Что представляет собой расчетная схема металлических ферм: Ферма (конструкция) — Википедия – Инструкция расчета металлических ферм: формулы, нагрузки — ЖК «Шотландия»

Содержание

Изготовление металлических ферм: секрет популярности конструкций

Вопросы, рассмотренные в материале:

Что такое металлическая ферма
Какие бывают разновидности металлических ферм
В чем заключаются преимущества и недостатки металлических ферм
Во сколько обойдется изготовление металлических ферм

В наши дни технологии строительства претерпевают значительные изменения. Современный уровень развития производственной отрасли позволяет создавать конструкции из быстровозводимых модулей. Иногда целое здание из металлоконструкций возводится всего лишь за один день. Столь высокая скорость объясняется очень простой технологией, когда соединяются готовые составные элементы. Изготовление металлических ферм зачастую выполняется по тому же принципу.

Что такое металлическая ферма

Корни слова «ферма» восходят к латинскому «firmus» (прочный), что напрямую указывает на высокую надежность и жесткость конструкции.

Внешне она представляет собой металлическую структуру, в состав которой входят вертикальные стойки и наклонные раскосы. Они соединяются при помощи сварки в единую жесткую металлоконструкцию. Вся нагрузка равномерно распределяется на фундамент сооружения благодаря связанным стойкам. При этом верхний пояс металлоконструкции направлен на осевое сжатие, а нижний на растяжение.

Раскосы, скрепленные в единую структуру, образуют треугольник. Следует помнить о том, что в принципе это наиболее устойчивая геометрическая фигура. Именно поэтому большинство конструктивных элементов фермы представляют собой треугольники.

Для изготовления металлических ферм необходимо объединить в единую конструкцию следующие элементы:

Верхний пояс. Включает в себя радиусную (ломаную), горизонтальную и наклонную балки. Именно к ним прикрепляются верхние соединительные узлы стоек.
Нижний пояс. Представлен в виде горизонтальной продольной балки. На нее крепят нижние соединительные узлы стоек или раскосов.

Стойки. Это вертикальные элементы между нижним и верхним поясом. На них ложится основная нагрузка конструкции, и они же распределяют ее по основанию. Работают на сжатие.
Раскосы. Они связывают углы верхнего и нижнего пояса между собой и производятся в виде наклонных стоек. Угол их наклона равен 45°. Работают на сжатие и растяжение.
Узлы (панели). Точки, находящиеся на верхнем и нижнем поясе фермы. В них происходит соединение диагональных раскосов или вертикальных стоек.

Разновидности металлических ферм

Изготовление этих устойчивых металлоконструкций активно используется при возведении промышленных зданий, частных домов, торговых комплексов, выставочных павильонов, спортивных сооружений, складских комплексов, многоэтажных зданий и пр. Благодаря им можно перекрыть значительное пространство или пролет.

Изготавливают металлические фермы в основном на заводах. Ассортимент продукции достаточно широкий. Ниже приведем основные виды этих металлических конструкций:

Параллельные – имеют наиболее простую форму. Их изготовление не требует больших затрат, поскольку они создаются из однотипных деталей.
Классические арочные – в них верхний и нижний пояс дугообразной формы, который имеет ребра жесткости. Отличить между собой разные виды изделий можно по радиусу арки, который может зависеть от дизайна крыши, сложности всей металлоконструкции и внешних ограничений (например, стропильной системы).
Треугольные односкатные – необходимы для изготовления крыши, имеющей крутые скаты.
Треугольные двускатные – также используются для создания крыш с крутыми скатами, но их недостатком являются большие отходы после производства.
Полигональные – идеальны для возведения кровли из тяжелого настила, но требуют высоких профессиональных навыков при монтаже.

Трапецеидальные – являются аналогом полигональных, но имеют более простое устройство.
Сегментные – нашли применение при возведении сооружений со светопропускающей кровлей. Они сложны при изготовлении, поскольку при создании дуговых элементов требуется геометрия высокой точности. Зато при правильных расчетах нагрузка равномерно распределяется по всему основанию.

