Металлические конструкции, состоящие из решетчатых стержней и профильной трубы, называют фермами. Для производства применяется парный материал, соединяемый специальными косынками. Для сборки такой конструкции в основном используют сварку, но иногда применяют клепки.

Ферма помогает перекрыть любой пролет. Длина не имеет большого значения. Но, чтобы правильно выполнить такой монтаж, требуется грамотный расчет. Если сварочные работы будут выполнены качественно, а план сделан без ошибок, останется только доставить наверх трубные сборки. Затем установить их согласно верхней обвязке, строго по разметке.

Навесы могут изготавливаться из самых разных материалов:

Дерево;
Бетона;
Алюминия;
Пластмассы.

Однако в большинстве случаев каркас фермы изготавливается из специальной профильной трубы. Эта полая конструкция отличается от других высокой прочностью и одновременной легкостью. Сечение такой трубы может быть:

Прямоугольником;
Квадратом;
Овалом;
Многогранником.

Для сварки фермы чаще всего пользуются прямоугольным или квадратным сечением. Такой профиль менее трудоемок при обработке.

Предельные нагрузки, которые может выдержать труба, зависят от нескольких факторов:

Толщины стенки;
Вида стали;
Способ изготовления.

Профильные металлические трубы изготавливают, из специальной конструкционной стали (1-3пс/сп, 1-2пс(сп)). Иногда, когда возникают определенные обстоятельства, пользуются оцинкованной сталью или низколегированными сплавами.

Трубы с небольшим сечением выпускаются длинной 6 метров. Длина больших сечений достигает 12 метров. Диаметр трубы могут быть самыми разными. Минимальными считаются:

10х10х1 мм;
15х15х1,5 мм.

Чем толще стенка, тем выше прочность профиля. К примеру, изделия с очень большими размерами (300x300x12 мм) в основном применяются для строительства промышленных зданий.

Размеры деталей каркаса

Малогабаритные навесы, ширина которых меньше 4.5 метров, изготавливаются из профильной трубы с размерами 40x20x2 мм.

При ширине около 5,5 м, мастера советуют устанавливать трубу, сечением 40x40x2 мм.

Если длина навеса имеет большие размеры, рекомендуется воспользоваться трубами:

40x40x3 мм;
60x30x2 мм.

На что нужно обратить внимание при расчете

Прежде чем начать рассчитывать сечение трубы, необходимо определить оптимальный вид крыши. На выбор влияют ее габариты, угол наклона кровли и контура поясов.

Эти вышеперечисленные составляющие находятся в зависимости от нескольких условий:

Функционал здания;
Из какого материала изготовлены перекрытия;
Угол скоса крыши.

Затем определяются габариты трубы. В зависимости от угла наклона подбирается длина. На определение высоты влияет марка материала, из которого будет сделано перекрытие.

Габариты трубы зависят также от способа транспортировки и общего веса всей металлоконструкции.

В том случае, когда расчет фермы из профильной трубы определил, что длина будет превышать 36 метров, необходимо дополнительно рассчитать строительный подъем.

Затем определяются габариты панелей. Все подсчеты опираются на значение нагрузки, которую обязана выдержать конструкция. Для кровли треугольного типа, скос должен достигать 45 градусов.

Завершает расчет определение точного расстояния между элементами металлоконструкции из профильной трубы.

Все точно распланировать в цифрах достаточно трудно, не имея специальных знаний. Поэтому лучше обратиться к профессионалам, которые проведут его на компьютере. Они всегда гарантируют высокое качество своих услуг.

Прежде чем приступить к строительству, стоит вновь проверить все расчеты, учитывая максимальную нагрузку, которое может испытать строение.

Кроме сделанных расчетов, качество монтажа зависит от правильности и точности плановых чертежей.

Бесплатные программы для расчета

Сайт http://rama.sopromat.org/2009/?gmini=off предлагает провести расчет фермы с помощью онлайн программы, методом конечных элементов. Таким калькулятором могут пользоваться студенты и инженеры. Программа имеет понятный интерфейс, который поможет быстро выполнить нужные действия. Расчет можно сделать также частично бесплатной программой на сайте http://sopromatguru.ru/raschet-balki.php

В какой последовательности выполняются работы

Чтобы собрать каркас, необходимо воспользоваться услугами опытного сварщика. Сборка фермы считается очень ответственным делом. Необходимо уметь грамотно варить и понимать технологию сварки фермы.

Очень важно точно знать, какие узлы лучше собрать внизу, а затем поднять и закрепить на опоры. Чтобы работать с тяжелой конструкцией, придется воспользоваться специальной техникой.

Сначала размечается участок;
Монтируются закладные детали;
Выполняется монтаж вертикальных опор.

Довольно часто металлические трубы опускают в траншею, затем заливают бетоном. Отвесом проводится проверка вертикальности монтажа. Чтобы контролировать параллельность, между последними стойками натягивают шнур. Все остальные выставляются согласно полученной линии.

Сваркой, к опорам приваривают продольные трубы.

Детали фермы свариваются на земле. Пояса конструкции соединяются перемычками и специальными раскосами. Затем готовые блоки поднимаются на определенную высоту. Они привариваются к проложенным трубам, в местах установки вертикальных опор.

Продольные перемычки ввариваются между фермами непосредственно по скату, чтобы можно было зафиксировать кровельный материал. В перемычках заранее делаются крепежные отверстия.

Соединительные участки хорошо зачищаются. Особенно это касается верхней части каркаса, на который затем будет накладываться кровля. Затем проводится обработка поверхности профилей. Выполняется:

Очистка;
Обезжиривание;
Грунтовка;
Окраска.

Входная дверь и козырек

Чтобы рассчитать габариты консольного козырька, необходимо учесть размер крыльца. Согласно установленным нормативам, размер верхней площадки обязательно должен превышать ширину двери (1,5 раза). При ширине полотна 900 мм, получается: 900 х 1,5 = 1350 мм. Такой должна быть глубина крыши, расположенной над входом. При этом ширина навеса должна превышать ширины ступеней на 300 миллиметров с двух сторон.

Консольные навесы чаще всего устанавливаются по всей площади крыльца. Они должны закрывать ступени. Число ступеней влияет на размер глубины крыши. Средняя величина определяется согласно установленным нормам СНиП: 250-320 мм. К этому размеру добавляется величина верхней площадки. Причем ширина навеса имеет регламентированное значение. Берется ширина ступеней в пределах (800-1200 миллиметров), к нему с двух противоположных сторон прибавляется 300 мм.

Рассчитываем размеры:

Стандартного консольного козырька – 900-1350 мм на 1400-1800 мм.
Консольно-опорного навеса над крыльцом, пример расчета на 3 ступени и площадку: глубина (900/1350 + 3*250/320) = 1650 – 2410 мм, ширина 800/1200 + 300 + 300 = 1400-1500 мм.

Как рассчитываются веранды

Обычно такие строения находятся вдоль стены здания. Для них остаются актуальными несколько видов конструкций:

Балочно-опорные;
Консольные.

Самая маленькая глубина равняется 1200 мм. Идеальной считается 2000 мм. Такое расстояние соответствует месту расположения опорного столба.

Расчет крыши согласно перпендикуляру будет иметь вид 2000+300 мм. Однако плоская кровля больше подходит для тех областей, где количество осадков имеет минимальное значение.

Если угол уклона = 30 о. прилегающий к нему катет (глубина крыши навеса по перпендикуляру) – 2300 мм, второй угол 60 о. Возьмем 2 катет за Х, он лежит напротив угла в 30 о. и по теореме равен половине гипотенузы, отсюда гипотенуза равна 2*Х, подставляем данные в формулу:

(2*Х) 2 = 2300 2 + Х 2

4*Х 2 - Х 2 = 5290000

Х 2 (4-1) = 5290000

3*Х 2 = 5290000

Х 2 = 5290000. 3

Х 2 = 1763333, (3)

Х = √1763333, (3) = 1327 мм – катет, который будет прилегать к стене дома.

Расчет гипотенузы (длины крыши с уклоном):

С 2 = 1327 2 + 2300 2 = 1763333 + 5290000 = 7053333

С = √7053333 = 2656 мм, проверяем: катет, лежащий против угла 30 о равен половине гипотенузы = 1327*2 = 2654, следовательно, расчет верен.

Отсюда рассчитываем общую высоту навеса: 2000-2400 мм – это минимальная эргономичная высота, рассчитываем с учетом наклона: 2000/2400 + 1327 = 3327/3737 мм – высота стены навеса возле дома.

Как рассчитать стоянку машин

Обычно устанавливают балочные конструкции. Чтобы своими руками изготовить навес для своего автомобиля, необходимо предварительно сделать чертеж, в котором должна учитываться классность автомобиля. Ширина стоянки должна быть равна габариту автомобиля, плюс один метр с двух сторон. Если будут парковаться две машины, необходимо учесть расстояние между ними — 0,8 метра.

Пример расчета навеса для машины среднего класса, ширина – 1600 -1750 мм, длина – 4200-4500 мм:

1600 /1750 + 1000 + 1000 = 3600/3750 мм – ширина навеса;

4200/4500 + 300 +300 = 4800/5100 мм – эргономичная длина, чтобы осадки не заливали площадку.

Расчет ширины навеса на две машины:

3600/3750 + 800 = 4400/4550 мм.

Беседки

Обычно такой навес делается в глубине приусадебного участка. Эти конструкции устанавливают на фундамент, который может быть:

Свайным;
Столбчатым;
Ленточным;
Плиточным.

На выбор типа фундамента влияют размеры строения, а также характер почвы. Эти значения должны быть обязательно показаны на чертеже. Установленная беседка может иметь несколько размеров:

3х4 метра;
4х4 метра;
4х6 метров.

Для самостоятельного расчета такой конструкции, для проектирования чертежа, требуется учитывать несколько параметров.

Чтобы одному человеку было комфортно отдыхать, требуется 1,6-2 кв. метра площади пола.

При установке мангала прямо под навесом, зона отдыха должна быть отделена от него свободной площадкой. Ее ширина составляет 1000-1500 мм.

Ширина удобного сиденья — 400-450 мм.

Габарит стола 800х1200. Расчет ведется на одного человека (600 -800 мм). Для большого количества людей, размер может достигать 1200х2400 мм.

Кровельные фермы для домостроения выполняются в основном из дерева, которое подвержено воздействию окружающей среды. В местах соприкосновения дерева с другими материалам необходимо устройство прокладок, которые прослужат влагоизоляцией со стороны кровли, пароизоляцией со стороны жилых помещений. Обязательно устройство вентилируемых зазоров и обработка антипиренами и антисептиком.

Кровельная ферма несет на себе все конструктивные нагрузки крыши, вес кровли, обрешетки и противостоит внешним воздействиям.

Кровельная ферма из металлоконструкций наиболее долговечный, надежный и качественный материал, который подходит абсолютно всем типам зданий, имеют широкую область эксплуатации в различных климатических зонах и погодных условиях.

