Содержание

Фермы с параллельными поясами из профильной трубы

Надежные фермы из профильной трубы

Фермы из профильных труб имеют много преимуществ. С их помощью в наши дни строят жилые дома любых конфигураций, гаражи, а также некоторые приусадебные конструкции. Используют их, в том числе, и для создания парников. По своей себестоимости фермы обходятся владельцам участков совершенно не дорого. Их быстро конструировать и крепить к несущим элементам. Для надежного крепления данной конструкции понадобится качественный профиль, сварочный аппарат, болгарка и внимательность при проектировке.

У каждого, кто решил использовать такой тип конструкции на своем сооружении, должен быть четкий план, состоящий из:

  • Выбора правильного профиля;
  • Четкого расчета фермы;
  • Правильного расположения перемычек;
  • Надежного монтажа.

Фермы из профильной трубы: конструкции, расчет и изготовление

По своей сути, ферма является уникальной конструкцией, связующей опорные элементы и образующая в результате готовый каркас. Среди специалистов она считается простой архитектурной металлоконструкции. Такая конфигурация отличается большим количеством преимуществ:

  1. Прочность всего каркаса и отдельно самой фермы;
  2. Высокие эксплуатационные характеристики;
  3. Приемлемая стоимость с учетом цен на трубы и расходные материалы;
  4. Отличная устойчивость к внешним воздействиям, деформации.

Фермы из профильной трубы получили большую популярность благодаря тому, что они идеально подходят для создания прочных опор под любой вид кровли. При этом на данные показатели не влияет вес кровельных материалов.

Стропильные фермы могут иметь совершенно разную форму конструкции и произвольные раскосы. К примеру, для приусадебных построек используют односкатную форму. Ее просто монтировать, и выдерживает такая конфигурация самые различные нагрузки. Двускатные образцы больше подходят для гаражей и домов.

Также по форме отличают арочную ферму. Она имеет выпуклую форму и считается одной из самых прочных.

Для правильного расчета ферм необходимо следовать определенным правилам.

Изготовление ферм не займет много времени. Все начинается с выбора качественного материала. Он и будет определять долговечность всего сооружения. Соединение всех металлических частей используют прихватки, а также специальные спаренные уголки.

Уголки с равными сторонами монтируются только в случае сопряжения деталей.

Стойки крепятся под углом в 90 градусов, а раскосы – 45 градусов.

Требования к расчету профильной трубы для строительства фермы

  • Расчеты производятся при использовании всех замеров длины конструкции и угла наклона кровельного материала. Подготовка фермы должна начинаться только после снятия четких замеров показателей.
  • Точные размеры зависят от многих факторов. Определенная разновидность конструкции будет определена исходя из веса всего изделия, нагрузки, высоты расположения кровельного материала, а также способов его перемещения. Только длину заготовки определяет угол наклона крыши.
  • В расчеты изначально необходимо включать опоры и четко определять их пояса. Длина имеет значение. Контуры также зависят от уклона и вида конструкции.

В основном за это отвечает два законодательных документа, которые определяют порядок расчета. Один вмещает информацию о нормах воздействия и допустимых нагрузках, а другой поможет определиться с типом стальной конструкции. С их помощью расчет фермы из профильной трубы можно осуществить быстро и максимально корректно.

Самое главное, что необходимо учесть – расчет производится по принципу экономии. После определения высоты пролета, длины и угла наклона всей конструкции расчет заканчивается последним пунктом – установлением оптимального расстояния между всеми комплектующими частями. Нагрузка пролета влияет на количество материала и его расположение.

