Як зварити ферму з профільної труби – варіанти та правила розрахунку

Зміст статті:

Варіанти конструкцій ферм
Особливості конструкції
Як розраховується ферма з сталевої профільної труби
Арочна ферма – приклад розрахунку
Профільна труба для будівництва ферм – вимоги до матеріалу
Корисні поради - як правильно зварити

Використовуючи профільні труби для будівництва ферм, можна легко створити конструкцію, яка здатна витримати значні зусилля. Подібні конструкції відрізняються легкістю і підходять для будівництва будинків, будівництва каркасів під димоходи, монтажу опор під покрівлі та козирки. Форми та габаритні розміри ферм залежать від призначення конструкції та її застосування, незалежно від того, це домашнє господарство або промисловий об'єкт. У цій статті ми розповімо про те, як зробити правильний і точний розрахунок ферми з металевої профільної труби. Якщо цього не зробити, то конструкція навряд чи витримає необхідні навантаження.

Варіанти конструкцій ферм

Металеві конструкції з профільних труб характеризуються проведенням масштабних робіт, але вони набагато економічніше і легше ферм, споруджених із суцільних матеріалів. Профільні труби отримують з круглих труб за технологією гарячої або холодної прокатки. В результаті утворюються труби, які нагадують в поперечному розрізі різні геометричні фігури, такі як прямокутник, квадрат, багатогранник, овал, півовал і так далі. Для будівництва ферми більше підходять квадратні труби, оскільки вони міцніше за наявності двох однакових ребер міцності.

Ферма – це конструкція з металу, яка характеризується наявністю верхнього і нижнього рівнів, які з'єднуються у вигляді решітки. Причому з'єднання не можуть носити довільний характер, а їх кількість розраховується за певною формулою.

У конструкцію решітки входять:

• стійки, встановлені вертикально;
• розкоси (підкоси), встановлені під кутом відносно до стійок;
• шпренгелі (допоміжні підкоси).

Ферми в основному призначені для з'єднання прольотів різного господарського призначення. Завдяки наявності таких елементів як розкоси вони витримують значні навантаження без деформації навіть при перекритті великих за довжиною прогонів.

Як правило, ферми виготовляються на землі або на спеціальних виробничих площах. Всі елементи ферми з'єднуються між собою із застосуванням зварювання або клепки. Щоб побудувати навіс, козирок, дах капітального будівельного об'єкта або інших будівель, готові зібрані на землі ферми підіймають і монтують на конструкції відповідної споруди, дотримуючись усіх розмірів.

З'єднання прольотів здійснюється різними за формою фермами з металу, наприклад:

• односхилими;
• двосхилими;
• прямими;
• арочними.

Ферми, що нагадують трикутник і виготовлені з таких труб, служать в якості крокв, й так само елементами класичних односхилих конструкцій. Арочні ферми користуються величезною популярністю через свою естетичність, а також стійкість проти великих навантажень. При цьому арочні ферми збираються за більш уточненими даними, для того, щоб зусилля розподілялися рівномірно по всіх елементах ферми.

Особливості конструкції

Конструкція ферми для різних будівельних об'єктів залежить від передбачуваних робочих навантажень, а також від її господарського призначення.

В залежності від числа поясів бувають:

• опорні конструкції, елементи яких складаються з однієї площини;
• підвісні конструкції, які відрізняються наявністю верхнього і нижнього поясів.

Будівельні конструкції припускають застосування ферм з різним контуром:

• з паралельним поясом (самий елементарний варіант, де використовуються однакові елементи);
• односхилі трикутні (всі опорні вузли відрізняються підвищеною міцністю, через що конструкція здатна протистояти значним навантаженням);
• полігональні (витримують зусилля від масивного настилу, але відрізняються складністю в монтажі);
• трапецієподібні (мають схожі дані з полігональними, але не настільки складні в монтажі);
• двоскатні трикутні (використовуються для монтажу крутого двосхилого даху з профільної труби, але мають великі витрати ресурсів);
• Сегментні (годяться для конструкцій, де передбачене встановлення світлопрозорої покрівлі; встановлення непросте, оскільки потрібно виготовляти елементи з правильною геометрією для однакового розподілу навантаження).

