Сварка ферм из профильной трубы как правильно

Как сварить ферму из профильной трубы – инструкция и рекомендации

Ферма − это несложное архитектурное сооружение, имеющее разноцелевое назначение. Чаще всего оно нужно для защиты малой территории отдыха от ярких солнечных лучей и непредвиденных атмосферных осадков либо же, как альтернатива крытой постройки на месте загородной дачи. В качестве материала в целях долговечности конструкции используются трубы из металла. Но прежде чем приступать к строительным работам, потребуется правильный расчет фермы из профильной трубы для навеса.

Преимущества профильных труб для ферм

Профильные трубы обладают целым рядом достоинств:

1. Оптимальной устойчивостью при существенных внешних нагрузках, благодаря которой навес не деформируется и не разрушается.
2. Приемлемой ценой готового изделия, потому что в качестве исходного материала применяются полые трубы из металла.
3. Облегченным весом за счет заполнения внутренней полости профильных труб воздухом.
4. Отменной прочностью.
5. Продолжительным сроком эксплуатации.
6. Возможностью реализации самых сложных вариантов конструкции, не вкладывая при этом много времени и сил.
7. Допустимостью ее изготовления своими руками при правильном расчете фермы из металлической трубы (прочитайте также: «Предварительный расчет навеса из профильной трубы, инструкция по изготовлению ферм»).

Применение профильных труб всевозможных форм

На сегодняшний день такие трубные изделия актуальны в машиностроении сельского хозяйства, строительстве, мебельном производстве. Благодаря специфическим свойствам профильных труб, можно претворить в жизнь самые оригинальные проекты по созданию перекрытий, пролетов, опорных конструкций, каркасов под последующее строительство объектов. Те же современные билборды делают с помощью профильных труб.

Навесы тоже не оказались исключением. Чтобы конструкция гарантированно получилась надежной и бюджетной, в качестве материала лучше использовать профилированную трубу (прочитайте: «Как сделать навес из профильной трубы правильно — инструкция»). Оптимальное решение − изделия с квадратным и прямоугольным сечениями. Если придерживаться размеров чертежа, из которого понятно, как сварить ферму из профильной трубы, получится устойчивая конструкция.

Основные нюансы готового изделия

Любое строительное сооружение держится благодаря правильно спланированной специальной системе или ферме. Нельзя просто так изменять ее геометрические размеры, даже при смене жестких узлов на шарнирные. Если стержни не несут нагрузки вне узла, то компоненты фермы сжимаются или растягиваются. Такие системы можно создать, воспользовавшись прямыми стержнями, связанными узлами ферм из трубных изделий. То есть, в итоге получается оригинальное висячее строение, включающее верхний и нижний пояса со стойками и раскосами между ними.

Сегодня современное строительство немыслимо без применения ферм. Но чаще всего последние востребованы при возведении покрытий огромных пролетов. Согласно такому принципу сооружаются спорткомплексы, мосты, сцены, подиумы, павильоны и др. Тот, кто нуждается в подобной конструкции, может купить ее в готовом виде или же самостоятельно сварить из труб, но прежде стоит разобраться, как рассчитать навес из профильной трубы.

Рассмотрим последний вариант, представляющий длительное и трудоемкое мероприятие.

Оно включает в себя:

1. Определение точного количества трубного материала для будущей фермы и степени давления на элементы системы.
2. Ответственный подход к подбору материала для фермы, имеющей треугольную форму. Оптимальным решением окажутся облегченные профилированные трубы с квадратным сечением. Отсюда и получается добротная конструкция.
3. Изготовление чертежа фермы из профилированной трубы с учетом особенностей каждой детали. По нему в дальнейшем будут собирать всю постройку.
4. Последний этап − выполнение монтажных работ, от которых зависит надежность и длительность эксплуатационных возможностей сооружения. А для положительного результата нужно досконально знать, как правильно сваривать фермы из профильной трубы. Читайте также: «Как сделать лестницу из профильной трубы своими руками».

Выбор конструкции фермы из прямоугольных элементов зависит от:

• длины пролета;
• размещения перекрытия чердака;
• угла уклона крыши.

Как рассчитать ферму

Рассчитать ферму треугольной формы, где в качестве материала выступает квадратная труба можно, воспользовавшись калькулятором и особой компьютерной программой.

Вот стандартные этапы данной процедуры:

1. Выбор желаемой схемы треугольной фермы с ориентировкой на требуемую конфигурацию. При этом уделяется внимание главной функции навеса, материалам для его построения, иным характеристикам.
2. Определение четких размеров будущей конструкции. Например, высота зависит от типа кровли и используемых материалов. При пролете свыше 36 метров потребуется дополнительно просчитать еще один параметр − строительный подъем, имеющий отношение к погашаемому изгибу − обратному от давлений на ферму.
3. Вычисление габаритов панелей постройки, четко соответствующие расстоянию между элементами конструкции, которые передают нагрузки в системе. Далее − определение длины между узлами. Чаще всего, такой параметр считают идентичным ширине панели. Читайте также: «Как сделать беседку из профильной трубы – пошаговая инструкция».

По подобной схеме, но со своими специфическими нюансами можно выполнить расчет арочной фермы из профильной трубы. В качестве ориентира лучше взять стандартные этапы процедуры.

После определения всех цифровых значений для строительства будущей фермы, нужно вписать их в формулы и внести в соответствующую компьютерную программу, которая выдаст четкую схему конструкции. И лишь после всех этих действий можно заняться изучением другого, не менее серьезного дела ─ как правильно сварить ферму из профильной трубы. От профессионализма специалистов этой сферы зависит качество дальнейших монтажных работ.

Основы расчета и сварки фермы из профильной трубы

Навесы на металлическом каркасе облегчают быт. Они защитят автомобиль от непогоды, прикроют летнюю веранду, беседку. Заменят крышу мастерской или козырек над подъездом. Обратившись к профессионалам, вы получите какой угодно навес. Но многие и сами справятся с работой по монтажу. Правда, понадобится точный расчет фермы из профильной трубы. Не обойтись и без соответствующего оборудования, материалов. Конечно, также нужны навыки сварки и резки.