Проведение расчета арочной фермы из профильной трубы

Определить оптимальные значения сооружения можно на конкретном примере арочной фермы. Длина конструкции составляет 600 см. Каждый участок располагается на расстоянии в 105 см друг от друга. Высота арочного перекрытия равна 300 см. Стрела нижнего пояса в таком изделии будет равна 130 см. Радиус окружности внизу будет составлять 410 см. По условиям вычисления между радиусами угол составляет 105.9776˚.

mн – длина профиля, который необходим для прокладки нижнего яруса;

π – постоянное значение;

Чтобы вычислить необходимый показатель специалисты используют определенную формулу:

В результате получается следующее вычисление:

mн=3,14×4,1×106/180 = 758 см.

Следует заметить, что шаг между точками по углам будет равняться 55 см.

Наглядный пример демонстрирует, что фермы из профильной трубы рассчитываются достаточно просто и быстро.

Обучающее видео с правилами расчета.

Особенности конструкции фермы из профильной трубы

Профильные трубы, из которых изготавливают фермы, прочны, а поэтому имеют отличительные характеристики. Особенности всех конструкций распределяются на несколько основных факторов.

Количество поясов и показатель нагрузки считаются критически важными показателеми.

По данным характеристикам фермы делятся на:

  1. Тип конфигурации, в котором все элементы расположены в одной плоскости;
  2. Тип, при котором отдельные части пролета располагаются в двух или более ярусах.

Обе конструктивные особенности являются устойчивыми и могут выдерживать предельные нагрузки, угол наклона при этом, может быть произвольным. Но для обеспечения сооружению большего срока службы рекомендовано использовать второй тип. Он надежнее.

Фермы из профильной трубы также проектируются в зависимости от контуров и их форм. Как уже было сказано ранее, по последнему критерию конструкции делятся на односкатные, двускатные, прямые, а также в форме арки. Каждый из образцов используется для различных целей.

К примеру, изделия, имеющие параллельный пояс идеально подходят для кровли мягкого образца. Опора при этом достаточно проста и все ее части являются идентичными. Ее проще всего монтировать, поскольку этот процесс не требует особых знаний.

Односкатные металлические фермы наилучшим образом подходят для крепления жесткой кровли при необходимом значении высоты.

Виды ферм из профильной трубы

Существует много различных образцов ферм, которые позволяют реализовывать самые разнообразные конструкторские решения.

  • Первой, и самой распространенной разновидностью являются треугольные формы металлоконструкции. Это классический вид заготовки, подходящий для сооружений разного рода предназначения. Для того чтобы подобрать оптимальное сечение труб в таком образце, необходимо учитывать характеристики дальнейшей эксплуатации конструкции, и ее номинальный вес. Также учитывается длина. Преимуществом таких изделий считается прочность, простота в монтаже и постоянное поступление естественного освещения через треугольные каркасы.
  • Вторым по популярности является тип полигональных ферм из профильной трубы. Такая конфигурация незаменима в больших помещениях. Когда необходимо спроектировать большое здание или навес, именно полигональные изделия соответствуют всем требованиям. Единственным минусом таких сооружений считается сложность в их сваривании. Несмотря на привычный угол наклона, необходимо использовать определенный принцип и технику сваривания. А это не подходит для облегченных конструкций.
  • По характеристикам прочности не уступает предыдущим типам и ферма, имеющая параллельные пояса. Отличительной особенностью такой металлоконструкции является то, что все стержни, решетки и пояса у нее одинаковой длины. Она считается самой простой в расчетах.
  • Также надежный вид фермы – односкатная трапециевидной формы. Такие фермы опираются на колонны. По своим характеристикам жесткости данному типу нет равных.
Читать еще:  Расход краски фасадной на 1 м2

Основная конструкция фермы из профильной трубы

Опытные специалисты могут собрать фермы из профильной трубы быстро. Для этого необходимо дать точные размеры и чертежи металлоконструкции. Но, если задача состоит в экономии бюджета на построение, монтаж можно выполнить самостоятельно. Для этого нужно, прежде всего, собрать основную конструкцию.

Для того чтобы ее создать используют преимущественно прямоугольные или квадратные металлические изделия. Они позволяют всей заготовке оставаться прочной на протяжении всего срока эксплуатации. В придачу к этому основную конструкцию из квадратного профиля проще крепить к основанию.

