Как строить металлические фермы: расчет и сварка ферм из профильной трубы

На выбранном участке осуществляется разметка под опорные столбы. В обозначенных местах производится бурение скважин, установка столбов и их бетонирование. В процессе монтажа обязательно нужно проверять вертикальность стоек. Перекосы недопустимы, так как неравномерное распределение нагрузок может привести к деформации металла.

Как сделать крышу при помощи профильных труб

Современное строительство загородных домов и дач все чаще обращается к использованию альтернативных материалов. Вместо традиционной стропильной системы, изготовленной из дерева, можно устанавливать железные каркасы из профильной трубы. Такие конструкции имеют долговечность, исчисляемую десятками лет, и способны выдерживать значительные нагрузки, что делает их очень перспективными в жилом домостроении. В данной статье расскажем, как сделать крышу из профильной трубы.

Конструктивные особенности каркаса крыши из профильной трубы

Металлический каркас из профильной трубы используется для односкатной и двухскатной кровли и собирается из так называемых ферм. Каждая ферма состоит из верхней и нижней трубы, между которыми располагаются диагональные вставки — раскосы.

Верхняя и нижняя части фермы называются поясами. В зависимости от формы крыши, пояс может быть прямым или ломаным. Ломаные мосты используются для создания двухскатных и ломаных крыш, где верхний пояс соединяется под углом, образуя сложную линию.

Для строительства крыши дома из металлических труб могут использоваться следующие виды ферм:

• Параллельный контур. Это простейшие конструкции, собирающиеся из элементов, расположенных параллельно друг другу в одной плоскости. Такие фермы используются для установки плоских кровель и односкатных навесов из профильной трубы.

Конструкция треугольной фермы для крыши может быть со смещением конька, что формирует два ската с различным углом наклона и длиной пролета. Пример чертежа такой крыши из профильной трубы представлен ниже:

Преимущества профильных труб для ферм

Для создания фермы навеса из профильной трубы своими руками рекомендуется использовать стальной трубопрокат квадратного и прямоугольного сечения.

Ниже представлены достоинства таких ферм:

1. Высокая несущая способность. Полая труба более эффективно сопротивляется изгибу и кручению по сравнению со сплошным профилем того же сечения.
2. Повышенная прочность стального трубопроката в сравнении с гнутыми и сварными профилями.
3. Улучшенная технологичность при производстве и монтаже. Меньшая сложность в транспортировке, а болтовые и сварные соединения обеспечивают надежность.
4. Компактность, что удобно для упаковки и транспортировки. Профили занимают меньше места при хранении.
5. Стоимость заготовок ниже цен на гнутые или сварные профили, что позволяет сэкономить до 25%.

Профильный трубопрокат помогает уменьшить металлоемкость, затраты труда и стоимость строительных металлоконструкций.

Варианты конструкций ферм

Перед тем как приступать к сварке ферм из профильной трубы, важно разобраться в сортаменте. На рынке представлено несколько типов ферм:

1. Стропильные. Это несущие конструкции для кровель промышленных зданий, состоящие из двух поясов, соединенных раскосами.
2. Подстропильные. Эти конструкции устанавливаются под обрешетку крыши для увеличения пролета и уменьшения деформаций стропил.
3. Арочные. Эти фермы применяются для зданий, таких как ангары и спортивные комплексы, благодаря своей жесткости и возможности больших пролетов.
4. Стоечно-балочные. Такие конструкции легко увидеть в вертикальных опорах крыши и при монтаже освещения. Они обладают высокой устойчивостью к коррозии и долговечностью.

Работа со стальным трубопрокатом в фермах позволяет реализовать любое решение и подобрать необходимую конфигурацию каркаса без ущерба для надежности конструкции, а стоимость проекта при этом снижется.

Ферма из профильной трубы

Ферма — это конструкция, которая является стержнем ремонтной системы. Она сохраняет свою геометрию, даже когда твердые узлы заменяются на шарнирные. При отсутствии расцентровки стержней и внеузловых нагрузок в конструктивных частях фермы возникают только растяжение и сжатие. Фермы монтируются из прямых стержней, соединяемых в узлах, создавая висячую систему, состоящую из двух поясов — верхнего и нижнего, а также раскосов и стоек.