При изготовлении металлической фермы подбирают внутренний рисунок в зависимости от предполагаемого уровня нагрузки и других конструктивных требований. Тип обрешетки может значительно повысить трудоемкость проекта, изменить внешний вид объекта, его вес и существенно увеличить затраты на изготовление изделия.

Треугольная решетка отличается минимумом узлов, поэтому делать ее экономически выгодно. Ее можно увидеть в параллельной и трапециевидной форме металлоконструкций.
Шпренгельная решетка используется в объектах, где большая часть нагрузки ложится на верхний пояс, позволяя сохранить необходимое расстояние между прогонами.
Раскосная ферма пригодится в тех случаях, когда на стойки возлагаются слишком большие нагрузки.
Крестовая решетка подходит для каркасов, где расчетная нагрузка направлена в две стороны.
Перекрестная решетка нужна для ферм, которые делают из тавров.
Полураскосная и ромбическая решетка – ее изготовление практикуют при создании ферм с огромной высотой (как у мостов и мачт). Эти рамы отличаются большой жесткостью из-за наличия двух систем раскосов.

Рекомендовано к прочтению

Металлические фермы для кровли выпускаются в прямом варианте, односкатном и двускатном. Ребра жесткости не позволяют металлическим фермам деформироваться независимо от ширины пролета.

Изготовление металлических ферм может выполняться по разным схемам в зависимости от количества поясов. Бывают плоские и пространственные фермы. У плоских все узлы и стержни расположены на одном уровне, у пространственных пояса расположены в параллельных плоскостях.

Плюсы и минусы металлических ферм

Преимуществами изготовления подобных металлоконструкций можно считать:

Возможность предварительной частичной сборки и компоновки сборных металлических ферм. Это значительно упрощает процесс монтажа, так как собрать конструкцию можно даже вручную. Кроме того, подобный вариант позволяет уменьшить затраты на транспортировку, так как можно регулировать размер каркаса.
Малый вес металлических профилей значительно облегчает работу со всей металлоконструкцией.

При помощи ферм можно очень быстро возводить высотные конструкции с прочным основанием.
По сравнению с монолитными строениями из бетона и кирпича они стоят гораздо меньше.
При изготовлении металлических ферм используются очень крепкие профили, стойкие к деформации и воздействию ветра.
Стропильные системы из металлопрофиля имеют длительный срок службы.
По завершении установки допускается покраска металлической фермы в любой цвет, следовательно, ее можно хорошо вписать в интерьер сооружения.

Не стоит забывать о том, что любые конструкции имеют свои недостатки. В данном случае можно говорить о том, что при изготовлении изделий большое внимание необходимо уделять тщательной антикоррозийной обработке. В случае нарушения покрытия сталь может потерять свои эксплуатационные характеристики и выйти из строя всего за пару лет. Например, такое негативное воздействие способен оказать конденсат, скапливающийся в верхних слоях помещения, где расположена чердачная зона.

Изготовлением металлических ферм и их установкой должны заниматься только профессионалы. Монтаж громоздких металлоконструкций тесно связан со специальной подъемной техникой и работами на высоте, для чего необходимо получить специальный допуск. Такие проблемы снимаются заказом выполнения работ у определенной компании. То есть если вы заказываете изготовление металлической конструкции на производстве, то уточните, есть ли у них услуги монтажа.

Помните о том, что для качественного изготовления любого объекта необходимо проводить проектно-расчетные работы. Кроме этого, возможно, появятся затраты на доставку. В связи с этим очень тщательно нужно выбирать компанию, предоставляющую подобные услуги, ориентируясь в первую очередь на качество работ, а уже потом на их стоимость. Не забывайте, что надежность несущих элементов будет сказываться на сроке эксплуатации всего сооружения.

В целом, подобная металлоконструкция сопоставима со стальными балками. Отличие заключается в том, что металлическая ферма является более эффективной конструкцией. Она работает на растяжение и сжатие, не подвержена гниению, заражению грибком и насекомыми, не ломается под воздействием тонны снега. Все это выгодно отличает ее от деревянных стропил или балок.

Изготовление и монтаж металлических ферм

Изготовление металлоконструкций может происходить непосредственно на строительном участке либо в специальном цехе на производстве. Сам процесс заключается в сборке готовых элементов: стоек, раскосов, поясов. В некоторых случаях в этих конструкциях заранее проделывают монтажные отверстия, тогда весь процесс сборки протекает гораздо быстрее и проще. В случае отсутствия монтажных отверстий их фиксируют при помощи струбцин и затем закрепляют.

Чертежи для изготовления металлических ферм из профильной трубы и других элементов, а также результаты сборки должны полностью совпадать с задуманным проектом.

Соединение металлических деталей может происходить с двумя способами:

С помощью болтов. Это самый распространенный и простой способ соединения. Он позволяет быстро монтировать фахверки, прогоны, связи и другие элементы металлоконструкции. Качество натяжения болтов оказывает прямое влияние на надежность болтового соединения. Чаще всего такую работу делают сразу два монтажника при помощи специальных ключей с рукоятками и пневмоинструмента.
Путем сварки. Сварные работы в производственных условиях используются только в том случае, когда нужно получить очень крепкое устойчивое соединение. До начала сварочных работ отдельные элементы конструкции скрепляются между собой при помощи монтажных болтов. Самые ответственные узлы следует фиксировать заклепками.

Когда заканчивается изготовление отдельных элементов, стропильная система из профилей частями или полностью доставляется на участок сборки. Установка всей металлоконструкции выполняется на основание, представляющее собой зацементированные и скрепленные колонны.

Чтобы поднимать остов, понадобится стрелочный кран. Во время его работы возможно раскачивание конструкции. Для предотвращения этой проблемы используют ручные парные растяжки. Они же помогают направлять конструкцию во время монтажа. После подъема систему фиксируют временными соединениями, а затем уже основательными. Прежде чем убрать стропы, необходимо убедиться в том, что хотя бы 50 % креплений хорошо затянуты.

Процесс монтажа может варьироваться в зависимости от особенностей основания. Так, при установке конструкции на железобетонные колонны или стены из кирпича фиксация элементов выполняется на анкерные болты. При длине конструкции более 10 м необходимо производить расчет крыши как спаренной системы. В таком случае стропильные ноги и перемычки должны состоять из двух частей. Их сборка выполняется непосредственно на объекте.

При установке стропильной фермы важно соблюдать технику безопасности. Обязательными моментами будут следующие пункты:

Принимать участие в работах могут только высококвалифицированные высотники и стропальщики, имеющие соответствующий допуск.
Обязательно прохождение инструктажа по технике безопасности до начала работ.
Работающий персонал должен быть снабжен специальной экипировкой: касками, рукавицами, монтажными поясами, сезонной спецодеждой.

В наше время изготовление конструкций металлических ферм находится на лидирующих позициях, что объясняется их огромными преимуществами. Они быстро изготавливаются, легко устанавливаются, имеют длительный срок эксплуатации и высокую устойчивость к внешнему воздействию. Являются настоящим технологическим достижением современного производства в области строительства.

От чего зависит стоимость изготовления металлических ферм

Изготовление систем из металлических профилированных труб получило широкое распространение в частном строительстве. Это очень удобные и легкие конструкции, которые можно собрать прямо на месте.

Цена изготовления металлических ферм зависит от сложности изделия и особенностей монтажа. Основной упор идет на следующие факторы:

Вид и количество металлопроката.
Конфигурация конструкции.
Размеры сооружения.

На качество и долговечность готового изделия влияет не только качество изготовления элементов, но и грамотный монтаж всей металлоконструкции. Стоимость сборки определяется следующими факторами:

Видом сооружения и уровнем его сложности – следует отличать по сложности монтаж гаража от возведения торгового комплекса.
Площадью постройки – стоимость изготовления и монтажа металлоконструкции снижается прямо пропорционально увеличению общей площади строения.
Местоположением объекта – монтируя металлоконструкцию, ориентируются на административное расположение места строительства и логистические расходы, включая перевозку оборудования и рабочих.
Срочность выполнения заказа – изготовление и монтаж металлической конструкции в сжатые сроки требует увеличения объема спецтехники, численности персонала, введения посменного графика работы.

Все эти нюансы могут существенно повлиять на конечную стоимость проекта.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Фермы | ПроСопромат.ру

Ферма — это шарнирно- стержневая система или решетчатая балка. По назначению фермы бывают: стропильные, мостовые, крановые, стойки ЛЭП. По материалу фермы бывают: стальные, деревянные, металлодеревянные и железобетонные. Для расчета ферм нагрузку прикладывают в узлах. Стержни фермы работают на растяжение и сжатие. По направлению опорных реакций фермы бывают балочные (безраспорные) и арочные (распорные).

Элементы фермы

По очертанию поясов фермы бывают:

По типу решетки фермы бывают:

Кинематический анализ фермы делают по формуле: С_ф ≥ 2У -3, где:

С_ф — число стержней фермы, У — число узлов фермы. Если С_ф= 2У -3, ферма геометрически неизменяемая и статически определимая. Если С_ф > 2У -3, ферма статически неопределимая, т.е. имеет лишние связи.

Опорные реакции фермы определяют так же, как в балке.

Для симметричных ферм с симметричной нагрузкой опорные реакции можно

определить из условия:

Усилия в стержнях фермы определяют аналитическими и графическими способами. Подробнее про аналитические способы — см. рубрику«Расчет простой плоской статически определимой фермы»

Нулевые стержни в фермах

В некоторых фермах встречаются «нулевые» стержни, усилие в которых равно нулю. Их роль — обеспечить геометрическую неизменяемость фермы.

Правила определения нулевых стержней:

— в двухстержневом незагруженном узле оба стержня нулевые;

— в трехстержневом незагруженном узле усилия в стержнях, расположенных на одной прямой, равны между собой, третий стержень нулевой;

— если в двухстержневом загруженном узле внешняя сила совпадает с направлением одного из стержней, усилие в этом стержне равно внешней силе, второй стержень нулевой

Также в ферме если в трехстержневом узле внешняя сила совпадает с направлением одного из стежней, усилие в этом стержне равно внешней силе, а усилия в стержнях, расположенных на одной прямой, равны между собой

Давыдов Е.Ю. Проектирование ферм из круглых и прямоугольных труб

Reystarz

размещено: 11 Мая 2010

В пособии рассмотрены вопросы, касающиеся проектирования стержневых конструкций (ферм) из круглых и прямоугольных труб: подбор сечений, конструирование и расчет узлов. Сечения стержней определяются с учетом решений оптимизационных задач.

2.62 МБ

Вопрос 42. Фермы. Классификация ферм. Компоновка ферм. Элементы ферм. Типы сечений стержней легких и тяжелых ферм.

Фермы

Фермой называется геометрически неизменяемая решетчатая конструкция, работающая на изгиб, элементы которой шарнирно соединены в узлах и работают на осевое растяжение или сжатие при узловом нагружении.

Допущение об идеальной шарнирности узлов противоречит действительной конструкции фермы, но довольно точно отражают фактическую работу ее элементов.

Расчет фермы по шарнирной схеме допускается, когда отношение высоты сечения к длине элемента не превышает 1/10 в конструкциях, эксплуатируемых при t ≥ -40°С, и 1/15 при t < -40°C.

Фермы по сравнению с балками более экономичны по затрате металла.

Область применения ферм весьма обширна. Они используются в покрытиях зданий и сооружений для поддержания кровли (стропильные фермы), радио- и телебашнях, опорах линий электропередач, конструкциях пролетных строений мостов, подъемных кранов и т.д.

Классификация ферм

Фермы состоят из верхнего и нижнего поясов, соединенных между собой решеткой из раскосов и стоек. Расстояние между узлами решетки фермы называется панелью; расстояние между ее опорами – пролетом. Фасонка – деталь фермы, выполненная из листа для соединения стержней фермы в узле.

Разнообразие областей применения и конструктивных решений ферм позволяет классифицировать их по различным признакам:

по назначению – фермы мостов, покрытий (стропильные и подстропильные), транспортных эстакад, грузоподъемных кранов, гидротехнических затворов и других сооружений.

по очертанию поясов:

— по виду статической схемы – фермы разрезные, неразрезные, консольные.

— по значению наибольших усилий в элементах фермы

легкие – пролетом l до 50 м и с усилием в поясах N_max≤ 5000 кн,

тяжелые – с усилием в поясах N_max > 5000 кн,

по конструктивному решению – обычные, комбинированные и с предварительным напряжением.

Компоновка ферм

В задачу компоновки фермы входят определение ее рациональной схемы с учетом ряда требований: экономичности по затрате металла, простоты изготовления, транспортабельности, требований унификации и типизации. Эти требования часто противоречат между собой, поэтому нужно найти оптимальное решение, наилучшим образом удовлетворяющее одновременно комплексу требований.

Масса фермы зависит от отношения ее высоты к пролету. Усилия в поясах фермы возникают главным образом от изгибающего момента, а в решетке – от поперечной силы.

Чем больше высота фермы, тем меньше усилия в поясах и их масса, но с увеличением высоты фермы увеличивается длина элементов решетки и ее масса. Условно минимального расхода металла отвечает равенство массы поясов и массы решетки вместе с фасонками, что достигается при h≈1/5 L (в балке масса поясов приблизительно равна массе стенки).

Столь большая высота неудобна при транспортировке. Ферму пришлось бы доставлять на строительную площадку отдельными элементами (россыпью) и собирать на месте монтажа.

Дополнительные затраты времени и средств при этом не окупаются экономией металла.

На практике стремятся к тому, чтобы при монтаже производилась только укрупнительная сборка фермы их двух половин (отправочных марок). Поэтому размеры фермы не должны выходить за пределы железнодорожного габарита (по вертикали 3,8 м, по горизонтали -3,2 м). Наиболее удобными в изготовлении являются фермы с параллельными поясами. Одинаковые длины стержней поясов и решетки, одинаковое решение промежуточных узлов и минимальное количество поясных стыков создают условия для максимально возможной унификации конструктивных схем и делают такие фермы индустриальными. Благодаря преимуществам в изготовлении фермы с параллельными поясами постепенно вытесняют фермы трапецеидального очертания.

При компоновке фермы одновременно с выбором системы решетки устанавливают размеры панелей фермы, размеры которых должны отвечать оптимальному углу наклона раскосов. Из конструктивных соображений – рационального очертания фасонки в узле и удобства крепления раскосов – желателен угол, близкий к 45°.

Посредством унификации геометрических схем ферм и типизации конструктивной формы можно стандартизировать конструктивные детали ферм и перейти на массовое их изготовление с помощью специализированных станков и приспособлений.

В настоящее время унифицированы геометрические схемы стропильных ферм производственных зданий (18, 24, 30, 36 м), мостов, радиомачт, радиобашен, опор ЛЭП.

В основу унификации стропильных ферм с рулонной кровлей положены модуль пролета производственных зданий и панель m=3 м, уклон кровли i=1,5 %, высота ферм на опоре 3150 мм по наружным краям поясов, треугольная решетка с возможностью добавления шпренгеля при кровельных плитах шириной 1,5 м.

В фермах больших пролетов (более 36 м), а также в фермах из алюминиевых сплавов или из высокопрочных сталей возникают большие прогибы.

Провисание ферм предотвращается устройством строительного подъема, т.е. изготовлением ферм с обратным выгибом, который под действием нагрузки погашается, в результате чего ферма принимает проектное положение.

Что представляет собой расчетная схема металлических ферм: Ферма (конструкция) — Википедия – Инструкция расчета металлических ферм: формулы, нагрузки