В залежності від кута нахилу, класичні ферми належать до таких видів:

1. Кут від 22 до 30 градусів, коли відношення висоти до довжини становить 1:5. Годиться для простих конструкцій звичайних навісів з профільної труби.

Для накриття прольотів малої та середньої величини використовуються, в основному, трикутні види ферм, зварені з труб меншого діаметра, оскільки вони досить міцні та легкі.

Порада: Використовуйте наші будівельні калькулятори онлайн, і ви виконаєте розрахунки будівельних матеріалів або конструкцій швидко та точно.

Якщо довжина прольоту складає більше 14-ти метрів, то в конструкції передбачають розкоси, закріплені згори вниз, а по верхньому поясу розташовують панель величиною 150-250 см, для отримання двопоясної конструкції, яка має парну кількість панелей.

При величині прольотів більше 20-ти метрів, щоб уникнути прогину ферми, передбачається встановлення підкроквяних елементів конструкції, з кріпленням до опорних колон.

1. Особливу увагу слід звернути на ферму «Полонсо», яка складається з двох трикутних конструкцій, скріплених один з одним оригінальним способом. У такій конструкції нема потреби в монтуванні довгих розкосів в середній частині, що дозволяє знизити загальну вагу конструкції.
2. Кут від 15 до 22 градусів, з відношенням висоти до довжини як 1:7. Дозволяє виготовляти ферми для з'єднання прольотів, що мають довжину до 20-ти метрів. Якщо потрібно збільшити висоту ферми, то доведеться сформувати нижній рівень ламаним.
3. Кут менше 15 градусів. Подібний каркас повинен складатися з трапецієподібних елементів. Подібні ферми володіють короткими стойками, завдяки яким ферма витримує поздовжній вигин. При кутах нахилу від 6 до 10 градусів ферми повинні мати асиметричну конструкцію. Визначають висоту ферми за допомогою ділення довжини прольоту на 7, 8 або 9, залежно від конструкційних особливостей проєкту.

Як розраховується сталева ферма з профільної труби

Розрахунок будь-якої металевої конструкції – це важливий і відповідальний етап, незалежно від того, будівництво якої конструкції передбачається.

Розрахунок кроквяної системи з профільної труби зводиться до таких моментів:

1. Визначення розміру прольоту конструкції, який планується перекрити, а так само вибору конфігурації скатного даху, з ефективним кутом нахилу ската (скатів).
2. Підбору оптимальних контурів поясів ферми з урахуванням характеру побудови, форми та габаритів даху, кута нахилу, розрахункових навантажень.
3. Визначення оптимальної висоти конструкції в центрі прольоту (H), на основі наступної формули (де L – це довжина ферми). Для паралельних, полігональних і трапецієподібних поясів: H=1/8×L. При цьому величина ухилу верхнього пояса повинна відповідати 1/8×L або 1/12×L. Для ферми трикутної форми: H=1/4×L H=1/5×L.
4. З'ясування умов збору конструкції в залежності від її габаритів. Якщо розміри металоконструкції значні, то краще зварити її тут же, на будівельному майданчику, і лише потім за допомогою будівельного крана встановити її на місце, а якщо розміри невеликі, то ферму краще зварити в умовах заводських площ, після чого доставити її транспортом до місця встановлення. Хоча останній варіант і є більш витратним, він більш надійний, оскільки проводити роботи в непідготовленому місці вельми проблематично.
5. Розрахунку величини панелей в залежності від розрахункових навантажень, що діють на покрівлю у процесі її експлуатації.
6. Визначення кута кріплення розкосів решітки, який може знаходитися в межах 35-50 градусів, хоча рекомендується їх встановлювати під кутом в 45 градусів.
7. Наступний етап – це визначення віддалення між кріпильними вузлами, хоча зазвичай відстань дорівнює ширині панелі. При розмірах прольоту 36 метрів і більше необхідно обчислити величину будівельного підйому – вигину, яку відчуває конструкція в процесі експлуатації.
8. Враховуючи всі вимірювання та обчислення, малюється технічне креслення із зазначенням всіх необхідних розмірів, за яким і буде здійснюватися виготовлення металоконструкції з металевої труби.

Щоб не допускати великої неузгодженості в розрахунках, краще скористатися будівельним калькулятором. На основі спеціальної програми можна розрахувати будь-яку конструкцію з металу, в тому числі й крокви даху з профільної труби.

