Металлические фермы: самостоятельный расчет и особенности изготовления

Сварка — способ соединения деталей, который дает возможность создать конструкцию самой сложной конфигурации – под любым углом и наклоном.

Профильные трубы часто применяют для создания каркаса для теплиц, заборов и других ограждений, беседок и т.д. Все металлические трубы соединяются с помощью сварки различных видов, при выборе требуется учитывать толщину стенок.

Варианты крепежных элементов для соединения труб

Профильный трубопрокат применяется для сборки каркасных конструкций. Трубные профили с квадратным, прямоугольным и фигурным сечениями не используются при прокладке трубопроводов ввиду того, что в них возникает сильное внутреннее сопротивление.

Для соединения профильных труб без сварки используются различные крабы-соединители, муфты, фланцы и хомуты. Такие крепления условно можно разделить на две категории:

• плавающие, к которым относятся стяжки и клипы;
• жесткие — это соединительные крабы, фланцы, фитинги, скобы.

Крабы для монтажа трубопроката представляют собой систему хомутов и могут иметь плоскостное и объемное соединение. Первый тип крепежа для профильной трубы бывает трех видов:

1. Т-образный, позволяющий соединить три трубы небольших диаметров. Благодаря этому монтаж конструкции осуществляется по простой и понятной схеме.
2. Г-образный, используемый для углового соединения двух труб.
3. Х-образный, обеспечивающий надежную фиксацию трех и четырех труб крестообразным способом в середине металлоконструкции.

Объемное соединение обеспечивается благодаря трех- и четырехчастным краб-системам, когда трубы соединяются под углом 90° в разных плоскостях по осям Х, Y и Z.

Фитинговые крепежи применяются для соединения трубопроката, когда есть необходимость создать изгибы и ответвления. В основном их можно встретить в сборке водопроводных сетей, но их разновидности нашли применение и в монтаже различных металлоконструкций, и построек из трубного профиля. Они бывают нескольких видов:

1. Муфты и фланцы. Применяются для обеспечения надежной стыковки трубопроката по прямой. Бывают круглого и квадратного сечения.
2. Повороты и колена. Необходимы для обеспечения соединения труб с разными осями направления.
3. Тройники и крестовины. Используются на ответвлениях конструкции. Этот вид фитингов позволяет соединить профили с разными размерами сечений.

Все проектируемых мной типы узлов металлических конструкций

Крепление стоек к фундаменту

В основном жесткая работа в одном направлении, а в другом, для существенной экономии уже податливая. И для устранения этого минуса в этой плоскости применяются связи, расщепляющие все стойки. Расчёт сводиться к определению толщины опорной пластины с учётом рёбер жёсткости или без них,а также проверка прочности на растяжение анкерных болтов. Исключение база с траверсами, для которая требует дополнительных проверкой анкерной плитки и траверсы на изгиб. Другие проверки это несущая способность сварных швов и прочность участков анкерной плиты

Податливое соединение применяются когда стойки обеспечены устойчивостью за счет системы связей металлокаркаса. Толщина пластина в общем применяется интуитивно-конструктивно, а болты подбираются из условия на срез!

Сопряжение основных балок колоннам

Подобные узлы металлоконструкций перекрытий конструируем при много этажном строительстве. А также для одноэтажных объектов, но у меня они исключительно с профильными прокатами.

Прогоны покрытия здания

Проверка прочности узлов отсутствует так такое, главное подобрать конструктивно соединительные детали и диаметр болтов, который как правило М16. Исключения малые и большепролётные здания, где в прогонах, как в связях могут быть дополнительные усилия!

Элементы связей каркаса

Расчет таких узлов сводиться, для средних по габаритам сооружений, в определения сечения по гибкости, а так же проверка несущей способности болтов

Балки перекрытия

Проверка прочности сводиться проверка болтов на срез и смятие, а также прочность сварных швов

Стропильные фермы

Данные узлы металлоконструкций весьма ответственные. Расчёт необходим для определения толщины фланцевой пластины и диаметра болтов

Стандартные узлы примыкания ферм я уже не применяю в своих проектах!

Особенности и характеристика

Крабы представляют собой скобы с крепежной системой. Изготавливаются из оцинкованного листового металла, толщина которого должна быть минимум 1,5 мм. В основном они нашли свое применение при монтаже трубопроката с сечением 20х20, 20х30, 40х40 и 20х40 мм. Крепление осуществляется посредством силой прижима. Болты затягиваются на самом крабе, а не на соединяемых трубах. Из-за этого у такой конструкции низкая прочность на разрыв, то есть закрепленную трубу, приложив усилия, можно извлечь из соединительного элемента.

Уличная металлоконструкция, сооруженная с применением крепежных крабов, непрерывно подвергается воздействию неблагоприятных условий (ветра, осадков, перепадов температур, морозов). Постепенно это будет приводить к расшатыванию и потере устойчивости конструкции. Поэтому крепеж нужно периодически проверять, подтягивать и при необходимости проводить ремонт.