Первым этапом с использованием чертежей и расчетов свариваются все металлические части непосредственно самой фермы. Это выполняется на земле или в подготовленном помещении с ровными полами. Проверяется длина и ширина изделия.

После этого следует этап установки и фиксации опорных элементов, расположенных вертикально. Их правильная установка определяет надежность всей металлоконструкции. Для проверки можно использовать отвес. Он покажет, насколько точно удалось закрепить несущие опоры.

Как сварить фермы из профильной трубы

Как только опоры будут готовы, к стойкам приваривают продольно расположенные трубы. Их крепят для надежной сцепки элементов. Они придают всему сооружению устойчивости.

Когда основа готова наступает время крепления к ней фермы из профильной трубы. Заранее подготовленную конфигурацию с решетками поднимают и устанавливают сверху. Сразу же нужно проверять правильность сборки, в том числе и раскосы. Все углы должны находиться на своих местах и плотно прилегать к основанию. Когда все размеры и расположение конструкции проверено, металлические элементы привариваются друг к другу. Не стоит забывать про прихватки.

В конечном итоге необходимо зачистить все соединительные места, где был применен сварочный аппарат, и аккуратно покрасить все части металлоконструкции.

Как результат, правильные расчеты, качественные материалы и внимательная сварочная работа позволяет создать идеальное перекрытие.

Видео с объяснением процесса сварки конструкции:

Фермы из профильной трубы

Металлические фермы из профильной трубы – металлоконструкции, сборка которых производится посредством решетчатых металлических стержней. Их изготовление представляет собой достаточно сложный и трудоемкий процесс, но результат обычно оправдывает ожидания. Немаловажным достоинством можно назвать и экономичность полученной конструкции. В процессе производства зачастую применяют парный металл и косынки в качестве соединяющих металлических деталей. Дальнейший процесс сборки основан на клепке или сварке.

Преимущества металлоконструкций

Металлическая ферма имеет немало преимуществ. С их помощью можно с легкостью перекрыть пролет любой длины. Однако следует понимать, что правильный монтаж предполагает первичный грамотный расчет фермы из профильной трубы. В этом случае можно будет быть уверенным в качестве созданной металлической конструкции. Также стоит придерживаться намеченных планов, чертежа и разметки, чтобы изделие получилось в соответствии с требованиями.

На этом преимущества изделия не заканчиваются. Можно выделить и следующие достоинства:

Конструкционные особенности ферм

Ферма из профильной трубы имеет характерные особенности, о которых следует помнить заранее. В основе деления можно выделить определенные параметры. Главным значением считают количество поясов. Можно выделить следующие виды:

  • металлические опоры, представляющие собой компоненты, которые находятся в одной плоскости;
  • висячие, в составе которых два металлических пояса, расположенных сверху и снизу.

Второй важный параметр, без которого чертеж фермы создать не получится, это контуры и форма. В зависимости от последнего можно выделить прямые, двухскатные или односкатные, арочные фермы. По контуру также можно разделить металлические конструкции на несколько вариантов. Первый – это конструкции с параллельным поясом. Они считаются оптимальным решением для создания мягкой кровли. Металлическая опора предельно проста, а ее компоненты идентичны, по размерам решетка совпадает со стержнями, благодаря чему монтаж становится легкой работой.

Второй вариант – односкатные металлические конструкции. В их основе жесткие узлы, обеспечивающие стойкость к внешним нагрузкам. Создание такой конструкции отличается экономичностью материала и соответственно небольшими расходами. Третий вид – полигональные фермы. Их отличает длительный по времени и достаточно сложный монтаж, а преимуществом становится способность выдерживать большой вес. Четвертый вариант – треугольные фермы из профильной трубы. Они используются, если планируется создание металлической фермы с большим углом наклона, но минусом станет наличие отходов после сооружения.

