Расчёт и конструирование опорного узла фермы

Навесы на металлическом каркасе облегчают быт. Они защитят автомобиль от непогоды, прикроют летнюю веранду, беседку. Заменят крышу мастерской или козырек над подъездом. Обратившись к профессионалам, вы получите какой угодно навес. Но многие и сами справятся с работой по монтажу. Правда, понадобится точный расчет фермы из профильной трубы. Не обойтись и без соответствующего оборудования, материалов. Конечно, также нужны навыки сварки и резки.

Особенности использования металлических ферм

При строительстве часто используются фермы различных видов. Долгое время их делали из деревянных брусьев и досок. Однако металлические конструкции имеют перед ними существенные преимущества:

  1. Если имеют место механические нагрузки, то это не приводит к деформации.
  2. Из-за того, что металлические фермы полые, они имеют относительно небольшой вес.
  3. Тот, кто строит частный жилой дом, может позволить себе купить такую конструкцию.
  4. Использование металлических частей даёт возможность создавать фермы, имеющие сложную конфигурацию. При этом не происходит потери прочности.
  5. В отличие от деревянных конструкций, металлические — не являются пожароопасными.
  6. Нет опасности — пострадать от грибка или насекомых.

Покраска конструкцииИсточник

Программы для расчёта навеса на Windows

Простые программы, которые помогают в расчёте веса конструкций из металлического профиля:

Metcalc

Онлайн-калькулятор Metcalc с бесплатным доступом для расчёта массы металлических изделий. Для работы в нём достаточно задать основные технические параметры (длину и сортамент, габариты и толщину стенок профиля).

Калькулятор металла ©

В программу заложены все существующие ГОСТы, она выдаёт стабильно точные результаты. Также она умеет делать обратные расчёты, то есть при указании массы и типоразмера выдаёт длину проката.

«»

Программа отличается от предыдущих тем, что позволяет производить расчёт материалов для арочных конструкций. Программа предельно проста в использовании. Нужно задать основные параметры арки (ширина, длина и высота) и нажать «рассчитать».

После этого пользователь получает общую длину изгиба и полную площадь навеса. Минус калькулятора – отсутствие в расчётах радиуса изгиба.

Программа для расчётов арочного навеса

Программа «Сопромат», которая умеет выполнять полноценные расчёты металлоконструкций. Софт бесплатный и подходит для вычисления параметров статически неопределённых рам, балок и ферм. Для расчётов она использует метод конечных элементов.

Сервис подойдёт практикующим строителям-инженерам и студентам для создания курсовых и дипломных работ.

Функционал программы достаточно широкий и включает:

  • расчёт реакции у опор;
  • определение перемещений в узлах;
  • строительство эпюр (Q, M, P);
  • сохранение чертежей и эскизов в разных форматах;
  • экспорт созданных файлов в DXF чертежах.

Программа-конструктор для проектирования навесов

Sopromatguru

Функционал этой программы Sopromatguru частично доступен бесплатно. Возможностей этого сервиса хватает даже для инженеров. Он умеет рассчитывать статически определимые системы, определять перемещения в узлах, рассчитывать реакции опор, реакции эпюры и сохранять ссылку на результаты расчётов.

Пока программа используется для расчёта горизонтальных балок, но, по заверениям разработчиков, скоро в ней будет доступен расчёт ферм.

Стоимость программы можно назвать символической. Платить нужно за каждый произведённый расчёт. У сайта приятный интуитивно понятный интерфейс, что облегчает рабочий процесс.

Стартовая страница «Сопроматгуру»

«Ферма»

Полностью бесплатная десктоп-программа. Умеет рассчитывать плоские статически определённые и неопределённые фермы, сохранять полученные результаты.

Скачать программу можете по ссылке.

Проект начинается с задания геометрических параметров фермы, в которые входят размеры стержней, точки присоединения и положение раскосов, возможные нагрузки и высоты.

Программа в расчётах использует метод вырезания узлов, что позволяет с высокой точностью определять реакции опор и усилия в стержнях.

Программа для расчёта навеса из профильной трубы

SCAD Office

Программный комплекс SCAD office с большим количеством функций, созданный специально для профессионалов. В его состав включено несколько утилит, которые умеют вычислять параметры отдельных элементов стальных, деревянных и даже каменных конструкций.

Читайте также:  Безопасная теплоизоляция из целлюлозы — утепление кровли эковатой

С их помощью можно проектировать монолитные железобетонные перекрытия, строить сечения и рассчитывать коэффициенты постели строения и многое другое. Программа платная, как и большинство профессионального софта.

В России и СНГ среди инженеров наиболее известна программа «ПК Лира», используемая для определения расчётов параметров строительных конструкций из материалов разного типа.

Что такое ферма

Фермой называют стержневую систему, основу строительной конструкции. Состоит она из прямолинейных элементов, соединяемых в узлах. Например, рассматривается конструкция фермы из профильной трубы, в которой отсутствует расцентровка стержней и нет внеузловых нагрузок. Тогда в ее составных частях возникнут лишь усилия растяжения и сжатия. Механика этой системы позволяет ей сохранять геометрическую неизменность при замене жестко крепящихся узлов на шарнирные.

Пример устройства сварной стержневой системы

Ферма состоит из следующих элементов:

  • верхний пояс;
  • нижний пояс;
  • стойка, перпендикулярная к оси;
  • подкос (или раскос), наклонный к оси;
  • вспомогательный опорный раскос (шпренгель).

Система решетки  быть треугольной, раскосной, полураскосной, крестовой. Для соединения используются косынки, парные материалы, клепки, сварные швы.

Варианты крепления в узлах

Изготовление ферм из профильной трубы подразумевает сборку пояса с определенными очертаниями. По типу они бывают:

  • сегментные;
  • полигональные;
  • двускатные (или трапецеидальные);
  • с параллельными поясами;
  • треугольные (д-и);
  • с поднятым ломаным нижним поясом;
  • односкатные;
  • консоль.

Типы по очертаниям поясов

Одни системы проще в монтаже, другие экономичнее по расходу материалов, третьи легче по устройству опорных узлов.

Опирание фермы на металлическую колонну (сбоку)

Для обеспечения жёсткости к колонне крепят опорные узлы нижнего и верхнего пояса.

Опорный узел верхнего пояса состоит из фасонки фермы и опорного листа. Опорный узел нижнего и верхнего пояса центрируется на ось опорного листа. Опорный узел нижнего пояса состоит из фасонки фермы, опорного листа и опорного столика.

Зазор между стержнями фермы и опорным листом принимается не менее 50 мм.

Толщина опорного листа принимается не менее 20 мм, ширина — из условия расположения болтов, крепящих опорный лист к колонне, высота — из условия прочности сварных швов, крепящих фасонку фермы к опорному листу.

Опорный столик изготовляется в виде планки из листа или уголка с обрезной полкой. Ширина опорного столика больше ширины опорного листа на 10…20 мм, высота определяется из условия прочности сварных швов, крепящих опорный столик к колонне.

Нижний опорный узел.

Толщину опорного листа принимаем , ширину с отверстиями под болты М 24. Высоту принимаем на 50 мм больше высоты опорной фасонки .

Проверяем прочность сварных швов, прикрепляющих опорную фасонке к опорному листу, приняв катет шва , расчётную длину шва

Вывод: принятые размеры сварных швов удовлетворяют условию прочности при срезе.

Проверяем прочность опорного листа при смятии. Расчётное сопротивление при смятии определяем по таблице 8.2. с учётом коэффициента условия работы

Вывод: принятые размеры опорного листа удовлетворяют условию прочности при смятии. Ширину опорного столика принимаем:

Определяем высоту опорного столика из условия прочности сварных швов, крепящих опорный столик к колонне. Толщину опорного столика принимаем . Сварные швы, крепящие опорный столик принимаем с катетом .

Учитывая некоторый эксцентриситет в передаче нагрузки, расчёт ведём на опорную реакцию увеличенную на 25%, тогда требуемая расчётная длина одного сварного шва будет равна:

Рисунок 3.3

Рабочая длина сварного шва .

Принимаем высоту опорного столика .

Верхний опорный узел.

Размеры опорной фасонки принимаем конструктивно, из условия размещения сварных швов, крепящих верхний пояс, т.к. усилие в верхнем поясе равно нулю, то длину швов принимаем не менее ширины полки уголка .

Зазор между опорным листом и стержнем верхнего пояса не менее 50 мм. Высота фасонки определяется из условия наложения шва у обушка уголка, т.е. выпуск фасонки за обушок = 20 мм и развитие высоты фасонки в направлении узловой нагрузки (. Толщину опорного листа принимаем 20 мм, высоту — 270 мм, ширину 200 мм.

Читайте также:  Композитная черепица плюсы и минусы этого оригинального типа кровли

Проверяем прочность сварных швов, крепящих опорный лист к фасонке,приняв катет шва , расчётную длину шва

Вывод: принятые размеры сварного шва удовлетворяют условию прочности при срезе.

Подробнее о фермах

Фермы — это специальный каркас, включающий несколько постоянных элементов. Основу составляют два пояса (верхний и нижний), укрепляющие стойки с вертикальным расположением, и усиливающие раскосы, устанавливаемые по диагонали. Все элементы соединяются посредством сварки. Правильно сваренные фермы как из профильной трубы, так и из уголка, способны выдерживать большие нагрузки, и служить длительное время.

Это изделие можно сделать своими руками из квадратного профиля. Сечение выбирается исходя из длины пролета между опорами и высоты фермы. Для небольшого навеса, под которым будет стоять машина, подойдет труба 30 х 30 мм или 50 х 50 мм. Из нее свариваются верхний и нижний пояс, а также вертикальные стойки внутри конструкции. Раскосые перемычки можно выполнить из профиля меньшего сечения. Альтернативным вариантом материала может послужить уголок с шириной стенки 30 — 50 мм.

Такие фермы успешно подойдут, чтобы:

Примеры расчета

Подбирая трубы для металлических ферм, стоит отталкиваться от следующих рекомендаций:

  • Для обустройства конструкций шириной менее 4,5 м подойдут трубы сечением 40х20 мм с толщиной стенки в 2 мм;
  • При ширине конструкции от 4,5 до 5,5 м подойдут 40-мм квадратные профильные трубы с 2-мм стенкой;
  • Для металлоконструкций большего размера подойдут такие же трубы, как и в предыдущем случае, но с 3-мм стенкой, или же трубы сечением 60х30 мм с 2-мм стенкой.

Последним параметром, которому также стоит уделять внимание при расчетах, является стоимость материалов. Во-первых, нужно учитывать стоимость труб (помня при этом, что цена труб определяется их весом, а не длиной). Во-вторых, стоит поинтересоваться стоимостью комплексных работ по изготовлению металлоконструкций.

Стропильные фермы деревянные: отличное качество и надежность

Стропильные фермы деревянные, через жесткие конструкции которых нагрузка передается на несущие стены строения, пришли к нам из Европы. Расчет и конструирование под каждое здание производится индивидуально. Это не только упрощает устройство крыши и значительно ускоряет процесс, но обеспечивает также отличное качество и прочность.

Решетчатые деревянные фермы сегодня нередко изготавливаются в заводских условиях на деревообрабатывающих предприятиях. Материалом для них служит древесина, соответствующим образом высушенная и заранее обработанная специальными средствами.

Элементы и узлы

Основные конструкционные элементы ферм из труб могут быть представлены верхним и нижним поясами, а также раскосами и стойками. Пояса в таких фермах образуют контуры, а наличие раскосов и стоек необходимо для обустройства решётки. Узловые соединения всех элементов конструкции базируются на непосредственном примыкании элементов друг к другу или основаны на использовании специальных узловых фасонок.

Конструкция стропильной фермы

Все элементы металлических ферм необходимо центрировать по осевому направлению от центра тяжести, что позволяет снизить узловые моменты и обеспечить работу стержней на основные осевые усилия.

Нормативы расчета профиля для фермы

Для правильного выбора профиля, особенно, если он будет использоваться в крупных конструкциях, следует отталкиваться от показателей СНиП:

  • 07-85 – сведения о характере зависимости между весом конструкционных элементов сооружения и воздействием снежных нагрузок;
  • П-23-81 – последовательность проведения работ со стальными профильными трубами.

Для наглядности, рассмотрим реальный пример расчетов для односкатной фермы из профильной трубы. Строиться будет навес с размерами 4,7×9 метров. В передней части он должен опираться на опорные столбы, а задняя часть будет закреплена на жилом доме. Расположена постройка будет в Краснодарском крае, где уровень снеговой нагрузки в зимнее время составляет 84 кг/м 2 . Общий уклон конструкции составит всего 8 градусов.

Каждая из стоек будет иметь высоту в 2,2 метра, и весить порядка 150 кг. При этом нагрузка на них будет достигать 1100 кг. В таком случае неприемлемы ни круглые, ни овальные профильные трубы. Воспользоваться нужно квадратными 45 мм профилированными изделиями с толщиной стенки в 4 мм.