Каркасный материал

Основа навесов – сталь, полимеры, дерево, алюминий, железобетон. Но, чаще каркас составляют металлические фермы из профильной трубы. Этот материал полый, сравнительно легкий, но прочный. В разрезе имеет вид:

• прямоугольника;
• квадрата;
• овала (а также полу- и плоскоовальной фигуры);
• многогранника.

Сваривая из профильной трубы фермы, чаще выбирают квадратное или прямоугольное сечение. Эти профили легче в обработке.

Допустимые нагрузки зависят от толщины стенок, марки металла, метода изготовления. Материалом зачастую служат качественные конструкционные стали (1-3пс/сп, 1-2пс(сп)). Для особых нужд используют низколегированные сплавы и оцинковку.

Длина профильных труб обычно составляет от 6 м на малых сечениях до 12 м – на больших. Минимальные параметры от 10×10×1 мм и 15×15×1,5 мм. С увеличением толщины стенок прочность профилей возрастает. Например, на сечениях 50×50×1,5 мм, 100×100×3 мм и свыше. Изделия максимальных размеров (300×300×12 мм и более) применимы скорее для промышленных сооружений.

Что касается параметров элементов каркасов, есть следующие рекомендации:

• для малогабаритных навесов (до 4,5 м шириной) применяется трубный материал сечением 40×20×2 мм;
• если ширина до 5,5 м, рекомендованы параметры 40×40×2 мм;
• для навесов более значительных размеров советуют брать трубы 40×40×3 мм, 60×30×2 мм.

Что такое ферма

Фермой называют стержневую систему, основу строительной конструкции. Состоит она из прямолинейных элементов, соединяемых в узлах. Например, рассматривается конструкция фермы из профильной трубы, в которой отсутствует расцентровка стержней и нет внеузловых нагрузок. Тогда в ее составных частях возникнут лишь усилия растяжения и сжатия. Механика этой системы позволяет ей сохранять геометрическую неизменность при замене жестко крепящихся узлов на шарнирные.

Ферма состоит из следующих элементов:

• верхний пояс;
• нижний пояс;
• стойка, перпендикулярная к оси;
• подкос (или раскос), наклонный к оси;
• вспомогательный опорный раскос (шпренгель).

Система решетки быть треугольной, раскосной, полураскосной, крестовой. Для соединения используются косынки, парные материалы, клепки, сварные швы.

Изготовление ферм из профильной трубы подразумевает сборку пояса с определенными очертаниями. По типу они бывают:

• сегментные;
• полигональные;
• двускатные (или трапецеидальные);
• с параллельными поясами;
• треугольные (д-и);
• с поднятым ломаным нижним поясом;
• односкатные;
• консоль.

Одни системы проще в монтаже, другие экономичнее по расходу материалов, третьи легче по устройству опорных узлов.

Основы расчета фермы

Влияние угла наклона

Выбор конструкции ферм навесов из профильной трубы связан с уклоном проектируемого сооружения. Есть три возможных варианта:

При минимальном угле (6°-15°) рекомендуются трапециевидные очертания поясов. Для снижения веса допускается высота в 1/7 либо 1/9 общей длины пролета. Проектируя пологий навес сложной геометрической формы, надо приподнять его в средней части над опорами. Воспользуйтесь фермами Полонсо, рекомендуемыми многими специалистами. Они представляют собой систему из двух соединенных затяжкой треугольников. Если нужно высокое сооружение, лучше выбрать многоугольную конструкцию с приподнятым нижним поясом.

Когда угол уклона превышает 20°, высота должна составлять 1/7 часть от общей длины пролета. Последний достигать 20 м. Для повышения конструкции нижний пояс делается ломаным. Тогда увеличение составит до 0,23 длины пролета. Для вычисления нужных параметров пользуются табличными данными.

При уклоне свыше 22° расчеты ведутся по специальным программам. Навесы такого рода чаще используются для кровли из шифера, металла и подобных материалов. Здесь применяют треугольные фермы из профильной трубы при их высоте в 1/5 от всей длины пролета.

Чем больше угол наклона, тем меньше на навесе будет скапливаться осадков, тяжелого снега. Несущая способность системы возрастает с повышением ее высоты. Для дополнительной прочности предусматривают добавочные ребра жесткости.

Параметры базовых углов

Чтобы понять, как рассчитать ферму из профильной трубы, обязательно выяснить параметры базовых узлов. Например, размеры пролета обычно должны быть указаны в техническом задании. Число панелей, их габариты назначаются предварительно. Вычислим оптимальную высоту (Н) в середине пролета.

• Если пояса параллельные, полигональные, трапецеидальные, Н=1/8×L, где L – длина фермы. Верхний пояс должен иметь уклон около 1/8×L либо 1/12×L.
• Для треугольного типа, в среднем, Н=1/4×L или Н=1/5×L.

Раскосы решетки должны иметь наклон примерно 45° (в пределах 35°-50°).

Чтобы навес был надежным и долго прослужил, его проект требует точных вычислений. Уже после расчета закупаются материалы, в дальнейшем монтируется каркас. Есть более затратный путь – приобрести готовые модули и собрать сооружение на месте. Другой вариант сложнее – заняться подсчетами самостоятельно. Тогда понадобятся данные из спецсправочников по СНиП 2.01.07-85 (воздействия, нагрузки), а также СНиП П-23-81 (данные по стальным конструкциям). Нужно сделать следующее.

1. Определиться со схемой блоков в соответствии с функциями навеса, углом наклона, материалом стержней.
2. Выбрать параметры. Учесть зависимость между высотой и минимальным весом кровли, ее материалом и типом, уклоном.
3. Рассчитать панельные размеры сооружения согласно удаленности отдельных частей, ответственных за передачу нагрузок. Определяется расстояние между соседними узлами, обычно равное ширине панели. Если размер пролета свыше 36 м, вычисляется строительный подъем – обратный погашаемый изгиб, воздействующий из-за нагрузок на конструкцию.