Компания «МСЛ Консалтинг групп» предлагает Вам кровельные фермы из металлоконструкций следующих типов:

Двускатная кровельная ферма

Стропильная система из металла, где в основе лежит треугольник, как самая жесткая и максимально экономичная конструкция, способная равномерно распределить нагрузки на несущие стены дома и стать несущей кровельной частью. Создается на основе точных расчетов, исходя из требований к строительству крыши. Существует ряд конструктивных элементов, вариации, применение которых влияют на разнообразие видов конструкций подобных ферм. Есть различие по межопорным пролетам – висячие стропила опираются на крайние опоры, а наклонные имеют дополнительную опору на среднюю несущую стену.

Кровельная ферма ножницы

Оригинальная стропильная конструкция из металла, где нижняя плоскость состоит из двух сегментов (затяжек), имеющих уклон. Нижний пояс фермы не заполняет подкровельное пространство. В промышленных зданиях и многих дизайнерских проектах не предусматривается межэтажное перекрытие. Это дает ряд преимуществ в эстетическом плане. Но для выполнения основной функции противостояния растяжке стропил необходимо обеспечить угол наклона сборной затяжки не более 2/3 угла стропил.

Кровельная ферма односкатная

Используется для обустройства односкатной крыши или для зонообразной, где несколько скатов монтируются на разных уровнях. Желательное расположение нижней части с подветренной стороны. Как правило, угол наклона ниже, чем у многоскатных. При длине стропильной ноги более 4,5м необходимы подпоры (стойки, подкосы).

Балочная кровельная ферма с параллельными поясами

Используются на плоских или мало пологих односкатных кровлях, для обустройства мягкой кровли, для чердачных и межэтажных перекрытий или для их усиления. Решетка системы треугольников делает ферму неизменяемой при любой нагрузке. Подходит для перекрытия и больших пролетов, что делает ее наиболее востребованной в области промышленного строительства.

Треугольная рамная кровельная ферма с прямоугольным очертанием

Применяется как мансардная ферма при обустройстве двускатной треугольной крыши. В данном случае, часть стропильной системы является каркасом мансарды. Металлические балки межэтажного перекрытия могут служить затяжкой. Имеет массу конструктивных решений, основанных на использовании дополнительных подкосов и прогонов.

Чердачная кровельная ферма с прямыми стойками

Применяются в строительстве двускатной крыши для обустройства части подкровельного пространства в качестве жилого помещения, при необходимости создание дополнительной площади. Конструкция имеет две параллельные балки-стойки и горизонтальные схватки, которые формируют геометрию жилого помещения. Система подкосов выполнена за его пределами.

Кровельная ферма ножницы. Тип Т

Ножницеобразная ферма, средний сегмент нижней плоскости которой не имеет уклона и выполнен горизонтально. Центральная стойка под коньковым прогоном передает горизонтальное напряжение на нижний пояс фермы, сводя его к нулю. Дополнительные стойки позволяют увеличить ширину прогона, подкосы формируют все те же углы – основу надежной конструкции и распределяют оставшуюся нагрузку. Стропила имеют две крайние опоры.

Мансардная кровельная ферма с прямыми стойками

Конструкция с изломанными скатами для тех случаев, когда невозможно вписать мансардное помещение в простую треугольную крышу. При установке на однопролетный дом необходимо усиление схваток стояков нижнего и верхнего пояса (который служит межэтажным перекрытием). Если есть дополнительная опора из внутренней стены, это не обязательно. Жилое помещение здесь формируют параллельные схватки и стойки. Ферма без центральной опоры, и это дает простор для свободной планировки мансарды.

Мансардная ферма с высоким положением затяжки и не формирующая перекрытие

Изломанные скаты образуют два угла наклона – пологий и крутой, что идеально подходит для обустройства просторной мансарды. Отсутствует «глухая» зона. Конструктивная особенность фермы – нависающие стропила, за счет чего фермы опираются через угловые подкосы на продольные стены с закрепленным мауэрлатом. Сложная шпренгельная система в верхней части стоек и подкосов, формирующих треугольники, требует точного расчета распределения напряжения и нагрузки. Высокое положение затяжки, соединяющей стропильные ноги, обуславливает высокие требования к креплениям и к мощности самой затяжки, так как она снижает распирающее усилие металлических стропил.

Типы металлических ферм

Универсальные кровельные фермы для промышленных зданий: односкатные и двускатные. Пролеты для них унифицированы, они принимаются кратными 3 м, могут быть на 18, 24, 30 метров. Угол наклона раскосов составляет обычно 45-50°, общая форма обеспечивает жесткость конструкции, способность выдержать большие нагрузки.
Металлические кровельные фермы, имеющие дополнительные шпренгели, используются в беспрогонных конструкциях для крупнопанельных железобетонных плит с шириной в 1,5 м. Это дает возможность на 4-6% уменьшить вес фермы.
Треугольные кровельные фермы применяются для жилых домов, когда уклон кровли планируется достаточно крутым.

Применяемые сегодня фермы из металла могут быть самыми различными, что сильно отличает их от прочих. Они отличаются по форме поясов, пролетов, размерами, схемами изготовления. Так, статические фермы могут быть рамными, балочными, вантовыми, арочными. Балочные в этом случае отличаются более экономным расходом материалов, меньшим весом, чем остальные, они могут применяться для изготовления конструкций, нуждающихся в устойчивости к большим, постоянным нагрузкам. Арочные используются для созданий необычных привлекательных форм кровли, но при их сооружении расход строительных материалов несколько увеличен.

Кроме того, применяются комбинированные схемы, полигональные, сегментированные, треугольные, трапециевидные, с параллельными поясами. Все они отличаются большой прочностью, небольшим весом, устойчивостью. Высокое качество монтажа стропильной системы обеспечивается тем, что любой расчет для подобной конструкции осуществляется при помощи специальных программ.

В качестве материалов для изготовления металлических ферм применяются облегченный металлический оцинкованный профиль (так называемые ЛСТК, то есть легкие стальные тонкостенные конструкции), скрепляемые саморезами и специальными болтами, либо специальные стальные балки, для которых используются сварные соединения.

