Как рассчитать ферму
Для изготовления фермы необходимо знать ее длину, высоту, угол наклона и особенности участка. Не всегда удается учесть все факторы, но сделать хотя бы минимальные расчеты можно самостоятельно.
Рассчитываем уклон
Допустимый уклон одно–, двухскатной и шатровой кровли находится в диапазоне от 6 до 35 градусов, у мансардной и арочной крыши угол наклона нижней части может быть значительно больше.
Для разных типов кровель требуется разный уклон и соотношение длины и высоты фермы различается:
| Тип крыши | Угол наклона крыши | Соотношение длина:высота фермы |
| односкатная | 6-15 | 7-9:1 |
| двускатная, шатровая, арочная (регион с обильными снегопадами) | 15-22 | 7:1 |
| двускатная, шатровая, арочная (регион с сильными ветрами) | 22-35 | 5:1 |
| мансардная, арочная | 35-75 | 2-5:1 в зависимости от требований к высоте мансарды или дизайнерского решения |
Для дальнейших расчетов необходимо выполнить чертеж.
Рекомендуем ознакомиться: Как самостоятельно заделать течь в трубе отопления без слива воды
Если ферма состоит из прямолинейных элементов, на чертеже ее разбивают на прямоугольные треугольники. Длину труб для выполнения поясов вычисляют по теореме Пифагора:
a²+b²=c²,
где a и b – катеты прямоугольника, то есть стороны, прилежащие к прямому углу, а c – противолежащая прямому углу гипотенуза.
Самыми простыми являются расчеты односкатной фермы, так как у нее a – длина, b – высота, гипотенуза c – это скат фермы. Соответственно, длина ската вычисляется по формуле:
c=√a²+b².
Если требуется изготовить стропильную систему для арочной крыши, длину верхнего пояса (с) вычисляют по формуле длины окружности:
с =1,57*(b+a/2).
Затем рассчитывают расположение элементов внутренней решетки таким образом, чтобы они делили нижний и верхний пояса на равные участки. При использовании укосов угол их наклона должен находиться в промежутке от 35 до 50 градусов.
Параметры расходных материалов
Параметры труб, используемых для изготовления поясов и внутренней решетки рассчитывают, исходя из ширины строения, параметров опор каркаса и особенностей кровельного материала.
| Ширина навеса, м | Параметры опорных труб | Параметры труб для поясов фермы | |
| легкий кровельный материал (ондулин, профлист, поликарбонат) | тяжелая кровля (черепица, шифер) | ||
| до 4,5 | сечение 40*40 кв. мм | сечение от 20*20 до 30*30 кв. мм, толщина стенок 1,5-2 мм | сечение 40*20 кв. мм, толщина стенок 2 мм |
| до 5,5 | сечение от 50*50 до 80*80 кв. мм | сечение от 40*20 до 40*40 кв. мм, толщина стенок 2 мм | сечение 40*40 кв. мм, толщина стенок 2 мм |
| от 5,5 | сечение от 80*80 до 120*120 кв. мм | сечение 60*30 кв. мм, толщина стенок 2 мм | сечение 40*40 кв. мм, толщина стенок 3 мм |
Для перемычек используют либо те же трубы, что и для изготовления поясов, либо чуть меньшего сечения.
Участок для установки сооружения
Прежде чем возводить навес, беседку или жилое здание с каркасом из профтрубы, необходимо выбрать участок, где это будет безопасно для окружающей среды, людей и самой постройки.
Важно учесть такие факторы, как:
- Погодные условия, характерные для местности: насколько снежными бывают зимы, дождливыми – весна и осень, каковы скорость и направление ветра. Климатические явления оказывают на кровлю переменные нагрузки, которые ферма должна выдержать.
- Уровень сейсмической активности: бывают ли колебания почвы, землетрясения, оползни. Чем выше этот показатель, тем прочнее должна быть постройка, чтобы не разрушиться в случае чрезвычайной ситуации. С другой стороны, в особо сейсмически опасных регионах нередко устанавливают легкие разборные конструкции, которые при землетрясении легко разрушаются, но при этом не наносят существенного вреда окружающему пространству и людям и легко поддаются ремонту.
- Особенности почвы и вес конструкции. Эти два параметра взаимосвязаны. На плотных и каменистых грунтах устойчивой будет даже тяжелая каркасная постройка со сложной стропильной системой. На песчаных и супесчаных почвах, а также при высоком уровне грунтовых вод нужно возводить облегченные постройки или делать для них глубокий свайный фундамент.
- Расположение относительно других построек. Желательно располагать малые архитектурные формы с металлокаркасом таким образом, чтобы более высокие и тяжелые строения закрывали более низкие и легкие от порывов ветра.