Среди способов расчета статически определимых ферм одним из простейших считается вырезание узлов (участков, где стержни соединены шарнирно). Другие варианты – метод Риттера, метод замены стержней Геннеберга. А также графическое решение путем составления диаграммы Максвелла-Кремоны. В современных компьютерных программах чаще применяется метод вырезания узлов.

Для человека, владеющего знаниями по механике и сопромату высчитать все это не так сложно. Остальным же стоит учесть, что от точности расчетов и величины погрешностей зависит срок службы и безопасность навеса. Возможно, лучше обратиться к специалистам. Или выбрать вариант из готовых проектных решений, куда просто подставить свои значения. Когда понятно, какого вида нужна стропильная ферма из профильной трубы, чертеж для нее наверняка найдется в интернете.

Значимые факторы выбора участка

Если навес относится к дому или другому зданию, на него потребоваться официальное разрешение, о чем тоже придется позаботиться.

Сначала выбирается участок, где будет располагаться сооружение. Что при этом учитывается?

1. Постоянные нагрузки (фиксированный вес обрешетки, кровли и прочих материалов).
2. Переменные нагрузки (воздействия климатических факторов: ветер, осадки, в том числе снег).
3. Особый тип нагрузок (есть ли сейсмическая активность в регионе, штормы, ураганы и подобное).

Также важны характеристики грунта, влияния стоящих рядом зданий. Проектировщик должен учесть все значимые факторы и уточняющие коэффициенты, которые вносятся в алгоритм расчета. Если планируется провести вычисления своими силами, воспользуйтесь программами 3D Max, Аркон, Автокад или подобными. Есть вариант расчета в онлайн-версиях строительных калькуляторов. Обязательно выяснить для намеченного проекта рекомендуемый шаг между несущими опорами, обрешеткой. А также параметры материалов и их количество.

Последовательность работ

Сборку каркаса из металлических профилей должен проводить только специалист по сварочным работам. Это ответственное дело требует знаний и умелого обращения с инструментом. Надо не только понимать, как сварить ферму из профильной трубы. Важно, какие узлы правильнее собрать на земле, и лишь потом поднимать на опоры. Если сооружение тяжелое, для монтажа потребоваться техника.

Обычно процесс монтажа проходит в такой последовательности:

1. Выполняется разметка участка. Устанавливаются закладные детали, вертикальные опоры. Нередко в ямы сразу помещают металлические трубы, а потом бетонируют. Вертикальность установки проверяется отвесом. Для контроля параллельности натягивается шнур или нить между крайними стойками, остальные выставляются по полученной линии.
2. Продольные трубы сваркой фиксируют к опорам.
3. На земле сваривают узлы и элементы ферм. С помощью раскосов и перемычек соединяют пояса конструкции. Потом блоки следует поднять на нужную высоту. Их приваривают к продольным трубам по участкам размещения вертикальных опор. Между фермами по скату вваривают продольные перемычки для дальнейшего крепления кровельного материала. В них проделывают отверстия под крепеж.
4. Тщательно зачищаются все соединительные участки. Особенно верхние грани каркаса, куда в дальнейшем ляжет кровля. Поверхность профилей очищается, обезжиривается, обрабатывается грунтовкой и окрашивается.

Специалисты советуют выполнять столь ответственные работы только при наличии соответствующего опыта. Мало знать в теории, как правильно сварить ферму из профильной трубы. Сделав что-то неправильно, проигнорировав нюансы, домашний мастер рискует. Навес сложится и рухнет. Пострадает все, что под ним будет – авто или люди. Поэтому возьмите знания на вооружение!

Видео: как сварить ферму из профильной трубы

Как сварить фермы из профильной трубы

Для того чтобы собрать ферму из профильной трубы необходимо использовать решетчатые стержни. Сам процесс является достаточно трудоемким, по сравнению с конструкциями, состоящими из сплошных балок, но также стоит обратить внимание на их экономичность. Именно парный материал используется для изготовления конструкции фермы, в то время как косынки выступают в качестве практичного и достаточно качественного материала с использованием клепок и сварки.

Таким образом, можно перекрыть пролет практически любой длины, но не стоит забывать о необходимости проведения серьезных монтажных работ, которые потребуют немалого количества опыта и специфических знаний. Без правильно проведенных предварительных расчетов самих ферм из профильной трубы последует множество ошибок и последующих затрат.

Схема треугольного сооружения

Если все предыдущие условия были выполнены корректно и качество сварочных работ выполнено на должном уровне, необходимо установить конструкцию на заранее подготовленном месте и провести монтажные работы, направленные на верхнюю обвязку следуя заранее нанесенной разметке.

Характерные преимущества несущих ферм из профильной трубы:

• Большой срок службы;
• Существенная экономия, как личного времени, так и средств;
• Достаточно несущественный вес;
• Материал позволяет возвести конструкцию практически любой формы;
• Подобная конструкция рассчитана на существенные нагрузки постоянного типа;
• Выносливость.

Основная конструкция фермы из профильной трубы

Подобные конструкции как фермы из профильной трубы делятся на несколько видов. В основу подвидов входят подборы различных параметров. Одним из основных можно назвать количество поясов.

Данную категорию можно поделить на:

• Висячие конструкции, в основу которых входит несколько поясов. В зависимости от расположения их называют либо верхними, либо нижними;
• Ряд конструкций, основные компоненты которых находятся в единой плоскости.

По форме можно отделить конструкции:

• Арочный тип, который основывается на необычной и выпуклой форме;
• Могут быть и прямыми;
• Двускатные и односкатные конструкции, изготовленные из профильной трубы.