В стыках крепления однозначно будут скапливаться осадки, из-за чего со временем может возникнуть ржавчина. Поэтому важно, чтобы вся конструкция имела антикоррозийное покрытие. Его целостность также необходимо периодически проверять и в случае повреждения исправлять.

Этот вид крепежа позволяет создать каркасную конструкцию, которую можно собирать и разбирать, когда это необходимо.

Выбор способа крепления

При выборе способа соединения необходимо учитывать назначение и особенности собираемой конструкции:

• крабовую систему применяют для соединения квадратных труб без сварки и прямоугольных профилей малого сечения для сборки малогабаритных садовых и хозяйственных построек;
• фланцы используют для сборки без сварки конструкций из профильного трубопроката большого сечения, которые приходится часто собирать/разбирать;
• муфты применяют для монтажа напорных трубопроводов, но чаще во время ремонта при замене поврежденных участков;
• при выборе фитингов нужно учитывать, что из-за недостаточной прочности соединения потребуется усилить сваркой.

При покупке соединительных деталей руководствуются следующими критериями:

• перед началом работы набрасывают эскиз, по которому подсчитывают, сколько и каких элементов нужно;
• толщина стенок крабов не может быть меньше 1,5 мм, так как детали из более тонкого металла не обеспечивают требуемую прочность;
• на деталях не должно быть трещин, сколов, вмятин, изменений конфигурации и отклонений по размерам;
• элементы с поцарапанной поверхностью и коррозийными пятнами прослужат недолго;
• длительность срока службы зависит от производителя, поэтому лучше покупать продукцию хорошо зарекомендовавших себя фирм.

Краб-система по праву считается оптимальным вариантом для сооружения построек своими руками. Однако, несмотря на простоту выполнения соединений без сварки этот способ применим не во всех случаях, когда требуется собрать конструкцию из профильного трубопроката. Например, сварные ворота или трубопровод, проложенный в стене, будут надежней в эксплуатации.

Советы по выбору

Выбор необходимых соединительных элементов зависит от вида и функции конструкции:

1. Краб-система применяется при возведении конструкций из трубных профилей с небольшим сечением — беседок, перегородок, пергол, арок, теплиц и других простых в сборке и разборке садово-парковых построек.
2. Фланцевые крепежи используются для построек, которые подлежат периодической разборке и сборке в период эксплуатации.
3. Муфтовое крепление чаще всего применяется при монтаже трубопроводов напорного типа, поскольку способно выдерживать большое давление и обеспечить его герметичность.
4. Простые фитинги широко применяются в сборке трубопроводов с ответвлениями и поворотами. Для этого типа крепления может потребоваться дополнительное укрепление сваркой.

Можно выделить несколько критериев, которых следует придерживаться при выборе соединительных элементов для профилированных труб:

1. В первую очередь необходимо определиться, какие понадобятся крепежные элементы и в каком количестве.
2. При выборе стальных крабов нужно обратить внимание на толщину его профиля. Он должна быть не менее 1,5 мм. Крабы с меньшей толщиной не способны обеспечить нужной прочности и жесткости.
3. Детали необходимо осмотреть на предмет наличия видимых повреждений — трещин, сколов, вмятин, а также ржавчины. Все это бракованные изделия.

Расчёты узлов

Все эти виды и другие узлы металлоконструкций проходят стадию конструирования. То есть расчет всех его основных элементов и деталей, примеры привожу на своём давнем первом сайте в категории расчёт металлических конструкций, где можно поискать мои решения. И неважно какое здание производственное, промышленное, общественное или сельскохозяйственное проектируется из таких вот решений.

Вам также может быть интересно

Стропильные конструкции крыши над актовым залом

Местная проектная фирма обратилась за услугой разработки КМ чертежей конструкций металлической кровли. Проектируется типовое

Проверка базы колонны

Руководство проектной организации — обратилось за услугой. Цель как оказалось — выполнить прочностные проверки с расчетом

Лучшие производители

Краб-системы не являются сложной конструкцией, и в каждом регионе есть как небольшие, так и крупные компании, занимающиеся производством металлоконструкций и креплений, что делает их всех конкурентоспособными. При выборе изделия важно придерживаться указанных выше рекомендаций.

Также можно предложить несколько критериев, по которым можно выбрать производителя:

• антикоррозийное покрытие изделий;
• покупка изделий через фирму-производителя, а не через посредников, это позволит сэкономить средства;
• сроки изготовления продукции, есть ли товар в наличии;
• гарантия;
• способы оплаты и доставки.

Способы соединения

Можно выполнить соединение трубопроката, используя крабы, муфты, болты, хомуты для квадратных труб и другие соединительные элементы, в том числе изготовленные своими руками.

Две профильные трубы можно соединить под углом 90° с помощью стального уголка.

Для стыковки труб с одинаковым сечением можно изготовить соединительный элемент своими руками. Для этого понадобится сварочный аппарат.