Рекомендуем ознакомиться: Как сделать стремянку (лестницу) из профильной трубы
УКАЗАНИЯ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ И МОНТАЖУ
4.1. Сборка, сварка и монтаж ферм производятся в соответствии с указаниями главы на правила изготовления, монтажа и приемки металлических конструкций СНиП и с учетом п. 4.2 настоящего Руководства.
4.2. Сборка и сварка фермы может осуществляться двумя способами:
вначале к поясным уголкам, раздельно, в жестких кондукторах, привариваются детали (фасонки, планки и др.), необходимые для сборки и сварки всей фермы. Затем накладывают элементы решетки и производится их приварка к полкам уголков поясов, фасонкам и планкам. Сварка производится в нижнем положении с одной стороны ферм. Приварку фасонок к перу поясных уголков рекомендуется производить по рис. ,а
приложения;
сборка ферм производится за одну операцию на стеллажах при помощи прихваток. Сварка осуществляется с обеих сторон ферм.
Приварку фасонок к перу поясных уголков следует производить по рис. ,б
приложения.
В тех местах шва, где он не закрыт полками уголков, производится подварка его с обратной стороны с удалением грата.
4.3. Укрупнительная оборка на монтаже производится при помощи сварных швов, накладываемых в нижнем положении с одной стороны ферм (рис. и приложения).
4.4. Подъем ферм при монтаже может осуществляться обычными способами, принятыми на монтаже ферм из парных уголков.
Типы навесных строений
Навесы из профтрубы классифицируют по типу опорной и стропильной систем.
Тип опорной системы зависит от места расположения навеса относительно других строений. Разделяют пристроенные, консольные и отдельностоящие конструкции.
Рекомендуем ознакомиться: Воздуховоды из оцинкованной стали, их виды и применение
| Тип навеса | Сфера применения | Особенности конструкции |
| пристроенный
|
террасы, веранды, открытые помещения кафе, пристроенные автостоянки, козырьки над входными группами | пристраивается к одной или нескольким стенам существующего здания, имеют дополнительные опоры |
| консольный
|
козырьки небольшого размера над входными группами, окнами, балконами | не имеет опор, крепится непосредственно к стене строения, дополнительную фиксацию обеспечивает система подвесов, также закреплённая на стене |
| отдельно стоящий
|
надворные постройки, навесы над игровыми, спортивными площадками или отдельными снарядами, частные и общественные автостоянки, летние кафе, остановочные павильоны и так далее | опирается на одну опору (навес-зонтик) или опорную систему из нескольких стоек |
Так как крыша – основная часть навесной конструкции, сложность возведения навеса зависит именно от формы кровли.
По типу стропильной системы выделяют одно– и двускатные, арочные и шатровые навесы.
| Тип навеса | Особенности конструкции | Особенности монтажа |
| односкатный | одна сторона опорной системы выше другой, если навес отдельно стоящий, у консольных и пристроенных навесов верхние концы стропильных ног крепятся к стене, нижние опираются на подвес или опору | самый простой в исполнении тип навеса, не требующий проведения сложных расчётов и наличия специального оборудования, подходит любой кровельный материал, для монтажа навеса над большой площадкой стропильную систему собирают на основе ферм в виде прямоугольного треугольника |
| двускатный
|
верхние концы стропильных ног опираются друг на друга или на конёк, необходимы дополнительные вертикальные и наклонные элементы для устойчивости системы | при наличии правильных расчётов и чертежа монтаж ненамного сложнее, чем односкатного навеса, монтаж кровельного материала усложнён только необходимостью установки конька, фермы для монтажа стропильной системы большого навеса имеют форму равностороннего треугольника |
| шатровый
|
стропильные ноги встречаются в одной точке – вершине шатра | расчёт стропильной системы усложняется с ростом числа скатов крыши, для выполнения кровли требуется точная нарезка кровельного материала, необходимы специальные кровельные элементы для защита стыков и вершины крыши |
| арочный
|
кровля имеет форму волны, арки или полуарки, стропильная система собирается на основе дугообразных стропильных ног или ферм | самостоятельное изготовление стропил или ферм возможно только при наличии трубогиба и навыка по формированию одинаково изогнутых труб, кровельный материал для такого навеса должен быть гибким, криволинейные навесы своими руками монтируют редко |
Виды ферм из профтрубы
Фермы подразделяются по очертанию поясов. Бывают двухпоясные и трехпоясные разновидности. В небольших сооружениях применяются более простые двухпоясные фермы. Каждая разновидность имеет определенный уклон и высоту в зависимости от длины пролета и формы фермы.
