Как рассчитать ферму из профильной трубы

Как сварить ферму из профильной трубы – варианты и правила расчета

Используя профильные трубы для строительства ферм, можно легко создать конструкцию, которая способна выдержать значительные усилия. Подобные конструкции отличаются легкостью и подходят для постройки зданий, строительства каркасов под дымоходы, монтажа опор под кровли и козырьки. Формы и габаритные размеры ферм зависят от назначения конструкции и ее применения, независимо от того, домашнее это хозяйство или промышленный объект. В этой статье мы расскажем о том, как произвести правильный и точный расчет фермы из металлической профильной трубы. Если этого не сделать, то конструкция вряд ли выдержит необходимые нагрузки.

Варианты конструкций ферм

Металлические конструкции из профильных труб характеризуются проведением масштабных работ, но они гораздо экономичнее и легче ферм, сооруженных из сплошных материалов. Профильные трубы получают из круглых труб по технологии горячей или холодной прокатки. В результате имеются трубы, напоминающие в поперечном разрезе различные геометрические фигуры, такие как прямоугольник, квадрат, многогранник, овал, полуовал и так далее. Для строительства фермы больше подходят квадратные трубы, поскольку они прочнее из-за наличия двух одинаковых ребер прочности.

Ферма – это конструкция из металла, которая характеризуется наличием верхнего и нижнего уровней, которые соединяются в виде решетки. Причем соединения не могут носить произвольный характер, а их количество рассчитывается по определенной формуле.

В конструкцию решетки входят:

• стойки, установленные вертикально;
• раскосы (подкосы), установленные под углом по отношению к стойкам;
• шпренгели (вспомогательные подкосы).

Фермы, в основном, предназначаются для соединения пролетов различного хозяйственного назначения. Благодаря наличию таких элементов как раскосы, они выдерживают значительные нагрузки без деформации даже при перекрытии больших по длине пролетов.

Как правило, фермы изготавливаются на земле или на специальных производственных площадях. Все элементы фермы соединяются между собой с применением сварки или клепки. Чтобы построить навес, козырек, крышу капитального строительного объекта или других построек, готовые, собранные на земле фермы поднимают и монтируют на конструкции соответствующей постройки, придерживаясь всех размеров.

• односкатными;
• двухскатными;
• прямыми;
• арочными.

Фермы, напоминающие треугольник и изготовленные из подобных труб, служат в качестве стропил, а так же элементами классических односкатных конструкций. Арочные фермы пользуются огромной популярностью из-за своей эстетичности, а также устойчивости против больших нагрузок. При этом арочные фермы собираются по более уточненным данным, для того, чтобы усилия распределялись равномерно по всем элементам фермы.

Особенности конструкции

Конструкция фермы для различных строительных объектов зависит от предполагаемых рабочих нагрузок, а также от ее хозяйственного назначения.

В зависимости от числа поясов бывают:

• опорные конструкции, элементы которых состоят из одной плоскости;
• подвесные конструкции, которые отличаются наличием верхнего и нижнего поясов.

Строительные конструкции предполагают применение ферм с различным контуром:

• с параллельным поясом (самый элементарный вариант, где используются одинаковые элементы);
• односкатные треугольные (все опорные узлы отличаются повышенной прочностью, из-за чего конструкция способна противостоять значительным нагрузкам);
• полигональные (выдерживают усилия от массивного настила, но отличаются сложностью в монтаже);
• трапецеидальные (имеют схожие данные с полигональными, но не настолько сложные в монтаже);
• двухскатные треугольные (используются для монтажа крутой двухскатной крыши из профильной трубы, но имеют большие затраты ресурсов);
• Сегментные (годятся для конструкций, где предусмотрена установка светопрозрачной кровли; установка непростая, так как нужно изготавливать элементы с правильной геометрией для одинакового распределения нагрузки).

В зависимости от угла наклона, классические фермы относятся к таким видам:

1. Угол от 22 до 30 градусов, когда отношение высоты к длине составляет 1:5. Годится для простых конструкций обычных навесов из профильной трубы.

Для накрытия пролетов малой и средней величины используются, в основном, треугольные виды ферм, сваренные из труб меньшего диаметра, так как они достаточно прочные и легкие.

Если длина пролета составляет больше 14-ти метров, то в конструкции предусматривают раскосы, закрепленные сверху вниз, а по верхнему поясу располагают панель, величиной 150-250 см, для получения двухпоясной конструкции, имеющей четное количество панелей.

При величине пролетов больше 20-ти метров, во избежание прогиба фермы, предусматривается установка подстропильных элементов конструкции, с креплением к опорным колоннам.

1. Особое внимание следует обратить на ферму «Полонсо», которая состоит из двух треугольных конструкций, скрепленных одна с другой оригинальным способом. В такой конструкции нет необходимости в монтировании длинных раскосов в средней части, что позволяет снизить общий вес конструкции.
2. Угол от 15 до 22 градусов, с отношением высоты к длине, как 1:7. Позволяет изготавливать фермы для соединения пролетов, имеющих длину до 20-ти метров. Если нужно увеличить высоту фермы, то придется сформировать нижний уровень ломаным.
3. Угол меньше 15 градусов. Подобный каркас должен состоять из трапециевидных элементов. Подобные фермы располагают короткими стойками, благодаря которым ферма выдерживает продольный изгиб. При углах наклона от 6 до 10 градусов фермы должны иметь ассиметричную конструкцию. Определяют высоту фермы с помощью деления длины пролета на 7, 8 или 9, в зависимости от конструкционных особенностей проекта.

Как рассчитывается ферма из стальной профильной трубы

Расчет любой металлической конструкции – это важный и ответственный этап, независимо от того, строительство какой конструкции предполагается.

Расчет стропильной системы из профильной трубы сводится к следующим моментам:

1. Определению размера пролета конструкции, который планируется перекрыть, а так же выбору конфигурации скатной крыши, с эффективным углом наклона ската (скатов).
2. Подбору оптимальных контуров поясов фермы с учетом характера постройки, формы и габаритов крыши, угла наклона, расчетных нагрузок.
3. Определению оптимальной высоты конструкции в центре пролета (H), на основании следующей формулы (где L – это длина фермы). Для параллельных, полигональных и трапецеидальных поясов: H=1/8×L. При этом величина уклона верхнего пояса должна соответствовать 1/8×L или 1/12×L. Для фермы треугольной формы: H=1/4×L H=1/5×L.
4. Выяснению условий сбора конструкции в зависимости от ее габаритов. Если размеры металлоконструкции внушительные, то лучше сварить ее тут же, на строительной площадке, и лишь затем с помощью строительного крана установить ее на место, а если размеры небольшие, то ферму лучше сварить в условиях заводских площадей, после чего доставить ее транспортом к месту установки. Хотя последний вариант и является более затратным, он более надежный, так как производить работы в неподготовленном месте весьма проблематично.
5. Расчету величины панелей в зависимости от расчетных нагрузок, действующих на кровлю в процессе ее эксплуатации.
6. Определению угла крепления раскосов решетки, который может находиться в пределах 35-50 градусов, хотя рекомендуется их устанавливать под углом в 45 градусов.
7. Следующий этап – это определение удаления между крепежными узлами, хотя обычно расстояние равняется ширине панели. При размерах пролета 36 метров и больше необходимо вычислить величину строительного подъема – обратно погашаемого изгиба, которую испытывает конструкция в процессе эксплуатации.
8. Учитывая все измерения и вычисления, рисуется технический чертеж с указанием всех необходимых размеров, по которым и будет осуществляться изготовление металлоконструкции из металлической трубы.

Чтобы не допускать большого рассогласования в расчетах, лучше воспользоваться строительным калькулятором. На основании специальной программы можно рассчитать любую конструкцию из металла, в том числе и стропила крыши из профильной трубы.

Арочная ферма – пример расчета

Во время сборки фермы в виде арки для обычного навеса потребуется осуществить правильные расчеты. На данном примере, соответствующем размеру пролета в 6 метров, промежутками между арками в 1,05 метра, высотой конструкции в 1,5 метра, что соответствует арочной ферме, показано, как осуществляются все необходимые расчеты. Подобная конструкция отличается не только своей прочностью, но и эстетичностью. Длина пролета нижнего уровня арочной фермы соответствует величине 1,3 метра(f), а радиус окружности в нижнем поясе составляет 4,1 метра(r). Угол между радиусами составляет 105, 9776º (а).

Длина профильной трубы (mh) для обустройства нижнего пояса вычисляется по формуле:

mh – это длина профиля для нижнего пояса;

Pi – постоянная величина (3,14);

R – радиус окружности фермы;

a – угол между радиусами;

в итоге должно получиться:

Узлы конструкции устанавливают на участках нижнего пояса на расстоянии 55,1 см. Для простоты сборки желательно округлить это расстояние до 55 см, при этом, увеличивать шаг установки узлов не рекомендуется. Удаление между крайними точками следует рассчитать отдельно.

При длине пролета не больше 6 метров допускается не делать сложных расчетов и не использовать сварку. Достаточно использовать одинарную или двойную балку, осуществив изгиб элемента конструкции под нужным радиусом. Несмотря на это, нужно правильно подобрать толщину металлических элементов, чтобы арка смогла выдержать все нагрузки.

Профильная труба для строительства ферм – требования к материалу

Изготовление рабочих конструкций ферм, особенно больших по размеру, требует определенных характеристик трубопроката.

Поэтому профильные трубы выбираются:

• на основании СНиП 07-85 (действие нагрузки снега на все элементы конструкции);
• на основании СНиП П-23-81 (о технологии работ со стальными профильными трубами);
• в соответствии с ГОСТ 30245 (соответствие диаметра профильных труб к толщине стенок).

Все основные данные занесены в определенные документы, что позволяет ознакомиться с информацией на предмет наличия видов профильных труб и подобрать те материалы, которые пригодны для конкретных проектов.

Как правило, для изготовления ферм применяется только качественная металлопродукция. Например, для прочных ферм берется только легированная сталь, которая более устойчива к атмосферным воздействиям. В связи с этим подобные конструкции не требуют дополнительной защиты от коррозии.

Полезные советы — как сварить правильно

Ознакомившись с технологией сборки решетчатых ферм, достаточно просто устанавливается легкий и прочный каркас для кровли или светопрозрачного материала.

При этом желательно учитывать некоторые нюансы:

• Если требуется прочная и надежная конструкция, то больше подойдет металлическая труба в виде квадрата.
• Для большей жесткости главные элементы фермы соединяются с применением металлических уголков и прихваток.
• При креплении деталей фермы в верхнем поясе желательно применить двутавровые разносторонние уголки, соединяя детали с более узкой стороны.
• При креплении деталей нижнего пояса используют равносторонние уголки (двутавровые).
• Для соединения основных частей конструкции из металла большой длины используют накладные пластины из металла.

Ну и самое главное – это решить, как сварить ферму из профильной трубы. Особенно это актуально, если ее нужно сделать тут же, на строительной площадке. Подобные конструкции собираются с помощью сварки, а поскольку к качеству сварочных работ предъявляются высокие требования, то без хорошего сварщика и оборудования здесь никак не обойтись.

Стойки фермы крепятся под прямыми углами, а раскосы — под углами в 45 градусов. Для начала лучше заняться заготовкой основных и вспомогательных элементов фермы, порезав профильную трубу на отрезки, согласно размерам, указанным на рабочих чертежах. После этого приступают к сварке конструкции на земле, постоянно контролируя геометрические размеры.

В процессе сварки нужно контролировать качество каждого сварного шва. Это очень важно, поскольку ферма находится на высоте и несет определенную опасность для окружающих.

Расчет фермы — онлайн-калькулятор

Бесплатно рассчитайте ферму любой геометрии на нагрузки и прогиб при помощи онлайн-калькулятора — расчет фермы из профильной и круглой трубы, швеллера, уголка.

Все калькуляторы
Также можно рассчитать

• Конфигурация
• Расчёт
• Сохранить
• Справка
• Партнерские скидки
• Виджет на сайт
• Комментарии

Калькулятор загружается.
Выберите способ сохранения

Скачать PDF
Скачать расчёт с выбранными параметрами в формате PDF — чертежи + данные.

Поделиться
Поделиться ссылкой на расчёт в Facebook, ВКонтакте, Google+ и т.д.

Сканировать QR-код
Получить ссылку на расчет с параметрами через сканирование QR-кода
Разместите калькулятор у себя на сайте БЕСПЛАТНО

Ферма — это стержневая строительная конструкция, которая представляет собой совокупность прямолинейных балок и соединительных узлов, образующих опорную систему неизменяемой геометрической формы. Благодаря наличию большого количества ребер жесткости, конструкция не деформируется даже под значительными нагрузками и применяется для перекрытия больших проемов.

Калькулятор расчета фермы онлайн позволяет рассчитать каркасы стандартных конфигураций из деревянных и металлических элементов. Программа предназначена для подбора сечения и вычисления запаса прочности балок для строительства гарантированно надежного навеса при определенных нагрузках.

Обращаем внимание, что в случае неудовлетворительного расчета, в результатах можно сразу же перебирать сечение элементов фермы в большую сторону, до тех пор пока проверка на прочность/гибкость не будет пройдена.

Как рассчитать ферму?

1. Выберите один из пяти типов фермы.
2. Выберите геометрию фермы.
3. Задайте размеры фермы (пролет, высота и др.)
4. Укажите расчетные нагрузки на узел или по площади.
5. Выберите материал и сечение балки.
6. Задайте точки раскрепления из плоскости.
7. Нажмите кнопку «Рассчитать»

Смежные нормативные документы:

• СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции»
• СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции»
• СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции»
• ГОСТ 27579-88 «Фермы стальные стропильные из гнутосварных профилей прямоугольного сечения»
• ГОСТ 20213-2015 «Фермы железобетонные»

Фермы из профильных труб

Ферма представляет собой конструкцию из металлических элементов, которые соединяются в узлах, образуя прочную металлоконструкцию с неизменной геометрической формой. Она обладает высокой прочностью, устойчивостью к различным искривлениям, прогибам и нагрузкам.

Высокая несущая способность ферм позволяет использовать их под любые материалы кровли, невзирая на их массу. Основные преимущества:

• устойчивость;
• долговечность;
• быстровозводимость;
• подходят для возведения сложных конструкций.

Конструкционные особенности

Металлоконструкция состоит из следующих элементов:

• поясов верхнего и нижнего, образующих контур;
• вертикальных стоек, соединяющих пояса;
• раскосов ‒ металлических труб, расположенных под углом, соединяющих пояса;
• шпренгелей ‒ вспомогательных раскосов;
• крепежных материалов: узловые фасонки, накладки, заклепки, болты, косынки.

Материалы для профильных труб

Для производства металлических ферм применяют стальные профильные трубы из:

• углеродистых сталей ‒ подходят для конструкций общего назначения;
• нержавеющих сплавов ‒ для ответственных металлоконструкций;
• оцинкованных материалов ‒ при эксплуатации в агрессивных средах;
• алюминиевых сплавов ‒ при изготовлении легких металлических конструкций.

Виды конструкций и формы крыши

Треугольные ‒ бывают односкатными и двускатными. Наиболее распространенные формы, которые характеризуются способностью выдерживать большие нагрузки при небольшой материалоемкости.

Сегментные ‒ обычно используются для кровель из поликарбоната.

Полигональные ‒ подходят для строительства сооружений с большими пролетами, характеризуются сложностью сварочных работ, применяются для повышенных нагрузок.

С параллельными поясами ‒ наиболее простой вариант конструкции из профильных труб, состоящих из стоек и раскосов одинаковых размеров. Подходят для мягкой кровли и светопрозрачных материалов.

Трапециевидные ‒ похожи на полигональные, но с более простой сборкой.

Арочные ‒ применяются повсеместно при изготовлении различных навесов.

Этапы изготовления

1. Проектирование

На этом этапе необходимо определить размеры пролета строения, форму будущей крыши, материалы поясов и решетки, а также рассчитать планируемую нагрузку (в т.ч. снеговую и ветровую) и угол наклона крыши. Для проектирования можно воспользоваться программами «Автокад», 3D MAX, Arcon.

Важно: устойчивость фермы из профильной трубы зависит от правильно рассчитанных точек равновесия каркаса. Для этой нагрузки должен быть выбран качественный материал.

2. Выбор профиля

Для строительства металлоконструкций используют профильные трубы прямоугольного и квадратного сечения. Рекомендуется использовать следующие трубы:

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

Устойчивость металлоконструкции пропорциональна толщине трубы, поэтому не стоит использовать профили, предназначенные для сварки стоек и каркасов ‒ они обладают другими свойствами. Также обращайте внимание на способ изготовления элементов: горячим и/или холодным деформированием, электросварным.

При изготовлении фермы своими руками проще всего работать с профилем квадратного сечения толщиной 3-5 мм.

3. Расчет внутреннего напряжения

Это важнейший этап в строительстве металлической фермы из профильных труб. Для расчета можно воспользоваться онлайн калькуляторами и данными из строительных норм и правил:

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

Выполнение расчетов лучше доверить специалисту, который правильно рассчитает конструкцию, определяющую ее функциональность.

4. Изготовление и монтаж

Если вы хотите сделать ферму самостоятельно на своем участке, то вы можете заказать производство отдельных элементов на заводе, чтобы вам осталось только их сварить. Или приобрести готовый профиль, который потребуется обшить и уложить утеплитель при необходимости.

Шаги по возведению фермы:

1. подготовить все элементы, сварить их прямо на земле;
2. установить вертикальные опоры, проверить вертикаль отвесами;
3. продольные трубы приварить к опорам;
4. подготовленные элементы из п.1 приварить к продольным трубам и зачистить места соединения;
5. на готовую металлоконструкцию необходимо нанести краску и/или антикоррозионное покрытие для увеличения ее срока службы.

При самостоятельном изготовлении фермы лучше заранее продумать упоры / столы, на которые потребуется класть элементы, узлы. Работать прямо на земле будет неудобно.

Для того, чтобы металлическая ферма из профильных труб выдержала все нагрузки и служила долго, лучше обратиться к компании, которая специализируется на изготовлении металлоконструкций. Завод «Магистраль» производит все расчетные работы, проектирует и собирает стальные конструкции. Наши сварщики аттестованы НАКС, что гарантирует качество сварных швов.

Ознакомиться с нашими возможностями и работами можно на странице по изготовлению ферм и металлоконструкций. Или пишите нам на почту zakaz@magistral74.ru.

Поиск по сайту

Расчёт фермы

Для оценки потребности в металлической профильной трубе необходима специализированная программа для расчета. Профильная труба является универсальным материалом, она плохо деформируется даже под большими нагрузками, поэтому она качественно подходит для металлоконструкций.

Онлайн-калькулятор создан для расчёта длины и формы каждого элемента планируемой конструкции. Сложность выполнения этого вручную заключается в затратах времени. Остаётся вероятность ошибки – на её исправление потребуются дефицитное время и дополнительный металл. Калькулятор будет полезен специалистам по изготовлению металлоконструкций.

Достоинства

Калькулятор фермы из металлических труб отличается быстротой и наглядностью в работе:

• он удобен и требует минимального количества данных;
• практичен на всех этапах создания конструкции (от планирования материала и раскроя проката до проверки качества);
• автоматическое обновление графического изображения после ввода всех параметров – удобная визуализация металлоконструкции.
• можно посчить все для навесов из профильной трубы

Схема изделия технологична – ферма собирается с помощью сварки, точность – до миллиметра. Изделие обладает хорошей несущей способностью и симметрией.

Параметры

Расчет фермы из профильной трубы проводится по основным параметрам геометрии будущего изделия. От пользователя требуется ввести несколько значений размеров:

• габаритные размеры внешнего пояса – длина, ширина и размеры поперечного сечения;
• наличие стоек (расчёт фермы учитывает их симметричное расположение);
• наличие раскосов (если они требуются).

Возможен расчет треугольной фермы: для этого следует выбрать «тип фермы» — в один или два ската. На выходе показывается геометрия, выводятся размеры и количество балок.