Расчёт фермы для крыши

Важно заранее определить размеры конструкции, к которым относятся длина, высота, ширина и другие параметры, а также показатели наклонов и углов. После завершения предварительных работ и выполнения всех необходимых расчетов, настает время для создания чертежей и схем, которые станут основой для вашего будущего сооружения.

Как правильно сварить ферму для навеса

Сварка фермы для навеса из высококачественного металлического профиля является задачей, которую можно выполнить самостоятельно. Однако весьма важно корректно произвести расчеты всех геометрических параметров строения. В данном контексте термин «ферма» подразумевает конструкцию, состоящую из прямоугольных элементов, которые посредством сварки или других методов соединены в прочную систему заданной формы. Плоские конструкции выглядят проще, однако в большинстве случаев, особенно при возведении крупных объектов, применяются пространственные фермы.

Ферму для навеса на даче или в приусадебном участке вполне возможно создать своими руками, без привлечения строителей. Основой такой, сравнительно небольшой, конструкции служат два пояса — верхний и нижний, которые выполняют функцию укрепления вертикально установленных стоек. Для дополнительной жесткости также применяются диагонально расположенные раскосы. При условии, что расчеты и монтаж выполнены правильно, а сварные швы качественно сделаны, ферма будет безопасной, надежной и сможет служить десятилетиями.

Виды ферм и крыши

Проектирование фермы для навеса — задача, требующая высокой квалификации, и её лучше доверить опытным специалистам. Проект, который будет создан, зависит в первую очередь от размеров будущего сооружения, а также от выбранной формы как самой фермы, так и крыши (навеса).

Такие конструкции служат для различных нужд в личных хозяйствах, например:

1. Обустройство стоянок для автомобилей. Не всегда необходим полноценный гараж; навес обеспечивает защиту от дождя и снегопада, что делает его дешевым и практичным вариантом для хранения авто.
2. Создание козырьков для защиты от солнца и влаги. Они нужны не только на остановках и в киосках, но и являются распространенной практикой для защиты входов в частные дома.
3. Строительство беседок. Данный вид конструкции используется как на частных участках, так и в общественных парках, предоставляя укрытие от непогоды.
4. Создание навесов для бассейнов. Легкие крышки надежно защищают открытые бассейны от дождя и мелкого мусора, что способствует поддержанию чистоты воды.
5. Укрытие хозяйственных построек. Например, загонов для домашних птиц или свиней, что позволяет защитить животных от неблагоприятных погодных условий.

Во всех этих случаях для строительства ферм можно использовать деревянные бруски; однако металлический профиль отличается большей прочностью и надежностью.

Наибольшее распространение получили металлические трубы с прямоугольным или квадратным сечением:

• они имеют более высокую прочность в сравнении с круглыми, что делает их более устойчивыми к деформациям;
• с ними проще работать: такие трубы можно соединять как с помощью сварки, так и с помощью болтов;
• при этом такие трубы довольно доступны по цене.

Существует несколько типов металлических ферм для навесов:

1. Прямоугольные. Эти фермовые конструкции созданы для нагрузки. Их строят, соединяя четыре трубы, между которыми укладываются распорки.
2. Арочные. Признанные самыми удобными, так как они позволяют скрывать изгибающие линии фермы в поперечных сечениях.
3. Плоские. Это самые доступные конструкции, однако они не способны выдерживать большие нагрузки, поэтому их использование ограничивается частными хозяйствами с площадью навеса не более 50 м².
4. Треугольные. Такие конструкции создаются для двускатных крыш с уклоном полей до 30 градусов; они становятся особенно популярными в снежных районах.

Существуют и более сложные формы ферм, такие как полигональные и трапециевидные.

Каждая из таких конструкций включает в себя несколько ключевых элементов:

• верхний и нижний пояса, соединенные решетками;
• рёбра жёсткости (стойки), расположенные перпендикулярно поясам;
• раскосы, которые являются ребрами жесткости, расположенными под углом к поверхностям;
• шпренгели, представляющие собой дополнительные раскосы для большей стабильности конструкции.

Чем больше решеток, тем прочнее изделие в целом.