Основные детали фермы: опорный раскос (шпренгель), раскос, пояс и стойка.

Схема устройства фермы из профильной трубы.

В современном строительстве трудно представить себе возведение зданий без применения ферм. Их используют, в основном, для перекрытия больших пролетов, таких как мосты, фабрики, спортивные комплексы, павильоны, сцены, подиумы и другие конструкции.

Готовые железные фермы можно приобрести, однако самостоятельный расчет нагрузки на каждую деталь конструкции может быть сложным и чреватым ошибками, если неправильно подобрать материал для системы. Также потребуется провести качественный монтаж, так как неудачная установка стропильной фермы из профильной трубы не обеспечит ее долговечность.

Выбор нужной системы фермы зависит от расположения перекрытия чердака, угла наклона кровли и необходимой длины пролета.

Ниже мы расскажем о видах стропильных ферм, все из которых изготавливаются из профильной трубы.

Угол уклона крыши от 22 до 30 градусов

Если ваш проект дома предполагает угол уклона крыши от 22 до 30 градусов и вы планируете использовать шифер или металлическое покрытие для крыши, рекомендуется выбрать ферму в форме треугольника, высота которой должна составлять одну пятую часть длины пролета. Такая ферма будет сравнительно легкой.

Схема стропильных ферм для угла уклона крыши от 22 до 30 градусов.

Для пролета в 14 — 20 метров лучше брать систему с направленными вниз раскосами, так как здесь важна небольшая масса конструкции. Верхняя часть фермы должна составлять 1,5 — 2,5 метра, а для четного количества панелей система должна включать восемь панелей.

В промышленных постройках фермы устанавливаются на подстропильные конструкции из металла, которые соединяют опорные колонны. В этом случае длина пролетов составляет 20 — 35 метров. Важно установить ферму Полонсо, которая состоит из двух треугольных ферм, соединенных затяжкой. Эта конструкция позволяет избежать использования длинных раскосов в панелях, поскольку, чтобы сопротивляться продольному изгибу, они должны иметь большое сечение, что значительно увеличивает вес всей системы. Верхняя часть фермы должна состоять из двенадцати или шестнадцати панелей, а длина панелей равняется 2 — 2,75 метра. Если потолок укрепляется на фермах, затяжка фиксируется в узлах верхнего пояса.

Угол уклона крыши от 15 до 22 градусов

По расчетам, в этом случае необходима высота фермы в одну седьмую часть длины пролета. Пролеты могут составлять до 20 метров. Если длина пролета больше, рекомендуется использовать конструкцию Полонсо. Для увеличения высоты системы до 0,23 длины пролета нижний пояс должен иметь ломаную форму.

Как высчитать ферму (подробная инструкция)

Существует несколько этапов, необходимых для расчета ферм:

1. Калькулятор.
2. Справочные документы, такие как СНиП П-23-81 «Стальные системы».
3. Справочный СНиП 2.01.07-85, касающийся нагрузок и воздействий.

Технологические потребности СНиП

Схема зависимости длины стропилин от угла наклона крыши.

1. Подбор схемы. Определите контуры поясов фермы в зависимости от функции строения, типа покрытия крыши, угла наклона.
2. Подбор размерных характеристик системы. Если технические условия не указывают иное, длина фермы определяется по принципу экономии. Высота системы зависит от типа кровельного материала, возможного маневрирования с фермой, минимально расчетного веса и способности поддерживать заданный угол наклона поясов.
3. Расчет ремонтного подъема (обратный выгиб системы от нагрузок), если длина пролета превышает тридцать шесть метров.
4. Определение размера панелей. Эти размеры должны соответствовать расстоянию между элементами, которые передают нагрузку на металлоконструкцию. Важно помнить, что угол раскоса может варьироваться для разных ферм, и размеры панели должны с ним соотноситься. При треугольной решетке угол составляет 45 градусов, а для раскосной решетки – 35 градусов.
5. Установите расстояние между узлами фермы. Обычно это значение равно ширине панели.

1. Будьте внимательны! Даже незначительная ошибка при расчетах может привести к нарушениям в процессе строительства. Рекомендуется проконсультироваться с опытным мастером по поводу выбранной схемы перед переходом к ее реализации.
2. Чтобы избежать длительных и сложных расчетов, можно использовать готовые стандартные проекты, которые применяются в строительстве производственных и общественных зданий.