Следующий важный параметр – угол наклона. В зависимости от него металлические фермы из профильных труб делятся на три основные группы. В первую группу попадают металлические конструкции с углом наклона в 22-30 градусов. При этом длина и высота изделия представлены соотношением 1:5. Среди достоинств такой металлоконструкции можно выделить незначительный вес. Чаще всего так создают металлические треугольные фермы.

При этом может понадобиться использование раскосов, монтируемых сверху вниз, если высота пролетов превышает 14 метров. В верхнем поясе будет расположена панель длиной 150-250 см. Как результат получится конструкция с двумя поясами и четным количеством панелей. При условии, что пролет более 20 метров, следует монтировать подстропильную металлоконструкцию, связывая ее опорными колоннами.

Ко второй группе относят фермы из квадратных труб или из профтруб и других разновидностей, если угол наклона составляет 15-22 градуса. Соотношение высоты и длины между собой достигает 1:7. Максимальная длина каркаса не должна превышать 20 метров. Если необходимо увеличить высоту, требуются дополнительные процедуры, к примеру, создается ломаный пояс.

К третьей группе относят металлоконструкции с углом наклона менее 15 градусов. В этих проектах применяют трапециевидную стропильную систему. Они имеют дополнительно короткие стойки. Это позволяет повысить противодействие продольному прогибу. Если монтируется односкатная крыша, угол наклона которой достигает 6-10 градусов, необходимо продумать ассиметричную форму. Деление пролета может варьироваться в зависимости от особенностей конструкции, и может достигать семи, восьми или девяти частей.

Отдельно выделяют ферму Полонсо, монтируемую своими руками. Она представлена двумя треугольными фермами, которые соединены затяжкой. Это позволяет исключить установки длинных раскосов, которые должны были бы располагаться в средних панелях. Как результат, вес конструкции будет оптимальным.

Как правильно рассчитать навес?

Расчет и изготовление ферм из профильной трубы должно быть основано на основных требованиях, которые прописаны в СНиП. При расчете важно составление и чертежа изделия, без которого последующий монтаж будет невозможен. Первоначально следует подготовить схему, где будут указаны основные зависимости между уклоном кровли и длиной конструкции в целом. В частности, следует учесть следующее:

  1. Контура поясов опоры. Они помогут определить назначение металлоконструкции, угол наклона и тип кровли.
  2. При подборе необходимо следовать принципу экономии, если требования не предполагают противоположного.
  3. Расчет размеров производится с учетом нагрузок на конструкцию. Важно помнить о том, что углы стропил могут отличаться, но панель должна соответствовать им.
  4. Последний расчет касается промежутка между узлами. Чаще всего его выбирают так, чтобы он соответствовал ширине панели.

Следует помнить о том, что увеличение высоты своими руками будет приводить к повышению несущей способности. В таком случае снежный покров не будет удерживаться на кровле. Чтобы дополнительно усилить металлоконструкцию, придется монтировать ребра жесткости. Чтобы определить габариты фермы, стоит руководствоваться такими данными:

  • конструкции шириной до 4,5 метров монтируют из деталей габаритам 40х20х2 мм;
  • изделия шириной 5,5 метров создаются из составляющих размером 40х40х2 мм;
  • если ширина конструкции будет превышать 5,5 метров, оптимально выбрать детали 40х40х3 мм или 60х30х2 мм.
Читать еще:  Как монтировать блок хаус при наружной отделке?

Далее необходимо рассчитать шаг, для этого учитывают расстояние от одной до следующей опоры навеса. Зачастую оно стандартно и достигает 1,7 метров. Если нарушить это негласное правило, прочность конструкции может несколько нарушиться. После того, как все требуемые параметры рассчитаны, необходимо получить схему конструкции. Для этого используют программу, чтобы добиться требуемой прочности. Большинство программ имеют аналогичные названию процессу, который выполняют. Можно выбрать программу «Расчет фермы», «Расчет ферм 1.0» и другие похожие.

Обязательно учитывайте при расчете стоимость одной тонны металла в закупке, а также стоимость изготовление самой металлоконструкции, то есть расходы на сварку, обработку антикоррозийным составом и монтаж. Теперь осталось разобраться с тем, как сварить ферму из профильной трубы.

Полезные советы по выбору и созданию металлоконструкции

Чтобы сварка ферм была качественной, необходимо следовать ряду рекомендаций. Среди них выделяют следующие:

  1. При выборе типоразмера стоит отдавать предпочтение квадратным и прямоугольным изделиям, добавляющим конструкции устойчивости благодаря ребрам жесткости.
  2. Использовать необходимо исключительно качественные изделия, материал – высокоуглеродистая легированная сталь, устойчивая к агрессии окружения.
  3. Правильный выбор изделий и материала станет залогом требуемой несущей способности.
  4. При соединении металлических компонентов фермы необходимо использовать спаренные уголки и прихватки.
  5. В верхнем поясе монтируют металлические двутавровые уголки, выполняя стыковки по стороне, которая имеет меньший размер.
  6. При сопряжении деталей используют равносторонние уголки.
  7. Составляющие длинных металлических конструкций крепят с помощью накладных пластин.
  8. Раскосы монтируют под углом в 45 градусом, а стойки – 90 градусов.
  9. Первоначально собирают основную конструкцию, после этого начинают сваривать ферму, проверяя сварные швы на качество.

Чтобы конструкция получилась в соответствии с требованиями, важно придерживаться и определенного алгоритма работы. Первоначально выполняют разметку участка. Для этого монтируют вертикальные опоры и закладные детали. При необходимости металлические профильные трубы можно сразу разместить в ямах и забетонировать. Установку вертикальных опор выверяют отвесом, а, чтобы проконтролировать параллельность, натягивают шнур.

Видео по теме:

Следующим шагом становится фиксация металлических профильных труб посредством сварки. Изделия приваривают к опорам. Элементы ферм и узлы сваривают на земле, а после этого крепят посредством перемычек и раскосов. Следующим шагом становится подъем металлических балок на высоту, сварку с профильными трубами и опорами, вваривание перемычек и создание отверстий для крепежей в них. В заключение элементы зачищаются, и конструкция подготавливается к укладке кровли и покраске.

Расчёт и изготовление металлической фермы для навеса

Расчёт металлоконструкций стал камнем преткновения для многих строителей. На примере простейших ферм для уличного навеса мы расскажем, как правильно рассчитать нагрузки, а также поделимся простыми способами самостоятельной сборки без использования дорогостоящего оборудования.

Общая методология расчёта

Фермы применяют там, где использовать цельную несущую балку нецелесообразно. Эти конструкции отличаются меньшей пространственной плотностью, при этом сохраняют устойчивость воспринимать воздействия без деформаций благодаря правильному расположению деталей.

Конструкционно ферма состоит из внешнего пояса и заполняющих элементов. Суть работы такой решётки довольно проста: поскольку каждый горизонтальный (условно) элемент не может выдержать полную нагрузку ввиду недостаточно большого сечения, два элемента располагаются на оси главного воздействия (силы тяжести) таким образом, чтобы расстояние между ними обеспечивало достаточно большое сечение поперечного среза всей конструкции. Ещё проще можно объяснить так: с точки зрения восприятия нагрузок ферму рассматривают так, будто она выполнена из цельного материала, при этом заполнение обеспечивает достаточную прочность, исходя лишь из расчётного приложенного веса.

Конструкция фермы из профильной трубы: 1 — нижний пояс; 2 — раскосы; 3 — стойки; 4 — боковой пояс; 5 — верхний пояс

Такой подход крайне прост и зачастую его с лихвой хватает для сооружения простых металлоконструкций, однако материалоёмкость при грубом расчёте получается крайне высокой. Более подробное рассмотрение действующих воздействий помогает снизить расход металла в 2 и более раз, такой подход и будет наиболее полезным для нашей задачи — сконструировать лёгкую и достаточно жёсткую ферму, а потом собрать её.