Монтаж кровельной фермы

Перед монтажом кровельная ферма из ЛСТК собирается на земле и поднимается на требуемую высоту в готовом виде, затем конструкция закрепляется на каркасе здания.

Монтаж выполняется в несколько этапов:

Установка раскосов верхней балки на земле (геометрически совмещается с линиями прогонов). Соединения выполняются при помощи саморезов.
Фиксация наземным раскосом первой фермы в заданном положении.
Установка всех последующих ферм аналогичным способом.
Монтаж раскосов и перемычек на балках.
Закрепление линейных связей между балками и раскосами.

Конструктивных элементов у каркасной постройки не так много: фундамент, опоры и крыша – но каждый из них должен быть прочен и долговечен. Устойчивость опор обеспечивает не только фундамент, помогают в этом особые укрепляющие конструкции – обвязочные фермы. За надежность крыши тоже отвечают фермы, но уже стропильные.

Для усиления каркаса домов, надворных построек и малых архитектурных форм из профтрубы применяют особые элементы, называемые фермами. Их используют для верхнего и бокового соединения опор навесов, беседок, остановочных павильонов и летних кафе. Применяют усиливающие элементы и при монтаже козырьков над входными группами, если расстояние между стенами или опорами велико.

Таким образом, ферма – это усиливающая конструкция, состоящая из двух поясов, соединенных между собой перемычками. Такое устройство обеспечивает конструкции жесткость и позволяет сохранять форму при любых нагрузках.

Обратите внимание! Кроме функционального назначения фермы могут иметь и декоративное, если возводимое строение не имеет стен и фронтонов или обшивается прозрачным материалом.

Виды поясов

Пояса задают форму детали: сегмент, двойная дуга, треугольник, прямоугольник или многоугольник. При этом у сегмента, прямоугольника и дуги в качестве нижнего и верхнего поясов выступают цельные трубы – прямые или изогнутые.

В фермах более сложной формы: треугольных, выпуклых и вогнутых многоугольниках – один или оба пояса собраны из нескольких труб.

Форму поясов фермы выбирают в соответствие с назначением конструкции. Для бокового соединения стоек строения обычно используют обвязочные фермы с двумя параллельными прямыми или дугообразными поясами или верхним прямым поясом и нижним дугообразным.

Форма поясов стропильной фермы зависит от типа крыши:

Тип крыши	Возможная форма поясов	Название фермы
односкатная, шатровая	прямые, образующие прямоугольный треугольник	односкатная
двускатная	прямые, образующие равнобедренный треугольник: 2 прямые образуют верхний пояс, одна – нижний;	треугольная
	две пары прямых, образующих параллельные углы	полигональная
	две пары прямых, образующие пару неравных углов	ножницы
	5 прямых: две образуют верхний пояс, 3 – нижний	ферма Полонсо
мансардная	прямые, образующие равнобедренный пятиугольник с широким основанием;	мансардная
арочная	две параллельных дуги	арочная
	две параллельных ломаных	полигональная
	дуга и прямая, образующие сегмент или полукруг	сегментная
	верхняя дуга, нижняя ломаная	консольная

Виды перемычек

Перемычки – это короткие отрезки труб, как правило, меньшего сечения, чем используемые для поясов, прикрепленные прямо или под углом к основным элементам конструкции. Комплекс перемычек называют внутренней решеткой.

Вертикальные перемычки называют опорами или стойками. Обычно ферма имеет одну-две основных стойки и несколько дополнительных.

Наклонные перемычки называют подкосами или откосами, их количество может быть любым. Если пояса фермы соединены опорами, то откосами укрепляют именно опоры. Кроме того, внутренняя решетка может состоять только из вертикальных или только из наклонных перемычек.

Обратите внимание! Фермы для каркасных строений изготавливают не только из труб, но и из уголков. Каждый элемент такой конструкции для обеспечения необходимой прочности собирают из пары уголков, что усложняет расчеты и монтаж и увеличивает временные затраты.

Преимущества профильной трубы для изготовления каркасов

Каркасное строительство из профтрубы набрало популярность и не сдает позиций. Профилированные трубы позволяют создать красивые и крепкие конструкции самого различного назначения – от зонтика над песочницей до жилого, промышленного или коммерческого здания.

Расчёт металлоконструкций стал камнем преткновения для многих строителей. На примере простейших ферм для уличного навеса мы расскажем, как правильно рассчитать нагрузки, а также поделимся простыми способами самостоятельной сборки без использования дорогостоящего оборудования.

Общая методология расчёта

Фермы применяют там, где использовать цельную несущую балку нецелесообразно. Эти конструкции отличаются меньшей пространственной плотностью, при этом сохраняют устойчивость воспринимать воздействия без деформаций благодаря правильному расположению деталей.

Конструкционно ферма состоит из внешнего пояса и заполняющих элементов. Суть работы такой решётки довольно проста: поскольку каждый горизонтальный (условно) элемент не может выдержать полную нагрузку ввиду недостаточно большого сечения, два элемента располагаются на оси главного воздействия (силы тяжести) таким образом, чтобы расстояние между ними обеспечивало достаточно большое сечение поперечного среза всей конструкции. Ещё проще можно объяснить так: с точки зрения восприятия нагрузок ферму рассматривают так, будто она выполнена из цельного материала, при этом заполнение обеспечивает достаточную прочность, исходя лишь из расчётного приложенного веса.

Конструкция фермы из профильной трубы: 1 — нижний пояс; 2 — раскосы; 3 — стойки; 4 — боковой пояс; 5 — верхний пояс

Такой подход крайне прост и зачастую его с лихвой хватает для сооружения простых металлоконструкций, однако материалоёмкость при грубом расчёте получается крайне высокой. Более подробное рассмотрение действующих воздействий помогает снизить расход металла в 2 и более раз, такой подход и будет наиболее полезным для нашей задачи — сконструировать лёгкую и достаточно жёсткую ферму, а потом собрать её.

Основные профили ферм для навеса: 1 — трапециевидный; 2 — с параллельными поясами; 3 — треугольный; 4 — арочный

Начать следует с определения общей конфигурации фермы. Обычно она имеет треугольный или трапециевидный профиль. Нижний элемент пояса располагают преимущественно горизонтально, верхний — под наклоном, обеспечивающим правильный уклон кровельной системы . Сечение и прочность элементов пояса при этом следует выбирать близкими к таким, чтобы конструкция могла поддерживать свой собственный вес при имеющейся системе опоры. Далее производится добавление вертикальных перемычек и косых связей в произвольном количестве. Конструкцию нужно отобразить на эскизе для визуализации механики взаимодействия, указав реальные размеры всех элементов. Далее в дело вступает её величество Физика.

Определение сочетанных воздействий и реакции опоры

Из раздела статики школьного курса механики мы возьмём два ключевых уравнения: равновесия сил и моментов. Их мы будем применять, чтобы вычислить реакцию опор, на которые положена балка. Для простоты вычислений опоры будем считать шарнирными, то есть не имеющими жёстких связей (заделки) в точке касания с балкой.

Пример металлической фермы: 1 — ферма; 2 — балки обрешётки; 3 — кровельное покрытие

На эскизе нужно предварительно отметить шаг обрешётки системы кровли, ведь именно в этих местах должны находиться точки сосредоточения приложенной нагрузки. Обычно именно в точках приложения нагрузки и размещаются узлы схождения раскосов, так проще выполнить расчёт нагрузки. Зная общий вес кровли и число ферм в навесе, нетрудно вычислить нагрузку на одну ферму, а фактор равномерности покрытия определит, равны ли будут приложенные силы в точках сосредоточения, или же они будут отличаться. Последнее, к слову, возможно, если в определённой части навеса один материал покрытия сменяется другим, имеется проходной трап или, например, зона с неравномерно распределённой снеговой нагрузкой. Также воздействие на разные точки фермы будет неравномерным, если её верхняя балка имеет скругление, в этом случае точки приложения силы нужно соединить отрезками и рассматривать дугу как ломанную линию.

Когда все действующие усилия проставлены на эскизе фермы, приступаем к вычислению реакции опоры. Относительно каждой из них ферму можно представить не иначе как рычаг с соответствующей суммой воздействий на него. Чтобы вычислить момент силы в точке опоры, нужно умножить нагрузку на каждую точку в килограммах на длину плеча приложения этой нагрузки в метрах. Первое уравнение гласит, что сумма воздействий в каждой точке и равняется реакции опоры:

200 · 1,5 + 200 · 3 + 200 · 4,5 + 100 · 6 = R 2 · 6 — уравнение равновесия моментов относительно узла а , где 6 м — длина плеча)
R 2 = (200 · 1,5 + 200 · 3 + 200 · 4,5 + 100 · 6) / 6 = 400 кг

Второе уравнение определяет равновесность: сумма реакций двух опор будет в точности равна приложенному весу, то есть зная реакцию одной опоры, можно легко найти значение для другой:

R 1 + R 2 = 100 + 200 + 200 + 200 + 100
R1 = 800 - 400 = 400 кг

Но не ошибитесь: здесь также действует правило рычага, поэтому если ферма имеет существенный вынос за одну из опор, то и нагрузка в этом месте будет выше пропорционально разнице расстояний от центра масс до опор.

Дифференциальный расчёт усилий

Переходим от общего к частному: теперь необходимо установить количественное значение усилий, действующих на каждый элемент фермы. Для этого перечисляем каждый отрезок пояса и заполняющие вставки списком, затем каждый из них рассматриваем как сбалансированную плоскую систему.

Для удобства вычислений каждый соединительный узел фермы можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы воздействий пролегают по продольным осям элементов. Всё, что нужно для вычислений — знать длину сходящихся в узле отрезков и углы между ними.

Начинать нужно с того узла, для которого в ходе вычисления реакции опоры было установлено максимально возможное число известных величин. Начнём с крайнего вертикального элемента: уравнение равновесия для него гласит, что сумма векторов сходящихся нагрузок равна нулю, соответственно, противодействие силе тяжести, действующей по вертикальной оси, эквивалентно реакции опоры, равной по величине, но противоположной по знаку. Отметим, что полученное значение — лишь часть общей реакции опоры, действующая для данного узла, остальная нагрузка придётся на горизонтальные части пояса.

Узел b

-100 + S 1 = 0
S 1 = 100 кг

Далее перейдём к крайнему нижнему угловому узлу, в котором сходятся вертикальный и горизонтальный сегменты пояса, а также наклонный раскос. Сила, действующая на вертикальный отрезок, вычислена в предыдущем пункте — это давящий вес и реакция опоры. Сила, действующая на наклонный элемент, вычисляется по проекции оси этого элемента на вертикальную ось: из реакции опоры вычитаем действие силы тяжести, затем «чистый» результат делим на sin угла, под которым раскос наклонён к горизонтали. Нагрузка на горизонтальный элемент находится также путём проекции, но уже на горизонтальную ось. Только что полученную нагрузку на наклонный элемент мы умножаем на cos угла наклона раскоса и получаем значение воздействия на крайний горизонтальный сегмент пояса.