Типы ферм по очертаниям поясов: балки с параллельными поясами (прямоугольные), треугольные (двускатные и односкатные), трапецеидальные (двускатные и односкатные), сегментные (параболические), полигональные (многоугольные), консольные; с ломаным приподнятым или вогнутым нижним поясом и разнообразной формой верхнего пояса; арочные с горизонтальным и арочным нижним поясом; сложные комбинированные формы.
Фермы также различают по типам решеток – см. на рисунке. В частных постройках чаще всего встречаются решетки треугольного и раскосного типа – более простые и менее металлоемкие. Треугольные решетки обычно применяются в прямоугольных и трапецеидальных конструкциях, раскосные – в треугольных.
Как рассчитать фермы для навеса своими руками?
Для того чтобы произвести расчет подобной конструкции для навеса, понадобится подготовить:
- Калькулятор и специальное программное обеспечение;
- СНиП 2.01.07-85 и СНиП П-23-81.
При проведении расчетов надо будет выполнить следующие действия:
- Прежде всего понадобится выбрать схему фермы. Для этого определяются будущие контуры. Очертания нужно выбирать исходя из основных функций навеса, материала и других параметров;
- После этого надо будет определить габариты изготавливаемой конструкции. Высота будет зависеть от типа кровли и используемого материала, веса и других параметров;
- Если размеры пролета превышают 36 м, понадобится произвести расчет для строительного подъема. В данном случае имеется ввиду обратный погашаемый изгиб от нагрузок на ферму;
- Необходимо определить размеры панелей сооружения, которые должны соответствовать расстояниям между отдельными элементами, которые обеспечивают передачу нагрузок;
- На следующем этапе определяется расстояние между узлами, которое чаще всего равняется ширине панели.
При произведении расчетов следуйте таким советам:
- Понадобится все значения высчитать в точности. Следует знать, что даже малейший недочет приведет к ошибкам в процессе произведения всех работ по изготовлению конструкции. Если нет уверенности в собственных силах, то рекомендуется сразу же обратиться к профессионалам, которые имеют опыт в проведении подобных расчетов;
- Для облегчения работы можно использовать готовые проекты, в которые останется лишь подставить имеющиеся значения.
На этом фото изображено металлическое укрытие В процессе выполнения расчета фермы следует помнить, что в случае ее увеличивающейся высоты будет увеличиваться и несущая способность. В зимнее время года снег на подобном навесе практически не будет накапливаться. Для того чтобы увеличить прочность конструкции, следует установить несколько прочных ребер жесткости.
Для сооружения фермы лучше всего использовать трубу из железа, которая имеет небольшой вес, высокую прочность и жесткость. В процессе определения размеров для подобного элемента понадобится учитывать следующие данные:
- Для конструкций небольших размеров, ширина которых составляет до 4,5 м, понадобится использовать трубу из металла 40х20х2 мм;
- Для конструкций, ширина которых составляет менее 5,5 м, нужно использовать трубу с размерами 40х40х2 мм;
- Если ширина фермы составит более 5,5 м, лучше всего применить трубу 60х30х2 мм или 40х40х3 мм.
В процессе планирования шага ферм следует учитывать, что максимально возможное расстояние между трубами навеса составляет 1,7 м. Только в таком случае можно будет сберечь надежность и прочность конструкции.
Пример расчета ферм для навеса
- В качестве примера будет рассмотрен навес шириной 9 м уклоном в 8°. Пролет сооружения составляет 4,7 м. Нагрузки снега для региона находятся на уровне 84 кг/м²;
- Вес фермы составляет приблизительно 150 кг (следует взять маленький запас на прочность). Вертикальная нагрузка составляет 1,1 т на стойку с высотой 2,2 м;
- Одним концом ферма будет опираться на стенку постройки из кирпича, а вторым — на колонну для опоры навеса с помощью анкерных болтов. Для изготовления фермы используется квадратная труба 45х4 мм. Следует заметить, что с подобным приспособлением достаточно удобно работать;
- Лучше всего изготавливать фермы с параллельными поясами. Высота каждого из элементов составляет 40 см. Для раскосов используется труба сечением 25х3 мм. Для нижнего и верхнего пояса применяется труба 35х4 мм. Козырьки и другие элементы нужно будет сварить друг с другом, потому толщина стенки будет 4 мм.
В конечном итоге можно будет получить следующие данные:
- Расчетное сопротивление для стали: Ry = 2,45 T/см²;
- Коэффициент надежности — 1;
- Пролет для фермы — 4,7 м;
- Высота фермы — 0,4 м;
- Число панелей для верхнего пояса конструкции — 7;
- Углы нужно будет варить через один.
Все нужные данные для расчетов можно будет найти в специальных справочниках. Однако профессионалы рекомендуют производить расчеты подобного типа с помощью использования программного обеспечения. Если будет допущена ошибка, то изготавливаемые фермы сложатся под воздействием нагрузок снега и ветра.