Таким образом, железные фермы – это конструкции, которые соединяют балки с опорными столбами и определяют ширину и основные размеры навеса.

Одна из самых распространенных форм фермы – арочная. Она состоит из верхнего и нижнего профиля, где нижний пояс имеет вид дуги и считается направляющим. Пояса связываются между собой жесткими ребрами.

Возможны различия в размерах радиуса арки системы. Он в большинстве случаев определяется внешними ограничителями (места размещения здания, его размеры и другие аспекты), размерами навеса и требованиями заказчика. Размер радиуса также влияет на стоимость фермы и сложность ее конструкции (чем больше радиус, тем выше стоимость).

Однако стоит помнить, что чем выше ферма, тем больше ее несущая способность. Зимой на такой крыше пролежит меньше снега. Несущая способность крыши также влияет на число жестких ребер (большее количество ребер приводит к большей прочности фермы). Сварка элементов ферм должна выполняться механизированным способом. Безусловно, для обеспечения безопасности строения необходима высокая точность при изготовлении подобных систем.

Среди различных типов ферм можно выделить арочные, двухскатные, односкатные и прямые.

Создание навесов с использованием железных ферм может быть сложным процессом по сравнению с другими видами навесов. Тем не менее, это надежная система, при условии правильного монтажа. Зимой на крыше может образоваться значительный слой снега, который может весить не одну тонну, а иногда и десятки тонн в зависимости от площади крыши. Главная задача ферм заключается в удерживании этой массы, распределяя нагрузку по опорным столбам и элементам конструкции, тем самым успешно справляясь с задачей. Следовательно, ремонтные фермы являются важнейшим элементом кровли.

Виды креплений элементов навеса и их размеры

Совет:
Не допускайте ОШИБОК в расчетах!
Пользуйтесь онлайн калькуляторами для быстрого и точного расчета строительных материалов и конструкций для ремонта и строительства.

Для соединения элементов навеса из профильной трубы могут использовать различные методы:

1. Один из самых распространенных способов соединений – это болтовое соединение. Качество такого соединения достаточно высоко и значительно проще в реализации. Для работы потребуется дрель с подходящим сверлом по металлу, а также болты или саморезы, диаметр которых зависит от сечения трубы.
2. Другой способ соединения элементов навеса – это сварное соединение. Для сварочных работ нужны определенные навыки и более дорогостоящее оборудование по сравнению с болтовым соединением. Тем не менее, результат стоит усилий, так как сварка обеспечивает высокую прочность конструкции, не ослабляя ее.
3. Для фиксации небольших навесов из труб диаметром до 25 мм можно использовать систему краб, которая состоит из специальных хомутов различных форм. Чаще всего при монтаже навесов используются Т-образные и Х-образные хомуты, которые соединяют три или четыре трубы соответственно. Для затягивания хомутов требуются болты с гайками, которые зачастую нужно покупать отдельно. Главный недостаток краб-системы заключается в том, что конструкцию можно соединять только под 90-градусным углом.

Выбор профильных труб для изготовления ферм

Выбирая трубы для устройства крупногабаритного навеса из профильной трубы, необходимо ознакомится со следующими стандартами:

• СНиП 01.07-85, который описывает зависимость между степенью нагрузок и весом элементов конструкции (расчет балки из профильной трубы на прогиб — калькулятор);
• СНиП П-23-81, описывающий методику работы со стальными деталями.

Рассмотрим процесс проектирования на примере пристенного навеса размером 4,7х9 м, который опирается на наружные стойки спереди и сзади прикреплен к зданию. Выбирая угол наклона, целесообразнее всего остановиться на 8-градусах. Изучив соответствующие стандарты, можно определить уровень снеговой нагрузки для данного региона. В этом примере односкатная крыша из профильной трубы будет подвергаться нагрузке около 84 кг/м² (рассчитать изгиб трубы — калькулятор для гибки).