Необходимо взять отрезок трубы с сечением, большим, чем сечение соединяемых элементов, чтобы их можно было вставить в нее. Соединительный элемент разрезается на две части, и на одном конце каждой из них делается скос под углом 45°. После этого из сложенных скошенными сторонами двух половинок трубы сваривается уголок 90°. На краях полученного элемента делаются отверстия размером не более половины толщины стенки профиля, и присоединяются гайки с соответствующим этим отверстиям диаметром. На концах соединяемых труб тоже делаются такие же отверстия.

Соединение профильных труб посредством крепежных элементов может быть хорошей альтернативой горячей сварке для легких построек. В иных случаях лучше использовать сварочные квадратные трубы.

Сварочные аппараты применяются во многих случаях. Их используют во время прокладки водопроводов и канализационных систем. Также широкое применение сварка получила в бытовых условиях, когда необходимо создать конструкцию навеса, крыши или устранить дефекты в конструкции автомобиля. В каждом из данных вариантов сварочный аппарат может решить проблему быстро и эффективно.

Как сделать такую ферму самостоятельно?

Такие металлические фермы сегодня есть возможность заказать на заводе, уже в готовом виде, или же изготовить самостоятельно.

Итак, делают их из таких материалов:

• Алюминиевые профили легки и подходят для устройства крыши с легким покрытием.
• Металлические круглые и профильные трубы радуют большим выбором сечения, толщиной стенок и состава сплава. Такие фермы подходят для создания крыши любой задумки и сложности.
• Тавровый прокат и швеллер подходят для устройства крыш с особыми нагрузками. Для частного домостроения такие фермы используются редко ввиду их значительного веса.
• Из металлического уголка или ЛСТК собирают более простые и облегченные конструкции. Такие фермы подходят для навеса и строительства хозяйственных помещений.

Хотя, справедливости ради заметим, что именно из уголка сегодня строят вполне прочные двускатные крыши для летнего домика или гаража. Если, конечно, в вашем регионе не выпадает слишком много снега:

Фермы из ЛСТК сегодня активно устанавливают на каркасных домах:

Наиболее популярный сегодня вид металлических ферм – изготовленные из трубы некруглого сечения. Это овальная, квадратная или прямоугольная форма в разрезе. Такие трубы производят из стали 09Г2С, Ст3СП и нержавейки.

Вам будет интересно узнать, что изначально форма такой трубы получается круглой, и только потом ее деформируют холодным или горячим методом в квадратный или другого вида профиль. Выпускают такие трубы с минимальными размерами в 15х15 мм или максимальные 45х35 см. Качество труб регулирует ГОСТ.

Сама форма трубы напрямую влияет на область применения таких ферм. Так, плоскоовальные – самые гибкие, и из них получаются сложные фермы красивых форм. А трубы квадратной и прямоугольной формы идеальны для крепления на плоской поверхности.

Посмотрите также, какими аккуратными получаются сваренные вручную арочную фермы из квадратной профильной трубы:

Сегодня для изготовления металлических ферм используют два вида профильных труб: горячекатаные и гнутые. Горячекатаные изготавливают из ленты толщиной от 0,5 до 5 мм, с сечением в виде прямоугольника или квадрата. Именно такой материал вы встречаете чаще всего.

Для обустройства металлических ферм, вместо профильной трубы, также подходит швеллер – балки в виде буквы П, тавр в виде Т и уголок в виде буквы Г. Но среди всех этих конструкций профильные фермы по весу намного легче. Еще одно преимущество – при помощи сварки всю эту конструкцию удобно собирать прямо на месте.

Сегодня удобно заказывать сборные конструкции или собирать их еще на земле. Тогда на саму крышу их поднимают уже в готовом виде. Собирать их следует строго по детализированным чертежам от завода.

Для этого вам понадобятся:

• Болты. Это самый простой способ, а надежность такого соединения уже зависит от качества крепежи и степени его натяжения. Обычно такое крепление делают при помощи специальных ключей с длинными рукоятками или пневматическими инструментами.
• Сварка. Когда ферма должна получиться максимально жесткой и устойчивой, тогда прибегают именно к сварке. Все узлы соединяют при помощи заклепок. Но этот метод – для промышленного строительства, а для устройства стропильной системы обычного жилого дома больше подходит именно болтовое соединение.

Собранная ферма на болтах выглядит так:

Саму заводскую ферму изготавливают из таких элементов, как стойки, раскосы и пояса. И хорошо, если во всех этих элементах заранее проделаны монтажные отверстия. Если нет, тогда детали соединяют между собой способом прихватки или при помощи струбцин.

Вот процесс домашнего изготовления металлических ферм при помощи сварки:

Вот еще один мастер-класс изготовления такой фермы:

И, наконец, в каркасном строительстве сегодня активно используются термопрофили из оцинкованной тонкопрокатной стали.

Суть вот в чем: по всему пути стропилы расположены сквозные прорези особой формы, благодаря которым теплопроводность стальных ферм почти равна теплопроводности деревянного бруса, и никаких мостиков холода.

Т.е. такой материал для металлических ферм полностью перечеркивает те минусы, которые всегда отличали металлические фермы от деревянных в худшую сторону.