Основные профили ферм для навеса: 1 — трапециевидный; 2 — с параллельными поясами; 3 — треугольный; 4 — арочный

Начать следует с определения общей конфигурации фермы. Обычно она имеет треугольный или трапециевидный профиль. Нижний элемент пояса располагают преимущественно горизонтально, верхний — под наклоном, обеспечивающим правильный уклон кровельной системы. Сечение и прочность элементов пояса при этом следует выбирать близкими к таким, чтобы конструкция могла поддерживать свой собственный вес при имеющейся системе опоры. Далее производится добавление вертикальных перемычек и косых связей в произвольном количестве. Конструкцию нужно отобразить на эскизе для визуализации механики взаимодействия, указав реальные размеры всех элементов. Далее в дело вступает её величество Физика.

Определение сочетанных воздействий и реакции опоры

Из раздела статики школьного курса механики мы возьмём два ключевых уравнения: равновесия сил и моментов. Их мы будем применять, чтобы вычислить реакцию опор, на которые положена балка. Для простоты вычислений опоры будем считать шарнирными, то есть не имеющими жёстких связей (заделки) в точке касания с балкой.

Пример металлической фермы: 1 — ферма; 2 — балки обрешётки; 3 — кровельное покрытие

На эскизе нужно предварительно отметить шаг обрешётки системы кровли, ведь именно в этих местах должны находиться точки сосредоточения приложенной нагрузки. Обычно именно в точках приложения нагрузки и размещаются узлы схождения раскосов, так проще выполнить расчёт нагрузки. Зная общий вес кровли и число ферм в навесе, нетрудно вычислить нагрузку на одну ферму, а фактор равномерности покрытия определит, равны ли будут приложенные силы в точках сосредоточения, или же они будут отличаться. Последнее, к слову, возможно, если в определённой части навеса один материал покрытия сменяется другим, имеется проходной трап или, например, зона с неравномерно распределённой снеговой нагрузкой. Также воздействие на разные точки фермы будет неравномерным, если её верхняя балка имеет скругление, в этом случае точки приложения силы нужно соединить отрезками и рассматривать дугу как ломанную линию.

Когда все действующие усилия проставлены на эскизе фермы, приступаем к вычислению реакции опоры. Относительно каждой из них ферму можно представить не иначе как рычаг с соответствующей суммой воздействий на него. Чтобы вычислить момент силы в точке опоры, нужно умножить нагрузку на каждую точку в килограммах на длину плеча приложения этой нагрузки в метрах. Первое уравнение гласит, что сумма воздействий в каждой точке и равняется реакции опоры:

  • 200 · 1,5 + 200 · 3 + 200 · 4,5 + 100 · 6 = R2 · 6 — уравнение равновесия моментов относительно узла а, где 6 м — длина плеча)
  • R2 = (200 · 1,5 + 200 · 3 + 200 · 4,5 + 100 · 6) / 6 = 400 кг

Второе уравнение определяет равновесность: сумма реакций двух опор будет в точности равна приложенному весу, то есть зная реакцию одной опоры, можно легко найти значение для другой:

  • R1 + R2 = 100 + 200 + 200 + 200 + 100
  • R1 = 800 – 400 = 400 кг

Но не ошибитесь: здесь также действует правило рычага, поэтому если ферма имеет существенный вынос за одну из опор, то и нагрузка в этом месте будет выше пропорционально разнице расстояний от центра масс до опор.

Дифференциальный расчёт усилий

Переходим от общего к частному: теперь необходимо установить количественное значение усилий, действующих на каждый элемент фермы. Для этого перечисляем каждый отрезок пояса и заполняющие вставки списком, затем каждый из них рассматриваем как сбалансированную плоскую систему.