Одна 2,2-метровая стойка из профильной трубы имеет вес около 150 кг, а нагрузка на нее составит порядка 1,1 тонны. С учетом этой нагрузки следует выбирать прочные трубы; стандартная круглая профильная труба с 3-мм стенками и диаметром 43 мм здесь не подойдет. Минимальные размеры круглой трубы должны составлять 50 мм в диаметре и 4 мм по толщине стенки. Если используется труба диаметром 45 мм и толщиной стенки 4 мм, то из данного материала можно также сделать и калитку из профильной трубы своими руками, которая будет достаточно надежной и долговечной.

Выбирая конструкцию ферм, следует остановиться на двух параллельных контурах с раскосной решеткой. Для фермы высотой 40 см можно использовать профильные трубы квадратного сечения с диаметром 35 мм и толщиной стенки 4 мм. Для изготовления раскосных решеток подойдут трубы диаметром 25 мм и толщиной стенки 3 мм.

Заключение

Создать навес из профильной трубы своими руками не так сложно, как может показаться. Для успешной реализации проекта важно правильно спроектировать конструкцию и ответственно подойти ко всем этапам её выполнения — в результате получится надежная конструкция, способная прослужить долгие годы.

Этапы изготовления

1. Проектирование

На этом этапе потребуется определить размеры пролета будущего строения, форму крыши, материалы для поясов и решеток, а также произвести расчет нагрузок (включая снеговую и ветровую) и угла наклона крыши. Для проектирования можно воспользоваться специализированными программами, такими как AutoCAD, 3D MAX, Arcon.

Важно: устойчивость фермы из профильной трубы будет зависеть от правильно рассчитанных точек равновесия каркаса, поэтому необходимо выбрать качественный материал для любых нагрузок.

2. Выбор профиля

Для возведения металлоконструкций используют профильные трубы с квадратным и прямоугольным сечением. Рекомендуется использовать следующие размеры труб:

• 40х20х2 мм для пролета до 4,5 метров;
• 40х40х2 мм для конструкций длиной от 4,5 до 5,5 метров;
• 40х40х3 или 60х30х2(3) для строительства пролета длиной свыше 5,5 метров.

Устойчивость металлоконструкции пропорциональна толщине трубы, поэтому не стоит выбирать профили, предназначенные для сварки стоек и каркасов — они имеют совершенно другие свойства. Также следует обратить внимание на метод изготовления элементов: горячее и/или холодное деформирование, электросваркой.

При изготовлении фермы своими руками легче всего работать с профилем квадратного сечения толщиной от 3 до 5 мм.

3. Расчет внутреннего напряжения

Расчет внутреннего напряжения – это важнейший этап при строительстве металлической фермы из профильных труб. Для вычислений можно воспользоваться онлайн-калькуляторами и нормативными документами по строительным нормам:

• СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия;
• СНиП II-23-81 Строительные конструкции.

Рекомендуется доверить выполнение расчетов специалисту, который сможет точно определить конструкцию и ее функциональные характеристики.

Наша продукция

4. Изготовление и монтаж

Если вы хотите самостоятельно создать ферму на своем участке, есть возможность заказать производство отдельных элементов на заводе, чтобы затем их только сварить. Либо можно приобрести готовый профиль, который затем обшивают и укладывают утеплитель в случае необходимости.

Этапы возведения фермы:

1. подготовьте все элементы и сваривайте их на земле;
2. установите вертикальные опоры и проверьте их вертикальность с помощью отвесов;
3. закрепите продольные трубы к установленным опорам;
4. к продольным трубам приварите подготовленные элементы из пункта 1 и очистите места соединения;
5. нанесите краску и/или антикоррозионное покрытие на готовую металлоконструкцию для продления её срока службы.

При самостоятельной сборке фермы лучше заранее продумать рабочие упоры или столы, на которые будут помещаться элементы и узлы, поскольку работать непосредственно на земле может быть крайне неудобно.

Чтобы металлическая ферма из профильных труб могла выдерживать все нагрузки и служила длительное время, рекомендуется обратиться в компанию, специализирующуюся на производстве металлоконструкций. Завод «Магистраль» выполняет все расчетные работы, проектирует и собирает стальные конструкции. Наши сварщики сертифицированы НАКС, что гарантирует качестве сварных швов.

Познакомиться с нашими предложениями и работами можно на странице по изготовлению ферм и металлоконструкций. Либо вы можете связаться с нами, написав на почту zakaz@magistral74.ru.