певної кількості геометричних фігур, що не змінюються, у вигляді трикутників.

Ферми складаються з наступних елементів:

Вузлові з'єднання можуть бути:

  1. Зварні – всі елементи конструкції пов'язані між собою за допомогою зварювання.
  2. Болтові з'єднання або клепані - елементи з'єднуються між собою за допомогою болтів або заклепок на загальній сталевій заставній (фасонці), виготовленій з прокатного товстого листа.

Сталева ферма, порівняно з цільними балками, має легшу вагу, на її виготовлення йде менше металу, при цьому вона відрізняється високою несучою здатністю. А за своєю конструкцією та розподілом вертикальних навантажень ферми діляться на два види:

Структурні пристрої набагато складніші при складанні, але завдяки своїй конструкції, здатні нести як вертикальне, так і бічне навантаження. При цьому для них не потрібно монтувати додаткові прогони для зв'язку з іншими металоконструкціями, тому їх часто використовують для одного цільного перекриття великих і досить широких прольотів з мінімальною кількістю опорних колон.

Конструкційні особливості

Будь-які металеві пристрої, незалежно від їх конструкції, контуру та форми, мають свої особливості та певні параметри. Але все ж таки за способом установки, крім класичної, коли структурний пристрій спирається на опори двома кінцями, іноді зустрічаються конструктивні споруди, у яких один край виходить висить, тобто без опори. Зазвичай вони монтуються для перекриттів будівель, у яких скат даху виноситься далеко за межі зовнішніх стін.

Залежно від конструкції, ферми можуть бути прямою, одно або двосхилим форми. По контуру різняться кілька видів:

Види ґрат

Існують такі види грат:

  • Трикутні грати. Є найжорсткішою та найефективнішою системою в конструкціях з паралельними, трикутними та трапецеїдальними обрисами.
  • Розкісні грати. Складається з найдовших розкосів, які працюють одночасно на стиск та розтяг, а ось вертикальні стійки тільки на стиск.

Існують також спеціальні хрестові, шпренгельні та інші ґрати.

Важливим параметром конструкції ферм є їх кут нахилу, і в залежності від нього конструкції поділяються на 3 групи:

Майже всі будівельні ферми мають чималі перевагиперед суцільнометалевими балками, серед яких основними є:

Виготовлення конструкцій

Як правило, конструкції ферм, що виготовляються з металу, підбираються в залежності від проектованого кута нахилу їх верхнього пояса, ширини прольоту, що перекривається, і призначення. Якщо брати до уваги перекриття промислових будівель, мостових та естакадних прольотів, де вони найчастіше використовуються, то для цього виготовляються будівельні ферми зі стандартною довжиною 12, 18, і 24 м/п.

Загальні вимоги

Для більш важких та відповідальних конструкцій (мостів та шляхопроводів) застосовуються двотаврові балки та швелера. Усі гідротехнічні споруди збираються із елементів круглого перерізу або профільних труб.

Найчастіше для збирання стандартних будівельних ферм використовується посилений прокатний куточок. При цьому виготовлення всіх її елементів застосовується спарений куточок, заготовки якого з'єднуються між собою з допомогою зварювання спеціальними, вставленими з-поміж них металевими пластинами (рибками). Куточки спаровуються таким чином, щоб їх поперечний переріз нагадував тавровий переріз.

Щоправда, останнім часом металеві конструкції цієї конфігурації стали мати менший попит через трудомісткість складання, зварювання та фарбування. Альтернативою таких споруд дедалі більше стають сталеві профільні або круглі труби.

Правильний розрахунок

Необхідно розуміти, що зробити якісний розрахунок несучого пристрою можна тільки за умови наявності спеціальних знаньз урахуванням вимог БНіП та багатьох інших численних факторів. Для того, щоб грамотно зробити розрахунок, проектувальники використовують спеціальні програми.

Розраховуючи проект інженерного пристрою, обов'язково всі отримані значення повинні наноситися в проектне креслення, без якого складання конструкції буде практично неможливим.

Спочатку перед складанням креслярського проекту готується схема ферми із зазначенням основної залежності ухилу верхнього пояса та загальною довжиною майбутнього виробу. Також слід брати до уваги такі фактори, як:

Як тільки основні параметри буде розраховано, слід визначитися зі схемою конструкції. Найкраще для цього скористатися спеціальними програмами, які можна знайти в інтернеті. Наприклад, можна скористатися програмою «Розрахунок ферм».

Складання конструкції

Всі елементи ферм для перекриття довгих прольотів виготовляються та підганяються в заводських умовах, там же проводиться і частина збирання конструкції . Повний її монтажвиконується безпосередньо на будівельному майданчикустрого за деталізованими кресленнями, які йдуть у комплекті з виробом. На кресленні позначені окремі маркування всіх деталей конструкції та надана інструкція, яка пояснює весь процес збирання.

Зазвичай на заготовках виробу є спеціальні монтажні отвори, за допомогою яких можна зібрати і тимчасово закріпити без використання струбцин та спеціальних хомутів кріплення всі деталі конструкції при підготовці її до зварювальних робіт.

Якщо таких отворів немає, тимчасова фіксація заготовок здійснюється за допомогою струбцин та короткими звареними швами.

Більшість деталей пристроїв із металу зварюється електрозварюванням або з'єднується за допомогою болтових з'єднань. Ступінь надійності таких з'єднань залежить від зусилля, з яким болти затягувалися. Зазвичай така робота провадиться двома монтажниками, які затягують гайки за допомогою ключів з подовженими рукоятками або пневматичними гайковертами.

Повне з'єднання елементів конструкції ферм електрозварюваннямвиробляються у випадках, коли потрібно отримати максимально міцне з'єднання. Особливо важливі кріплення деталей можуть виконуватися за допомогою товстих сталевих заклепок.

Монтаж зібраних конструкцій провадиться за допомогою крана, а важкі конструктивні структури можуть встановлюватися двома кранами. Після монтажу повністю зібраної конструкціїна колони, вона приварюється до заставної пластини, жорстко зафіксованої на оголовник колони.


Основним завданням при зведенні покрівлі будь-якої конфігурації та виду є максимальне забезпечення захисту будівлі від негативного впливузовнішні фактори. Цього можна досягти за допомогою використання кроквяних ферм на основі дерева або металу.

Основні вимоги до конструкції

  • Незалежно від конкретного типу будівельних матеріалів (дерево, покрівля, що наплавляється, металочерепиця, звичайна черепиця) перед початком оздоблювальних робітповинна бути зведена міцна будівельна конструкція, основним завданням якої має стати забезпечення стійкості і надійності покрівлі, що влаштовується.
  • Якісне виконання конструкції, основними частинами якої є кроквяні і підкроквяні ферми, є гарантією того, що вона витримає всі постійні і тимчасові навантаження, що на неї надаються.

Конструктивні особливості кроквяних ферм

На визначення "кроквяча ферма"входить ряд конструктивних елементів: розкосів, стійок, лат. Подібна жорстка конструкція в результаті збирання забезпечуватиме скелет покрівлі.

Під цим визначенням маються на увазі жорсткі конструкції, що застосовуються при влаштуванні скатних дахів.

Завданням ферм є передача загального навантаження, яке виявляється на дах, стіни будівлі. Матеріалом виготовлення ферм переважно служить дерево, але можливі також альтернативні варіанти.

Основою для створення дерев'яних конструкційє дошки, ліс-кругляк, брус.

Окремі елементи з'єднуються шляхом врубки. У тому випадку, коли деталі зроблені з дощок, у хід йдуть болти, цвяхи, кільцеві зубчасті шпонки.

При зведенні великих за площею будівель, коли довжина прольоту виявляється більше 16 метрів, для будівництва використовуються ферми з розтягнутими стійками на основі металу.

У разі використання розтягнутих дерев'яних стійок надійне кріплення вузлів досить складне завдання, а при використанні металевих елементів зробити це легко.

Складання дерев'яних ферм – процес досить трудомісткий. При використанні ферм комбінованого типу (з дерев'яними та металевими деталями) зробити це можна набагато швидше.

При зведенні житлових будинків рідко застосовують варіант покрівельної конструкції із відкритими фермами. В основному вони закриваються за допомогою стельових перекриттів. У сфері будівництва будівель промислового призначення відкриті ферми є досить популярним варіантом покрівлі.

Як головні елементи можуть використовуватися також балки. Кроквяні балки на основі залізобетону є підкроквяними конструкціями, що перекривають кроки колон довжиною 12, 18 метрів. Подібні елементи є проміжними опорами.

Види кроквяних ферм

Вибираючи конструкцію та матеріал для створення покрівельного скелета, необхідно враховувати, на основі якого матеріалу збудовано стіни. Опорами для несучих конструкцій можуть бути залізобетонні, металеві колони, цегляні стіниабо підкроквяні ферми.

Особливості ферм дають можливість їх класифікації відповідно до таких ознак:

  • обрисом поясів;
  • конструктивним оформленням;
  • статичною схемою;
  • типом ґрат.

Найзначнішим критерієм для поділу ферм на окремі видиє обрис поясів. Воно визначається конструкцією покрівлі, розмірами прольоту, що перекривається, величиною навантаження. В основному вибір покрівельного матеріалузалежить від ухилу верхнього пояса.

  • З галузі промислового будівництва при влаштуванні покрівель плоского типу використовуються кроквяні ферми з паралельними поясами.
  • У разі використання як покрівельного матеріалу азбестоцементних або сталевих листів влаштовується трапецієподібний різновид несучих конструкцій.
  • У сфері цивільного будівництва найбільш популярними є кістяки трикутної форми.
  • За будь-якого різновиду обрисів застосовують різні системиграт. При влаштуванні ферм з паралельними поясами або трапецієподібної форми оптимальним варіантомє грати трикутної форми, укріплена за допомогою пристрою додаткових стійок.
  • Крім цього, широкого поширення набули розрізна балкова схема або грати зі шпренгелями.

За ознакою конструктивного оформленняферми поділяються на такі види:

  • легкі, або одностінні – відрізняються наявністю однієї фасонки у вузлах;
  • важкі, або двостінні – їх особливістю є наявність у вузлах двох фасонних листів.

При зведенні будівель із значною довжиною прольоту (складальних цехів, ангарів) застосовуються важкі конструкції. У подібних будівлях промислового призначення кістяк виконує функції ригелів рамних систем.

Відповідно до матеріалу виготовленнякроквяні ферми бувають:

  • дерев'яними;
  • металевими;
  • змішаними (або комбінованими).

Вибір форми

Щоб правильно вибрати форму конструкції, необхідно звертати увагу на такі важливі моменти:

  • матеріал, що використовується як покрівельне покриття;
  • величина кута ухилу даху;
  • наявність перекриттів стелі;
  • специфіка конкретного типу з'єднання деталей кроквяних ферм.

Наприклад, у разі зведення покрівлі плоского типу, покриттям для якого є рулонні бітумні матеріали, найкращим варіантомкроквяні ферми є прямокутна або трапецієподібна конструкція.

При величині кута ухилу більше 12 градусів та у разі важких покриттів оптимальним виборомє ферми трикутної конфігурації.

Розрахунок висоти кроквяної ферми проводиться з використанням формули, що відповідає обраній формі конструкції:

  • Для трикутного варіанта: 1/5 х L. Латинською літерою позначено довжину прольоту.
  • Для прямокутної конструкції: 1/6 х L.

При зведенні приватних житлових будинків найчастіше використовується кроквяна ферма трикутної конфігурації.

Для влаштування покрівель з одним або двома схилами з різними кутами ухилу застосовуються різні комбінації з кроквами похилого типу, влаштовуються дерев'яні або металеві кроквяні ферми.

Стійкість ферм підвищується за допомогою пристрою додаткових зв'язок верхнього та нижнього поясів. Виготовлення таких зв'язок здійснюється головним чином на основі дощок.

У разі зведення покрівлі з двома схилами раціональним вибором є різновид ферми зі кроквами висячого типу. Найголовнішим моментом вибору кроквяної конструкції є підбірбудівельного матеріалу

що може забезпечити необхідний ступінь міцності, жорсткості, надійності. Значення має й цінова категорія, до якої належить матеріал.

Дерев'яні ферми

Кроквяні ферми на основі дерева є найбільш популярним варіантом, який відповідає більшості вимог, що пред'являються до конструкції.

  • Їх застосовують у таких випадках:
  • при влаштуванні покрівель мансардного типу;
  • під час зведення комерційних, сільськогосподарських, спортивних, промислових об'єктів; під час відновленняплоских покрівель

Основними перевагами дерев'яних кроквяних фермпо відношенню до інших різновидів таких конструкцій є:

  • простота процесу виробництва та його автоматизованість;
  • короткі терміни виконання робіт із проектування;
  • легкість здійснення монтажу (завдяки наявності готових елементів конструкції);
  • широка перспектива реалізації найнезвичайніших дизайнерських рішень у плані форми, конфігурації тощо;
  • порівняно невелика вага;
  • можливість застосування у разі прольотів великих розмірів (найбільша довжина може становити 18 м);
  • можливість утеплення та простота його здійснення;
  • відмінні експлуатаційні якості та технологічні характеристики;
  • належність до першої категорії пожежної безпеки (матеріал проходить відповідну обробку в заводських умовах);
  • відповідність вимогам екологічної безпеки.

У разі вибору конструкцій на основі дерева необхідно звертати увагу на якісне проведення обробки матеріалу антисептичними та антипіретичними складами, що забезпечують захист конструкції від руйнівної дії гнилі, грибів, комах та від вогню.

Специфіка металевих кроквяних ферм

Для забезпечення підвищеної жорсткості застосовують кроквяні системи на основі металу. Цей варіант максимально підходить при влаштуванні кроквяних ферм значної довжини (більше 10 м). У таких випадках із сталі виготовляються не тільки крокви, а й брус мауерлату та конькові опори. Укладання проводиться не за допомогою дерев'яної сполучної деталі, а за допомогою швелера. Для кріплення кроквяних ніг використовуються приварені куточки.

Основними перевагами сталевих кроквяних фермє:

  • підвищений рівень міцності;
  • стійкість;
  • несхильність до руйнування і гниття;
  • значний термін служби;
  • зручність застосування при необхідності перекриття споруд великої площі та висоти.

Слід також вказати недоліки металевих ферм:

  • значна вага створюваної конструкції;
  • застосування спеціальної техніки для підйому конструкції на потрібну висоту;
  • нестійкість матеріалу та висока ймовірність його деформації за умов високого температурного фону;
  • дорожнеча.

Сталеві кроквяні ферми бувають трьох типів:

  • спаралельними поясами;
  • трикутні;
  • полігональні.

При плануванні м'якої покрівліоптимально підходять ферми з паралельними поясами чи полігональні. У разі застосування листових матеріалів краще вибрати трикутні конструкції.

Промисловість випускає кроквяні ферми уніфікованих розмірів, які розраховані на прольоти, довжина яких становить 18, 24, 30 та 36 метрів.

Для виготовлення поясів і ґрат ферм у більшості випадків застосовуються куточки, а скріплення окремих елементів здійснюється за допомогою зварювання. Найбільш раціональною вважаються конструкції, для виготовлення поясів яких були використані таврові широкополочні балки. Процес виготовлення подібних конструкцій досить простий, до того ж на них йде. менше матеріалуАле надійність і міцність конструкції від цього не страждають.

Відмінною особливістю сталевої підкроквяної ферми від кроквяної є наявність паралельного пояса. Їх випускають у аналогічних уніфікованих розмірах.

Під час будівництва приватних будинків у багатьох випадках використовуються сталеві кроквяні ферми, матеріалом для яких є профільна труба. У порівнянні з фермами на основі куточків, швелерів або тавра подібні конструкції мають меншу вагу.

Такі конструкції можуть збиратися прямо на будівельному майданчику. У цьому використовується зварювальний апарат.

Ферми виготовляються на основі гнутих або гарячекатаних профільних труб. При цьому використовується сталь завтовшки від півтора до п'яти міліметрів. Перетин профілю труби може бути квадратним або прямокутним.

В даний час у будівництві нерідко застосовують також залізобетонні кроквяні ферми. Вони є дуже міцними ґратчастими конструкціями для перекриття значних по довжині прольотів.

Подібні ферми доцільно монтувати на покрівлях одноповерхових будівель, покриття яких зазнає величезних навантажень.

Розрахунок навантажень

Під час зведення системи крокв важливим моментомє не тільки правильний вибірформи конструкції та матеріалу виготовлення, а й коректний розрахунок можливих навантажень.

Вони бувають трьох видів:

  • постійні: загальна вага покрівельного пирога;
  • тимчасові: вага снігового шару, що знаходяться на покрівлі людей, сила поривів вітру;
  • особливі- До цієї категорії відноситься сейсмічна навантаження.

Кроквяна система на основі ферм і балок є несучою конструкцією, до складу якої входять багато елементів. Незалежно від конкретної конструкції та форми це складний у технологічному плані процес, головним етапом якого є етап проектування. Саме в цей час проводять розрахунки, від правильності яких залежить безпека всієї конструкції протягом усього експлуатаційного періоду. Такий розрахунок складається зі складних обчислень, здійснення яких потребує професійних знань.

Монтаж

Як приклад нижче описано найбільш простий процес монтажу кроквяних конструкційпри зведенні односхилий покрівлі.

  • Спочатку відповідно до наведеної формули розраховується величина перепаду стін:
    Ш х tgL

Літерою Ш позначено відстань між двома опорними стінами, а tgL – це тангенс кута ухилу покрівлі.

  • Після цього заготовляється необхідна кількість дерев'яних крокв, заздалегідь оброблених антисептичними складами.
  • Наступним кроком є ​​встановлення мауерлату. Балка за товщиною має відповідати величині товщини стін. Її необхідно прикріпити якомога жорсткіше і провести якісну гідроізоляцію. У процесі монтажу опорної балки слід стежити дотриманням строго горизонтального розташування.
  • Після закінчення монтажу мауерлата на ньому повинні бути позначені точки встановлення кроквяних ніг та вирізані виїмки для них.
  • Заздалегідь підготовлені ферми укладаються таким чином, щоб вони виступали на поверхню опорної балки на 30 см. Закріплення здійснюється за допомогою болтів та скоб.
  • Процес завершується встановленням підпорок та монтажем решетування. У тих випадках, коли кроквяні ногимають довжину понад 4,5 м, підпори є обов'язковим елементом. Поверх змонтованих крокв влаштовуються планки решетування.

ВИСНОВКИ:

  • Використання кроквяних ферм на основі дерева або металу забезпечує захист будівлі від зовнішніх впливів.
  • Основними вимогами до обраного матеріалу та конструкції кроквяної ферми є міцність, стійкість та надійність.
  • Завданням ферм є передача загального навантаження, яке виявляється на дах, стіни будівлі.
  • Ферми класифікуються за контуром поясів, конструктивним оформленням, статичною схемою, типом решітки.
  • Розрізняють ферми з паралельними поясами, трапецієподібні, трикутні.
  • Кроквяні ферми виконуються з дерева або металу. Можливі комбіновані варіанти.
  • Стійкість ферм підвищується за допомогою пристрою додаткових зв'язок верхнього та нижнього поясів на основі дощок.
  • При зведенні системи крокв важливим моментом є коректний розрахунок можливих навантажень.

Детальніше про кроквяну систему вальмового даху дивіться у відеосюжеті.

Елементи ферми

стрижневий ферма математичний

Основні елементи ферми мають такі назви.

  • · Відстань між осями опор ферми називається прольотом.
  • · Стрижні, розташовані за зовнішнім контуром ферми, називаються поясними та утворюють пояси.
  • · Стрижні верхнього контуру ферми утворюють верхній пояс (1), а стрижні нижнього контуру – нижній пояс (2). Пояс ферми може бути похилим чи горизонтальним.
  • · Відстань між вузлами пояса ферми називають панелями ферми. За кількістю панелей ферми бувають двопанельними, трипанельними та багатопанельними.
  • · Стрижні, що з'єднують пояси, утворюють ґрати ферми і називаються: вертикальні - стійками (4), похилі - розкосами (5).
  • · Точки з'єднання стрижнів називаються вузлами ферми.
  • · Вузли ферми, що збігаються з її опорами, називають опорними вузлами (7).

Класифікація ферм

За характером контуру зовнішнього контуру

За обрисом поясів кроквяні ферми бувають:

  • · чотирикутні (з паралельними або непаралельними поясами)
  • · П'ятикутні (трапецеподібні)
  • · Багатокутні (полігональні)
  • · Сегментні (кругового або параболічного обрису)
  • · Трикутні (з прямим або ламаним нижнім поясом)
  • · Одно-і двосхилі (рис 1.2)

Обрис верхнього поясу ферм визначається, головним чином, архітектурою будівлі та ув'язується з матеріалом покрівлі та ухилом. Лінію нижнього пояса визначають наявність підвісної стелі, підвісного транспорту та вимоги інтер'єру.

Ферми з паралельними поясами та трапецеподібні найбільш прості за формою та у виготовленні, тому вони широко застосовуються у цивільних і промислових будинках різного призначеннямаючи невелику будівельну висоту в порівнянні з фермами інших типів.

Трикутні ферми використовуються для покриття будівель з холодною крутою покрівлею з дрібнорозмірних матеріалів. Конструктивний недолік такої ферми – різнотипність елементів та вузлів.

Ферми з паралельними поясами проектують під рулонну покрівлю. Їхня гідність - однотипність вузлів і розмірів елементів, оптимальні кутиміж розкосами та поясами.

Трапецеподібні, полігональні та сегментні ферми відносяться до найбільш раціональних витрат матеріалів і широко використовуються в сучасному будівництві.

Безрозкісні ферми застосовують у міжповерхових перекриттях. Така ферма позбавлена ​​якості геометричної незмінності і може існувати за умови заміни її шарнірних вузлів жорсткими, тобто. перетворенням на раму.

Ферми зазвичай проектують таким чином, щоб основне навантаження на них передавалося через вузли верхнього або нижнього пояса. Наявність шпренгелів дозволяє збільшити кількість вузлів у цьому поясі, що може знадобитися для полегшення конструкцій, за допомогою яких зовнішнє навантаження передається на вузли ферми або, наприклад, зменшення ширини плит перекриттів, що спираються на кроквяні ферми будівлі.

За типом решітки виділяють:

  • · Трикутні грати
  • · Розкісні та напіврозкісні грати
  • · Шпренгельні грати
  • · Хрестові грати
  • · Ромбічні грати (рис. 1.3)

Трикутна система ґрат. Така система дає найменшу сумарну довжину решітки та найменшу кількість вузлів при найкоротшому шляху зусилля від місця застосування навантаження до опори. Грати ферм працюють на поперечну силу, виконуючи функції стінки суцільної балки. Загальним недоліком трикутної системи решітки є наявність стислих довгих розкосів, що висходять у фермах з паралельними поясами і низхідних трикутних фермах.

Розкісна система решітки. Застосовувати розкісні решітки доцільно при малій висоті ферм, а також тоді, коли по стійках передаються великі зусилля (при великому вузловому навантаженні). Розкосна решітка більш трудомістка ніж трикутна, і вимагає більшої витрати матеріалу, так як при рівній кількості панелей у фермі загальна довжина решітки розкоші більше і в ній більше вузлів. Шлях зусилля від вузла, до якого прикладено навантаження, до опори в решітці розкоші довше, він йде через всі стрижні решітки і вузли.

Шпренгельна система ґрат. Щоб зменшити розмір панелі, зберігши нормальний кут нахилу розкосів, застосовують шпренгельні грати. Такі грати дають можливість отримати раціональну відстань між елементами поперечної конструкції при раціональному куті нахилу розкосів, а також зменшити розрахункову довжину стиснутих стрижнів. Так, застосування шпренгельних грат у високих вежах зменшує розрахункову довжину стислих поясів і тим самим дозволяє знизити загальну вагу конструкції.

У фермах, які працюють на двостороннє навантаження, зазвичай влаштовують хрестові грати. До таких ферм відносяться горизонтальні зв'язкові ферми покриттів виробничих будівель, мостів та інших конструкцій, вертикальні ферми веж, щог та високих будівель. Дуже часто хрестові ґрати проектують із гнучких стрижнів. І тут під впливом навантаження працюють лише розтягнуті розкоси; стислі ж розкоси внаслідок своєї великої гнучкості вимикаються з роботи та розрахункову схемуне входять.

Ромбічна і напіврозкосна решітки завдяки двом системам розкосів також мають велику жорсткість; ці системи застосовуються в мостах, вежах, щоглах, зв'язках зменшення розрахункової довжини стрижнів і особливо раціональні під час роботи конструкцій великі поперечні сили.

  • · ферми з трикутними ґратами (рис. 4.5, а);
  • · ферми з розкосними гратами (рис. 4.5, б)
  • · ферми з напіврозкосними гратами (рис. 4.5, в);
  • · ферми з ромбічними ґратами (рис. 4.5, г);
  • · Дворешітчасті (рис. 4.5, д),
  • · багаторешітчасті (рис. 4.5, е).

За типом спирання ферми можуть бути:

  • · Закріпленими в обох кінців - балочними (рис. 4.6, а) або арочними (рис. 4.6, д, е);
  • · Консольними - закріпленими в одного кінця (рис. 4.6, б);
  • · Балочно-консольними (рис. 4.6, в, г)

Залежно від призначення розрізняють ферми:

  • · кроквяні (рис. 4.7, а),
  • · Кранові (рис. 4.7, б),
  • · Баштові (рис. 4.7, в),
  • · Мостові (рис. 4.8) та ін.

Мостові ферми в залежності від рівня їзди поділяються на:

  • · ферми з їздою внизу (рис. 4.8, а),
  • · ферми з їздою поверху, (рис. 4.8, б)
  • · ферми з їздою посередині (рис. 4.8, в).

Металева ферма виготовляється із сталевих профілів, що найчастіше використовується для цього куточок. Якщо потрібно облаштувати більш важку конструкцію, то профіль повинен мати тавровий або двотавровий переріз. Для гідротехнічних споруд використовується круглий переріз, а також профільна труба. Кроквяна металева ферма досить широко застосовується в конструкціях для перекриття будівель, найчастіше ширина прольоту перевищує 24 метри.

Конструктивні особливості кроквяної металевої ферми

Металева ферма має якості жорсткості та міцності, які забезпечуються формою. Найбільш поширеним вважається варіант, який має у складі прути, серед них розташовуються паралельно спрямовані елементи, які мають зигзагоподібну форму. Завдяки подібному компонування навіть при незначному витраті матеріалу опірність системи підвищується у багато разів.

Головні конструктивні елементи

Металева ферма складається із стійок, розкосів, а також ґрат. Вузлове з'єднання складових проводиться методом примикання одного елемента до іншого. Стрижні решітки кріпляться до поясів за допомогою зварювання чи фасонних елементів. Крім кроквяних, можуть бути і підкроквяні. Їх застосовують як опору для несучих перекриттів та конструкцій, що вірно, якщо між колонами виявляється більша відстань, ніж між балками.

Різновиди ферм за ґратами та поясами


Металева ферма може бути класифікована за геометрією поясів та різновидом решітки. Якщо говорити про обриси пояса, то він може мати у складі елементи, розташовані паралельно, тобто мати достатню кількість конструктивних переваг.

Деталі повторюються з найбільшою періодичністю, що пов'язано з рівномірними довжинами стрижнів для решітки та поясів, однаковими схемами вузлів, а також найменшою кількістю стиків, що дозволяє уніфікувати конструкції. Це дає можливість індустріалізувати їхнє виробництво. Їх використовують найчастіше при облаштуванні м'яких покрівель.

Металеві ферми, креслення яких складаються до початку монтажу, можуть бути однаковими, тобто трапецієподібними. Поєднання з колонами дозволяє влаштовувати досить жорсткі вузли рами, які підвищують якість жорсткості всієї споруди. У центральній частині прольоту на ґратах даних ферм немає довгих стрижнів. Вони не припускають необхідності влаштування значних ухилів. Що стосується полігональних, вони підходять для потужних будівель, в яких використовуються величезні прольоти. При цьому дані конструкції дозволяють заощадити матеріал. Подібне обрис для легких варіантів нераціонально, оскільки отримання незначної економії не можна порівняти з такими складнощами конструкції.

Можна виділити ще трикутні, які застосовуються для круглих дахів певного виду. Вони прості у виконанні, але мають певні конструктивні мінуси, які виражені в складності опорного вузла. Крім іншого, виходить перевитрата матеріалів при виготовленні довгих стрижнів у центральній зоні ґрат. Застосування трикутних систем у багатьох випадках є обов'язковим, наприклад, там, де потрібно забезпечити з одного боку рівномірний і значний приплив природного світла.

Системи решітки


Якщо ви вирішили облаштувати металеві ферми, креслення яких представлені в статті, варто скористатися трикутною системою, яка виступає як найбільш ефективний варіант у випадку з паралельно розташованими поясами. Це вірно і для трапецеїдального контуру. Можливе використання даної системи в решітці з трикутним контуром, в якому найбільш довгі елементи найбільше розтягнуті. Подібна решітка в порівнянні з трикутною найбільш складна у пристрої, а також передбачає значну витрату матеріалу.

Особливості проведення розрахунків

Монтаж металевих ферм провадиться тільки після грамотного розрахунку системи, де враховується навантаження за типом ваги покрівлі, водостічних систем, ліхтарі, а також вентилятори. Важливо врахувати і власну масу конструкції, що несе. Серед тимчасових навантажень можна виділити тиск вітру, масу людей, снігу, підвісного транспорту. Вітрове навантаженнямає бути врахована в ухилі ферми, починаючи з 30 градусів. Важливо врахувати періодичне навантаження на кшталт ураганів і сейсмічних заворушень.

