Какие бывают фермы перекрытий: деревянные, металлические и другие

В переводе с латинского термин «ферма» означает прочный, а фактически, это прямолинейные стержни, соединенные в узлах, куда прикладывается совокупность сил.

Точное понятие о предмете, расчетах и нагрузках дает сопромат и строительная механика.

Особенность стержневой системы в ее геометрической неизменности, когда при необходимости заменяют жесткие узлы на шарнирные. Если отсутствует расцентровка и вне узловая нагрузка, в элементах создается усилие на растяжение и сжатие.

Применялись фермы с древних времен, сейчас выпускают в основном для строительной индустрии, элементы отличаются по материалам изготовления, конструктивным особенностям и назначению.

Что это за балки?

Историки считают, что первым инженерным сооружением у древнего человека была ферма. Сейчас даже дети могут создать, эту уникальную по сути строительную конструкцию в виде шалаша. Более ценным примером служит скатная крыша со стропилами, стойками и раскосами.

Получается, что собрать подобного вида сооружение смогут все, но не многим дано делать расчет сечения стержней по заданным нагрузкам. Здесь главенствует сложная наука сопромат. Среди студентов даже ходит поверье, кто сдаст этот предмет без проблем, может создавать семью. А потребность в сквозных стержневых конструкциях увеличивается. В состав которых входит:

• верхний и нижний пояс;
• решетки;
• вертикальные стойки;
• наклонные раскосы.

Фермы отличаются от строительных балок постоянным сечением и прочностными свойствами материалов изготовления, на них будут воздействовать максимальные нагрузки. Эти строительные элементы могут менять только высоту.

Размер параметра зависит от пролетов. Хотя фермы, это те же балки перекрытия только не сплошные, а сквозные, которыми также перекрывают расстояние между опорами здания. Для производства применяют материал:

• древесину;
• металл;
• железобетон;
• пластик.

Справка. При изготовлении изделий используют в основном только жесткие узлы. На шарнирные происходит условная замена, чтобы максимально упростить расчеты.

К примеру:

Определение номинального напряжения конструкции, показанной на рисунке происходит по стандартным уравнениям равновесия. С жесткими узлами сооружение становится статистически неопределимой системой. А условная замена на шарнирные позволяет получить близкий по значению результат.

Классификация по разным направлениям

Конструкторы создали в большом количестве, разные по формам и видам строительные фермы перекрытия. Конструктивным элементам понадобилась сортировка. В общую классификацию входят описание основных параметров.

По признакам определяют:

• назначение;
• материал изготовления;
• конструктивные особенности – тип поясов, решеток и способ опирания.

Конструкции бывают:

• обычными;
• комбинированными;
• с напряжением.

Элементы отличаются величиной усилий, их выпускают:

• легкими, одностенчатыми;
• тяжелыми, двустенчатыми, применяют для крупных сооружений.

Балку характеризует назначение:

• башенное;
• крановое;
• мостовое;
• опорное;
• стропильное;
• гидротехническое;
• транспортное.

Конструктивные особенности отличаются поясами двухпоясными и трехпоясными, которые имеют высокое сопротивление на изгиб горизонтальных плоскостей с повышенной устойчивостью на сжатие по периметру. Внешний контур наделен определенными габаритами, длиной, высотой и уклоном, имеет тип:

• вспарушный;
• параллельный;
• рыбчатый;
• многоугольный;
• параболический;
• трапецеидальный;
• треугольный.

Обратите внимание. На общественных зданиях применяют установку вспарушных и рыбчатых конструкций. В промышленном строительстве используют параллельные пояса.

Внешним контуром воспринимаются продольные силы, на решетки приходятся поперечные нагрузки.

Решетки тоже устанавливают разные:

• крестовые;
• раскосные;
• ромбические;
• треугольные.

Сооружения опираются на опоры в виде колонн, стен, подстропильных балок. Отсюда произошло разделение на тип:

• балочный;
• двух или многоопорный;
• арочный;
• вантовый;
• рамный;
• комбинированный.

Поперечное сечение стальных конструкций определяется по виду прокатного профиля:

• уголка;
• трубы;
• швеллера;
• тавра или двутавра.

У металлических ферм крепят прогоны, устанавливают уголки с резьбой для болтов.
Односкатные кровли строят с деревянными фермами, опирание стропильных ног осуществляется на стены строения.

У двускатных кровель висячих, наслонных и арочных, стропила ставят на мауэрлат, внутреннюю стену, поддерживают прогоном.

Открытые профили при парном соединении больших по длине элементов, могут функционировать по отдельности.

Когда происходит сжатие, чтобы они не сгибались в разные стороны, необходима установка соединительных прокладок. Если соединение осуществляют встык, применяют фасонку, уровень толщины которой зависит от нагрузок.

