Что такое строительные фермы в металлоконструкциях. Виды, характеристики, особенности применения и изготовления

Под строительной фермой понимают конструкцию из металла, состоящую из стоек вертикального порядка и раскосов, расположенных под определенным углом наклона. Все детали обязательно скрепляются узлами. Об особенностях строительных ферм, условиях и правилах их изготовления, а также необходимом расчёте и сборке расскажем далее.

Общие сведения о строительных фермах

Ферма состоит из сборных стержней прямолинейного характера, реже округлого. Все они соединяются в узлы, которые образуют в целом виде геометрическую фигуру с шарнирными узлами, которая неизменна при любых обстоятельствах. Если возникает узловая нагрузка, то жесткость узлов не оказывает воздействие на функциональность и прочность конструкции в целом. При первом осмотре их можно классифицировать к шарнирным. При осевых усилиях на сжатие и растяжение также не меняется функциональность.

По расходу стали фермы экономичнее, но трудоемки в производстве. Намного эффективнее конструкций со сплошными балками, которые образуют стеновую поверхность.

Использование строительных ферм в металлоконструкциях

Схема и очертание ферм выполняется на первом этапе конструирования металлоконструкций. В покрытиях мостов, сооружений широко используются балочные разрезные системы. Их легко изготовить и вмонтировать, не требуется применять сложные опорные узлы для крепления опор. Большие же пролеты (свыше 40 м) при разрезных фермах габаритными назвать нельзя. Их собирают из отдельных элементов при монтаже.

Особенности конструкций строительных металлических ферм

Конструкция  имеет важную особенность. Дело в том, что стойки связываются таким образом, чтобы создать равномерную нагрузку по всем фронтам. Особенно важно учесть самую сложную точку опоры – это колонны на фундаменте. Верхний пояс призван осуществлять функцию осевого сжатия, а нижний – на растяжение.

Виды и разновидности

Раскосы располагают так, чтобы по итогу вышел треугольник. Это главная конструкцияонная особенность таких сооружений. Поэтому любую схему конструкции стараются выполнять треугольником вне зависимости от вида и назначения.

Элементы ферм

Перечислим что относится к элементам:

• Верхний пояс. В него входит наклонная, ломаная или радиусная балка. Существуют горизонтальные варианты. К ней сприкрепляются остальные узловые соединения по стойке, которая находится сверху.

• Нижний пояс. Узлы соединения раскосов, стоек находятся внизу. Нижний пояс располагается горизонтально в продольной балке.

• Стойки. Нижний, верхний пояс вертикально включает детали. Сосредоточенные элементы, которые принимают и распределяют поступающую нагрузку по всем составным частям равномерно. Стойки выполняют работу на сжатие.

• Раскосы.

• Узлы или панели.

Разновидности изделий

Изделия могут быть сварными и болтовыми. Первая разновидность соединяет все элементы сваркой, а вторая – болтами или заклепками на стальной фасонке, которая выполняется из прокатного листа. Также выделяют легкую или плоскую ферму и тяжелую пространственную. Первая состоит из стоек и раскосов по одной плоскости друг к другу, а вторая – монтируются из набора раскосов, которые могут иметь три или четыре стороны расхождения.

Конструкционные особенности

При сборке структурные элементы очень сложно соединить между собой без навыков и знаний. Они должны выполнять роль осевой нагрузки как по вертикали, так и по горизонтали. Не нужны прогоны дополнительного толка, если все расчеты производятся строго по плану и соответствуют стандартам. Часто используются для разных вариантов покрытий цельного плана. Можно использовать для пролетов широкого формата с небольшим количеством колонн для опоры.

Типы сечений стержней металлических ферм

Сечений стержней много видов, но главными, которые применяются при возведении конструкций такого плана, являются:

• трубчатые;

• двутавровые;

• тавровые;

• с использованием прокатных уголков.

Контуры и формы ферм

Поговорим о формах конструкции фермы. Они могут быть прямой или односкатной, или двухскатной. По контуру делят на четыре вида:

1. Устройства, оба пояса которого находятся параллельно друг к другу.

2. Односкатная трапецеидальная конструкция. Содержит в качестве основы пояса прямого сечения, которые наклонены по верху в определенную сторону. Больших уклонов не соблюдается, так как колонны основательно защищают всю конструкцию.

