Стальные фермы — неотъемлемая часть современных сооружений, зданий. Представляет собой сборную систему. Используется для строительства перекрытий больших пролетов с целью снижения материалоемкости и снижения общего веса конструкции.

Что представляет собой конструкция

Ферма — одна из разновидностей строительных конструкций. Она состоит из отдельных железных стержней, которые закреплены в узлах. Сама по себе схема построения ферм представляет собой множество соединенных между собой треугольников. Может применять различную форму и конструктивные особенности. Ферма необходима для обеспечения концентрации нагрузок в соединительных точках.

Технические характеристики

Ферма характеризуются следующими характеристиками:

• Длина пролета. Расстояние между парой наиболее близко расположенных друг к другу опорных точек.
• Высота. Размер объема фермы с расположенными вертикальными поясами.
• Панель верхнего пояса. Расстояние между двумя ближайшими узлами, которые расположены на верхней части продольной балки.
• Панель нижнего пояса. Расстояние от одного смежного узла нижней продольной балки до другого.

Если балки верхнего и нижнего пояса находятся не параллельно друг другу, тогда используются 2 значения высоты. Это Н1 и Н2.

Элементы и узлы конструкции фермы:

• стойки — элементы жестких вертикальных поперечных связей. Они предназначены для соединения всех узлов нижнего и верхнего пояса. Конструкция фермы на себя принимает нагрузку на сжатие;
• верхний пояс — необходим для связи соединительных узлов верхней части фермы;
• нижний пояс — продольная палка. Она находится в горизонтальном положении. К ней крепятся узлы нижней части фермы;
• раскосы — поперечные элементы связей. Располагаются по диагонали, необходимы для соединения верхних и нижних поясов. Раскосы устанавливаются под углом 45 градусов. Соблюдение этого правила необходимо для того, чтобы нагрузка равномерно приходилась на элементы при сжатии и растяжении;
• узловые соединения — сварные и болтовые элементы. Также могут использоваться клепаные узловые втулки для соединения примыкающих друг к другу элементов;
• узлы — точки конструкции. В них производится соединение диагонально расположенных раскосов, стоек, верхних и нижних балок поясов. Для фиксации используется шарнирный тип соединения.

При проектировании ферм с использованием стальных изделий или уголка при сваривании используются фасонки.

Фермы отличаются от сплошных балок тем, что у них высокий показатель несущей способности при сравнительно небольшой металлоемкости, стоимости.

Виды фермических изделий:

• Плоские. Все стержни располагаются преимущественно в одной плоскости. Конструкцию необходимо дополнить и усилить продольными\диагональными связями.
• Трехмерные. Состоят из набора стержней, которые устанавливают в 3 разных плоскостях. Конструктивная сложность, оправдана способностью, выдерживать боковые, вертикальные, горизонтальные нагрузки. Изделия могут использоваться без дополнительных связей с иными конструкциями.

• Сегментные. Представляют собой идеально ровную основу в виде нижней балки и цельного сегмента. Он выполняет функцию верхнего пояса. При изготовлении таких фермичных конструкций нередко используется стальные трубы и прокатные станки. Они необходимы для гибки металла и придания формы, согласно заданным размерам.
• Прямоугольные и параллельные конструкции. Выполняются из балок, которые расположены параллельно друг к другу, имеют форму прямоугольника. Этот вид изделий пользуется большим спросом и является самым распространенным на сегодняшний день. Характеризуется универсальностью.
• Несимметричные треугольные фермичные конструкции. Изготавливают их из стальных элементов, которые заключены в форму прямоугольного треугольника. Их используют также в качестве стропильных ферм при строительстве односкатной крыши. Конструкции треугольной формы. Это стальные изделия, расположенные в виде равнобедренного треугольника. Прочность обеспечивается за счет диагональных связей и вертикальных стоек. Используется при строительстве двускатной крыши. Наклонные балки исполняют роль стропильной системы.

Типы решеток ферм

Практическая реализация стальных фермичных конструкций предусматривает наличие жестких связей. Для обеспечения прочности и надежности конструкции. При этом важно учитывать тип используемого материала для изготовления фермы. Поэтому решетки могут изготавливаться по следующим схемам:

• Треугольная. Самая распространенная форма решеток. Такой тип считается самым экономным. Он имеет суммарную длину стержней жесткости.
• Раскосая. Характеризуется материалоемкостью и сложностью монтажа. Используется преимущественно при высоких нагрузках. Может применяться с дополнительными раскосами.
• Шпренгельные решетки. Применяется в том случае, если основная часть принимаемой нагрузки приходится на верхний пояс конструкции.
• Крестовая решетка. Идеально подходит для конструкций с нагрузками в разных направлениях.
• Перекрестный тип. Целесообразно использовать для ферм, которые выполнены из Т-образных балок.