Узел a

-100 + 400 - sin(33,69) · S 3 = 0 — уравнение равновесия на ось у
S 3 = 300 / sin(33,69) = 540,83 кг — стержень 3 сжат
-S 3 · cos(33,69) + S 4 = 0 — уравнение равновесия на ось х
S 4 = 540,83 · cos(33,69) = 450 кг — стержень 4 растянут

Таким образом, последовательно переходя от узла к узлу, необходимо вычислить действующие в каждом из них силы. Обратите внимание, что встречно направленные векторы воздействий сжимают стержень и наоборот — растягивают его, если направлены противоположно друг от друга.

Определение сечения элементов

Когда для фермы известны все действующие нагрузки, пора определяться с сечением элементов. Оно не обязательно должно быть равным для всех деталей: пояс традиционно выполняют из проката более крупного сечения, чем детали заполнения. Так обеспечивается запас надёжности конструкции.

где: F тр — площадь поперечного сечения растянутой детали; N — усилие от расчётных нагрузок; R y γ с

Если с разрывающими нагрузками для стальных деталей всё относительно просто, то расчёт сжатых стержней производится не на прочность, а на устойчивость, так как итоговый результат количественно меньше и, соответственно, считается критическим значением. Рассчитать можно на онлайн-калькуляторе, а можно и вручную, предварительно определив коэффициент приведения длины, определяющий, на какой части общей протяжённости стержень способен изгибаться. Этот коэффициент зависит от метода крепления краёв стержня: для торцевой сварки это единица, а при наличии «идеально» жёстких косынок может приближаться к 0,5.

где: F тр — площадь поперечного сечения сжатой детали; N — усилие от расчётных нагрузок; φ — коэффициент продольного изгиба сжатых элементов (определяется по таблице); R y — расчётное сопротивление материала; γ с — коэффициент условий работы.

Также нужно знать минимальный радиус инерции, определяемый как квадратный корень из частного от деления осевого момента инерции на площадь сечения. Осевой момент определяется формой и симметрией сечения, лучше взять это значение из таблицы.

где: i x — радиус инерции сечения; J x — осевой момент инерции; F тр — площадь сечения.

Таким образом, если разделить длину (с учётом коэффициента приведения) на минимальный радиус инерции, можно получить количественное значение гибкости. Для устойчивого стержня соблюдается условие, что частное от деления нагрузки на площадь поперечного сечения не должно быть меньше произведения допустимой сжимающей нагрузки на коэффициент продольного изгиба, который определяется значением гибкости конкретного стержня и материалом его изготовления.

где: l x — расчётная длина в плоскости фермы; i x — минимальный радиус инерции сечения по оси x; l y — расчётная длина из плоскости фермы; i y — минимальный радиус инерции сечения по оси y.

Обратите внимание, что именно в расчёте сжатого стержня на устойчивость отображена вся суть работы фермы. При недостаточном сечении элемента, не позволяющем обеспечить его устойчивость, мы вправе добавить более тонкие связи, изменив систему крепления. Это усложняет конфигурацию фермы, но позволяет добиться большей устойчивости при меньшем весе.

Изготовление деталей для фермы

Точность сборки фермы крайне важна, ведь все расчёты мы проводили методом векторных диаграмм, а вектор, как известно, может быть только абсолютно прямым. Поэтому малейшие напряжения, возникающие вследствие искривлений из-за неправильной подгонки элементов, сделают ферму крайне неустойчивой.

Сначала нужно определиться с размерами деталей внешнего пояса. Если с нижней балкой всё достаточно просто, то для нахождения длины верхней можно воспользоваться либо теоремой Пифагора, либо тригонометрическим соотношением сторон и углов. Последнее предпочтительно при работе с такими материалами, как угловая сталь и профильная труба. Если угол ската фермы известен, его можно вносить как поправку при подрезке краёв деталей. Прямые углы пояса соединяются подрезкой под 45°, наклонные — путём добавления к 45° угла наклона с одной стороны стыка и вычитанием его же с другой.

Детали заполнения вырезают по аналогии с элементами пояса. Основная загвоздка в том, что ферма — изделие строго унифицированное, а потому для её изготовления потребуется точная деталировка. Как и при расчёте воздействий, каждый элемент нужно рассматривать индивидуально, определяя углы схождения и, соответственно, углы подреза краёв.

Довольно часто фермы изготавливают радиусными. Такие конструкции имеют более сложную методику расчёта, но большую конструкционную прочность, обусловленную более равномерным восприятием нагрузок. Изготавливать скругленными элементы заполнения смысла нет, а вот для деталей пояса это вполне применимо. Обычно арочные фермы состоят из нескольких сегментов, которые соединяются в местах схождения заполняющих раскосов, что нужно учитывать при проектировании.

Сборка на метизах или сваривание?

В заключение было бы неплохо обозначить практическую разницу между способами сборки фермы свариванием и с помощью разъёмных соединений. Начать следует с того, что сверление в теле элемента отверстий под болты или заклёпки практически не влияет на его гибкость, а потому на практике не учитывается.

Когда речь зашла о способе скрепления элементов фермы, мы установили, что при наличии косынок длина участка стержня, способного изгибаться, существенно сокращается, за счёт чего можно уменьшить его сечение. В этом преимущество сборки фермы на косынках, которые крепятся сбоку к элементам фермы. В таком случае особой разницы в методе сборки нет: длины сварочных швов будет с гарантией достаточно, чтобы выдержать сосредоточенные напряжения в узлах.

Если же сборка фермы производится стыкованием элементов без косынок, здесь нужны особые навыки. Прочность всей фермы определяется наименее прочным её узлом, а потому брак в сваривании хотя бы одного из элементов может привести к разрушению всей конструкции. При недостаточном навыке ведения сварочных работ рекомендуется провести сборку на болтах или заклёпках с использованием хомутов, угловых кронштейнов или накладных пластин. При этом крепление каждого элемента к узлу должно осуществляться не менее чем в двух точках.

Навесы относят к категории наиболее простых сооружений, которые возводят на загородном или дачном участке. Их используют под самые разные цели: в качестве стоянки автомобилей, участка для складирования и множества других вариантов.

Конструктивно навес крайне прост. Это
- каркас, основным элементом которого являются фермы для навесов, отвечающие за стабильность и прочность конструкции;
- покрытие. Его выполняют из шифера, поликарбоната, стекла или профлиста;
- доборные элементы. Как правило, это элементы украшения, которые располагают внутри сооружения.
Конструкция довольно проста, к тому же весит она немного, поэтому ее можно собрать своими руками сразу на участке.

Однако чтобы получить практичный правильный навес, прежде всего нужно обеспечить его прочность и долгую эксплуатацию. Для этого следует знать, как рассчитать ферму для навеса, изготовить самостоятельно и сварить или купить готовые.

Металлические фермы для навесов

Эта конструкция состоит из двух поясов. Верхний пояс и нижний соединены через раскосы и вертикальные стойки. Она способна противостоять существенным нагрузкам. Одно такое изделие, весящее от 50–100 кг может заменить балки из металла большие по весу в три раза. При правильном расчете металлическая ферма в , швеллеров или не деформируется и не прогибается при воздействии нагрузок.

Металлический каркас одновременно испытывает несколько нагрузок, поэтому так важно знать, как рассчитать металлическую ферму, чтобы точно найти точки равновесия. Только так конструкция сможет противостоять даже очень высоким воздействиям.

Как выбрать материал и правильно варить их

Создание и самостоятельная установка навесов возможны при небольших габаритах сооружения. Фермы для навесов в зависимости от конфигурации поясов могут быть изготовлены из профилей или стальных уголков. Для относительно небольших конструкций рекомендуется выбирать профильные трубы.

Подобное решение имеет ряд преимуществ:
- Несущая способность профильной трубы напрямую связана с ее толщиной. Чаще всего для сборки каркаса используют материал с квадратом 30-50х30-50 мм в сечении, а для сооружений небольшого размера подойдут трубы и меньшего сечения.
- Для металлических труб характерна большая прочность и это при этом, что они весят намного меньше, чем цельный брусок из металла.
- Трубы сгибаются – качество необходимое при создании криволинейных конструкций, например, арочных или купольных.
- Цена фермы для навесов относительно небольшая, поэтому купить их не составит особого труда.
На заметку
Металлический каркас прослужит значительно дольше, если защитить его от коррозии: обработать грунтовкой и покрасить.
- На такой металлический каркас можно удобно и достаточно просто уложить практически любую обрешетку и кровлю.
Способы соединения профилей

Как можно сварить навес

Среди главных достоинств профильных труб следует отметить безфасоночное соединение. Благодаря такой технологии, ферма для пролетов, не превышающих 30 метров, получается конструктивно простой и обходится относительно недорого. Если ее верхний пояс достаточно жесткий, то кровельный материал можно опереть непосредственно на него.

Безфасоночное сварное соединение обладает рядом достоинств:
- существенно снижается масса изделия. Для сравнения отметим, что клепанные конструкции весят на 20%, а болтовые – на 25 % больше.
- снижает трудозатраты и расходы на изготовление.
- стоимость сварки небольшая. Более того, процесс можно автоматизировать, если использовать аппараты, которые позволяют бесперебойно подавать сварную проволоку.
- полученный шов и присоединяемые детали получаются одинаково прочными.
Из минусов следует отметить необходимость наличия опыта проведения сварочных работ.

Крепление на болты

Болтовым соединением профильных труб пользуются не так уж редко. Преимущественно его используют для разборных конструкций.

К основным преимуществам такого вида соединения относят:
- Простую сборку;
- Отсутствие необходимости в дополнительном оборудовании;
- Возможный демонтаж.
Но при этом:
- Увеличивается вес изделия.
- Потребуются дополнительные крепежные детали.
- Болтовые соединения менее прочные и надежные, нежели сварные.
Как рассчитать металлическую ферму для навеса из профильной трубы

Возводимые сооружения должны быть достаточно жесткими и прочными, чтобы противостоять различным нагрузкам, поэтому перед их монтажом необходимо выполнить расчет фермы из профильной трубы для навеса и составить чертеж.

При расчете, как правило, прибегают к помощи специализированных программ с учетом требований СниП («Нагрузки, воздействия», «Стальные конструкции»). Можно рассчитать металлическую ферму онлайн, пользуясь калькулятором расчета навеса из металлопрофиля. При наличии соответствующих инженерных знаний расчет можно провести и собственноручно.

На заметку
Если известны главные параметры конструкции, можно поискать подходящий готовый проект, среди выложенных в интернете.

Проектные работы выполняют на основе следующих исходных:
- Чертеж. От типа крыши: одно- или двускатная, шатровая или арочная, зависит, конфигурация поясов каркаса. Самым простым решением можно считать односкатную ферму из трубы профильной.
- Размеры конструкции. Чем с большим шагом будут установлены фермы, тем нагрузка, которой они смогут противостоять, будет больше. Важен также угол наклона: чем он больше, тем легче будет сходить снег с кровли. Для расчета понадобятся данные об экстремальных точках ската и их удаленности друг от друга.
- Размеры элементов кровельного материала. Они играют решающую роль в определении шага ферм для навеса, скажем, . Кстати, это самое популярное покрытие для сооружений, устраиваемых на собственных участках. с легкостью сгибаются, поэтому они подходят для устройства криволинейных покрытий, к примеру, арочных. Все что при этом важно, так это только то, как правильнорассчитать навес из поликарбоната.
Расчет металлической фермы из профильной трубы для навеса выполняют в определенной последовательности:
- определяют величину пролета, соответствующую техзаданию;
- чтобы вычислить высоту конструкции, по представленному чертежу подставляют размеры пролета;
- производят задание уклона. Соответственно оптимальной форме кровли сооружения определяют контуры поясов.
На заметку
Максимально возможный шаг ферм для навеса при использовании профильной трубы равен 175 см.

Как сделать ферму из поликарбоната

Первым этапом изготовления своими руками ферм из профильной трубы для навеса является составление детального плана, на котором должны быть указаны точные размеры каждого элемента. Кроме этого желательно подготовить дополнительный чертеж конструктивно сложных деталей.

Как видите, до того, как самому изготовить фермы, необходимо хорошо подготовиться. Отметим еще раз, что в то время как при выборе формы изделия руководствуются эстетическими соображениями, то для определения конструктивного типа и количества составляющих элементов требуется расчетный путь. При проверке на прочность металлической конструкции обязательно нужно учесть также данные об атмосферных нагрузках в данном регионе.

Дуга считается предельно упрощенной вариацией фермы. Это – одна профилированная труба, имеющая круглое либо квадратное сечение.

Очевидно, что это не только самое простое решение, оно и обходится дешевле. Тем не менее дуги для навеса из поликарбоната имеют определенные недостатки. В частности это касается их надежности.

арочные навесы фото

Проанализируем, каким образом распределяется нагрузка в каждом из этих вариантов. Конструкция фермы обеспечивает равномерное распределение нагрузки, то есть сила, воздействующая на опоры, будет направлена, можно сказать, строго вниз. Это значит, что опорные столбы отлично противостоят усилиям на сжатие, то есть могут выдержать дополнительное давление снежного покрова.

Дуги такой жесткостью не обладают и не способны распределять нагрузку. Чтобы компенсировать такого рода воздействие, они начинают разгибаться. В результате возникает сила, возложенная на опоры в верхней части. Если учесть, что она приложена к центру и направлена горизонтально, то малейшая ошибка в расчете основания столбов, по меньшей мере, вызовет их необратимую деформацию.

Пример расчета металлической фермы из профильной трубы

Расчет такого изделия предполагает:
- 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.
В треугольных металлоконструкциях высота составляет 1/5 или ¼ часть длины, для остальных типов с прямолинейными поясами, к примеру, параллельными или полигональными – 1/8 часть.
- 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.
В качестве примера рассмотрим расчет ферм стандартного односкатного сооружения 4х6 м.

В конструкции используется профиль 3 на 3 см, стенки которого имеют толщину в 1,2 мм.

Нижний пояс изделия имеет длину 3,1 м, а верхний – 3,90 м. Между ними устанавливают вертикальные стойки, выполненные из такой же профильной трубы. Самая большая из них имеет высоту 0,60 м. Остальные вырезают по степени убывания. Можно ограничиться тремя стойками, расположив их от начала высокого ската.

Участки, которые образуются при этом, усиливают, установив раскосые перемычки. Последние изготовлены из более тонкого профиля. К примеру, для этих целей подойдет труба сечением 20 на 20 мм. В месте схождения поясов стойки не нужны. На одном изделии можно ограничиться семью раскосами.

На 6 м длины навеса используют пять подобных конструкций. Их укладывают с шагом в 1,5 м, соединяя дополнительными перемычками поперечного расположения, выполненными из профиля сечением 20 на 20 мм. Их фиксируют к верхнему поясу, расположим с шагом 0,5 м. Панели поликарбоната крепят непосредственно к этим перемычкам.

Расчет арочной фермы

Изготовление арочных ферм также требует точных расчетов. Это связано с тем, что возложенная на них нагрузка распределится равномерно, только если созданные дугообразные элементы будут иметь идеальную геометрию, то есть правильную форму.

Рассмотрим подробнее, как создать арочный каркас для навеса с пролетом в 6 м (L). Расстояние между арками примем в 1,05 м. При высоте изделия в 1,5 метра архитектурная конструкция будет смотреться эстетично и сможет противостоять высоким нагрузкам.

При расчете длины профиля (mн) в нижнем поясе пользуются следующей формулой длины сектора: π R α:180, где значения параметров для данного примера в соответствии с чертежом равны соответственно: R= 410 см, α÷160°.

После подстановки имеем:

3,14 410 160:180 = 758 (см).

Узлы конструкции следует расположить на нижнем поясе на расстоянии 0,55 м (с округлением) друг от друга. Положение крайних рассчитывают индивидуально.

В случаях когда длина пролета меньше 6 м, сваривание сложных металлоконструкций часто заменяют на одинарную либо двойную балку, согнув металлический профиль под заданным радиусом. Хотя при этом необходимости в расчете арочного каркаса нет, однако правильный подбор профилированной трубы по-прежнему остается актуальным. Ведь от ее сечения зависит прочность готовой конструкции.

Расчет арочной фермы из профильной трубы онлайн

Как рассчитать длину дуги для навеса под поликарбонат

Длину дуги арки можно определить по формуле Гюйгенса. На дуге отмечают середину, обозначив ее точкой М, которая находится на перпендикуляре СМ, проведенном к хорде АВ, через ее середину С. Затем нужно измерить хорды АВ и АМ.

Длина дуги определяется по формуле Гюйгенса: p = 2l x 1/3 x (2l – L), где l – хорда АМ, L – хорда АВ)

Относительная погрешность формулы равна 0,5%, если дуга АВ содержит 60 град, а при уменьшении угловой меры погрешность значительно падает. Для дуги в 45 град. она составляет всего 0,02%.