фермы из профильной трубы

Исходя из вариативности контуров, различают:

• На те, у кого пояс находится параллельно. Считается наиболее оптимальным вариантом в случае, если предстоит решение касательно мягкой кровле. Собрать такую опору не составит особого труда, так как все ее детали практически идентичны. Стоит обратить внимание на то, что габариты стержней для пояса и размеры решетки полностью совпадают;
• Полигональные хоть и способны выдержать большую и постоянную нагрузку, но для проведения необходимых работ понадобится большой опыт. Да и сам процесс является трудоемким и сложным;
• У односкатных форм, углы достаточно жесткие, что позволяет воспринимать существенные нагрузки. Для возведения подобной конструкции, как фермы из профильной трубы огромного количества материала не потребуется, поэтому их с легкостью можно отнести к категории экономичных;
• Для возведения фермы из профильной трубы, крыша которой будет иметь большой угол, рекомендуется использовать треугольные фермы, изготовленные из профильной трубы. К существенным недостаткам можно отнести большое количество отходов подручных и основных материалов.

Прямые фермы из профильной трубы

Подобные типы ферм подразделяются по углу наклона, различают три основные группы:

• Если угол приравнивается к 22*-30*. Соотношение длины и высоты приравнивается один к пяти. Пользуются немалой популярностью в бытовом строительстве, как один из наиболее приемлемых способов перекрытия небольших по высоте пролетов. Относительно несущественный вес можно назвать одним из неоспоримых преимуществ. Для других аналогов лучше использовать треугольные фермы.
• Пролеты, чья длина превышает отметку в 14 м, рекомендуется дополнительно использовать раскосы, устанавливаемые по направлению сверху вниз. На самом верхнем слое будет находиться панель, длина которой может варьироваться от 150 до 250 см. В итоге, исходные данные будут представлять собой конструкцию, с состав которой войдут несколько поясов. Количество панелей останется четным.
• А вот если длина пролета составит более 20 м, стоит воспользоваться подстропильной конструкцией, вспомогательными компонентами которой можно назвать опорные колонны.

Отдельное внимание хотелось бы уделить конструкции фермы типа Полонсо. С ее помощью можно устранить дефект так называемых длинных раскосов, которые приводят к снижению общего веса. В состав фермы из профильной трубы входят две и более треугольные системы, которые соединены друг с другом при помощи затяжки.

• Менее 15*. Практика показала, что для достижения максимальной эффективности фермы из профильной трубы лучше использовать трапециевидные стропила, изготовленные из прочного металла. Избежать дальнейшего образования продольного изгиба поможет наличие коротких стоек;
• Не более 22*. Паритеты длины и высоты должны приравниваться как семь к одному. Максимальная длина фермы из профильной трубы не должна превышать отметку в 20 м. Если по какой-либо причине эту отметку необходимо повысить, то нижний пояс делается ломанным.

Обратите особое внимание!

Асимметрическая форма сохраняется в случае, если угол кровли фермы из профильной трубы колеблется в пределах 6-10*.

Саму же высоту фермы можно определить по формуле дробления протяженности самого пролета на семь, восемь или девять частей, эта цифра будет зависеть от особенности, выбранной вами конструкции.

Треугольные фермы из профильной трубы

Все необходимые расчеты фермы требуется производить, следуя установленным инструкциям СниП:

• в основу любого расчета входит правильно выполненный расчет самой фермы изготовленной из профильной трубы. Подготовка схемы фермы из профильной трубы подразумевает расчет и дальнейшее указание соотношения уклона кровли и длинны конструкции.

• Размеры зачастую зависят от обозначенной в смете суммы максимальных затрат, если ТТ не подразумевает чего-то другого. Тип перекрытия будет зависеть от высоты металлоконструкции, общего веса, возможности дальнейшего ее перемещения. А вот длину исключительно уклон.
• Не стоит забывать и об очертаниях самих опор и их поясов. Его контур будет рассчитываться исходя из назначения металлоконструкции, углом наклона и типом перекрытий.

  Виды конструкций стропильных ферм из профильной трубы

Рекомендация

Если длина фермы составит более 36 м, при расчетах необходимо дополнительно учитывать уровень строительного подъема.

Металлические фермы для уклонов 6-10

Размер выбранных панелей должен напрямую зависеть от типа и объема дальнейших нагрузок на конструкцию. Стоит помнить, что углы раскосов будут напрямую зависеть от используемых стропил, а вот панель должна им полностью соответствовать. Для привычной всем треугольной решетки, угол будет приравниваться к 45*, а вот для раскосой всего 35*.

Завершающим этапом расчетов фермы из профильной трубы должен стать показатель, характеризующий промежуток между полученными углами. В идеале, он должен полностью соответствовать общей ширине панели.

Стропильные фермы

Абсолютно все расчеты фермы из профильной трубы необходимо выполнять так, чтобы в итоге даже малейшее увеличение высоты привело к росту несущей особенности всей металлоконструкции. Если выбрать правильный угол наклона, то снежные массы не будут подолгу задерживаться на ее поверхности. Установка дополнительных ребер жесткости поможет усилить саму ферму, что является одним из наиболее приемлемых способов повышения эффективности конструкции в целом.

Для проведения точных определений касательно габаритов устройства для навесов, следует руководствоваться такой информацией:

• Для сооружений, габариты которых составят 4.5 м, при этом будут использоваться комплектующие, размеры которых составят 40х20х2 мм;
• Свыше 5.5 м габариты изделий составят 40х40х2 мм;
• Для строений, габариты которых составят более 5.5 м, наиболее приемлемым будет использование конструкций, чьи габариты составят 40х40х3 мм. Но возможен вариант использования 60х30х2 мм.

Если речь идет о замере шага учитывается максимально допустимая протяженность от навеса до одной из опор равная 1.7 м. Если не руководствоваться этим принципом, такие показатели как надежность и прочность конструкции останутся под вопросом.

Расчет фермы из профильной трубы можно произвести воспользовавшись нашим онлайн калькулятором.

После получения всех величин, с использованием специальных устройств и ранее упомянутых формул, можно получить готовую схему будущей ферму из профильной трубы. Впоследствии следует задуматься о дальнейшем проведении необходимых сварочных работ, дабы сварить ферму из профильной трубы правильно.