Читайте также:  Внутренняя отделка мансарды – делаем уютную комнату

Как вариант, конструкцию фермы можно слегка видоизменить, добавив к ней 2 параллельно идущих пояса с косой решеткой между ними, в таком случае можно обойтись профилями со стенкой 3 мм и сечением 25 мм. Высота фермы в 40 см предполагает использование профилированных труб сечением 35 мм и стенками в 4 мм.

Нормативы расчета профиля для фермы

Соотношение сечения профиля и толщины стенок в зависимости от нагрузки можно найти в ГОСТ 30245.

Чтобы профили в арочной ферме были защищены от воздействия окружающей среды и были надежны, они должны быть изготовлены из качественного материала, предпочтительно, из легированной стали с достаточным включением углерода.

При разработке проекта металлической фермы стоит обращать внимание на ряд нюансов:

Нормативы расчета профиля для фермы
  • чтобы облегчить общий вес металлической фермы, можно при строительстве ангара установить вспомогательные решетки – вариант приемлем, если наклон крыши достаточно мал;
  • ломаная форма нижнего пояса поможет существенно сократить массу конструкции со средним углом уклона;
  • прочность кровли можно обеспечить, если размещать фермы с шагом не более 175 см.

Сборка и сварка ферм из профилированных металлических труб должна производиться с соблюдением таких норм:

  1. Для прочного соединения всех конструкционных деталей сооружения применяют спаренные уголки и прихватки.
  2. В нижнем поясе для сварки элементов используются равносторонние уголки.
  3. Для верхнего пояса фермы при сварке используют двутавровые уголки. Фиксируются встык они по наименьшим сторонам, имеющим различную длину.
  4. Чтобы нагрузка была равномерно распределена по всей конструкции, используют парные швеллеры и пластины-накладки. Как правило, таким приемом пользуются, когда нужно сделать навес длиннее.
  5. Все сварные швы по завершении работ нужно тщательно перепроверить. После этого можно произвести зачистку.
  6. Если нужно, то в конце производится окрашивание фермы антикоррозийным составом. Если же профиль из легированной стали, то в покраске он не нуждается.
Нормативы расчета профиля для фермы

Металлические фермы для навеса — одни из самых элементарных строений. Их часто возводят на дачных участках и территориях загородных домов. Это простые конструкции из каркаса, покрытия и дополнительных элементов. Из них можно сделать навес, закрывающий место, выделенное под хранение вещей, или создать мини-стоянку для автомобиля . Всю сборку можно сделать самостоятельно, но чтобы ферма получилась прочной и долговечной, необходимы правильные расчеты.

Навесы предназначены для обеспечения места под хранение вещей или возведения мини-стоянки для машины

Полезные советы – как сварить правильно

Ознакомившись с технологией сборки решетчатых ферм, достаточно просто устанавливается легкий и прочный каркас для кровли или светопрозрачного материала.

При этом желательно учитывать некоторые нюансы:

  • Если требуется прочная и надежная конструкция, то больше подойдет металлическая труба в виде квадрата.
  • Для большей жесткости главные элементы фермы соединяются с применением металлических уголков и прихваток.
  • При креплении деталей фермы в верхнем поясе желательно применить двутавровые разносторонние уголки, соединяя детали с более узкой стороны.
  • При креплении деталей нижнего пояса используют равносторонние уголки (двутавровые).
  • Для соединения основных частей конструкции из металла большой длины используют накладные пластины из металла.

Ну и самое главное – это решить, как сварить ферму из профильной трубы. Особенно это актуально, если ее нужно сделать тут же, на строительной площадке. Подобные конструкции собираются с помощью сварки, а поскольку к качеству сварочных работ предъявляются высокие требования, то без хорошего сварщика и оборудования здесь никак не обойтись.

Стойки фермы крепятся под прямыми углами, а раскосы – под углами в 45 градусов. Для начала лучше заняться заготовкой основных и вспомогательных элементов фермы, порезав профильную трубу на отрезки, согласно размерам, указанным на рабочих чертежах. После этого приступают к сварке конструкции на земле, постоянно контролируя геометрические размеры.

В процессе сварки нужно контролировать качество каждого сварного шва. Это очень важно, поскольку ферма находится на высоте и несет определенную опасность для окружающих.