Сварка профильной трубы своими руками

Особое значение в применении сварки играют профильные трубы, которые часто приходится соединять с ее помощью. В большинстве случаев, данный тип труб выполнен, либо из нержавеющей, либо углеродистой стали. Такие изделия из металла имеют несколько преимуществ в своем применении:

1. Большой выбор типов, форм и размеров;
2. Масса как отдельно взятой трубы, так и целых конструкций не велика. Это позволяет соединять их в сложные конфигурации, не создавая существенной нагрузки на несущие элементы;
3. Можно выбрать сразу несколько стандартных видов. Это позволяет в дальнейшем самостоятельно провести монтаж конструкции.

Самое главное при самостоятельном креплении профильной трубы – это правильно подобранная температура. Дело в том, что температурный режим определяет качество, с которым изделия будут сварены. Этот показатель зависит от толщины стенок заготовки. Также следует помнить, что при торцевом соединении углы свариваемых элементов имеют большое напряжение.

Виды ферм для разных задач

Вы удивитесь, насколько много видов металлических ферм:

Давайте рассмотрим внимательные самые популярных формы металлических ферм, которые чаще всего производят на российских заводах:

• Параллельные – самые простые и экономичные, для изготовления которых используются одинаковые детали.
• Классические арочные, в которых нижний и верхний пояс имеют вид дуги, а пояса соединены между собой ребрами жесткости. Разные виды такой арки отличаются между собой радиусом. А сам радиус определяют такими внешними ограничителями, как размеры стропильной системы, запланированный вами дизайн крыши и сложность ее конструкции.
• Треугольные односкатные, которые чаще всего используются для устройства крыши с крутыми скатами.
• Треугольные двускатные, более подходящие для крыш с крутыми скатами, но оставляющие после производства немалую долю отходов.
• Полигональные, которые хорошо подходят для кровли из тяжелого настила, но отличаются сложностью в монтаже.
• Трапецеидальные, подобные полигональным, но с более упрощенной конструкцией.
• Сегментные, подходящие для зданий со светопропускающей кровлей, но самые сложные в производстве. Чтобы их изготовить, делают дугообразные элементы с точной геометрией, которая позволяет равномерно распределять нагрузку.

А вот популярные и малоизвестные виды ферм для навеса из металла:

Как варить профильную трубу ручной дуговой сваркой?

Характеристики и простота использование металла профильной трубы позволяет соединять ее между собой самыми различными способами – стыком, тавровым методом, а также внахлест. Нижнее положение швов является приоритетным при сваривании элементов металлического профиля.

Режим сварки определяется по следующим критериям:

• Скорости движения электрода;
• Напряжению на дуге;
• Полярности (при условии постоянного тока);
• Силе тока.

Последний, из указанных критериев определяется значением сечения используемого электрода. Сварка профильной трубы будет выполнена правильно и надежно только в одном случае – если удастся добиться максимальной силы тока, разрешенной для металла. При сваривании методом встык следует проводить дугу так, чтобы кромки оплавлялись, а сам металл в результате не просел.

Аппараты для сварки профильных труб

Выполнять соединение металлических труб можно с помощью двух основных видов аппаратов:

Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Принято считать, что газовая сварка более универсальная в своем применении. Она может справиться с самыми разнообразными задачами и различными типами металла. Но такой тип сварочного аппарата не каждый может себе позволить.

Более распространенным типом считается обычная дуговая сварка. Поэтому все, что потребуется для успешного крепления профильных труб:

1. учитывать толщину стенки изделия;
2. подобрать оптимальный диаметр электрода;
3. выставить правильное напряжение на аппарате.

Способы соединения профильных труб без сварки

В зависимости от сложности конструкции крепят профильную трубу без сварки краб-соединителями, хомутами, муфтами, фитингами, фланцами. По способу выполнения крепежи могут быть:

• плавающими ― стяжки, клипсы;
• жесткими ― краб-элементы, муфты, фитинги, фланцы.

Краб-системы

Это универсальное крепление профильной трубы с сечением квадратной и прямоугольной формы без сварки. Крабы выполнены из двух и более частей, которые после установки стягивают болтами, для плоскостного и объемного крепления деталей конструкций. Половинки сделаны из металла толщиной 1,5 мм с цинковым или покрытием из стойких полимеров.

В зависимости от назначения выпускают следующие типы:

• Т-образные соединяют 3 трубы;
• Г- образные крепят 2 профиля;
• Х-образные фиксируют 4 трубы;
• объемными элементами соединяют без сварки 3 профильные трубы на углах конструкции или 4 внутри.

Разновидности креплений профильных труб краб-системой
В домашнем хозяйстве краб-систему применяют для сборки без сварки:

• парника, теплицы;
• летней душевой и кабинки для переодевания;
• навеса, каркаса беседки;
• легкого ограждения, опоры для вьющейся растительности;
• вольеров и клеток для содержания животных;
• лавочек, скамеечек, стеллажей;
• временного соединения на время ремонта сварных конструкций.