Требования к материалам

Конструкция должны быть надежной, крепкой и устойчивой, так как на ферму приходятся основные нагрузки. Чтобы в узлах или точках крепления, самого слабого звена был надлежащий уровень жесткости, сборку выполняют без зазоров в местах соединения. Изготовление происходит в соответствии с нормативными документами:

1. ГОСТ 20372-2015 – нормы на подстропильные сооружения, действует с 01.01.2017 г.
2. ГОСТ 27579-88 – регулирует производство стальных ферм.
3. ГОСТ 20213-2015 – указывает на технические условия железобетонных конструкций.
4. ГОСТ 19425-74 – ГОСТ 7566-94 – установлены размеры, правила по маркировкам для двутавровых балок.

Стандарты разработаны для конкретизации общих строительных правил:

• СП 48.13330.2019;
• СП 70.13330-2011;
• СНиП 3.03.01-87.

Характеристики

В зависимости от типа пояса, конструктивных форм, выпускают разные по размерам балки (6, 8, 12 метров). Стандартные параметры указаны в таблице:

Решетки тоже имеют характерные особенности:

Расчет

Ученые из сферы математики, механики разработали и применяют простые и сложные методы для расчета нагрузок.

Справка. При использовании аналитического способа строят графики сил, рассекают конструкцию. Сквозное сечение с вырезкой узлов подойдет для расчета статически определяемой фермы.

Для этого нагрузки на балку сводят к слабым точкам соприкосновений со стеной. Находят реакцию опор по аксиоме из теоретической механики. Где говорится, что несвободные тела можно принять за свободные, если их связи заменить действием реакций сил, которые ограничивают движение тел.

В данном случае используют уравнения равновесия. Берут узел с 2 стержнями, условно убирают его, заменяют, разрезанные стержни на их реакции, направленные из элемента. По правилу знаков у растянутого стержня положительная сила.

Расчет сооружений выполняют специалисты на стадии проектирования объекта, правильность которых влияет на безопасность эксплуатации сооружения. Самостоятельно можно определить нагрузки, которые выдержит конструкция в узлах. Основные силы распределяются по типу:

1. Постоянному, куда входит вес фермы вместе с системой.
2. Временному – усилия подвесных устройств.
3. Кратковременному – атмосферные осадки и ветра.

Постоянное расчетное усилие определяют с учетом площади, где будет собираться груз. К примеру, чтобы рассчитать кровельную нагрузку применяют формулу:

S = (m + m1 : cos a) x c

Где:

• m – вес конструкции вместе со связями;
• m1 – масса объекта;
• a – горизонтальный наклон в верхнем поясе;
• c – расстояние между балками.

Грамотное проектирование стропил делает строительство крыши на порядок дешевле.

Расчет фермы на видео:

Процесс монтажа своими руками

Монтаж сооружений из любого материала происходит в соответствии с чертежами. Крупные элементы поднимают стреловыми кранами, используют оттяжки, чтобы снизить раскачивание конструкции.

Справка. Для крепления к железобетонным колоннам и кирпичным стенам используют анкерные болты. Устройство начинают с того участка, где предусмотрено расположение связей.

Первые балки крепят с расчалками, их снимают после закручивания болтов, сваривания стыков.

Плюсы и минусы применения

Каждая конструкция вне зависимости от характеристик имеет свои преимущества и недостатки по сравнению с аналогичными продуктами, но из другого материала.

Плюсы деревянных устройств:

• легкие для обустройства;
• отличный уровень несущей способности;
• хорошая звукоизоляция;
• сравнительно небольшой вес.

Недостатки:

• у стандартных балок меньше толщина перекрытия;
• сложное производство высококачественных изделий;
• высокая стоимость.

Металлические сооружения отличаются:

• длительным сроком эксплуатации;
• низкими транспортировочными расходами;
• высокой прочностью.

Но металлический каркас трудно установить из-за значительного веса конструкции.

Средние расценки

Стоимость изделий нужно уточнять непосредственно у продавца или производителя. Для примерной ориентации можно ознакомиться с расценками из разного временного периода.

Прайс лист на фермы из металла:

В Москве изготовят изделие для навесов из профильных труб, конструкцию для коттеджа за 5500 руб. Любой вид продукции – профильный, арочный, для ангаров и гаражей предлагают купить в Михеево за 4300 руб. В Омске можно приобрести стропильную ферму за 1200 руб. В Тюмени продают железобетонные балки по 2500 руб.

Заключение

Ферма сооружение серьезное, поэтому не стоит самостоятельно приступать к изготовлению или монтажу, если на это нет профессиональных навыков.

И расчет лучше доверить проектировщику, так как для этого используют сложные формулы, нужны специальные знания. Цены постоянно меняются, их необходимо уточнить ближе к началу строительства.