Читать еще:  Как утеплить снаружи дом из профилированного бруса?

Для удобства вычислений каждый соединительный узел фермы можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы воздействий пролегают по продольным осям элементов. Всё, что нужно для вычислений — знать длину сходящихся в узле отрезков и углы между ними.

Начинать нужно с того узла, для которого в ходе вычисления реакции опоры было установлено максимально возможное число известных величин. Начнём с крайнего вертикального элемента: уравнение равновесия для него гласит, что сумма векторов сходящихся нагрузок равна нулю, соответственно, противодействие силе тяжести, действующей по вертикальной оси, эквивалентно реакции опоры, равной по величине, но противоположной по знаку. Отметим, что полученное значение — лишь часть общей реакции опоры, действующая для данного узла, остальная нагрузка придётся на горизонтальные части пояса.

Узел b

Далее перейдём к крайнему нижнему угловому узлу, в котором сходятся вертикальный и горизонтальный сегменты пояса, а также наклонный раскос. Сила, действующая на вертикальный отрезок, вычислена в предыдущем пункте — это давящий вес и реакция опоры. Сила, действующая на наклонный элемент, вычисляется по проекции оси этого элемента на вертикальную ось: из реакции опоры вычитаем действие силы тяжести, затем «чистый» результат делим на sin угла, под которым раскос наклонён к горизонтали. Нагрузка на горизонтальный элемент находится также путём проекции, но уже на горизонтальную ось. Только что полученную нагрузку на наклонный элемент мы умножаем на cos угла наклона раскоса и получаем значение воздействия на крайний горизонтальный сегмент пояса.

Узел a

  • -100 + 400 – sin(33,69) · S3 = 0 — уравнение равновесия на ось у
  • S3 = 300 / sin(33,69) = 540,83 кг — стержень 3 сжат
  • -S3 · cos(33,69) + S4 = 0 — уравнение равновесия на ось х
  • S4 = 540,83 · cos(33,69) = 450 кг — стержень 4 растянут

Таким образом, последовательно переходя от узла к узлу, необходимо вычислить действующие в каждом из них силы. Обратите внимание, что встречно направленные векторы воздействий сжимают стержень и наоборот — растягивают его, если направлены противоположно друг от друга.

Определение сечения элементов

Когда для фермы известны все действующие нагрузки, пора определяться с сечением элементов. Оно не обязательно должно быть равным для всех деталей: пояс традиционно выполняют из проката более крупного сечения, чем детали заполнения. Так обеспечивается запас надёжности конструкции.

где: Fтр — площадь поперечного сечения растянутой детали; N — усилие от расчётных нагрузок; Ry — расчётное сопротивление материала; γс — коэффициент условий работы.

Если с разрывающими нагрузками для стальных деталей всё относительно просто, то расчёт сжатых стержней производится не на прочность, а на устойчивость, так как итоговый результат количественно меньше и, соответственно, считается критическим значением. Рассчитать можно на онлайн-калькуляторе, а можно и вручную, предварительно определив коэффициент приведения длины, определяющий, на какой части общей протяжённости стержень способен изгибаться. Этот коэффициент зависит от метода крепления краёв стержня: для торцевой сварки это единица, а при наличии «идеально» жёстких косынок может приближаться к 0,5.

где: Fтр — площадь поперечного сечения сжатой детали; N — усилие от расчётных нагрузок; φ — коэффициент продольного изгиба сжатых элементов (определяется по таблице); Ry — расчётное сопротивление материала; γс — коэффициент условий работы.

Также нужно знать минимальный радиус инерции, определяемый как квадратный корень из частного от деления осевого момента инерции на площадь сечения. Осевой момент определяется формой и симметрией сечения, лучше взять это значение из таблицы.

где: ix — радиус инерции сечения; Jx — осевой момент инерции; Fтр — площадь сечения.