Фермы различаются не только по типам, но и по видам крыш. При проектировании необходимо правильно расставить опоры так, чтобы нагрузка на всю конструкцию распределялась равномерно.

К известным видам крыш относятся:

• односкатная;
• двускатная;
• плоская;
• купольная;
• арочная;
• шатровая.

Проектирование и строительство односкатной крыши проще всего, и она наиболее популярна для навесов в частных хозяйствах. В этом случае важно правильно распределить опоры фермы, чтобы минимизировать нагрузку на само сооружение.

Описание и назначение

По своей сути, фермы для навесов представляют собой каркас, состоящий из нескольких компонентов. В качестве основы конструкции служат два пояса — один верхний и один нижний. Эти пояса выполняют роль укрепительных элементов относительно вертикальных стоек.

Кроме того, основа усиливает диагонально расположенные раскосы. Все элементы фермы соединяются при помощи сварки. Если конструкция выполнена с соблюдением всех правил, она демонстрирует высокий уровень надежности, безопасность и длительный срок службы.

Фермы для навесов имеют множество применений. Рассмотрим некоторые из них более подробно:

• Организация стоянок для автомобилей. Они могут стать отличной альтернативой капитальным гаражам, так как требуют меньше времени и ресурсов на строительство.
• Создание козырьков. Такие фермы могут использоваться для создания козырьков над торговыми точками, остановками и даже над входом в частные дома.
• Возведение беседок. Это один из наиболее популярных способов применения ферм, как в частных дворах, так и в общественных парках.
• Создание навесов для бассейна. Эти конструкции защищают бассейны от мусора и атмосферных осадков, сохраняя чистоту воды.
• Организация хозяйственных навесов. Такие конструкции могут быть использованы для создания загонов для домашних животных, таких как птицы или свиньи.

Сфера применения ферм для навесов достаточно широка, что делает их популярными среди владельцев частных домов и часто используемыми для обустройства общественных мест. В целом, фермы для навесов могут изготавливаться из различных материалов, однако наиболее оптимальным считается металл. Он обеспечивает конструкции высокую прочность, надежность и безопасность.

В большинстве случаев для этого используются металлические трубы, которые имеют прямоугольное или квадратное сечение, так как данный материал обладает многими преимуществами.

К основным из этих преимуществ относятся:

• Высокая прочность. Это свойство обеспечивается специальными ребрами жесткости, а также тем фактом, что сечение металлических труб квадратное или прямоугольное, что делает их менее подверженными деформации по сравнению с круглыми трубами.
• Доступная стоимость. Этот материал относительно недорогой из-за простоты технологии его производства, что делает его покупку доступной даже для людей с ограниченными финанасами. Для таких конструкций специалисты советуют использовать горячекатаные трубы.
• Удобство использования. Благодаря квадратному и прямоугольному сечению, металлические трубы легко стыкуются с применением болтов и сварочного оборудования. Несмотря на преимущества пиломатериалов, данный вариант используется реже, хотя и имеет свои плюсы.

Обзор видов

Существует множество видов ферм, как из дерева, так и металлических. К примеру, сейчас на пике популярности находятся кованные фермы, в то время как деревянные конструкции менее востребованы. Также стоит отметить, что фермы для навесов могут производиться разного размера. Рассмотрим некоторые из них более детально.

Прямоугольные

Прямоугольные фермы актуальны в тех случаях, когда на каркас действует значительная нагрузка. Для их изготовления соединяют четыре трубы, а между ними устанавливают распорки. В качестве соединительного материала могут служить как болтовые соединения, так и сварка. Такие конструкции, как правило, проектируются для больших нагрузок, поэтому их можно использовать для создания трибун. Прямоугольные фермы могут изготавливаться как из обычных металлических труб, так и из более прочного нержавеющего проката.

Арочные

Арочные фермы считаются самым удобным видом конструкции, поскольку они позволяют скрывать изгибающие линии в поперечных сечениях каркаса. Если вы задумали строительство арочной фермы для навеса, учтите, что материал арки будет подвергаться сжимающим нагрузкам, что требует особого внимания к расчетам.

Вес кровельного материала и снежной нагрузки будет равномерно распределяться по всей конструкции навеса.

Плоские

Плоские фермы являются самыми экономичными в производстве. Они могут выдерживать максимальную нагрузку в 50 квадратных метров, что делает их пригодными только для использования в домашних условиях.

Треугольные

При создании треугольной фермы для навеса важно помнить, что это двускатная конструкция, уклон которой составляет от 22 до 30 градусов. Такой тип фермы наиболее актуален в регионах с обилием снежных осадков.

Тем не менее, у треугольных ферм есть свои недостатки, включая наличие острого узла в основании и длинные центральные опоры. Эти факторы могут усложнить процесс создания чертежей и проектировки конструкции.

Таким образом, при выборе формы фермы для навеса следует подойти к этому вопросу тщательно и обдуманно.

Изготовление и монтаж ферм

После того как были проведены расчеты для односкатной или двускатной крыши, подготовлены все необходимые чертежи и планы, а также выбраны материалы, можно перейти к процессу изготовления конструкции. Важно заранее определить, какие работы будут проводиться на земле, а какие будут выполнены после установки каркаса на место, потребуются ли специальные инструменты и оборудование для этих операций.

Процесс сборки и установки фермы можно представить в виде следующего алгоритма:

1. Подготовка ровного и чистого рабочего пространства.
2. Установка вертикальных стоек с заглублением или бетонированием для увеличения устойчивости.
3. Сборка фермы согласно разработанному плану и чертежам.
4. Подъем конструкции на место установки.
5. Монтаж перемычек между установленными фермами, на которые впоследствии будет укладываться кровельный материал.
6. Тщательная зачистка всех сварных швов и креплений.

Металлоконструкции необходимо обезжирить, затем обработать грунтом в два слоя и покрытиями, защищающими от вандализма, для длительного срока службы. При использовании оцинкованного профиля дополнительное покрытие не требуется.

Какие материалы использовать для покраски металла

Рекомендации по самостоятельной сборке фермы из профтрубы

• Для облегчения конструкции, подлежащей строительству пологих крыш, рекомендуют использовать решетки из полого профиля.
• Чтобы снизить массу каркасов, применяемых для скатов с уклоном 15-22°, стоит сделать нижний пояс фермы ломаным.
• При выборе стали для конструкций в сложных климатических условиях важно учитывать марку металла. Для регионов с холодными зимами подойдут трубы из низколегированных сталей, устойчивых к низким температурам. В районах с повышенной влажностью целесообразно инвестировать в трубы с коррозионной стойкостью и оцинковкой.
• При стыковке труб в ферме необходимо обеспечить полную герметичность соединений, иначе влага может попасть внутрь трубы и вызвать коррозию.
• Участки кровельной системы, подвергающиеся максимальным нагрузкам, стоит усиливать трубами с толстыми стенками, приваривая дополнительные металлические уголки и пластины.
• Сварные швы, используемые в соединениях элементов фермы, должны быть ровными и аккуратными. Это обеспечит равномерное распределение нагрузок и минимизирует риск разрушения соединений.
• В местах соединения профильных труб желательно дополнительно устанавливать кольцевые муфты или фланцы для крепления.

Этап изготовления конструкции крыши навеса сварным и болтовым методом

После создания необходимого числа ферм для навеса следует их соединить между собой с помощью связевых ферм или силовых балок (лаг).

Монтаж конструкции с применением болтового метода

На этом этапе для достижения максимальной прочности соединений необходимо добиться, чтобы соединенные фермы образовали единое целое. Однако в нашем конкретном случае использование болтового метода может быть затруднительным, так как:

1. Необходимо затянуть несколько элементов сразу (два стержня фермы и лагу);
2. Сложно точно определить геометрию отверстий из-за разнообразия форм.

Для избегания подобных ситуаций рекомендуется применять сварной метод, если изначально проект не предполагает болтовые соединения.

Монтаж конструкции методом сварки

Чтобы качественно соединить ферму с лагами будущего навеса, необходима достаточная площадь сваривания. Проще говоря, несущие узлы должны быть соединены прочными и надежными сварными швами.

Сначала нужно задать правильное положение крепежных элементов относительно друг друга и обеспечить плотное прилегание деталей, после чего необходимо сделать сварные швы по всему периметру соединения и обработать их.

Этап возведения навеса с применением сварного и болтового методов

Оба метода требуют тщательной подготовки при монтаже готового металлического каркаса крыши на столбы. Надежность болтового соединения определяется диаметром используемых болтов. Сварной метод, в свою очередь, требует создания качественного шва в ключевых узлах конструкции. Хороший сварочный шов практически полностью соответствует материалу, из которого выполняется конструкция.

Поэтому если количество соединительных точек небольшое, лучше всего использовать болтовой метод крепления. В остальных случаях специалисты рекомендуют применять сварной метод.

Преимущества и недостатки различных металлов для строительства металлических ферм

В производстве металлических ферм из профильной трубы используются углеродистые стали общего назначения, качественные, конструкционные и легированные стали. Также могут применяться трубы с защитным цинковым покрытием. Для создания компактных сезонных конструкций иногда используется алюминий.

Для строительства небольших объектов в частных хозяйствах обычно применяются углеродистые стали, такие как Ст3сп, Ст3пс, которые могут быть как оцинкованными, так и нет. Эти материалы обладают достаточной прочностью, чтобы обеспечить надежность конструкции. Однако по своей коррозионной стойкости такие стали имеют свои ограничения.

Под действием осадков даже конструкции из конструкционных и легированных сталей могут со временем начать корродировать. Непревосходная коррозионная стойкость не может быть гарантирована даже при использовании небольшого количества легирующих компонентов. Обычно в низколегированных сталях, таких как 30ХГСА, 30ХГСН, 38ХА, содержится от 2 до 4% легирующих примесей, что не делает их более устойчивыми к коррозии.

С точки зрения прочности, конструкционные и легированные стали имеют более длительный срок службы по сравнению с углеродистыми, и они лучше выдерживают циклические нагрузки. Однако эти характеристики проявляются только после термической обработки. Поскольку закалка и отпуск могут негативно сказаться на форме труб, готовые изделия часто не подвергаются этой обработке. Иногда может применяться отжиг для бесшовных труб, чтобы снять остаточные напряжения и придать металлу большую мягкость.

Конструкционные стали, такие как 20А, 45, 40, 30А, считаются более качественными и, соответственно, являются более дорогими. Легированные стали стоят еще дороже, и возможно, что продавец может предложить трубы из стали 3 вместо нужных вам. Таким образом, при проектировании конструкций шириной до 20 м стоит избегать использования профтруб из упомянутых выше видов стали. Оцинкованный профиль целесообразно приобретать в случае, когда будет использоваться краб-система для строительства.

Проектирование фермы и её элементов

Полный расчет нагрузки, которую будет испытывать металлическая ферма, — это сложный процесс, поэтому для его подготовки настоятельно рекомендуется обращаться к специалистам.

При вычислении размеров и толщины стенок профильных труб, необходимых для строительства, стоит учитывать следующие факторы:

• размеры металлоконструкции, включая длину и расстояние между опорами;
• высота опор и ферм;
• форма ферм;
• предельная снеговая нагрузка в зимний период;
• ветровая нагрузка;
• особенности местности, такие как сейсмичность и возможность оползней;
• массу кровельного покрытия.

Ошибки в расчетах могут привести к серьезным последствиям, таким как:

• деформация металлической фермы под весом снега и влажной листвы;
• изменение формы конструкции под собственным весом, что может вызвать значительные проблемы;
• обрушение фермы при сильном ветре;
• деформация, приводящая к разрушению конструкции, что создает опасность для людей и имущества, находящегося под навесом, например, автомобилей;
• нестабильности конструкции, приводящей к разрушению кровли;
• что приводит к неоправданным расходам на материалы и работы из-за неправильно выбранного профиля.

Если предполагается использование нескольких ферм и опор, с шагом между опорами в пределах 2 м, можно использовать относительно тонкие трубы. Однако если четыре опоры сопровождаются парами ферм длиной 6-8 метров, потребуется более толстый профиль.

Далее перечислены допустимые нагрузки на металлические фермы: