Деревянные стропильные фермы рассматриваются как стержневые системы. Стержневые системы, фермы и их расчет. Подбор сечений элементов ферм

Наш институт специализируется на проектировании мостовых сооружений. Выполняём детальный расчёт мостовых ферм, разрабатываем паспорта мостов, а также готовим полный комплект проектной документации.

Мостовая ферма по расчетной схеме с точки зрения строительной механики представляет собой сквозную стержневую систему, работающую на основную нагрузку, которая остается геометрически неизменной, с объединением в узлах шарнирами.

Уникальность конструкции мостовой фермы заключается в ее способности не меняться под воздействием внешних факторов. Нагрузка на систему – внушительная, но ферма представляет собой конструкцию, состоящую из множества объединенных треугольников, которая обладает большой жесткостью по сравнению с другими.

Нагрузка в них полностью направлена в место соединения узлов, т.к стержни лучше проявляют свои свойства в процессе сжатия-растяжения, а не на излом.

На рисунке 1 изображена ферма с полигональным поясом.

В строительной металлоконструкции используется жесткое, а не шарнирное соединение стержней. Это обусловлено разницей жесткостей элементов и узлов конструкции, поэтому в расчетной схеме используется шарнир.

Классификация мостовых ферм

1. По характеру очертания: с параллельными поясами, с полигональным очертанием верхнего пояса, треугольным очертанием, сегментным, трапецеидальным.

2. По типу решетки: треугольные, раскосные, полураскосные, ромбические.

3. По типу конструкции:

• Разрезные – применяются при возведении сооружений с плохими инженерно-геологическими условиями, там, где возможны просадки опор.
• Неразрезные используются для перекрытия нескольких пролетов, и обладают большей экономичностью по сравнению с разрезными.
• Консольные – используются при строительстве навесных конструкций.

4. По уровню проезда : с ездой понизу, по верху и по середине.

5. По типу опирания: балочная, двухопорная, многоопорная, арочная, вантовая, рамная, комбинированная.

6. По материалу:

• Деревянные фермы стали применяться одними из первых, но после появления металлопроката спрос на них упал.
• Металлические фермы представляют собой достаточно востребованные при строительстве мостов с большими пролетами.

Все типы ферм предназначены для определенных видов нагрузок и эксплуатации. При проектировании мостов часто используют – трапециевидную мостовую ферму с треугольной решеткой и арочную с раскоской решеткой.

В основном применение фермы используется для перекрытия больших пролетов с целью свести к минимуму расход материалов, т.е облегчить конструкцию и снизить финансовые затраты.

На рисунке 2 представлены: а и б-схема фермы с ездой поверху, в-схема фермы с ездой понизу.

Преимущества мостовых ферм:

• Высокая жесткость конструкции;
• Минимальная материалоемкость;
• Экономичность в финансовых затратах;
• Легкость придания различной формы, согласно условиям архитектуры и технологии производства;
• Обширная область применения.

Недостатки мостовых ферм:

• Неразрезные фермы чувствительны к перемещениям опор;
• Сложность устройства деформационных швов;
• Большое количество схем расчёта;
• Упрощённый метод расчёта.

Около 150 лет фермы находятся на службе у инженеров и строителей, не теряя своей актуальности. Использование новых сплавов, видов бетона, создание уникальных конструкций с помощью ферм, позволяют применять их в своей работе снова.

Не знаете, как сделать легкое и жесткое перекрытие в строительных конструкциях с большой шириной пролета? В таких случаях лучше всего использовать плоские металлические фермы для крыши. Я расскажу, что такое ферма, и как ее можно сделать самому в условиях домашней мастерской.

Из чего состоит ферма

По определению ферма - это строительная конструкция из жестких стержней, которые соединяются между собой в узлах и образуют геометрически неизменяемую систему. Единственная неизменяемая геометрическая фигура в системе координат - это треугольник, поэтому любая фермическая конструкция состоит из множества соединенных между собой треугольников.

Технические параметры ферм характеризуются следующими величинами:

• Длина пролета - расстояние между двумя ближайшими опорными точками;
• Панель нижнего пояса - расстояние между двумя смежными узлами на нижней продольной балке;
• Панель верхнего пояса - расстояние между ближайшими двумя узлами на верхней продольной балке;
• Высота - габаритный размер фермы с параллельными поясами по вертикали.

Если балка верхнего пояса расположена не параллельно балке нижнего пояса, то указывается два значения высоты Н1 и Н2. Измеряется от балки нижнего пояса, до самой нижней и самой верхней точки балки верхнего пояса.

1. Нижний пояс - продольная горизонтальная балка, которая связывает все соединительные узлы в нижней части фермической конструкции;
2. Верхний пояс - продольная, наклонная или радиусная балка, связывающая все соединительные узлы в верхней части фермы;
3. Стойки - вертикальные поперечные связи, которые соединяют все узлы нижнего и верхнего поясов. Воспринимают и распределяют по всей ферме основную нагрузку на сжатие;
4. Раскосы - диагональные поперечные связи, соединяющие все узлы верхнего и нижнего поясов. Воспринимают нагрузку на сжатие и растяжение. Оптимальный угол наклона раскосов - 45°;

1. Узлы - точки соединения вертикальных стоек и диагональных раскосов с горизонтальными балками нижнего и верхнего пояса фермы. В строительной механике условно принимаются как шарнирное сочленение;
2. Узловые соединения . При изготовлении фермических конструкция применяется два способа соединения всех элементов в узлах:

• Сварное соединение с непосредственным примыканием всех элементов друг к другу;
• Болтовое или клепаное соединение - все пояса и решетки поперечных связей соединяются между собой при помощи фасонки из толстого листового металла.

При изготовлении сварной фермы из тонкостенной стальной трубы или уголка, для сваривания элементов между собой также иногда применяются фасонки.

Разновидности фермических конструкций

Основное преимущество ферм перед сплошными балками - это высокая несущая способность при малом удельном весе и небольшом расходе материалов. По своему устройству и характеру распределения нагрузок, фермические конструкции делятся на два вида:

1. Плоские фермы - это такие конструкции, в которых все стержни расположены в одной плоскости:

• Направление вектора приложенной нагрузки должно совпадать с плоскостью расположения фермы:
• Для противодействия боковым и сдвигающим нагрузкам плоские фермы нужно скреплять дополнительными продольными и диагональными связями.

1. Пространственные фермы - собираются из набора стержней, которые ориентированы во всех трех плоскостях:

• Они немного сложнее в изготовлении, но в то же время способны выдерживать одновременное воздействие вертикальных, горизонтальных и боковых нагрузок;
• За счет этого пространственные металлические конструкции можно устанавливать без связей с другими конструкциями, поэтому их нередко используют для изготовления одиночных балок, опорных столбов, мачт и пр.

В частном жилищном строительстве обычно используются плоские фермы, которые в свою очередь, также делятся на несколько видов:

1. Полигональные фермы:

• Для изготовления нижнего пояса используется одна сплошная балка, а верхний радиусный пояс собирается из нескольких прямых отрезков;
• Полигональные стальные фермы применяются для строительства арочных ангаров или полукруглых навесов и козырьков с большой шириной пролета.

1. Трапециевидные фермы:

• Нижний пояс изготавливается из одной сплошной балки, а верхний - из двух наклонных;
• Трапециевидная металлическая ферма чаще всего используется в промышленном строительстве при больших пролетах, поскольку способна выдерживать значительные весовые и ветровые нагрузки. Главный недостаток - большая высота.

1. Параллельные или прямоугольные фермы:

• Из названия понятно, что верхний и нижний пояса изготавливаются из двух параллельных балок, а очертание конструкции имеет прямоугольную форму;
• Это наиболее распространённый вид ферм. Их несложно изготовить своими руками и они практически не имеют ограничения по использованию.

1. Сегментные фермы:

• Изготавливаются по аналогии полигональной конструкции, только для верхнего пояса используются не прямые балки, а цельный сегмент окружности;
• Для изготовления сегментов я советую использовать прокатный станок для стальных труб;

1. Симметричная треугольная ферма:

• Изготавливаются в виде равнобедренного треугольника с вертикальными стойками и диагональными связями;
• Применяются при строительстве двухскатной кровли, а наклонные балки верхнего пояса используются в качестве стропил.

1. Несимметричные треугольные фермы:

• Имеют похожую конструкцию, но изготавливаются в виде прямоугольного треугольника;
• Применяются в качестве несущих стропильных ферм для односкатной наклонной кровли.

Как сделать ферму для крыши

Ниже представлена инструкция по изготовлению плоской параллельной фермы. Если вам нужна фермическая конструкция другой формы, вы ее сможете изготовить аналогично.

Этап 1: подготовка инструментов и материалов

Для изготовления ферм и пролетов понадобится гараж или просторная домашняя мастерская, набор слесарных инструментов и сварочное оборудование:

Иллюстрация	Описание работ
	Слесарные инструменты: Прочный и устойчивый металлический верстак; Большие слесарные тиски; Ножовка по металлу; Тяжелый молоток и кувалда; Набор напильников по металлу; Пассатижи и плоскогубцы; Линейка, рулетка, штангенциркуль и пр.
	Электроинструменты: Дисковая или ленточная отрезная машинка по металлу; Болгарка с набором зачистных и отрезных дисков по металлу; Электродрель или сверлильный станок с набором сверл; Точильный станок с наждачным камнем; Электродуговой сварочный аппарат с электродами 3-4 мм.
	Материалы: Стальные профильные трубы 20х20 - 60х60 мм; Стальной уголок или швеллер 20х20 - 50х50 мм; Стальной лист толщиной 4-10 мм. Антикоррозионная грунтовка и эмаль по металлу.

Этап 2: изготовление плоской фермы

В большинстве случаев строительные конструкции собираются из нескольких плоских ферм одного или двух одинаковых типоразмеров. Ниже я приведу пример изготовления одной из них:

Подготовка металла:

1. Металлопрокат распилить на нужные отрезки, в соответствии с чертежами;
2. После распиловки снять с торцов труб заусенцы и протереть их от заводской смазки уайт-спиритом и ацетоном;
3. Если на трубах есть следы коррозии, их надо удалить болгаркой с зачистным диском;
4. В трубах разметить и просверлить все необходимые отверстия;
5. Для удобства каждую группу отрезков связать малярным скотчем и пометить маркером.

Изготовление металлических ферм:

1. На сварочный стол уложить балки верхнего и нижнего пояса, и приварить к ним крайние боковые стойки;
2. После этого вварить внутрь все вертикальные стойки и диагональные раскосы;
3. Опорные пятки, кронштейны и монтажные пластины привариваются в самую последнюю очередь;
4. Сначала все детали надо собрать на точечных прихватках;
5. Когда вы убедитесь, что все сделано правильно, нужно обварить соединения сплошным швом;
6. Сварные швы зачистить от шлака и окалины;
7. Готовые навесы из профильной трубы покрасить антикоррозионной грунтовкой и эмалью по металлу.

Если вам нужно сварить много однотипных деталей, я рекомендую предварительно изготовить шаблон на листе плотного картона, оргалита или фанеры.

Заключение

Теперь вы знаете, для чего используются металлические фермы, и как их можно изготовить в гараже или в домашней мастерской. Советую также смотреть видео в этой статье, а все свои вопросы и пожелания оставлять ниже в комментариях.

В настоящее время фермы получили широкой распространение в строительной механике при сооружении различных зданий и сооружений.

Определение, что же такое ферма, выходит из самого значения слова от латинского «firmus», что означает «прочный». Металлические фермы обладают высокой степенью жесткости и надежности.

Ферма представляет собой несущую решетчатую конструкцию из наклонных плеч (угол уклона около 20°) в виде треугольника, являющуюся геометрически неизменной. Главным назначением ферм является восприятие нагрузок от перекрытия. Такие конструкции используются для устройства крыш, кровель, перекрытий и покрытий промышленных и гражданских зданий и сооружений, например, заводов, ангаров, складов, объектов общественного назначения, стадионов, бассейнов, применяются для устройства инженерных сетей, электроразводки или вентиляционных шахт зданий.

Изготовление и устройство металлоконструкций ферм

Материал, способ изготовления, стыковки элементов и конструкция ферм подбираются в зависимости от эксплуатационных требований к конечному сооружению.

Традиционно несущие фермы производят из стали или алюминиевых сплавов парного профиля. Основой фермы являются стержни, которые сопряжены в местах креплений косынками. Металлические стержни расположены треугольником, за счет чего достигается высокая жесткость безраспорной конструкции.

Элементами конструкции ферм являются пояс, т.е. контур фермы, и решетка из раскосов и стоек.

Чертеж элементов конструкции металлической фермы

1 - верхний пояс; 2 - нижний пояс; 3 - раскосы; 4 - стойки

Длина между узлами пояса называется панелью . Расстояние между опорами — это пролет , а расстояние между наружными гранями поясов — высота фермы . Пояс фермы воспринимает продольные нагрузки, решетка фермы — поперечные нагрузки.

Верхние пояса фермы производятся из двух уголков с тавровым сечением, имеющих неравные длины сторон. Стыковка уголков осуществляется по меньшим сторонам. Уголки равнобокие используются для производства нижних поясов. Уголки с тавровым или крестообразным применяются для изготовления раскосов или стоек.

Существуют сварные фермы, которые изготавливаются из тавров.

Ферма является геометрически неизменной конструкцией, т.к. ее элементы соединены жестко, а не шарнирно. Стальные стержни фермы воспринимают нагрузки от растяжения-сжатия.

Для частного строительства используют стропильные фермы из профильных гнутых или горячетканных труб, которые свариваются на месте.

Саратовский резервуарный завод изготавливает фермы в жестких кондукторах. Высокая точность изготовления достигается путем фрезеровки ребер монтажных фланцев.

Завод САРРЗ производит металлические фермы в соответствии с ГОСТ 23118-99. Данный стандарт регулирует требования к материалу, к соединениям элементов, к маркировки конструкций.

Виды металлоконструкций ферм

Основными видами металлических ферм являются плоские и пространственные: плоские фермы , стержни которых лежат в одной плоскости, воспринимают нагрузки только в одной плоскости, в то время как пространственные фермы образуют пространственный брус и воспринимают нагрузки в любых направлениях. Пространственная ферма состоит из граней в виде плоских ферм.

Плоские фермы крепятся к другим элементам каркаса здания при помощи связей.

Чертеж плоской и пространственной металлоконструкции фермы

а) плоские фермы, б) пространственные фермы

По назначению фермы в основном используются как стропильные и подстропильные: подстропильные фермы связывают опорные колонны и являются основанием для крепления стропильных ферм.

Также существуют классификации:

по величине максимального усилия (тяжелые, легкие);

по очертанию поясов (сегментные, с параллельными поясами, с ломаными поясами, треугольные, трапецевидные, полигональные);

Классификация металлоконструкций фермы по очертанию поясов

а - с параллельными поясами; б - полигональным; в - треугольным; г - с узлами на параболе или дуге круга для одного пояса; д - то же для обоих поясов

по системе решетки (крестовые, треугольные, ромбические, раскосные);

по статической схеме/типу опирания (балочные разрезанные/неразрезанные, балочные консольные, рамные, арочные, комбинированные, вантовые);

Классификация ферм по типам решётки и типам опирания

а — балочная раскосная; б — балочная с треугольной решёткой; в — балочно-консольная с треугольной решёткой и дополнительными стойками; г — консольная полураскосная; д — консольная двухраскосная; е — балочная двухрешётчатая; 1 — верхний пояс; 2 — нижний пояс; 3 — раскос; 4 — стойка

по способу соединения элементов (болтовые, клепаные, сварные);

по назначению фермы (стропильная, ферма Пратта со сжатыми стойками и растянутыми раскосами, ферма Уорренна с решеткой из треугольников, Бельгийская треугольная ферма, ферма с перекрестными подкосами, ферма по верхний свет, подстропильная, мостовая, крановая, башенная).

Здания, мосты и транспортные галереи строятся из балочных разрезанных ферм , т. к. их монтаж достаточно прост, нет необходимости в сложных опорных узлах. Балочные неразрезанные фермы применяются при строительстве сооружений из двух и более пролетов. Такой выбор обусловлен тем, что неразрезные фермы имеют большую жесткость по сравнению с неразрезанными и меньшую высоту. Для строительства навесов, башен и таких конструкций, как опоры воздушных линий электропередач, используют консольные фермы. Рамные фермы менее металлоемки, поэтому их применяют для строительства большепролетных зданий и сооружений. Использование арочных ферм увеличивает объем сооружения. Применение такой конструкции фермы обусловлено архитектурными требованиями. Вантовые фермы воспринимают нагрузки только от растяжения, поэтому они выбираются для строительства большепролетных конструкций и мостов.

Очертание поясов фермы диктуется экономичностью и выбирается в соответствии с графиком расчета нагрузок на объект.

Количество решеток и других элементов влияет на энерго- и трудозатраты, на стоимость конструкции и сложность монтажа. Наиболее экономически выгодной фермой является ферма с треугольной решеткой. Раскосная решетка применяется для строительства зданий и сооружений малой высоты с большими действующими узловыми нагрузками. Крестовая решетка используется в фермах, которые воспринимают нагрузки во всех направлениях. Ромбическая решетка фермы обладает наибольшей жесткостью, поэтому подобную конструкцию используют при возведении мостов, башен, мачт.

Наиболее распространенный способ крепления элементов фермы является механическая сварка . Высокопрочные болтовые соединения находят свое применение при соединении монтажных узлов.

Таким образом, использование ферм в каркасе здания или сооружения обусловлено необходимостью строительством конструкций с большой шириной пролетов и высокими действующими нагрузками.

Саратовский резервуарный завод изготавливает фермы различных конструктивных форм в соответствии с требованиями к условиям эксплуатации, назначению здания и сооружения и другим пожеланиям Заказчика. Все производимые нашим Заводом конструкции ферм характеризуются высокой прочностью и жесткостью. На всех стадиях производства металлоконструкций ферм наши специалисты руководствуются существующими нормами и правилами, регулирующими производственный и монтажно-строительные процессы. Все выполняемые работы соответствуют требованиям регулирующих органов.

Как заказать изготовление металлических ферм на Саратовском резервуарном заводе?

Для расчета стоимости производства металлических ферм, Вы можете:

• связаться с нами по телефону 8-800-555-9480
• написать на электронную почту технические требования к металлоконструкциям
• воспользоваться формой " ", указать контактую информацию, и наш специалист свяжется с Вами

Специалисты Завода предлагают комплексные услуги:

• инженерные изыскания на объекте эксплуатации
• проектирование объектов нефтегазового комплекса
• производство и монтаж различных промышленных металлоконструкций

"Строительные фермы"

ферма сечение стержень коробчатый

Классификация и область применения ферм

Происхождение термина «ферма» берет начало от латинского firmus, то есть «прочный, крепкий».

Фермой называется система стержней соединенных между собой в узлах и образующих геометрически неизменяемую конструкцию. При узловой нагрузке жесткость узлов несущественно влияет на работу конструкции, и в большинстве случаев их можно рассматривать как шарнирные. В этом случае все стержни ферм испытывают только растягивающие или сжимающие осевые усилия.

Фермы экономичнее балок по расходу стали, но более трудоемки в изготовлении. Эффективность ферм по сравнению со сплошностенчатыми балками тем больше, чем больше пролет и меньше нагрузка.

Фермы бывают плоскими (все стержни лежат в одной плоскости) и пространственными.

Плоские фермы воспринимают нагрузку, приложенную только в их плоскости, и нуждаются в закреплении их связями. Пространственные фермы образуют жесткий пространственный брус, воспринимающий нагрузку в любом направлении (рис.9.1).

Рис. 9.1. Плоская (а) и пространственная (б) фермы

Основными элементами ферм являются пояса, образующие контур фермы, и решетка, состоящая из раскосов и стоек (рис. 9.2). Соединение элементов в узлах осуществляется путем непосредственного примыкания одних элементов к другим (рис 9.3,а) или с помощь ю узловых фасонок (рис. 9.3,б). Элементы ферм центрируются по осям центра тяжести для снижения узловых моментов и обеспечения работы стержней на осевые усилия.

Рис. 9.2. Элементы ферм

1 - верхний пояс; 2 - нижний пояс; 3 - раскосы; 4 – стойки

Рис. 9.3. Узлы ферм: а - с непосредственным примыканием элементов; б - на фасонках

Расстояние между соседними узлами поясов называется панелью (d в - панель верхнего пояса, d н - нижнего), а расстояние между опорами - пролетом (/).

Пояса ферм работают на продольные усилия и момент (аналогично поясам сплошных балок); решетка ферм воспринимает в основном поперечную силу, выполняя функции стенки балки.

Знак усилия (минус - сжатие, плюс - растяжение) в элементах решетки ферм с параллельными поясами можно определить, если воспользоваться “балочной аналогией”.

Стальные фермы широко применяются во многих областях строительства; в покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий, мостах, опорах линий электропередачи, объектах связи, телевидения и радиовещания (башни, мачты), транспортных эстакадах, гидротехнических затворах, грузоподъемных кранах и т. д.

Фермы имеют разную конструкцию в зависимости от назначения, нагрузок и классифицируются по различным признакам:

по статической схеме - балочные (разрезные, неразрезные, консольные);

по очертанию поясов - с параллельными поясами, трапециевидные, треугольные, полигональные, сегментные (рис. 9.5);

Рис.9.4. Системы ферм: а - балочная разрезная; б - неразрезная; в,е - консольная; г - арочная; д - рамная;

по системе решетки - треугольная, раскосная, крестовая, ромбическая и др. (рис.9.6);

по способу соединения элементов в узлах - сварные, клепанные, болтовые;

Рис. 9.5. Очертания поясов ферм: а - сегментное; б - полигональное; в - трапецеидальное; г - с параллельными поясами; д-и - треугольное

по величине максимального усилия - легкие - одностенчатые с сечениями из прокатных профилей (усилие N < 300 кН) и тяжелые - двухступенчатые с элементами составного сечения (усилие N > 300кН).

Промежуточными между фермой и балкой являются комбинированные системы, состоящие из балки, подкрепленной снизу шпренгелем или раскосами либо аркой (сверху). Подкрепляющие элементы уменьшают изгибающий момент в балке и повышают жесткость системы (рис.9.4,^). Комбинированные системы просты в изготовлении (имеют меньшее число элементов) и рациональны в тяжелых конструкциях, а также в конструкциях с подвижными нагрузками.

Эффективность ферм комбинированных систем можно повысить, создав в них предварительное напряжение.

В фермах подвижных крановых конструкций и покрытий больших пролетов, где уменьшение веса конструкции дает большой экономический эффект, применяют алюминиевые сплавы.

Рис. 9.6. Системы решетки ферм

а - треугольная; б - треугольная с дополнительными стойками; в - раскосная с восходящими раскосами; г - раскосная с нисходящими раскосами; д - шпренгельная; е - крестовая; ж - перекрестная; и - ромбическая; к - полу раскосная