Арочна ферма – приклад розрахунку

Під час складання ферми у вигляді арки для звичайного навісу потрібно здійснити правильні розрахунки. На даному прикладі, відповідному розміру прольоту в 6 метрів, проміжками між арками в 1,05 метра, висотою конструкції в 1,5 метра, що відповідає арочній фермі, показано, як здійснюються всі необхідні розрахунки. Подібна конструкція відрізняється не тільки своєю міцністю, але й естетичністю. Довжина прольоту нижнього рівня арочної ферми відповідає величині 1,3 метра(f), а радіус окружності в нижньому поясі складає 4,1 метра(r). Кут між радіусами складає 105, 9776º (а).

Довжина профільної труби (mh) для облаштування нижнього пояса обчислюється за формулою:

mh=Pi×R×a/180, де:

mh – це довжина профілю для нижнього поясу;

Pi – постійна величина (3,14);

R – радіус кола ферми;

a – кут між радіусами;

у результаті повинно вийти:

mh=3,14×4,1×106/180=7,58 м.

Вузли конструкції встановлюють на ділянках нижнього поясу на відстані 55,1 см. Для простоти складання бажано округлити цю відстань до 55 см, при цьому збільшувати крок встановлення вузлів не рекомендується. Віддалення між крайніми точками слід розрахувати окремо.

При довжині прольоту не більше 6 метрів допускається не робити складних розрахунків і не використовувати зварювання. Досить використовувати одинарну або подвійну балку, здійснивши вигин елемента конструкції під потрібним радіусом. Попри це, потрібно правильно підібрати товщину металевих елементів, щоб арка змогла витримати всі навантаження.

Профільна труба для будівництва ферм – вимоги до матеріалу

Виготовлення робочих конструкцій ферм, особливо великих за розміром, вимагає певних характеристик трубопрокату.

Тому профільні труби вибираються:

• на основі БНіП 07-85 (дія навантаження снігу на всі елементи конструкції);
• на основі БНіП П-23-81 (про технології робіт зі сталевими профільними трубами);
• відповідно до ДСТУ 30245 (відповідність діаметра профільних труб до товщини стінок).

Всі основні дані занесені в певні документи, що дозволяє ознайомитися з інформацією на предмет наявності видів профільних труб і підібрати ті матеріали, які придатні для конкретних проєктів.

Як правило, для виготовлення ферм застосовується тільки якісна металопродукція. Наприклад, для міцних ферм береться тільки легована сталь, яка більш стійка до атмосферних впливів. У зв'язку з цим подібні конструкції не вимагають додаткового захисту від корозії.

Корисні поради - як правильно зварити

Ознайомившись з технологією складання ґратчастих ферм, досить просто встановлюється легкий і міцний каркас для покрівлі або світлопрозорого матеріалу.

При цьому бажано враховувати деякі нюанси:

• Якщо потрібно міцна та надійна конструкція, то більше підійде металева труба у вигляді квадрата.
• Для більшої жорсткості головні елементи ферми з'єднуються із застосуванням металевих куточків і прихваток.
• При кріпленні деталей ферми у верхньому поясі бажано застосувати двотаврові різнобічні куточки, з'єднуючи деталі з більш вузької сторони.
• При кріпленні деталей нижнього пояса використовують рівносторонні куточки (двотаврові).
• Для з'єднання основних частин конструкції з металу великої довжини використовують накладні пластини з металу.

Ну і найголовніше – це вирішити, як зварити ферму з профільної труби. Особливо це актуально, якщо її потрібно зробити тут же, на будівельному майданчику. Подібні конструкції збираються за допомогою зварювання, а оскільки до якості зварювальних робіт пред'являються високі вимоги, то без хорошого зварювальника та обладнання тут ніяк не обійтися.

Стійки ферми кріпляться під прямими кутами, а розкоси - під кутами 45 градусів. Для початку краще зайнятися заготівлею основних і допоміжних елементів ферми, порізавши профільну трубу на відрізки згідно з розмірами, вказаними на робочих кресленнях. Після цього приступають до зварювання конструкції на землі, постійно контролюючи геометричні розміри.

У процесі зварювання необхідно контролювати якість кожного зварного шва. Це важливо, оскільки ферма знаходиться на висоті та несе певну небезпеку для оточуючих.