Краб-система зарекомендовала себя как надежное соединение по прочности не уступающее сварке.

К достоинствам также относятся:

• возможность многократной сборки/разборки конструкций;
• способ монтажа без сварки доступен даже неквалифицированным работникам;
• универсальность применения;
• невысокая себестоимость монтажа без сварки за счет низкой цены крепежных деталей;
• долговечность, для закрытых конструкций до 50 лет.

Недостатки тоже есть:

• невозможность соединения профильной трубы без сварки с размерами больше 40х40 мм;
• возможна установка только под углом 90⁰;
• необходимость регулярного подтягивания гаек;
• при чрезмерной нагрузке на разрыв возможно вытаскивание профильных труб из креплений;
• необходимость защиты мест соединения от ржавчины, поскольку в них скапливается влага.

Какими электродами варить профильную трубу?

Так, как для изготовления профильных труб используют конструкционную сталь обычного образца, можно воспользоваться стандартными, самыми распространенными электродами. К примеру, марка ОМА-2 идеально подойдет для данной цели. В состав изделий данной марки входят концентрат титана и ферромарганец.

Видео — Применение различных электродов:

Также многие опытные сварщики рекомендуют использовать электроды с маркировкой на упаковке МТ-2. Они, как правило, задействуются вместе со сварочными выпрямителями. Основной критерий при выборе – устойчивая дуга и равномерный расход присадочных материалов.

Сварка профильной трубы: правила формирования надежного соединения

Основное правило применение дуговой сварки заключается в правильном соединении элементов и аккуратном их фиксировании точечным методом. Когда все изделия на месте и плотно прижаты друг к другу, необходимо просто приварить несколько точек по всему периметру, чтобы конструкция не распалась.

После этого можно приступать к обвариванию всех деталей. Линия сварного шва ведется плавно. Присадочный материал должен ложиться равномерно. При использовании обычных электродов новичкам можно вести дугу из стороны в сторону в небольшом диапазоне. Не все профессионалы применяют такой подход, но для начинающих специалистов метод вполне подойдет.

Как сварить профильную трубу – свои секреты

Первым советом будет тщательная зачистка поверхностей и самое главное – идеально ровный срез обеих сторон, которые будут соединяться.

Специалисты с многолетним опытом всегда советуют новичкам придерживаться нескольких основных пунктов. Их эффективность неоднократно была применена на практике.

Итак, основные моменты соединения, известные только «бывалым»:

• Основная проблема неопытных сварщиков в том, что они забывают проверять правильность всей конструкции. Всегда контролируйте геометрию металла. Их часто начинает крутить во время сварки. Особенно это касается профильных труб.
• Качество шва и его надежность напрямую зависит от скорости, с которой производится сваривание элементов. Скорость должна быть такой, чтобы специалист успел скрепить изделия до остывания разогретой кромки.
• Для профильных труб не используют пропанобутановые, а также ацетиленовые горелки. Их температура слишком высока.

Преимущества и недостатки для частного строительства

Прочные металлические фермы сегодня активно применяются в строительстве частных домов и промышленных зданий. И совсем не обойтись без такой надежной строительной системы в возведении складских помещений, спортивных сооружений, торговых комплексов и павильонов для выставок, а еще для строительства офисных многоэтажных зданий. Что неудивительно, ведь металлические фермы особенно хороши, когда нужно перекрывать большие пролеты.

Фермы из металлической трубы имеют массу ценных преимуществ перед другими:

• Устойчивость к деформациям при нагрузках.
• Небольшой вес благодаря полым конструкциям.
• Доступная стоимость для частного строительства.
• Возможность возведения безопасных сложных конструкций без потери прочности.
• Высокая пожаробезопасность.
• Долговечность, прочность и надежность.

С конструктивной точки зрения использование ферм даже более предпочтительно, чем балки. Ведь при меньшем весе те выдерживают куда серьезнее нагрузки, чем при использовании обычных двутавров и швеллеров. При этом фермы еще и менее металлоемкие.

В какой-то мере металлические фермы служат аналогом стальных балок, но куда более экономичны в плане расхода материала. При этом их эффективность сравнима. А отличие металлической фермы от просто собранных вместе стропил в том, что готовая ферма отлично работает на растяжение и сжатие.

А, в отличие от деревянных стропил, металлические не гниют, не плесневеют, не разрушаются грибками или насекомыми. Их намного сложнее сломать тонной снега. Кроме того, собирают такие стропила быстрее, чем из других материалов.

Выполняем дуговую сварку

Изначально следует занести изделия в специально подготовленное помещение. Все концы труб, которые будут соединяться обезжириваются. Фаскосниматель применяется только в том случае, если толщина профильной трубы составляет более 4 мм. После применения данного приспособления можно сделать шов в несколько слоев. Он будет достаточно прочным.

Если же толщина трубы меньше – одного шва сварки будет достаточно. Все детали необходимо закрепить в специально предназначенном для этого столе. Если его нет, тогда воспользоваться помощью еще одного или нескольких людей. Сварка профильной трубы при этом будет выполнена эффективно.

Определенная толщина материала, марка и толщина сечения электрода устанавливает напряжение, с которым нужно выполнять процесс сваривания.

Шлак следует время от времени сбивать, чтобы избежать преждевременного появления коррозии.

Проектирование ферм для крыши дома

Итак, давайте рассмотрим: как точно рассчитать ферму для навеса или более солидной постройки так, чтобы вы не закупили слишком много материала и правильно просчитали прочность.

Мы советуем вам взять готовые типовые проекты, которые уже практикуют, и которые проверенные временем. Идеально, если вы сможете проконсультироваться насчет выбранной схемы с опытным мастером, а затем уже перейдете к реализации.

Если вы решили справиться самостоятельно, тогда первым делом составьте схему будущей металлической фермы. Определите, какие контуры у нее будут, необходимо ли пространство под потолком, какое будет кровельное покрытие.

Высота металлической фермы зависит от типа кровельного материала, ее веса, угла наклона и возможности перемещения самой фермы.

Нормативные документы

Итак, фермы должны соответствовать таким государственным стандартам:

• ГОСТ 23118-99 (об общих ТУ для конструкций из стали).
• ГОСТ 23119-78 (о требованиях к производству ферм, когда нужна сварка уголков).
• ГОСТ 23119-78 (о ТУ на производство металлических ферм, сварка профильных труб).

А, чтобы правильно спроектировать металлическую ферму, вам понадобится информация из таких источников: СНиП, П-23-81 (о стальных конструкциях), и СНиП 2.01.07-85 (о нагрузках и воздействиях).

Ферму для навеса или гаража вы можете сделать «на глаз», не особо заморачиваясь. В любом случае, вы по наитию задействуете больше материала, чем нужно, и тем самым добьетесь нужной прочности. А вот для дома такие фермы нужно рассчитывать максимально точно, чтобы тем смогли выдержать все силы стихий и сами по себе не создавали ненужной нагрузки на фундамент.

Для этого учитывают такие факторы:

• Постоянные нагрузки, как вес кровельного покрытия.
• Периодические нагрузки, как переменчивая погода, ураганы и даже смерч.
• Дополнительные нагрузки, как снеговые и ветровые, а также вес человека, который может находиться на кровле во время ремонтных работ.

Чем больше высота фермы, тем выше ее несущая способность. Также на несущую способность влияют ребра жесткости – чем их больше, тем крепче сама ферма. Но тем она тяжелее и дороже обходится.

К слову, самые легкие металлические фермы получаются, когда их высота равна 1/7 или 1/9 длины пролета. Дополнительно их облегчают специальной решеткой, в которой усилие по сжатию принимается короткими стойками.

Расчет высоты и длины фермы

При проектировании изготовлении металлических ферм важно необходимо выполнить некоторые пункты расчета металлической фермы:

• Шаг 1. Определите ширину пролета в постройке, выберите форму крыши и угол ската.
• Шаг 2. Выберите контур пояса с учетом предполагаемого уровня нагрузки на ферму.
• Шаг 3. Рассчитайте размер каркаса и то, будете ли собирать его или варить самостоятельно, или же закажете.
• Шаг 4. Чтобы рассчитать оптимальную высоту металлических ферм, примените такие формулы (L – длина фермы):

Н=1/4×L либо Н=1/5×L, если рама треугольной формы Н=1/8×L, если параллельная, трапецеидальная или полигональная. При этом сам уклон верхнего пояса должен быть 1/8×L или 1/12×L.

Теперь определяем размеры панелей. Напомним, что панель – это расстояние между стойками, которую передают всю нагрузку. Причем угол раскоса у разных ферм – разный, и панели им отвечают. Например, в ферме с решеткой треугольной формы такой угол составляет 45 градусов, а с раскосной решеткой – 35 градусов.

И, наконец, определяем угол расстановки раскосов, который должен составлять от 35 до 50 градусов, идеально, если 45.

Проверить полученное вами значение вы сможете при помощи специальных программ, которых сегодня немало:

Подбор параметров фермы

Подбирают нужную конструкцию фермы исходя из формы чердачного перекрытия, угла наклона крыши и нужная длина пролета.

Так, наиболее практичной для кровли жилого дома считается ферма треугольной формы, которая будет иметь высоту около пятой части длины пролета:

Если же длина пролета будет значительной, от 14 до 20 метров, отдайте предпочтение конструкции с идущими вниз раскосами. При этом верхняя часть фермы должна иметь панель длиной от 1,5 до 2,5 метров. Так, оба пояса конструкции будет иметь четное количество панелей.

Такие фермы позволят избежать длинных раскосов, что поможет сопротивляться продольному изгибу. Хотя обычно для этого приходится делать большое сечение, утяжеляющее всю конструкцию в несколько раз. При этом верхняя часть фермы разбивается на двенадцать или шестнадцать панелей, по 2-2,75 метра.

Но иногда потолок крыши планируется геометрически сложным. В таком случае его среднюю часть приподнимают над опорами или же используют те же фермы Полонсо. Да, такой вариант немного сложнее обычной треугольной формы, но мы уверены, что вы справитесь!

Если даже фермы Полонсо не подходят, т.к. высота потолка от опор планируется быть еще выше, тогда ставят многоугольные металлические фермы, в которых поднят нижний пояс. Так, чтобы увеличить высоту конструкции до 0,23 длины пролета, расположенный внизу пояс делают ломаным.

При угле кровли 6-15° ставят трапециевидные или асимметричные фермы. Если же вы хотите получить красивую внешнюю форму, но при этом ровный потолок, тогда лучше выбрать сегментную.

Тем более, что на нее израсходуется намного меньше материала. И эффективность сегментной формы растет с удлинением пролета:

Выполняем газовую сварку

После подготовки и обезжиривания поверхностей следует нанести пасту-флюс. Она не даст образоваться окиси. При этом важно придерживаться определенного угла скоса кромок. Он, как правило, составляет 30˚.

Как варить профильную трубу правильно? Ответ прост – подавая равномерно присадку от начала и до конца впереди пламени. Горелка будет аккуратно плавить материалы, и соединять трубы.

Газовая сварка имеет отличительную особенность. В случае если толщина стенок превышает 6 мм – горелку водят из стороны в сторону. Таким образом уровень расхода ацетилена снижается. А детали прочнее скрепляются между собой.

Видео — Горизонтальный шов газом:

Сварка электродами и ее особенности

Основные аспекты использования дуговой сварки заключаются в правильном режиме тока. Расположение швов определяется положением электродов в процессе сварки. При этом необходимо немного наклонять электрод в сторону шва.

При условии постоянной практики можно добиться отличных результатов и научиться создавать один из трех основных типов швов:

Сварка — способ соединения деталей, который дает возможность создать конструкцию самой сложной конфигурации – под любым углом и наклоном.

Профильные трубы часто применяют для создания каркаса для теплиц, заборов и других ограждений, беседок и т.д. Все металлические трубы соединяются с помощью сварки различных видов, при выборе требуется учитывать толщину стенок.

Особенности и характеристика профильных труб

Профильные трубы применяются для строительства сооружений различного назначения и находят применение в мебельном производстве.

Использование металла оправдывается небольшими финансовыми затратами, способностью изделий удерживать форму при высоких температурах воды и довольно простым монтажом.

Чаще всего профильные трубы изготавливаются из углеродистых и низколегированных видов стали. Прочность и гладкость материала, как снаружи, так и внутри, обеспечивает комфортную эксплуатацию и долговечность всей созданной системы.

Сечение профиля бывает прямоугольным, квадратным, в виде многогранника или овальным, что обеспечивает высокий запас прочности на излом и сгиб. Но именно из-за особенностей сечения сварка профильных труб имеет определенные нюансы.

Виды сварочных работ для соединения профильных труб

От толщины стенок зависит как способ сварки, так и особенности подготовительного этапа работ:

1. Для труб с толщиной стенок от 4 мм и выше, концы изделий обрабатывают фаскоснимателем – под углом от 25 до 50 градусов. Это позволит в будущем создавать несколько слоев сварки, что обеспечивает шву надежность и прочность.
2. Тонкие трубы варятся одним швом. Чтобы он получился идеальным, рекомендуется жесткая фиксация изделия. Зажимы снимаются только после полного остывания шва.
3. При большом диаметре и толщине, срезы сначала прихватывают по линии соприкосновения и только затем производят основное сваривание.
4. Скорость работ должна соответствовать плавке металла без его растекания.

Обратите внимание! Во время работы важно следить, чтобы шлак и капли не попадали в отверстие. Жидкий металл может попасть во внутреннюю часть трубы, что уменьшит ее пропускную способность, здесь будет скапливаться налет, что неизбежно приведет к коррозии.

Для сваривания профильных труб применяют следующие виды сварочных работ:

• контактная сварка;
• электродуговая;
• газовая.

Электродуговая сварка

Особенность этого вида сварочных работ в том, что он дает возможность соединять трубы даже в труднодоступных местах. Выполняется с помощью сварочного аппарата и электродов.

Применение краб-систем

При данном способе используются хомуты-крабы, представляющие собой соединительные скобы. Для их изготовления берется оцинкованный металл листового типа.

Краб-система для соединения профильной трубы

Рекомендуется использовать лист, имеющий толщину 1,4 мм. Металлические скобы соединяются болтами и гайками, образуя элементы, напоминающие буквы алфавита. Обычно применяются скобы, образующие соединения в форме букв “Г”, “Х” и “Т”.

Скобами указанных типов удается соединить до 4-х труб. Особенность таких соединений в том, что они могут быть состыкованы исключительно под углом 90. Прочность стыковки изделий методом краб-системы соизмерима с прочностью сварного шва, который образуется, когда происходит стандартная сварка профильной трубы.

Пример соединения 4-х труб

Скобы при соединении образуют сечение в виде квадрата или прямоугольника, что позволяет крепко обхватывать изделие со всех сторон. Наилучшим вариантом считаются скобы, имеющие размер 95 на 95 и 95 на 65. Они способны сделать крепеж крепче и прочнее.

Рекомендации по выполнению сварки профильных труб

Специалисты рекомендуют соблюдать правила при выполнении сварочных работ при монтаже конструкций из профильных труб для создания более качественных соединений:

• Резку металла лучше производить пилой, предназначенной именно для этих целей, чтобы срез был ровным без выемок и выступов. Все искривления до начала сварки необходимо выровнять.
• Металл не должен быть покрыт окалиной или ржавчиной. Поверхность должна быть чистой и гладкой. Работы выполняются машиной для шлифовки или щетками по металлу.
• До сборки отдельных элементов рекомендуется выложить всю конструкцию и проверить на совместимость и размеры все основные и вспомогательные детали.
• После окончания сварочных работ с использованием крепежей, швам дают остыть и только после этого снимают с фиксации.

Как варить тонкие трубы?

Тонкие трубы лучше варить сразу одним швом, но большинству любителей это не по силу. Новички предпочитают сначала произвести точечную сварку и уже потом переходить к формированию шва.

Обеспечить комфортную и качественную работу таким образом может только инвертор, с установленной силой тока не выше 60 А.

Обратите внимание! Для тонких труб, толщиной менее 2 мм, применяются электроды сечением от 1,5 до 2 мм и классом АНО-21 или МР-3С.

Как соединить профильную трубу под прямым углом

Прежде всего, трубы должны быть правильно обрезаны, а срезы подготовлены к работе. Для надежности все элементы конструкции фиксируются, чтобы под собственной тяжестью труб не произошло смещение. В качестве подсобных приспособлений для установления точности применяются уголки, косынки или магнитные угольники.

Сама сварка проводится в два этапа. Сначала осуществляется черновое соединение, проверяются необходимые линейные значения, положение вертикального элемента. После остывания осуществляют оформление чистового шва.

>

Архитектура металлической фермы: элементы, узлы и напряжение

Итак, металлическая ферма – это сварная или сборная система труб и жестких крепежных узлов. Состоит такая конструкция из определенных элементов:

• Пояса, верхний и нижний, которые служат каркасом.
• Решетки, которая связывает оба уровня.
• Стоек, которые смонтированы перпендикулярно к поясу.
• Раскосов, которые присоединены под углом к нижнему и верхнему уровню.
• Шпренгеля – вспомогательного раскоса.
• Узел – это точка, в которой сходится сразу несколько стержней. Здесь трубы соединяют при помощи фасонки – специального металлического листа.
• Панель – это расстояние между соседними узлами, а пролет – расстояние между опорами стропильных систем.

Верхний пояс металлической фермы изготавливают из профильной трубы или двутавровых балок, с применением фланцевого соединения. Нижний – из этих же материалов.

Только, если ферма станет подвергаться нагрузке на уровне панелей, тогда дополнительно необходимо установить парные швеллеры. А внутренние стойки и раскосы изготавливают из круглой трубы, уголка или профильной трубы.

Решетки внутри фермы располагают по самым разным схемам, и все они продиктованы исключительно практическими соображениями. Чем больше поперечных элементов, тем прочнее сама конструкция, и тем дороже она обходится (материала-то уходит больше!). Например, вот в каких вариантах изготавливают треугольную ферму:

Внутренний рисунок металлической фермы подбирают в зависимости от конструктивных требований и планируемого уровня нагрузок. И выбранный тип обрешетки влияет на вес конструкции, ее внешний вид, трудоемкость и бюджет на изготовление самой металлической фермы.

Давайте рассмотрим стандартные виды внутренних решеток металлических ферм:

• Меньше всего узлов в треугольной решетке, которая чаще всего встречается в параллельной и трапециевидной ферме. Причем такая решетка считается наиболее экономной, т.к. у нее минимальная суммарная длина стержней.
• Шпренгельная решетка нужна там, где основная нагрузка приходится на верхний пояс. А потому ее используют, когда нужно сохранить расстояние между прогонами.
• Раскосную ферму делают, когда стойкам приходится противостоять большим усилиям.
• Крестовая разновидность нужна для каркасов, в которых расчетная нагрузка идет сразу в обоих направлениях.
• Перекрестная решетка нужна для ферм, которые делают из тавров.
• Полураскосная и ромбическая решетка нужна для ферм с такой большой высотой, как при создании мостов и мачт. Такие рамы получаются с высокой жесткостью благодаря двум системам раскосов.

В жизни выглядят все эти фермы так:

Вот, например, как выглядит не так часто встречающаяся шпренгельная ферма:

Кровельные металлические фермы, в свою очередь, бывают двускатные, односкатные и прямые. За счет ребер жесткости металлические фермы не деформируются даже на больших пролетах, хотя с виду довольно хрупкие.

Также металлические фермы делят на виды по количеству поясов. Это плоские фермы, где узлы и стержни находятся в одной плоскости, и пространственные, более сложные, в которых пояса находятся в параллельных плоскостях.