Как сделать правильный выбор и изготовить ферму из профильной трубы правильно:

• Подбирая определенный размер по установленным типам, для начала лучше сделать выбор в пользу квадратных или прямоугольных ферм из профильной трубы, которые имеют несколько ребер жесткости, что в свою очередь, обеспечит максимальную устойчивость;
• Стоит использовать исключительно качественную продукцию и изделия, приобретенную у проверенных поставщиков. Подобные конструкции не склонны к коррозии и достаточно устойчивы к различным климатическим факторам. Габариты и толщину стенок изготавливают исходя из заложенных в первоначальном проекте данных. Только проводя все эти манипуляции можно обеспечить необходимую несущую способность самих стропил;
• Для верхнего пояса используются разносторонние уголки двутаврового типа. Стыковка выполняется по направлению исходя из меньшей стены;
• В качестве сопряжения принято использовать спаренные углы и специальные прихватки;
• Для того чтобы скрепить детали, расположенные в нижнем поясе, используются равносторонние уголки;
• Оставшиеся части можно соединить при помощи накладных платин разного диаметра.

Раскосы необходимо устанавливать под углом в 45*, а вот стойки исключительно под прямым углом. После завершения первоначального этапа сборки фермы из профильной трубы, можно приступать к сварке фермы.

Каждый из образовавшихся швов проверяют на качество по отдельности, так как только они могут гарантировать необходимый уровень надежности всей конструкции будущей постройки или сооружения. После завершения сварочных работ, стропила обрабатываются веществом с антикоррозийным составом и вскрывают краской.

Правила расчета и установки фермы из профильной трубы

Конструктивных элементов у каркасной постройки не так много: фундамент, опоры и крыша – но каждый из них должен быть прочен и долговечен. Устойчивость опор обеспечивает не только фундамент, помогают в этом особые укрепляющие конструкции – обвязочные фермы. За надежность крыши тоже отвечают фермы, но уже стропильные.

Что такое ферма: конструктивные особенности

Для усиления каркаса домов, надворных построек и малых архитектурных форм из профтрубы применяют особые элементы, называемые фермами. Их используют для верхнего и бокового соединения опор навесов, беседок, остановочных павильонов и летних кафе. Применяют усиливающие элементы и при монтаже козырьков над входными группами, если расстояние между стенами или опорами велико.

Таким образом, ферма – это усиливающая конструкция, состоящая из двух поясов, соединенных между собой перемычками. Такое устройство обеспечивает конструкции жесткость и позволяет сохранять форму при любых нагрузках.

Обратите внимание! Кроме функционального назначения фермы могут иметь и декоративное, если возводимое строение не имеет стен и фронтонов или обшивается прозрачным материалом.

Виды поясов

Пояса задают форму детали: сегмент, двойная дуга, треугольник, прямоугольник или многоугольник. При этом у сегмента, прямоугольника и дуги в качестве нижнего и верхнего поясов выступают цельные трубы – прямые или изогнутые.

В фермах более сложной формы: треугольных, выпуклых и вогнутых многоугольниках – один или оба пояса собраны из нескольких труб.

Форму поясов фермы выбирают в соответствие с назначением конструкции. Для бокового соединения стоек строения обычно используют обвязочные фермы с двумя параллельными прямыми или дугообразными поясами или верхним прямым поясом и нижним дугообразным.

Форма поясов стропильной фермы зависит от типа крыши:

Виды перемычек

Перемычки – это короткие отрезки труб, как правило, меньшего сечения, чем используемые для поясов, прикрепленные прямо или под углом к основным элементам конструкции. Комплекс перемычек называют внутренней решеткой.

Вертикальные перемычки называют опорами или стойками. Обычно ферма имеет одну-две основных стойки и несколько дополнительных.

Наклонные перемычки называют подкосами или откосами, их количество может быть любым. Если пояса фермы соединены опорами, то откосами укрепляют именно опоры. Кроме того, внутренняя решетка может состоять только из вертикальных или только из наклонных перемычек.

Обратите внимание! Фермы для каркасных строений изготавливают не только из труб, но и из уголков. Каждый элемент такой конструкции для обеспечения необходимой прочности собирают из пары уголков, что усложняет расчеты и монтаж и увеличивает временные затраты.

Преимущества профильной трубы для изготовления каркасов

Каркасное строительство из профтрубы набрало популярность и не сдает позиций. Профилированные трубы позволяют создать красивые и крепкие конструкции самого различного назначения – от зонтика над песочницей до жилого, промышленного или коммерческого здания.

Профильная труба имеет массу преимуществ перед другими материалами, используемыми для каркасного строительства:

• Прочность. Металл значительно прочнее дерева, а особая формы сечения делает профилированные трубы менее подверженными деформации, чем круглые.
• Пожаробезопасность. Трубопрофиль не горит, не плавится, не выделяет токсичных веществ при нагревании.
• Легкость. Полые трубы просты в транспортировке и монтаже. Кроме этого, малый вес конструкции из профилированного металла позволяет обойтись без возведения монолитного фундамента.
• Вариативность способов соединения. Металл хорошо поддается как сварке, так и сверлению, поэтому для сборки можно использовать сварное соединение встык и внахлест, сопряжение при помощи уголков или фитингов в сочетании с обычными болтами и гайками.
• Сочетаемость с кровельными и отделочными материалами. Трубопрофиль поддается окрашиванию, не оказывает негативного воздействия на материалы, используемые для отделки стен и оборудования кровли. Кроме того, фермы из профилированных труб способны выдержать нагрузку не только от любого кровельного покрытия, но и толстого слоя снега в зимний период.
• Разнообразие форм профиля. Сечение профтрубы может быть прямоугольным, квадратным, овальным, треугольным. Под заказ металлопрокатные организации изготавливают и трубы с более сложным сечением. Такое многообразие трубопрофилей позволяет не только возводить конструкции различных размеров и форм, но и оригинально их декорировать.

Как рассчитать ферму

Для изготовления фермы необходимо знать ее длину, высоту, угол наклона и особенности участка. Не всегда удается учесть все факторы, но сделать хотя бы минимальные расчеты можно самостоятельно.

Обратите внимание! Чтобы не делать сложных построений, особенно для ферм сложной конструкции, и не ошибиться в расчетах, можно воспользоваться онлайн-калькулятором. Такие калькуляторы часто бывают на сайтах кровельных, трубопрокатных и строительных организаций.

Рассчитываем уклон

Допустимый уклон одно–, двухскатной и шатровой кровли находится в диапазоне от 6 до 35 градусов, у мансардной и арочной крыши угол наклона нижней части может быть значительно больше.

Для разных типов кровель требуется разный уклон и соотношение длины и высоты фермы различается:

Обратите внимание! У мансардной крыши в таблице указан угол наклона нижней части кровли. Уклон верхней части выбирается, как для двухскатной.

Для дальнейших расчетов необходимо выполнить чертеж.

Если ферма состоит из прямолинейных элементов, на чертеже ее разбивают на прямоугольные треугольники. Длину труб для выполнения поясов вычисляют по теореме Пифагора:

a²+b²=c²,

где a и b – катеты прямоугольника, то есть стороны, прилежащие к прямому углу, а c – противолежащая прямому углу гипотенуза.

Самыми простыми являются расчеты односкатной фермы, так как у нее a – длина, b – высота, гипотенуза c – это скат фермы. Соответственно, длина ската вычисляется по формуле:

c=√a²+b².

Если требуется изготовить стропильную систему для арочной крыши, длину верхнего пояса (с) вычисляют по формуле длины окружности:

с =1,57*(b+a/2).

Затем рассчитывают расположение элементов внутренней решетки таким образом, чтобы они делили нижний и верхний пояса на равные участки. При использовании укосов угол их наклона должен находиться в промежутке от 35 до 50 градусов.

Обратите внимание! Наилучшим же считается угол в 45 градусов – самый удобный для расчетов, простой в нарезке труб и надежный в готовой конструкции.

Параметры расходных материалов

Параметры труб, используемых для изготовления поясов и внутренней решетки рассчитывают, исходя из ширины строения, параметров опор каркаса и особенностей кровельного материала.

Для перемычек используют либо те же трубы, что и для изготовления поясов, либо чуть меньшего сечения.

Участок для установки сооружения

Прежде чем возводить навес, беседку или жилое здание с каркасом из профтрубы, необходимо выбрать участок, где это будет безопасно для окружающей среды, людей и самой постройки.

Важно учесть такие факторы, как:

• Погодные условия, характерные для местности: насколько снежными бывают зимы, дождливыми – весна и осень, каковы скорость и направление ветра. Климатические явления оказывают на кровлю переменные нагрузки, которые ферма должна выдержать.
• Уровень сейсмической активности: бывают ли колебания почвы, землетрясения, оползни. Чем выше этот показатель, тем прочнее должна быть постройка, чтобы не разрушиться в случае чрезвычайной ситуации. С другой стороны, в особо сейсмически опасных регионах нередко устанавливают легкие разборные конструкции, которые при землетрясении легко разрушаются, но при этом не наносят существенного вреда окружающему пространству и людям и легко поддаются ремонту.
• Особенности почвы и вес конструкции. Эти два параметра взаимосвязаны. На плотных и каменистых грунтах устойчивой будет даже тяжелая каркасная постройка со сложной стропильной системой. На песчаных и супесчаных почвах, а также при высоком уровне грунтовых вод нужно возводить облегченные постройки или делать для них глубокий свайный фундамент.
• Расположение относительно других построек. Желательно располагать малые архитектурные формы с металлокаркасом таким образом, чтобы более высокие и тяжелые строения закрывали более низкие и легкие от порывов ветра.

Правила сварочных работ при монтаже фермы

При наличии сварочного оборудования и опыта работы с ним, изготовление стропильной системы или боковых усиливающих элементов для каркасного строения хоть и займет немало времени, но большого труда не составит. Кроме того, по сравнению с конструкцией, собранной при помощи фасонных элементов или уголков в сочетании с болтами, сварная прочнее и легче.

Однако необходимо соблюдать правила выполнения сварочных работ:

1. Сначала нарезают все элементы будущей фермы в соответствии с чертежами и расчетами, и только после этого приступают к сборке.
2. Нарезанные трубы очищают от пыли и мусора, срезы выравнивают и убирают крупные заусенцы.
3. Перед началом работ нужно позаботиться о пожарной безопасности рабочего места: приготовить средства пожаротушения, убрать легковоспламеняемые предметы и горючие вещества.
4. Нельзя использовать сварочный аппарат без средств защиты: маски или очков, перчаток и одежды из негорючих материалов.
5. Так как для возведения даже небольшого козырька или навеса нужны минимум две одинаковых фермы, следует продумать, как добиться их полной идентичности. Есть два способа: изготовление шаблона и нанесение разметки. В качестве шаблона может выступать первая из сваренных конструкций, а разметку можно нанести на земле, асфальте, полу мастерской. После выполнения каждого сварного шва конструкцию прикладывают к шаблону или разметке и сверяют правильность выполнения соединения.
6. Готовое изделие не должно иметь перекосов, поэтому в ходе работ взаимное расположение элементов постоянно контролируют при помощи угольника, уровня и отвеса.
7. Если после выполнения стыковки элементов обнаружены перекосы, зазоры или иные недочеты, их необходимо исправить сразу, так как сделать это после установки фермы на место эксплуатации будет сложно.
8. Готовые фермы складывают стопкой друг на друга и проверяют на идентичность.

Последовательность работ

Подготовка и установка ферм для каркасной постройки проводится в несколько этапов:

• Проектирование и расчеты.
• Подготовка расходных материалов.

Обратите внимание! Эти два этапа выполняются сразу для всей постройки. Трубы для строительства лучше приобретать у одного поставщика – в этом случае металлопрофиль будет одного качества и при сварке образует надежные узлы.

• Оборудование фундамента и возведение опор каркаса.
• Нарезка труб и нанесение разметки для изготовления ферм.
• Сварочные работы.
• Шлифовка и очистка поверхности и сварных узлов. На этом этапе крупногабаритные фермы можно обезжирить, прогрунтовать и окрасить, оставив неокрашеными места будущего прикрепления к стойкам каркаса.
• Верхняя обвязка каркаса. На этом этапе к стойкам, в соответствии с проектом, прикрепляются горизонтальные отрезки трубы или обвязочные фермы.
• Подъем стропильных ферм и прикрепление их к опорам каркаса.
• Обезжиривание, грунтовка и окрашивание поверхности труб и сварных узлов.
• Монтаж обрешетки и кровли.

Как правильно рассчитать фермы для навесов: чертеж и правила сборки

Навесы относят к категории наиболее простых сооружений, которые возводят на загородном или дачном участке. Их используют под самые разные цели: в качестве стоянки автомобилей, участка для складирования и множества других вариантов.

Конструктивно навес крайне прост. Это

• каркас, основным элементом которого являются фермы для навесов, отвечающие за стабильность и прочность конструкции;
• покрытие. Его выполняют из шифера, поликарбоната, стекла или профлиста;
• доборные элементы. Как правило, это элементы украшения, которые располагают внутри сооружения.

Конструкция довольно проста, к тому же весит она немного, поэтому ее можно собрать своими руками сразу на участке.

Однако чтобы получить практичный правильный навес, прежде всего нужно обеспечить его прочность и долгую эксплуатацию. Для этого следует знать, как рассчитать ферму для навеса, изготовить самостоятельно и сварить или купить готовые.

Металлические фермы для навесов ↑

Эта конструкция состоит из двух поясов. Верхний пояс и нижний соединены через раскосы и вертикальные стойки. Она способна противостоять существенным нагрузкам. Одно такое изделие, весящее от 50–100 кг может заменить балки из металла большие по весу в три раза. При правильном расчете металлическая ферма в отличие от балок , швеллеров или деревянного бруса не деформируется и не прогибается при воздействии нагрузок.

Металлический каркас одновременно испытывает несколько нагрузок, поэтому так важно знать, как рассчитать металлическую ферму, чтобы точно найти точки равновесия. Только так конструкция сможет противостоять даже очень высоким воздействиям.

Как выбрать материал и правильно варить их ↑

Создание и самостоятельная установка навесов возможны при небольших габаритах сооружения. Фермы для навесов в зависимости от конфигурации поясов могут быть изготовлены из профилей или стальных уголков. Для относительно небольших конструкций рекомендуется выбирать профильные трубы.

Подобное решение имеет ряд преимуществ:

• Несущая способность профильной трубы напрямую связана с ее толщиной. Чаще всего для сборки каркаса используют материал с квадратом 30-50х30-50 мм в сечении, а для сооружений небольшого размера подойдут трубы и меньшего сечения.
• Для металлических труб характерна большая прочность и это при этом, что они весят намного меньше, чем цельный брусок из металла.
• Трубы сгибаются – качество необходимое при создании криволинейных конструкций, например, арочных или купольных.
• Цена фермы для навесов относительно небольшая, поэтому купить их не составит особого труда.

• На такой металлический каркас можно удобно и достаточно просто уложить практически любую обрешетку и кровлю.

Способы соединения профилей ↑

Как можно сварить навес

Среди главных достоинств профильных труб следует отметить безфасоночное соединение. Благодаря такой технологии, ферма для пролетов, не превышающих 30 метров, получается конструктивно простой и обходится относительно недорого. Если ее верхний пояс достаточно жесткий, то кровельный материал можно опереть непосредственно на него.

Безфасоночное сварное соединение обладает рядом достоинств:

• существенно снижается масса изделия. Для сравнения отметим, что клепанные конструкции весят на 20%, а болтовые – на 25 % больше.
• снижает трудозатраты и расходы на изготовление.
• стоимость сварки небольшая. Более того, процесс можно автоматизировать, если использовать аппараты, которые позволяют бесперебойно подавать сварную проволоку.
• полученный шов и присоединяемые детали получаются одинаково прочными.

Из минусов следует отметить необходимость наличия опыта проведения сварочных работ.

Крепление на болты

Болтовым соединением профильных труб пользуются не так уж редко. Преимущественно его используют для разборных конструкций.

К основным преимуществам такого вида соединения относят:

• Простую сборку;
• Отсутствие необходимости в дополнительном оборудовании;
• Возможный демонтаж.

• Увеличивается вес изделия.
• Потребуются дополнительные крепежные детали.
• Болтовые соединения менее прочные и надежные, нежели сварные.

Как рассчитать металлическую ферму для навеса из профильной трубы ↑

Возводимые сооружения должны быть достаточно жесткими и прочными, чтобы противостоять различным нагрузкам, поэтому перед их монтажом необходимо выполнить расчет фермы из профильной трубы для навеса и составить чертеж.

При расчете, как правило, прибегают к помощи специализированных программ с учетом требований СниП («Нагрузки, воздействия», «Стальные конструкции»). Можно рассчитать металлическую ферму онлайн, пользуясь калькулятором расчета навеса из металлопрофиля. При наличии соответствующих инженерных знаний расчет можно провести и собственноручно.

Проектные работы выполняют на основе следующих исходных:

• Чертеж. От типа крыши: одно- или двускатная, шатровая или арочная, зависит, конфигурация поясов каркаса. Самым простым решением можно считать односкатную ферму из трубы профильной.
• Размеры конструкции. Чем с большим шагом будут установлены фермы, тем нагрузка, которой они смогут противостоять, будет больше. Важен также угол наклона: чем он больше, тем легче будет сходить снег с кровли. Для расчета понадобятся данные об экстремальных точках ската и их удаленности друг от друга.
• Размеры элементов кровельного материала. Они играют решающую роль в определении шага ферм для навеса, скажем, из поликарбоната . Кстати, это самое популярное покрытие для сооружений, устраиваемых на собственных участках. Панели сотового поликарбоната с легкостью сгибаются, поэтому они подходят для устройства криволинейных покрытий, к примеру, арочных. Все что при этом важно, так это только то, как правильно рассчитать навес из поликарбоната.

Расчет металлической фермы из профильной трубы для навеса выполняют в определенной последовательности:

• определяют величину пролета, соответствующую техзаданию;
• чтобы вычислить высоту конструкции, по представленному чертежу подставляют размеры пролета;
• производят задание уклона. Соответственно оптимальной форме кровли сооружения определяют контуры поясов.

Как сделать ферму из поликарбоната ↑

Первым этапом изготовления своими руками ферм из профильной трубы для навеса является составление детального плана, на котором должны быть указаны точные размеры каждого элемента. Кроме этого желательно подготовить дополнительный чертеж конструктивно сложных деталей.

Как видите, до того, как самому изготовить фермы, необходимо хорошо подготовиться. Отметим еще раз, что в то время как при выборе формы изделия руководствуются эстетическими соображениями, то для определения конструктивного типа и количества составляющих элементов требуется расчетный путь. При проверке на прочность металлической конструкции обязательно нужно учесть также данные об атмосферных нагрузках в данном регионе.

Дуга считается предельно упрощенной вариацией фермы. Это – одна профилированная труба, имеющая круглое либо квадратное сечение.

Очевидно, что это не только самое простое решение, оно и обходится дешевле. Тем не менее дуги для навеса из поликарбоната имеют определенные недостатки. В частности это касается их надежности.

арочные навесы фото

Проанализируем, каким образом распределяется нагрузка в каждом из этих вариантов. Конструкция фермы обеспечивает равномерное распределение нагрузки, то есть сила, воздействующая на опоры, будет направлена, можно сказать, строго вниз. Это значит, что опорные столбы отлично противостоят усилиям на сжатие, то есть могут выдержать дополнительное давление снежного покрова.

Дуги такой жесткостью не обладают и не способны распределять нагрузку. Чтобы компенсировать такого рода воздействие, они начинают разгибаться. В результате возникает сила, возложенная на опоры в верхней части. Если учесть, что она приложена к центру и направлена горизонтально, то малейшая ошибка в расчете основания столбов, по меньшей мере, вызовет их необратимую деформацию.

Пример расчета металлической фермы из профильной трубы ↑

Расчет такого изделия предполагает:

• определение точной высоты (Н) и длины (L) металлической конструкции. Последняя величина в точности должна соответствовать длине пролета, то есть расстоянию, перекрывающему конструкцию. Что же касается высоты, то она зависит от спроектированного угла и особенностей контура.

В треугольных металлоконструкциях высота составляет 1/5 или ¼ часть длины, для остальных типов с прямолинейными поясами, к примеру, параллельными или полигональными – 1/8 часть.

• Угол раскосов решетки колеблется в пределах 35–50°. В среднем он составляет 45°.
• Важно определить оптимальное расстояние от одного узла до другого. Обычно искомый промежуток совпадает с шириной панели. Для конструкций, длина пролета в которых больше 30 м, необходимо дополнительно рассчитать строительный подъем. В процессе решения задачи можно получить точную нагрузку на металлоконструкцию и подобрать правильные параметры профильных труб.

В качестве примера рассмотрим расчет ферм стандартного односкатного сооружения 4х6 м.

В конструкции используется профиль 3 на 3 см, стенки которого имеют толщину в 1,2 мм.

Нижний пояс изделия имеет длину 3,1 м, а верхний – 3,90 м. Между ними устанавливают вертикальные стойки, выполненные из такой же профильной трубы. Самая большая из них имеет высоту 0,60 м. Остальные вырезают по степени убывания. Можно ограничиться тремя стойками, расположив их от начала высокого ската.

Участки, которые образуются при этом, усиливают, установив раскосые перемычки. Последние изготовлены из более тонкого профиля. К примеру, для этих целей подойдет труба сечением 20 на 20 мм. В месте схождения поясов стойки не нужны. На одном изделии можно ограничиться семью раскосами.

На 6 м длины навеса используют пять подобных конструкций. Их укладывают с шагом в 1,5 м, соединяя дополнительными перемычками поперечного расположения, выполненными из профиля сечением 20 на 20 мм. Их фиксируют к верхнему поясу, расположим с шагом 0,5 м. Панели поликарбоната крепят непосредственно к этим перемычкам.

Расчет арочной фермы ↑

Изготовление арочных ферм также требует точных расчетов. Это связано с тем, что возложенная на них нагрузка распределится равномерно, только если созданные дугообразные элементы будут иметь идеальную геометрию, то есть правильную форму.

Рассмотрим подробнее, как создать арочный каркас для навеса с пролетом в 6 м (L). Расстояние между арками примем в 1,05 м. При высоте изделия в 1,5 метра архитектурная конструкция будет смотреться эстетично и сможет противостоять высоким нагрузкам.

При расчете длины профиля (mн) в нижнем поясе пользуются следующей формулой длины сектора: π •R•α:180, где значения параметров для данного примера в соответствии с чертежом равны соответственно: R= 410 см, α÷160°.

После подстановки имеем:

3,14•410•160:180 = 758 (см).

Узлы конструкции следует расположить на нижнем поясе на расстоянии 0,55 м (с округлением) друг от друга. Положение крайних рассчитывают индивидуально.

В случаях когда длина пролета меньше 6 м, сваривание сложных металлоконструкций часто заменяют на одинарную либо двойную балку, согнув металлический профиль под заданным радиусом. Хотя при этом необходимости в расчете арочного каркаса нет, однако правильный подбор профилированной трубы по-прежнему остается актуальным. Ведь от ее сечения зависит прочность готовой конструкции.

Расчет арочной фермы из профильной трубы онлайн ↑

Как рассчитать длину дуги для навеса под поликарбонат ↑

Длину дуги арки можно определить по формуле Гюйгенса. На дуге отмечают середину, обозначив ее точкой М, которая находится на перпендикуляре СМ, проведенном к хорде АВ, через ее середину С. Затем нужно измерить хорды АВ и АМ.

Длина дуги определяется по формуле Гюйгенса: p = 2l x 1/3 x (2l – L), где l – хорда АМ, L – хорда АВ)

Относительная погрешность формулы равна 0,5%, если дуга АВ содержит 60 град, а при уменьшении угловой меры погрешность значительно падает. Для дуги в 45 град. она составляет всего 0,02%.