Строительные металлические фермы особенности конструкций

Строительные металлические фермы особенности конструкций

Строительная ферма — это металлическая структура, состоящая из отдельных наклонных раскосов или вертикальных стоек, которые соединены между собой в отдельные узлы, расположенные на нижнем и верхнем поясе фермы с помощью сварных соединений, их совокупности образуют жесткую конструкцию. Связанные стойки равномерно распределяют нагрузку по всей конструкции фермы, которая передает ее через опорные колоны на фундамент. При этом верхний пояс работает на осевое сжатие, а нижний на растяжение.

• Виды и разновидности
  • Элементы ферм
  • Разновидности изделий
• Конструкционные особенности
  • Контуры и формы ферм
  • Виды решеток
  • Зависимость конструкции от угла наклона
  • Преимущества строительных ферм
• Изготовление конструкций
  • Общие требования
  • Правильный расчет
  • Сборка конструкции

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее Руководство распространяется на проектирование сварных металлических ферм из одиночных уголков для покрытий и перекрытий промышленных и гражданских зданий, транспортных эстакад и других аналогичных сооружений.

Фермы из одиночных уголков по сравнению с обычными фермами из парных уголков более коррозиеустойчивы благодаря открытым сечениям элементов, хорошо доступных окраске и осмотру. Трудоемкость изготовления этих ферм меньше трудоемкости изготовления обычных ферм на 30 — 40 % вследствие того, что они образованы из меньшего числа деталей. Масса ферм из одиночных уголков такая же, как обычных ферм, или немного меньше (на 5 — 7 %).

В Руководстве приведены рекомендуемые ЦНИИСК формулы расчета элементов ферм из одиночных уголков и даны рекомендации по изготовлению и монтажу ферм.

В приложении к Руководству приведен пример решения фермы пролетом 24 м из одиночных уголков с параллельными поясами, в котором даны общий вид и эскизы узлов фермы.

Руководство разработано отделением прочности и новых форм металлических конструкций ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (д-р техн. наук, проф. В.А. Балдин, канд. техн. наук Г.Г. Голенко).

Наиболее распространенные виды ферм по конструкции

Чаще всего в качестве каркаса кровли зданий и малых архитектурных форм используются металлические стропильные системы:

При строительстве зданий, беседок и навесов в большинстве случаев при этом монтируется первый тип ферм из уголка и трубы. Такие конструкции могут свариваться как для односкатных, так и двухскатных крыш.

Арочные фермы более сложны в монтаже и обходятся дороже. Для их сборки в частном хозяйстве, помимо всего прочего, придется приобрести такое оборудование, как трубогиб. Основным преимуществом таких ферм, в сравнении с треугольными, является эстетическая привлекательность. В частных хозяйствах такие конструкции монтируются чаще всего при сборке навесов и козырьков привлекательной архитектуры и оформления, кованых и резных с покрытием из поликарбоната, гибкой черепицы, дранки.

Виды стропильных ферм

Перед тем, как выбирать материал и конструкцию стропильной фермы, важно учитывать ряд характерных признаков будущих стен. Конструкция металлических стропильных ферм чаще всего используется для возведения несущих стен.

Отличительные особенности создают классификацию с использованием следующих признаков:

• очертания поясов;
• оформление конструкции;
• статическая схема;
• вид решетки.

Оформление конструкции предполагает следующие виды:

1. Одностенные (легкие).
2. Двустенные (тяжелые).

Если постройка отличается большой высотой пролетов, используется тяжелый вид. Зачастую применяется при возведении строений промышленного типа.

Также существует классификация по типу используемого материала:

• деревянные;
• металлические;
• комбинированные.

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

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

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

Изготовление и устройство металлоконструкций ферм

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

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

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

Чертеж элементов конструкции металлической фермы

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

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

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

Существуют сварные фермы, которые изготавливаются из тавров.

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

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

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

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

Виды металлоконструкций ферм

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

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

Чертеж плоской и пространственной металлоконструкции фермы

а) плоские фермы, б) пространственные фермы

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

Также существуют классификации:

по величине максимального усилия (тяжелые, легкие);

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

Классификация металлоконструкций фермы по очертанию поясов

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

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

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

Классификация ферм по типам решётки и типам опирания

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Как заказать изготовление металлических ферм на Саратовском резервуарном заводе?

Для расчета стоимости производства металлических ферм, Вы можете:

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

Специалисты Завода предлагают комплексные услуги:

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

Полезные советы по изготовлению своими руками ферм из профильных труб

• Для облегчения конструкций, используемых для устройства крыш с минимальным уклоном скатов, используют дополнительные решетки.
• Для снижения массы каркасов, устанавливаемых для организации скатов с диапазоном углов наклона 15-22°, нижний пояс изготавливают ломаным.
• При длине прогонов от 20 м применяют каркасы Полонсо, состоящие из двух треугольных конструкций, соединенных стяжкой. Такой конструктивный вариант позволяет избежать монтажа в раскос большой длины.
• Дистанция между ферменными конструкциями в общем случае не должна превышать 1,75 м.
• При выборе труб для сложных эксплуатационных условий необходимо учитывать марку стали, из которой они изготовлены. Для регионов с холодным климатом используют трубные изделия из низколегированных сталей, проявляющих высокую устойчивость к низким температурам. При высокой коррозионной опасности следует применять оцинкованную продукцию.

Методы крепления

Металлические стропила собирают в фермы треугольной, трапециевидной или арочной формы. К балкам рамы прикрепляют внутренние ребра жесткости, которые образуют уголки, значительно увеличивающие несущую способность каркаса. Такая система позволяет сделать шаг между стропилами больше, сделав расчет на опорные возможности каждой фермы. Крепление металлических элементов каркаса крыши выполняют одним из следующих методов:

1. Крепление с помощью сварки. Если сварить детали стропильной системы с помощью сварочного аппарата, можно получить жесткую конструкцию, обладающую высокой прочностью и несущей способностью. Если правильно выполнить расчет кровли, можно облегчить каркас и снизить нагрузку на фундамент сооружения. Недостаток этого метода в том, что выполнить сварку может только профессионал с помощью специального оборудования.
2. Крепление с помощью болтов. Фиксация стропил с помощью крепежных элементов позволяет выполнить менее жесткое крепление. Этот способ сборки стропильного каркаса на основе металлопрофиля используется в частном домостроении, где длина скатов не превышает 10 метров. Отказ от сварки позволяет ускорить монтаж крыши.

Опытные мастера делают расчет на то, что металлическая обрешетка и стропила могут выдержать больший вес, чем деревянные, поэтому можно увеличить шаг между ними и уменьшить толщину сечения элементов. Более того, в строительных магазинах продаются готовые стропильные фермы, крепление которых выполнялось методом сварки, пригодные для перекрытия построек стандартной ширины.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Дизайнерские конструкции из стекла и алюминия от «ГлассГрупп»

С помощью стекла и алюминия можно создавать не только эффектные экстерьеры зданий, но и формировать элегантные пространственные решения внутри помещений. Предложения компании Фирма «ГлассГрупп» предлагает реализовать под ключ различные архитектурные …

Технология изготовления рамы тележек железнодорожного подвижного состава

В рамах тележек железнодорожного подвижного состава нередко наиболее сложные элементы выполняют в виде стальной отливки с относительно тонкими стенками. Примером этому может служить рама тележки электровоза ВЛ-80 (рис. 51), состоящая …

Технология изготовления рамы клетей прокатных станов

В тяжелом машиностроении рамы клетей мощных прокатных станов собирают и сваривают из балочных заготовок в виде массивных стальных отливок. На рис. 51 показана рама вертикальной клети прокатного стана, составленная из …

Монтаж

Перед установкой на колоннах устанавливаются лестницы или люльки, где будут находиться монтажники, контролирующие установку. Ферма поднимается подъемным краном на траверсах, укрепленных в 2 узлах для 18-метровых изделий и 4 для 24-метровых. К нижнему поясу прикрепляют канаты для удобства наводки на опорные колонны.

Для быстрого и безопасного монтажа фермы на колонну потребуется пять монтажников. Двое находятся у оголовков ж/б колонн на лестницах или в люльках, двое на уже готовом покрытии кровли, один на земле. По команде монтажников на колоннах крановщик аккуратно подает конструкцию к оголовкам колонн. Далее устанавливается фиксирующая распорка, связывающая верхние пояса соседних ферм. Конструкция опускается с совмещением рисок на ней и на колонне, этот процесс контролируется при помощи каната с земли и монтажников на колоннах.

Правила монтажа железобетонных ферм регулируется нормативами, изложенными в СП 63.13330.2018. При установке конструкций особое внимание нужно обращать на четкое совмещение рисок на фермах и опорных колоннах для правильного распределения центра тяжести. Установка осуществляется только после окончания монтажа всех расположенных ниже конструктивных элементов здания и сооружения. Если перед этим устанавливались подстропильные элементы, монтаж проводится на специальные утолщенные участки.

При установке стропильных конструкций, они выверяются и закрепляются с опорными конструкциями или временными связующими элементами между собой. Это означает, что в течение одного рабочего дня нужно установить хотя бы две фермы и частично перекрытия их плитами. Далее балки или плиты устанавливаются после установки очередной фермы, чтобы надежно связать конструкцию. Изменять последовательность монтажа можно только, если это указано в проекте.

При монтаже оси фермы и колонны не должны смещаться на расстояние более 5 мм. Отклонение опорных узлов допускается не более чем на 20 мм, а между осями поясов в вертикальной плоскости не больше 25 мм.

Правильный выбор и установка железобетонных ферм позволят построить надежную кровлю. Любая ошибка в монтаже этого элемента может стать причиной растрескивания и даже обрушения здания, поскольку элемент имеет значительную массу и поднимается над центром тяжести сооружения. Поручать установку можно только профессионалам, а заказывать их непосредственно на заводах по производству ЖБИ. Там изготовят конструкции со стандартными типоразмерами или рассчитают, и сделают проект по индивидуальному заказу.