Таким образом, если разделить длину (с учётом коэффициента приведения) на минимальный радиус инерции, можно получить количественное значение гибкости. Для устойчивого стержня соблюдается условие, что частное от деления нагрузки на площадь поперечного сечения не должно быть меньше произведения допустимой сжимающей нагрузки на коэффициент продольного изгиба, который определяется значением гибкости конкретного стержня и материалом его изготовления.

где: lx — расчётная длина в плоскости фермы; ix — минимальный радиус инерции сечения по оси x; ly — расчётная длина из плоскости фермы; iy — минимальный радиус инерции сечения по оси y.

Обратите внимание, что именно в расчёте сжатого стержня на устойчивость отображена вся суть работы фермы. При недостаточном сечении элемента, не позволяющем обеспечить его устойчивость, мы вправе добавить более тонкие связи, изменив систему крепления. Это усложняет конфигурацию фермы, но позволяет добиться большей устойчивости при меньшем весе.

Изготовление деталей для фермы

Точность сборки фермы крайне важна, ведь все расчёты мы проводили методом векторных диаграмм, а вектор, как известно, может быть только абсолютно прямым. Поэтому малейшие напряжения, возникающие вследствие искривлений из-за неправильной подгонки элементов, сделают ферму крайне неустойчивой.

Сначала нужно определиться с размерами деталей внешнего пояса. Если с нижней балкой всё достаточно просто, то для нахождения длины верхней можно воспользоваться либо теоремой Пифагора, либо тригонометрическим соотношением сторон и углов. Последнее предпочтительно при работе с такими материалами, как угловая сталь и профильная труба. Если угол ската фермы известен, его можно вносить как поправку при подрезке краёв деталей. Прямые углы пояса соединяются подрезкой под 45°, наклонные — путём добавления к 45° угла наклона с одной стороны стыка и вычитанием его же с другой.

Детали заполнения вырезают по аналогии с элементами пояса. Основная загвоздка в том, что ферма — изделие строго унифицированное, а потому для её изготовления потребуется точная деталировка. Как и при расчёте воздействий, каждый элемент нужно рассматривать индивидуально, определяя углы схождения и, соответственно, углы подреза краёв.

Довольно часто фермы изготавливают радиусными. Такие конструкции имеют более сложную методику расчёта, но большую конструкционную прочность, обусловленную более равномерным восприятием нагрузок. Изготавливать скругленными элементы заполнения смысла нет, а вот для деталей пояса это вполне применимо. Обычно арочные фермы состоят из нескольких сегментов, которые соединяются в местах схождения заполняющих раскосов, что нужно учитывать при проектировании.

Сборка на метизах или сваривание?

В заключение было бы неплохо обозначить практическую разницу между способами сборки фермы свариванием и с помощью разъёмных соединений. Начать следует с того, что сверление в теле элемента отверстий под болты или заклёпки практически не влияет на его гибкость, а потому на практике не учитывается.

Когда речь зашла о способе скрепления элементов фермы, мы установили, что при наличии косынок длина участка стержня, способного изгибаться, существенно сокращается, за счёт чего можно уменьшить его сечение. В этом преимущество сборки фермы на косынках, которые крепятся сбоку к элементам фермы. В таком случае особой разницы в методе сборки нет: длины сварочных швов будет с гарантией достаточно, чтобы выдержать сосредоточенные напряжения в узлах.

Если же сборка фермы производится стыкованием элементов без косынок, здесь нужны особые навыки. Прочность всей фермы определяется наименее прочным её узлом, а потому брак в сваривании хотя бы одного из элементов может привести к разрушению всей конструкции. При недостаточном навыке ведения сварочных работ рекомендуется провести сборку на болтах или заклёпках с использованием хомутов, угловых кронштейнов или накладных пластин. При этом крепление каждого элемента к узлу должно осуществляться не менее чем в двух точках.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector