Если вы решили построить ее самостоятельно, сначала сделайте эскиз будущей металлической фермы. Определите, какие контуры она будет иметь, нужно ли пространство под крышей, как будет выглядеть кровельное покрытие.
Металлические фермы: самостоятельный расчет и особенности изготовления
Прочные и долговечные металлические фермы — один из видов современного металлопроката. Они представляют собой цельную форму, которая никогда не меняет своих геометрических параметров, даже когда жесткие узлы заменяются модульными. Из них изготавливают прочные и надежные конструкции, такие как навесы, беседки и даже целые крыши жилых домов. Но являются ли такие конструкции более практичными, чем обычные деревянные?
В этой статье мы расскажем вам о видах, особенностях и преимуществах металлических ферм. Надеемся, что вы посмотрите на вопрос долговечности стропильных ферм совершенно другими глазами, особенно если хотите забыть о занозах, насекомых-древоточцах и постоянном беспокойстве о том, как обработать элементы крыши.
Преимущества и недостатки для частного строительства
Прочные металлические балки сегодня широко используются при строительстве частных домов и промышленных зданий. Даже при возведении складов, спортивных сооружений, торговых центров и выставочных павильонов, а также при строительстве высотных офисных зданий не обойтись без такой надежной строительной системы. Неудивительно, ведь металлические фермы особенно хорошо подходят для перекрытия больших проемов.
Металлические фермы из труб имеют много ценных преимуществ перед другими:
- Устойчивость к деформациям при нагрузках.
- Небольшой вес благодаря полым конструкциям.
- Доступная стоимость для частного строительства.
- Возможность возведения безопасных сложных конструкций без потери прочности.
- Высокая пожаробезопасность.
- Долговечность, прочность и надежность.
С точки зрения статики они даже предпочтительнее ферм. Кроме того, благодаря меньшему весу они могут выдерживать гораздо большие нагрузки, чем обычные двутавровые балки и швеллеры. В то же время фермы менее энергоемки с точки зрения металла.
Металлические фермы в чем-то похожи на стальные балки, но гораздо более экономичны с точки зрения расхода материалов. В то же время их эффективность сопоставима. Отличие металлической фермы от простой балки заключается в том, что готовая ферма прекрасно работает на растяжение и сжатие.
В отличие от деревянных балок, металлические балки не гниют, не плесневеют, не повреждаются грибками и насекомыми. Их гораздо труднее разрушить тонной снега. Кроме того, такие балки монтируются быстрее, чем из других материалов.
Что такое ферма?
Кровельные фермы — это вид металлических изделий. Они могут быть самодельными или покупными, в зависимости от размеров вашего кровельного покрытия, для которого нужен только проект. По сложности ферма может быть прямой или закругленной, в последнем случае требуется изгиб.
Металл, используемый для изготовления конструкции, может различаться по толщине и сечению. Чем толще металл, тем выше нагрузка на ферму, но в то же время навес или другая металлическая конструкция лучше противостоит внешним воздействиям. К ним относятся ветер, снег, дождь и другие воздействия.
Зачем нужны фермы?
Что касается типов металлических конструкций, для которых используется «ферма», то стоит выделить следующие направления:
- Навес для машины, беседка, козырек.
- Крытая парковка, укрытие для колодца, летняя веранда.
- Летняя стройплощадка и другие места.
Ферменные трубчатые профили для навесов используются там, где необходимо создать легкую конструкцию, которая при этом может выдерживать большие нагрузки. Строительство стропильной фермы почти всегда индивидуально, если только это не типовой проект. При ручном изготовлении сначала изготавливается шаблон, детали подгоняются, свариваются, а затем по шаблону изготавливаются все остальные аналогичные элементы.
Количество ферм на пролет рассчитывается исходя из предполагаемой нагрузки на крышу. В основном, на каждую промежуточную стойку устанавливается одна балка. Иногда это корректируется в зависимости от типа используемого кровельного материала.
Если для металлочерепицы и профильных листов это не имеет значения, то для поликарбоната балки должны располагаться так, чтобы стык листов лежал на металле. В противном случае поверхность крыши может деформироваться.
Необходимость в стропильных фермах связана с их дешевизной, так как эта конструкция является самой дешевой, самой прочной и самой надежной среди соответствующих конструктивных элементов. Форма конструкции такова, что нагрузка распределяется максимально равномерно, что не влияет на ее долговечность даже при большом количестве снега на крыше.
Какие фермы использовать?
На рынке представлены готовые стропильные фермы, имеющие стандартные размеры и другие подходящие параметры. Однако фермы можно изготовить и самостоятельно, особенно если вы хотите получить действительно необычную конструкцию со специфическими размерами и свойствами.
Элементы могут быть изготовлены из различных материалов, но чаще всего для этих целей используются металлические трубы или профили.
Важно! Если для работы выбраны трубы, они должны быть квадратными или прямоугольными.
Использовать металлическую ферму для навесов рекомендуется по разным причинам:
- высокая прочность, обусловленная наличием ребер жесткости, причем даже при сильных нагрузках не получится согнуть профиль, обладающий квадратным сечением;
- стоимость металлических труб считается приемлемой, так как процесс производства не требует использования специфической технологии или дорогостоящего оборудования, но рекомендуется выбирать горячекатаные изделия;
- сама форма труб из металла считается удобной для использования, поэтому их крепление будет простым и быстрым, а также процесс сварки облегченным.
Прямоугольные металлические трубы легко соединяются вместе, образуя нужную конструкцию с помощью стандартных методов сварки. Следующим шагом будет использование поликарбоната для обшивки, причем расстояние между соседними в оболочках должно быть таким, чтобы было реально удобно выполнять все операции, необходимые для крепления материала.
Правила расчета
Прежде чем выполнять какие-либо работы, связанные с формированием ферменного купола, необходимо предварительно произвести грамотные расчеты для определения количества элементов с их размерами и другими параметрами. Только в этом случае вы сможете избежать ошибок в работе и добиться действительно хорошего результата.
Важно! Расчет можно выполнить вручную или с помощью специальных калькуляторов, которые находятся в свободном доступе в интернете, причем второй вариант считается наиболее полезным.
Расчет стропильной фермы для навеса довольно прост и выполняется в несколько этапов:
- Первоначально выбирается, какова будет структура фермы. Она может быть арочной или прямой, односкатной или двускатной. Каждый вид имеет свой внешний вид и характеристики, поэтому первоначально учитывается, какие функции будут выполняться навесом, а также какие другие материалы будут использоваться во время работы. Дополнительно берутся в расчет личные предпочтения владельцев сооружения.
- Решается, какими размерами будет обладать будущее сооружение, причем если увеличивается высота навеса, то возрастает его несущая способность, поэтому во время работы непременно монтируются надежные и прочные ребра жесткости, повышающие прочность всей конструкции.
- Нередко требуется создавать пролеты, которые по размеру превышают 36 м., а в такой ситуации надо определить изгиб погашения.
- Во время расчета учитывается, какими характеристиками будут обладать панели фермы, для чего определяется расстояние между основными элементами, которые передают нагрузку.
- В конце расчетов следует определить, каково расстояние между одним и другим узлом системы. Обычно для этого используется ширина панелей.
Важно! Вы можете не только произвести расчеты самостоятельно, но и найти в Интернете готовые планы, в которых заменены только необходимые параметры, что позволяет избежать ошибок и получить быстрый и правильный результат.
Итак, при расчете стропильной фермы для сарая необходимо учесть множество особенностей для достижения грамотного результата.
Как сделать ферму из поликарбоната ↑
Первым шагом в изготовлении профильных труб для сараев своими руками является составление подробного плана, на котором должны быть указаны точные размеры каждого элемента. Кроме того, желательно сделать дополнительный чертеж конструктивно сложных участков.
Как видите, перед тем как строить фермы своими руками, необходимо хорошо подготовиться. Следует еще раз отметить, что хотя при выборе формы изделия руководствуются эстетическими соображениями, характер конструкции и количество составляющих ее элементов требуют расчетливого подхода. При проверке прочности металлоконструкции необходимо также учитывать данные об атмосферных нагрузках в данной местности.
Арка считается самым простым вариантом фермы. Она представляет собой одну профилированную трубу с круглым или квадратным сечением.
Это, конечно, не только самое простое, но и самое дешевое решение. Однако арки для навеса из поликарбоната имеют некоторые недостатки. В частности, это касается их надежности.
Фото арочных навесов
Давайте теперь рассмотрим, как распределяется нагрузка в каждом из этих вариантов. Конструкция фермы обеспечивает равномерное распределение нагрузки, т.е. сила, действующая на опоры, будет направлена строго вниз, так сказать. Это означает, что опоры абсолютно точно выдержат сжимающие усилия, т.е. выдержат дополнительное давление снежного покрова.
Арки не обладают такой жесткостью и не способны распределить нагрузку. Чтобы компенсировать такое воздействие, они начинают изгибаться. В результате возникает сила, действующая на опоры в верхней части. Если предположить, что эта сила действует посередине и направлена горизонтально, то малейшая ошибка в расчете основания пилона приведет как минимум к необратимой деформации.
Пример расчета металлической фермы из профильной трубы ↑
Расчет такого изделия подразумевает:
- определение точной высоты (Н) и длины (L) металлической конструкции. Последняя величина в точности должна соответствовать длине пролета, то есть расстоянию, перекрывающему конструкцию. Что же касается высоты, то она зависит от спроектированного угла и особенностей контура.
Для треугольных стальных конструкций высота составляет 1/5 или ¼ длины, для других типов с прямолинейными зонами, например, параллельных или многоугольных — 1/8.
- Угол раскосов решетки колеблется в пределах 35–50°. В среднем он составляет 45°.
- Важно определить оптимальное расстояние от одного узла до другого. Обычно искомый промежуток совпадает с шириной панели. Для конструкций, длина пролета в которых больше 30 м, необходимо дополнительно рассчитать строительный подъем. В процессе решения задачи можно получить точную нагрузку на металлоконструкцию и подобрать правильные параметры профильных труб.
Слишком тонкие материалы не могут обеспечить достаточную жесткость и могут привести к обрушению. Вы можете обеспечить высокую точность расчета, если знаете, как рассчитать металлический навес с помощью программного обеспечения.
Например, рассчитайте фермы типичной конструкции размером 4 x 6 м с одним шагом.
В конструкции используется профиль 3 х 3 см, стенки которого имеют толщину 1,2 мм.
Нижняя хорда изделия имеет длину 3,1 м, а верхняя хорда — 3,90 м. Между ними находятся вертикальные стойки, изготовленные из трубы того же профиля. Самый большой раскос имеет высоту 0,60 м, остальные обрезаются в порядке убывания. Можно ограничиться тремя раскосами, установив их в начале высокого фронтона.
Образованные таким образом участки укрепляются путем крепления наклонных перемычек. Последние изготавливаются из более тонкого профиля. Например, достаточно трубы 20 x 20 мм. В местах соединения раскосов опоры не нужны. В одном изделии можно использовать только семь раскосов.
Для маркизы длиной 6 метров используется пять таких конструкций. Они укладываются с шагом 1,5 м и соединяются дополнительными поперечными распорками из профилей сечением 20х20 мм. Они крепятся к верхнему поясу с интервалом 0,5 м. Листы поликарбоната крепятся непосредственно к этим перемычкам.
Расчет арочной фермы ↑
Конструкция арочных балок также требует точных расчетов. Это связано с тем, что нагрузка, действующая на них, распределяется равномерно только в том случае, если получившиеся арочные элементы имеют идеальную геометрию, то есть правильную форму.
Рассмотрим подробнее, как создать арочный каркас для навеса с пролетом 6 м (L). Расстояние между арками составит 1,05 м. При высоте изделия 1,5 м архитектор