Робота над виготовленням та з'єднанням елементів

Монтаж металевих ферм провадиться поетапно з елементів на прихватках. Зв'язування поясів здійснюється із застосуванням куточка, що використовується у кількості одного або двох штук. Верхні пояси виконуються з куточків, які мають нерівні боки, а також мають тавровий перетин. Поєднання здійснюється по менших сторонах. Для нижніх поясів використовуються рівнобокі куточки. Кроквяні ферми металеві можуть володіти значною довжиною, при цьому використовуються накладні та сполучні пластини. При навантаженнях, утворених у межах панелей, застосовується парний швелер.

Розкоси встановлюються під кутом 45 градусів, що стосується стійок, їх монтаж проводиться під прямим кутом. Для виконання використовується рівнобокий куточок, а кріплення деталей здійснюється з допомогою пластин.

Якщо система повністю зварена, її виконують із застосуванням тавр. Після того як монтаж на прихватках завершений напівавтоматичним або ручним способом, можна приступати до проведення зварювальних робітпотім кожен шов повинен бути зачищений. Проведення фарбування проводиться на завершальному етапі, слід використовувати антикорозійні суміші.

Правила проведення пристрою

Кроквяні ферми металеві встановлюватимуться залежно від ухилу покрівлі. Необхідно перед початком робіт розуміти залежність цього від пристрою системи. Таким чином, кут буде дорівнює межі від 6 до 15 градусів, якщо ферма має трапецієподібну форму.

Для облаштування горища голі стіни повинні мати відповідну висоту, в деяких випадках для цього дах забезпечується переломами біля опор. Габарити панелі верхнього та нижнього пояса мають бути еквівалентними. Для полегшення процесу застосовується решітка. Якщо кут нахилу повинен вийти рівним 15-22 градусам, то висота конструкції повинна дорівнювати 1/7 довжини, вузли металевих ферм у нижньому поясі повинні бути ламаними, це гарантує зниження маси в порівнянні зі звичайною трикутною на 30 відсотків. При цьому, один проліт не повинен виявитися більше 20 метрів завдовжки. Якщо необхідний ухил у межах 22-30 градусів, то система повинна мати трикутну форму, металеві конструкції ферми будуть мати висоту, яка дорівнює 1/3 довжини.

З тієї причини, що вага вийде порівняно невеликою, як опору можна використовувати зовнішні стіни, зведені на незначну висоту. Якщо довжина прольоту дорівнює 14-20 метрів, у кожній половині слід зробити парне число панелей, довжина яких дорівнює 1,5-2,5 метра. Як найбільш підходящі для такої довжини вважається кількість панелей, обмежена вісьмома.

Якщо довжина прольоту перевищує 35 метрів, слід застосовувати ферми, які передбачають використання двох трикутних елементів, з'єднаних між собою стяжками. У даному випадкудовгі розкоси центральних панелей можна усунути, зменшивши масу. Ферма трикутна металева у разі матиме верхній пояс, розділений на 16 панелей, довжина кожної у тому числі дорівнює 2-2,75 метра.

Сталеві профільні труби

Після того, як ви зрозуміли, як проводиться розрахунок металевої ферми, можна подумати про її складові. Таким чином, конструкція, виготовлена ​​з профільних труб, має меншу вагу порівняно зі швелером або куточком. Такі деталі легко збираються з використанням зварювання. Профільні труби можна покривати легкими матеріаламиза типом ондуліну, прозорого шиферу, а також бітумних гонтів. Сталеві трубивиконуються зі сталі та алюмінію. Такі матеріали мають свої переваги, їх зручно складувати, перевозити, а також завантажувати. Матеріал буде здатний зазнавати значних теплових і механічних навантажень, він легко піддається обробці.

В основі металевих ферм використовуються оцинковані профільні трубитому, що вони не піддаються корозії, мають відмінні експлуатаційні якості, а також виглядають привабливо. Всі ці фактори обов'язково беруться до уваги при виборі матеріалу для облаштування сталевих ферм. Крім іншого, монтувати такі системи досить просто, з чим здатний впоратися будь-який майстер.

На закінчення

Використовуються для цього і товстостінні профільні труби, які мають більшу несучу здатність. Такі конструкції застосовуються ще й при будівництві огорож, дитячих майданчиків, а також перегородок.

Тепер ви знаєте, як проводити монтаж металевих ферм різних форм.



2024 Ідеї дизайну квартир та будинків