Полураскосые и ромбические формы. Используют при строительстве мостов и матч для обеспечения дополнительной прочности.

Материалы

Могут использоваться разные виды стального проката. Т и Н-образный профиль. Еще его называют двутавр, тавр, швеллер. Для реализации классических задач используются углеродистые марки сталей и обычные сплавы. Коррозиестойкие и низколегированные марки сталей, актуальны для строительства ответственных металлоконструкций. Углеродистые сплавы и оцинкованные виды проката стоит использовать при повышенной степени агрессивности. Дополнительно применяются и алюминиевые элементы. Несущие конструкции выполняются на основе стали. Это один из самых популярных строительных материалов на сегодняшний день. Без него невозможно обойтись при сооружении кровли, гражданского и промышленных объектов. Несущие фермичные конструкции характеризуются высокой степенью экономичности и эффективности. С помощью них можно решить абсолютно любую архитектурную задачу. То, что сооружение прослужит несколько лет обеспечено долговечностью и надежностью стальных конструкций.

Преимущества

Такие конструкции имеют множество положительных моментов. В первую очередь стоит выделить — рациональность, экономичность, эффективность, надежность, долговечность.

К остальным достоинствам относятся следующие качества:

• Позволяет снизить сроки установки и строительство сооружений. Готовые элементы уже привозят на рабочую площадку, где собственно и происходит сборка рабочей бригадой.
• Есть возможность построить высокие и прочные конструкции. Это промышленные объекты, строительство жилых домов, коттеджей, торговых павильонов, центров и иных объектов.
• Высокая степень устойчивости к механическим и снеговым нагрузкам, сильным порывам ветра и иным воздействиям.
• Можно построить здания, которые будут обладать дизайном и эстетическим внешним видом.
• Фермичные конструкции характеризуются невысокой стоимостью, прочностью и не большой металлоемкостью. Их использование позволит сократить расходы на строительство и снизить общую стоимость строительства объекта.
• Фермы имеют большой уровень спроса при строительстве малоэтажных объектов с односкатными и двускатными крышами.

Стальные несущие конструкции пользуются большим спросом при строительстве различных по назначению объектов. Они являются безальтернативным решением. Высокий уровень прочности изделий и спрос на эти материалы, заслужены следующими преимуществами:

• небольшой вес;
• высокая несущая способность;
• доступная цена;
• низкие требования к обустройству фундамента;
• предельная жесткость фермичных конструкций;
• большой ассортимент конструктивных решений;
• устойчивость к внешним факторам;
• простота устройства и последующего обслуживания;
• большие возможности по проведению отделочных работ внутри конструкции;
• минимальные сроки строительства;
• разрешено применять изделия при различных погодных условиях;
• обладают широкими возможностями для обустройства внутри ни систем вентиляции;
• строительство зданий и сооружений с различной степенью сложности;
• долгий срок эксплуатации.

Металлические конструкции проектируются и изготавливаются с небольшим процентом прочности. Поэтому такие конструкции можно без страха и риска эксплуатировать на протяжении 50 лет (полвека!).

Проектирование

Выполнение работы невозможно без проектной документации и профессиональных конструкторов. Прежде чем создать проект, необходимо определиться с размерами пролета, типом грунтового покрытия, какой будет использоваться кровельный материал. А также на начальном этапе следует определиться с формой крыши и наклона ската. Следует учитывать снеговые и ветровые нагрузки, климатические условия.

На основании этих данных осуществляется выбор типа фермичной конструкции и применяемого типа решетки. После того как все это выполнено, следует рассчитать объем строительных материалов. Лучше покупать с небольшим запасом.

Монтажные работы

Процесс строительства с применением стальных элементов подразумевает четкое выполнение пошаговых действий. Изначально проводятся земельные работы по возведению фундаментальной основы и стен. После этого на стройплощадку доставляют фермы. Процесс сборки, сварки, зачистки и покраски изделий осуществляется на земле. Далее готовые конструкции поднимают на место установки, используя для этого подъемный кран. Дальнейшие работы осуществляются согласно составленному проекту.

Конструктивные особенности

Фермичная конструкция необходима для грамотного распределения нагрузки. Нагрузка не должна поступать на одну какую-то точку, она должна распределяться на всю ферму. В зависимости от строения фермы, существует несколько разновидностей:

• Сегментно-прямоугольные.
• Трапециевидная двускатные.
• Сегменто-безраскосые.
• Арочно-бескаркасные.

При выборе того или иного вида несущей фермы, необходимо проанализировать каждый отдельно взятый тип, сравнить характеристики и иные особенности. Также выбор будет зависеть от того, для чего они именно нужны. Для строительства объекта гражданского или промышленного назначения или иных зданий, сооружений.

Также есть плоские и объемные фермы. Они имеют кардинальные отличия друг от друга, так что для начала нужно рассмотреть их особенности. Плоские изделия имеют только габариты ширины и длины. Объемные конструкции выполнены в трехмерном пространстве. Несущая способность конструкции определяется исходя из размеров исходных деталей и схемы проектирования.

При конструировании объемных конструкций, необходимы следующие элементы и узлы изделия:

• Нижний пояс. Это элемент основания, представляющий собой балку, расположенной в горизонтальной плоскости. Ее устанавливают на стены для последующего крепления к ней остальных элементов. А именно элементы жесткости, - диагональные и вертикальные элементы.
• Верхний пояс. Он также является основанием для связей, как и верхний пояс. Если конструкция имеет прямоугольную форму, тогда балка устанавливается параллельно основанию. В трапециевидных конструкциях верхний пояс делится на участки, повторяющие заданную форму. Для арочных и сегментных сооружений создают арку с заданным изгибом.
• Раскосы и стойки. Представляют собой элементы жесткости. Вертикальные ребра выступают в качестве сток. А диагональные элементы металлической конструкции — раскосы.
• Узлы. Это место, где соединяются стойки и раскосы с верхним или нижним поясом. Проект создается так, чтобы нагрузка конструкции концентрировалась в узловых точках.

Как происходит процесс изготовление

Фермичные конструкции относятся к категории повышенной безопасности. Потому как от качественных характеристик зависит прочность и целостность здания. Для их изготовления используют равнополочный и неравнополочный уголок, круглые трубы, швеллер, сварная\холоднокатаная балка.

В ходе изготовления фермы может применяться сваривание и болтовое соединение. Рассмотри их более подробно:

• Соединение заклепками или болтами. В конструкции сначала делают отверстия с помощью плазменной резки. Используемые крепежные элементы должны обладать высоким уровнем прочности. В этом случае будут применяться метизы, гайки, шайбы, граверы. С помощью болтового соединения обеспечивается быстрая установка фермичной конструкции на стройплощадке. Также при необходимости, можно произвести демонтаж, и это также займет немного времени.
• Соединение стальных элементов на молекулярном уровне. В этом случае понадобится сварка. Сейчас существует большое количество разнообразия. Это и контактная, электрическая, дуговая. Самыми эффективным является сварка под флюсом для фермичных конструкций. Такая технология соединения позволяет несколько упростить и автоматизировать этот процесс. Сварочные машины могут формировать внешние и внутренние швы при двойном проваривании. Для проверки качества будет использоваться лазерное и ультразвуковое устройства. Используемый для изготовления ферм металлопрокат может быть выполнен из низколегированных, обычных, конструкционных, углеродистых и высокопрочных марок стали. Оцинкованные материалы могу использоваться с целью защиты от внешних факторов.

Сфера применения

Несущие фермы представляют собой стальные каркасы больших размеров и объемов. Изначально такие конструкции применялись при строительстве зданий с широкими пролетами: цеха, химические и металлургические предприятия, ангары и хранилища, павильоны и комплексы. Фермы проходят проверку на качество и безопасность. Поэтому в их безопасность можно быть уверенным на все сто процентов. Сейчас же несущие фермы используют при строительстве 1-2 скатной крыши и иных разновидностей. Поэтому они пользуются повышенным вниманием со стороны профессиональных строительных организаций.

Область применения ферм не имеет ограничений. Их используют при сооружении мостов, гидротехнических и иных конструкций. При строительстве мостовых грузоподъемных кранов стало типичным подобного рода строительства.