Изготовление стропильного изделия
При изготовлении системы из ЛСТК главные связки выполняют, прихватывая трубы двойными уголками.
К верхнему поясу перемычки и раскосы монтируют с помощью уголков с неравными сторонами, стыкуя их по короткой стороне.
Детали нижнего пояса тоже стыкуют уголками с неравными сторонами. Главные элементы соединяют с помощью накладных пластин.
Рассмотрим подробнее изготовление ферм из профильной трубы сварным методом.
Если вы не знаете, как сварить ферму из профильной трубы, потому что вообще никогда не имели дела со сваркой, то придется обратиться к специалисту, так как стропильная ферма — не та конструкция, на которой можно «набивать руку». От качества швов на стропильной ферме зависит прочность кровли.
Фермы лучше изготавливать из прямоугольных или квадратных труб, так как имеющиеся у них ребра обеспечат конструкции хорошую устойчивость.
Стропильную ферму нужно изготавливать только из стали, устойчивой к окислению и другим агрессивным атмосферным факторам.
Толщина металла и сечение трубы должны соответствовать параметрам, заложенным в проекте. Соблюдение этих условий обеспечит стропильной конструкции нужную несущую способность.
Каждый сварочный шов проверяют на качество, поскольку именно от него будет зависеть надежность будущей конструкции.
Видео:
Когда сварка ферм из профильной трубы закончится, останется только обработать швы антикоррозийным составом и покрыть их краской.
Этапы сваривания кровельной системы из металлических профильных труб:
- выравнивают верхний и нижний пояс;
- вваривают между поясами перемычки;
- на конструкцию из двух поясов и расположенных к ним под углом 90о перемычек приваривают раскосы — отрезки трубы, срезанные под углом.
Первую ферму можно использовать как шаблон для изготовления остальных.
Совет: резать металлопрофиль под углом удобнее всего с помощью резочного станка. Такое устройство можно взять напрокат или сделать самостоятельно из болгарки.
При небольшом объеме работ, например, при изготовлении системы для навеса или ворот, резать металлопрофиль можно просто болгаркой.
После завершения сварки остается только поднять конструкцию наверх и закрепить по верхней обвязке согласно размеченным линиям.
https://youtube.com/watch?v=v_7gGJsljJs
Для подъема системы из профильных труб на высоту придется использовать подъемные механизмы: кран или лебедку. Стропы закрепляют в узлах верхнего пояса в 2 или 4 местах.
Для временного закрепления ставят парные расчалки под углом к горизонту не больше 45о. Затем трубы приваривают к колоннам, предварительно проверив вертикальность системы.
Сваривание труб из металлопрофиля – еще одна актуальная тема. Для соединения металлопластиковых труб можно использовать ручную, дуговую и газовую сварку.
Видео:
Так как профильные трубы делают из углеродистой и низколегированной стали (нержавейку используют редко), сваривать их можно по обычным технологиям.
Любые виды решетчатых конструкций, в том числе и кровельные фермы, изготавливают из стали толщиной не более 1 см. Длина соединений не должна превышать 40 см.
Сварные соединения фермы по-разному расположены в пространстве, поэтому сварку удобно выполнять полуавтоматом со шлангом, проволокой, заполненной флюсом, или проволокой с самозащитой.
В индивидуальном строительстве используют ручную сварку отдельными электродами. Автоматическое сваривание использовать не экономично.
В серийном изготовлении используют контактную точечную сварку с увеличением давления. Специалисты не рекомендуют выполнять соединение прерывистым способом.
Первым делом варят стыковочные швы, а затем угловые. Такой порядок позволяет избежать напряжения металла в узле.
Если швы расположены поблизости друг от друга, то перед выполнением второго шва нужно охладить металл для предупреждения пластических деформаций.
Узлы сваривают, начиная от середины. В начале накладывают швы большего сечения, затем меньшего. Каждый элемент системы прихватывают с двух сторон.
Длина соединения не должна быть меньше 3 см, катет соединения — не меньше 0,5 см. Прихваты и сварной шов должны быть выполнены из одного материала — это нужно для постоянства напряжения металла в шве.
Видео:
Строительные технологии быстро развиваются. Еще недавно здания строили только из камня или дерева, сейчас же востребованы сооружения, которые можно возвести максимально быстро.
Это можно сделать, используя профилированные трубы из металла и современные материалы: поликарбонат, пластик, профилированный лист, плитные утеплители.
Опоры и узлы ферм
Стропильные системы опирают не на стены дома, а на специальный брус. Он равномерно распределяет нагрузку. Поэтому она действует не точечно на стену, где с ней соприкасается каждая стропильная нога.
Специальный брус называется мауэрлатом. Он не используется при строительстве крыши, если стены дома созданы из бревен. Его функцию выполняет верхний венец. Если у дома кирпичные стены, тогда при возведении кровли обязательно монтируются подстропильные фермы. С их помощью осуществляется равномерная передача нагрузок на несущие стены здания. В качестве таких конструкций могут использоваться фермы из металла. Ведь они обладают наибольшей прочностью.
Каждая ферма строительная состоит из узлов. Они представляют собой места, где соединяются минимум 2-а элемента. Узлы являются слабыми участками конструкций. Их обязательно собирают без зазоров. Иначе ферма не будет иметь требуемый уровень жесткости.
К узлам относится:
- места, где стропильные ноги опираются на мауэрлат;
- точки крепления дополнительных усиливающих элементов;
- места соединения двух стропил при необходимости увеличения их длины.
Вариант удлинения стропильной ноги Источник m-strana.ru Элементы фермы соединяются между собой разными способами. Имеется возможность выполнить скользящий или жесткий узел. При создании второго варианта необходимо учитывать, что дереву свойственно расширяться и сжиматься в зависимости от погоды. Поэтому при жестком креплении деревянные элементы могут деформироваться.
При таком варианте детали намертво соединяются между собой. Из-за этого для ферм используют пиломатериал, изготовленный исключительно из высококачественной древесины. Дополнительно его обязательно обрабатывают специальными водоотталкивающими составами. Если для жесткой состыковки использовать элементы из некачественного пиломатериала, тогда соединение может разорваться в результате деформации деталей. Такой вариант выполняют путем врубки, глубина которой не должна превышать 1/3 высоты детали. Жестко стыковаться элементы также могут путем нашивки подпорных брусков на стропильные ноги.
Несущие стены дома воспринимают все нагрузки, которые действуют на крышу. Поэтому они должны иметь усиленную конструкцию. При этом рекомендуется покрывать крышу максимально легким материалом.
Стены дома воспринимают все нагрузки, действующие на крышу Источник wixstatic.com
Советы по выбору материала для стропильной фермы
Самым главным моментом выбора стропильной конструкции является подбор строительного материала, который может обеспечить требуемую степень прочности, жесткости, надежности. Значение имеет и ценовая категория, к которой относится материал.
Деревянные фермы
Стропильные фермы на основе дерева являются наиболее популярным вариантом, который соответствует большинству предъявляемых к конструкции требований.
Их применяют в следующих случаях:
- при устройстве кровель мансардного типа;
- при возведении коммерческих, сельскохозяйственных, спортивных, промышленных объектов;
- во время восстановления плоских кровель сооружений разного назначения;
Основными достоинствами деревянных стропильных ферм по отношению к другим разновидностям таких конструкций являются:
- простота процесса производства и его автоматизированность;
- короткие сроки выполнения работ по проектированию;
- легкость осуществления монтажа (благодаря наличию готовых элементов конструкции);
- широкая перспектива реализации самых необычных дизайнерских решений в плане формы, конфигурации и т.д.;
- сравнительно небольшой вес;
- возможность применения в случае пролетов больших размеров (наибольшая длина может составлять 18 м);
- возможность утепления и простота его осуществления;
- отличные эксплуатационные качества и технологические характеристики;
- принадлежность к первой категории пожаробезопасности (материал проходит соответствующую обработку в заводских условиях);
- соответствие требованиям экологической безопасности.
Специфика металлических стропильных ферм
Для обеспечения повышенной жесткости применяют стропильные системы на основе металла. Этот вариант максимально подходит при устройстве стропильных ферм значительной длины (более 10 м). В таких случаях из стали изготавливаются не только стропила, но также брус мауэрлата и коньковые опоры. Укладка производится не с помощью деревянной соединительной детали, а посредством швеллера. Для крепления стропильных ног используются приваренные уголки.
Основными преимуществами стальных стропильных ферм являются:
- повышенный уровень прочности;
- стойкость;
- неподверженность разрушению и гниению;
- значительный срок службы;
- удобство применения при необходимости перекрытия сооружений большой площади и высоты.
Следует указать также недостатки металлических ферм:
- значительный вес создаваемой конструкции;
- применение специальной техники для подъема конструкции на требуемую высоту;
- неустойчивость материала и высокая вероятность его деформации в условиях высокого температурного фона;
- дороговизна.
Стальные стропильные фермы бывают трех типов:
- спараллельными поясами;
- треугольные;
- полигональные.
При планировании мягкой кровли оптимально подходят фермы с параллельными поясами или полигональные. В случае применения листовых материалов лучше выбрать треугольные конструкции.
Промышленность выпускает стропильные фермы унифицированных размеров, которые рассчитаны на пролеты, длина которых составляет 18, 24, 30 и 36 метров.
Для изготовления поясов и решеток ферм в большинстве случаев применяются уголки, а скрепление отдельных элементов осуществляется посредством сварки. Наиболее рациональной считаются конструкции, для изготовления поясов которых были использованы тавровые широкополочные балки. Процесс изготовления подобных конструкций довольно простой, к тому же на них уходит меньше материала, но надежность и прочность конструкции от этого не страдают.
Во время строительства частных домов во многих случаях используются стальные стропильные фермы, материалом для которых служит профильная труба. По сравнению с фермами на основе уголков, швеллеров или тавра подобные конструкции обладают меньшим весом.
Такие конструкции могут собираться прямо на строительной площадке. При этом используется сварочный аппарат.
Фермы изготавливаются на основе гнутых или горячекатаных профильных труб. При этом используется сталь толщиной от полутора до пяти миллиметров. Сечение профиля трубы может быть квадратным или прямоугольным.
В настоящее время в строительстве нередко применяют также железобетонные стропильные фермы. Они представляют собой очень прочные решетчатые конструкции для перекрытия значительных по длине пролетов.
Подобные фермы целесообразно монтировать на кровлях одноэтажных строений, покрытие которых испытывает очень большие нагрузки.
Примеры формул
Чтобы выполнить расчет фермы из парных уголков или одинарных, необходимо в первую очередь определить высоту и длину конструкции. Последний показатель при этом будет соответствовать тому расстоянию, которое конструкция закроет в процессе эксплуатации (ширина здания плюс свесы).
Оптимальная высота фермы может определяться по таким формулам:
- для полигональных, параллельных и трапециевидных — H = 1/8 * L;
- для треугольных — 1/4 * L или 1/5 * L.
Здесь H — высота фермы, L — ее длина. Подкосы в решетке металлических каркасов кровель могут устанавливаться под углом от 35° до 50°. При этом оптимальным считается значение в 45°. При использовании смонтированных таким образом подкосов опорная конструкция получается наиболее прочной.
Размеры ЖБ ферм
Изготовление бетонных и железобетонных изделий осуществляется в соответствии с ГОСТами, принятыми в стране. Естественно, что железобетонные фермы не являются исключением. В соответствии с установленными нормативами определяются основные размеры элементов, выполняется маркировка.
Основные размеры железобетонных ферм:
- Раскосные – длина от 18 до 24 метров, высота от 2.6 до 3.2 метров, ширина от 0.2 до 0.3 метров.
- Безраскосные – длина 18-24 метра, высота 2.6-3.2 метра, ширина 0.2-0.3 метра.
- Треугольные безраскосные – длина от 2 метров, высота 1.2-2.7 метров, ширина 0.2-0.25 метров.
- Для скатной кровли – от 1 метра длина, высота 2.2 метра, ширина 0.5 метров.
- Для плиточной кровли – с длиной от 1 метра, высотой 3.3 метра, шириной 0.5 метров.
Самые распространенные размеры – 18/24/36 метров. Максимально допустимый вес элемента, в соответствии с ГОСТом, может составлять 6-50 тонн. В Москве и регионах можно найти железобетонные фермы любых размеров и параметров.
Маркировка дает практически все главные характеристики и показатели ферм – размеры, тип, конструктивные особенности, свойства. Маркировка включает несколько наборов букв и цифр, которые расшифровываются по ГОСТу 23009.
Как расшифровать маркировку изделия:
- 1 группа значений – номер типоразмера, тип изделия, длина (с округлением до метров).
- 2 группа значений – числовой индекс несущей способности, указывается класс арматуры (если она предварительно напряжена), тип бетона (указывается лишь для изделий из легких типов бетона).
- 3 группа значений – есть не всегда, указывает на стойкость к сейсмическим толчкам, агрессивным средам, говорит про наличие закладных, дополнительных отверстий и т.д.
Пример расшифровки маркировки: железобетонная ферма 3ФС длиной 18 метров, с несущей способностью 6 типа, напряженной арматурой А600, залитой легким бетоном, с наличием закладных, обозначается как 3ФС18-6А600Л-1. Типоразмеры и формы разных железобетонных ферм (стропильных/подстропильных), как правило, указываются в специальных таблицах.
Процесс монтажа в пошаговых иллюстрациях
У монтажа ферм на разные основания – свои особенности. Так, на кирпичные стены и железобетонные колонны их устанавливают на анкерные болты.
Устанавливать металлические фермы следует на колонны, которые предварительно прочно закреплены и зацементированы на основании. А поднимать их удобнее поднимать при помощи стрелочного крана, хотя при относительно небольшом весе с ними вполне справляются трое-четверо человек:
Схема такова: сначала двое-трое человек поднимают один конец фермы, надежно его фиксируют на стене, затем – второй:
Конечно, фермы побольше, для другого рода строительства поднять способна только специальна техника:
https://youtube.com/watch?v=VlUI33dZi4Y
При этом фермы сначала крепят временными соединениями, а потом – постоянными:
А вот в случае с промышленной постройкой, фермы следует монтировать на подстропильные металлические конструкции, которые служат связующими элементами для опорных колонн.
Сама длина пролетов в этом случае составляет от 20 до 35 метров. Это – все те же фермы Полонсо, которые состоят из двух ферм треугольной формы, соединенных между собой затяжкой.
По окончанию монтажа металлическую ферму по желанию окрашивают в любой выбранный цвет. Особенно эффектно это смотрится под таким покрытием, как поликарбонат или прозрачным шифером. К слову, обычно сами металлические фермы требуют антикоррозийной обработки, чтобы быть защищенными от конденсата в чердачной зоне.
Скажем так: металлические фермы и сооружать, и устанавливать на место ощутимо сложнее, чем деревянные. Зато результат порадует душу!
Стропильные фермы из железобетона
Такие конструкции могут существенно разниться по внешнему виду, исходя из своих параметров, в том числе, используемому материалу покрытия и способам их опирания. С их помощью можно возводить сооружения с огромными пролетами (больше 24 м). Кроме того, кровля при этом может быть скатной или же малоуклонной, а на покрытии сооружений могут использоваться фонари.
Стропильная железобетонная ферма 24 метра
Основные преимущества подобных конструкций:
- высокие прочностные качества;
- хорошая жесткость;
- стойкость к воздействию низких температур;
- устойчивость к воздействию агрессивных сред;
- пожаробезопасность.
Скелет сооружения
Изготовление бетонных элементов несущих конструкций
Для производства ж/б ферм используется бетон конструкционного типа (легкий или тяжелый), чаще всего аглопорибетон либо керамзитобетон. Сам процесс изготовления осуществляется в стендах-камерах, имеющих один либо несколько ярусов, на которых монтируются стальные формы с паровой рубашкой.
Для создания стоек и раскосов, закладываемых при армировании, используются вибростолы со специальными кассетными формами.
На фото — железобетонные балки и ж/б фермы
В качестве верхнего пояса при армировании чаще всего используются обычные стержни, а вот нижние пояса оснащаются высокопрочной проволокой, Ø 5 мм, которая собирается в струнопакеты. Для натяжения последних необходимо использование гидродомкратов, после чего туда добавляется бетонная смесь.
Спустя 2-3 часа изделие направляется в цех термообработки. На каждом процессе изготовления осуществляется контроль над качеством заранее напряженных изделий.
Процесс маркировки
Для маркировки такого материала используются буквы и цифры, написанные через дефис.
Буквами обозначают размер и тип заготовки, а цифры отображают, в том числе:
- дополнительные сведения;
- несущую способность;
- марку используемого бетона.
При помощи букв отображается и такая характеристика бетона, как проницаемость, которая показывает, насколько конструкция приспособлена к эксплуатации при агрессивных условиях:
- буква «П» обозначает пониженную приспособленность;
- при помощи буквы «Н» отображается нормальная приспособленность;
- изделия, которые могут выдержать 8-бальные сейсмологические явления, обозначаются буквами «С».
Конструкционные особенности ж/бетонных стропильных ферм
Однако все равно производители пытаются всячески снизить вес подобного «скелета». Достигается это, в первую очередь, благодаря использованию бетонов легких марок, что не оказывает никакого влияния на общую прочность конструкции.
Традиционным компонентом внутренней структуры ж/б ферм является высокопрочная арматурная сталь, легко противостоящая коррозионному воздействию. Благодаря этому попадание влаги или же крепкие морозы никаким образом не смогут повлиять на прочность кровли.
Сегментные и безраскосные конструкции
В качестве ее контура выступают работающие на изгиб два пояса, а вот стойки и раскосы, отвечающие за осевое усилие, являются решеткой.
Существует такие основные разновидности подобных ферм:
- Сегментные, для которых характерным является пояс очертания и решетка раскосного типа.
- Полигональные, когда пояса расположены параллельно или же в форме трапеции.
- Арочные безраскосные, отличающиеся жесткими узлами.
- Арочные раскосные, имеющие верхний пояс с криволинейными очертаниями, а также редкую решетку.
Довольно часто полигональные фермы с ровными элементами верхнего пояса заменяют сегментные. Такой способ является более экономически обоснованным.
Кроме того, существует такая классификация ферм:
- раскосые.
- безраскосые.
- типовые.
Виды материала
Сравнительная картинка с видами металлических ферм
Виды труб, из которых изготавливается конструкция
Существует несколько типов труб, из которых создаются единые каркасные сооружения. Их форма может влиять не только на общий вид и форму металлической фермы, но и иметь различные характеристики в максимальном весовом давлении. Существуют следующие формы труб:
- Ровная квадратная труба с равными четырьмя сторонам;
- Полностью круглая форма труб;
- Прямоугольные трубы;
- Овальные трубы. Они обычно имеют более дорогостоящую цену, однако по некоторым свойствам оправдывают ее.
Металлическая ферма из ЛСТК
Существуют также различия в параметрах самих труб, включающие толщину металла и диаметр внутреннего отверстия. Следовательно, чем выше площадь создаваемой конструкции, тем больше необходим внутренний диаметр. Минимальный показатель в 4 x 2 x 0,2 сантиметра создается для небольших по площади металлических ферм.
Технология их соединения также может быть различной. В начале указывался один из типов — фасонками. Однако основные элементы свариваются холодной или горячей сваркой.
Конструктивные особенности
Фермичная конструкция необходима для грамотного распределения нагрузки. Нагрузка не должна поступать на одну какую-то точку, она должна распределяться на всю ферму. В зависимости от строения фермы, существует несколько разновидностей:
- Сегментно-прямоугольные.
- Трапециевидная двускатные.
- Сегменто-безраскосые.
- Арочно-бескаркасные.
При выборе того или иного вида несущей фермы, необходимо проанализировать каждый отдельно взятый тип, сравнить характеристики и иные особенности. Также выбор будет зависеть от того, для чего они именно нужны. Для строительства объекта гражданского или промышленного назначения или иных зданий, сооружений.
Также есть плоские и объемные фермы. Они имеют кардинальные отличия друг от друга, так что для начала нужно рассмотреть их особенности. Плоские изделия имеют только габариты ширины и длины. Объемные конструкции выполнены в трехмерном пространстве. Несущая способность конструкции определяется исходя из размеров исходных деталей и схемы проектирования.
При конструировании объемных конструкций, необходимы следующие элементы и узлы изделия:
- Нижний пояс. Это элемент основания, представляющий собой балку, расположенной в горизонтальной плоскости. Ее устанавливают на стены для последующего крепления к ней остальных элементов. А именно элементы жесткости, — диагональные и вертикальные элементы.
- Верхний пояс. Он также является основанием для связей, как и верхний пояс. Если конструкция имеет прямоугольную форму, тогда балка устанавливается параллельно основанию. В трапециевидных конструкциях верхний пояс делится на участки, повторяющие заданную форму. Для арочных и сегментных сооружений создают арку с заданным изгибом.
- Раскосы и стойки. Представляют собой элементы жесткости. Вертикальные ребра выступают в качестве сток. А диагональные элементы металлической конструкции — раскосы.
- Узлы. Это место, где соединяются стойки и раскосы с верхним или нижним поясом. Проект создается так, чтобы нагрузка конструкции концентрировалась в узловых точках.
Как происходит процесс изготовление
Фермичные конструкции относятся к категории повышенной безопасности. Потому как от качественных характеристик зависит прочность и целостность здания. Для их изготовления используют равнополочный и неравнополочный уголок, круглые трубы, швеллер, сварная\холоднокатаная балка.
Разновидности ферм
Использование таких конструкций широко распространено. При этом для разных целей применяются различные типы металлических ферм.
Обычно используются следующие типы таких конструкций:
- Параллельные являются наиболее простыми с точки зрения их устройства. Они состоят из нескольких одинаковых деталей.
- Арочные конструкции имеют типовое строение. Они состоят из внутренней и внешней арочных поверхностей, соединёнными между собой при помощи большого количества рёбер жёсткости. Такие конструкции могут иметь различный радиус арки.
- Треугольные металлические системы иногда представляют собой односкатную металлическую конструкцию. Они, например, могут применяться для устройства односкатной крыши. Применяются также треугольные двухскатные варианты. Их обычно используют для крыш, в которых поверхности по отношению друг к другу находятся под острым углом.
Двускатная ферма треугольнаяИсточник images.ru.prom.st
- Полигональные конструкции применяются в тех случаях, когда нужно работать с тяжёлым настилом. Использование их связанно с выполнением сложного монтажа.
- Конструкции трапецевидной формы применяются аналогично полигональным, но имеют более простую форму.
- Сегментные конструкции представляют собой наиболее сложный вид металлических ферм.
Здесь приведены не все, а наиболее распространённые виды металлических конструкций.
Строительство с использованием ферм
Самый простой вариант строительства – это установка безраскосной арочной фермы. У нее достаточно просто происходит армирование узлов. Все пространство, которое получается внутри, без труда можно заполнить отводами для разнообразных систем коммуникаций. Очень часто это выполняют при строительстве плоских, малоуклонных и скатных конструкций.
Для изготовления ферм необходимо использовать марку бетона В30-В60. У него высокая прочность, а масса получается достаточно низкой. В нижнем поясе используются канаты из арматуры, стержни, прочная проволока.
При изготовлении армирования допускается использовать каркас из легкой проволоки. Он позволит избежать образования трещин при эксплуатации сооружения. Для удобной обжимки нижнего пояса лучше всего применять каркасы не больше 3 м.
Для того чтобы выполнить армирование компонентов верхнего пояса и решетки, нужно использовать каркасы из арматуры сварного типа. Они должны устанавливаться в опорных узлах. При этом увеличится прочность всего каркаса в наклонных сечениях. Для усиления промежуточных узлов на поясах используются наборы стержней толщиной 6..10 мм с шагом 100 мм. Именно они и составляют каркас сварного типа.
Для перевозки уже готовой конструкции используется специальная техника, например, фермовоз ФКП-16. Так как происходит увеличение роста спроса на стальные конструкции облегченного типа, неизбежно падает спрос на ЖБИ. Но, согласно противопожарным требованиям, в своем роде лучшими являются ж/б фермы.