3. Полигональные фермы. Сложная конструкция предполагает продолжительную сборку при монтаже. Подходит для перекрытий зданий с большими и тяжелыми пролетами.

4. Фермы треугольной формы. Простая в сборке, но с острым опорным узлом.

Виды решеток

Существуют следующие решетки касаемо видового различия:

• треугольная;

• раскосная;

• крестовая;

• шпренгельная.

Угла наклона и зависимость конструкции от него

Есть следующие виды наклона угла в зависимости от типового расположения соединений и конструкции:

1. Угол наклона 6-150 при высоте и длине в соотношении друг к другу от 1:7-1:9. Чаще встречаются трапециевидные формы с короткими стойками. Количество нижних и верхних балок отождествляется длиной пролетов.

2. Угол наклона 15-22 градуса. Высота и длина составляет 1:7, при максимальной длине не более 20 м/п.

3. Угол наклона 22-300. Длина в соотношении с высотой равняется 1:5. Фермы небольшой массы в форме треугольника. Монтируются на наружный фасад дома.

Преимущества строительных ферм

Среди преимуществ можно отметить следующее:

• незначительный и даже малый вес при сравнительно большой длине;

• при любой степени эксплуатации остаются неизменными по своим свойствам и назначению;

• долго служат в любых климатических условиях;

• стойкость к грибковым поражениям.

Изготовление конструкций

Производство металлических конструкций происходит под определнным углом, который рассчитывается исходя из многих параметров, в том числе вида применения и использования колонн и составных элементов. Угол наклона верхнего пояса и ширина пролета у перекрытия определяют назначение и направление. Большие предприятия промышленного и сельскохозяйственного назначения, а также пролеты эстакад применяют строгие номы длины. Они составляют 12, 18 и 24 м/п.

Общие требования

Тяжеленные сооружения, подобные путепроводам и мостам, нуждаются в установке двутавровых швеллеров и балок. Что касается гидротехнических сооружений, то они выстраиваются из частей круглого сечения. Могут применяться трубы профильного характера. Стандартные строительные фермы используют прокатные уголки с усилием. Все элементы свариваются спаянными уголками, которые выполняются из пластин металла в виде заготовок.

Все спаянные уголки располагают так, чтобы поперечное сечение было похоже на тавровое. Металлические конструкции такого плана очень надежны, но имеют существенные недостатки: сложны в сборке, сварке и покраске. Сейчас в качестве альтернативы все больше стали применяться трубы стального или профильного вида округлых форм.

Правильный расчет

Качественный расчет возможен только при полном соблюдении требований СНиП и доскональном изучении плана строительства. Угол наклона будущей кровли верхнего пояса высчитывается через значение контура опорной поверхности. На этом материале можно сэкономить, что не ухудшит показатели жесткости и надежности, но такая экономия должна быть проведена в рамках стандартных значений.

Этапы изготовления конструкции

Основополагающими этапами изготовления конструкций металлических ферм можно назвать:

• проектирование;

• изготовление отдельных деталей конструкции;

• монтаж и сборка всей фермы;

• установка фермы на месте.

Сборка конструкции

В заводских условиях происходит изготовление элементов ферм, которые будут представлять перекрытия. Как правило, заводы занимаются монтажом длинных пролетов, которые невозможно самостоятельно сконструировать на месте. В заводских условиях частично и собираются тяжелые конструкции. Но полным монтажем все же приходится заниматься непосредственно на месте возведения.

Все процессы выполняются в строгом соответствии с чертежами, которые, в свою очередь, всегда прилагаются в комплект к изделиям. В них отмечаются отдельные маркировки деталей и конструктивных соединений.

Под конец сложные детали собираются методом сварки. Такая работа предполагает обеспечение максимальной прочности и жесткости изделия. Все самые уязвимые места соединяются толстыми заклепками из прочной стали. Собранные конструкции окончательно устанавливаются в правильном положении при помощи крановой техники. Полностью собранная колонна приваривается к специальной пластине, которая жестко фиксируется на колонне, а точнее на ее оголовнике.

Строительные фермы в металлоконструкциях используются повсеместно. Они выполнены из надежных элементов разного угла наклона. У них есть свои разновидности и конструкционные особенности, выбор которых осуществляется исходя из вида сооружения.