Строительная ферма — инженерное сооружение, которое связывает в единую систему опорные балки, перекрытия, настилы и другие конструкции. Пример, стропильная система производственного, складского и жилого здания с большими пролетами.
Наиболее прочные конструкции изготавливают из металлов и сплавов: черной стали, алюминия, нержавейки. Элементы раскраивают из проката: швеллера, двутавра, профильной трубы, угла.
Устройство ферм
Несущая конструкция состоит из контура и заполнения. Чаще других строительных материалов элементы раскраивают из стальных углов. При массовом строительстве используют горячекатаные конструкции, которые стоят дешевле гнутой и калиброванной продукции. Преимущество изделий: малый вес, доступная цена, способность выдерживать нагрузки.
Для сборки строительных ферм используют стальные углы с одинаковыми и разными сторонами сечения. Сортамент горячекатаной продукции содержат государственные стандарты: № 8509-93 и № 8510-86.
Стержни нарезают на отрезки нужной длины, собирают контур и решетку. Верхние и нижние части конструкции называют поясами.
Комбинируя приемы монтажа, реализовывают проекты разной степени сложности. Получают результаты:
- Типовые опорные конструкции в виде плоских геометрических фигур. Фермы используют при возведении малонагруженных сооружений.
- Объемные изделия с контуром из парных стальных углов для жилых и производственных высотных зданий.
- Уникальные строительные фермы, предназначенные для участков с неодинаковыми нагрузками. Конструкции собирают из стальных углов разных размеров и форм.
Простые строительные фермы имеют форму треугольника, арки, трапеции, вытянутого прямоугольника. Последний тип называют конструкцией с параллельными поясами.
В зависимости от направления монтажа, отрезки стального угла называют:
- вертикально по отношению к оси — стойками;
- под наклоном 900 — раскосами;
- в любых направлениях — шпренгелями (дополнительными опорами).
Единичные строительные фермы устанавливают на место, сваривают с опорами (колоннами, несущими стенами) и между собой. Образуется каркас здания или отдельных конструкций. Технологию применяют при монтаже стропильной системы для беседки, навеса, многоскатной крыши дома.
Как собирают строительные фермы?
Рама состоит из одинарных или парных стальных углов. Ферма выдерживает большие нагрузки, если прокат монтируют параллельно. Элементы решетки находятся внутри. Концы стоек и раскосов входят в пространство между верхним и нижним поясом.
Способы соединения деталей в систему: сварка, на болтах или заклепках. Элементы располагают впритык к контуру или используют фасонки.
Для создания верхнего пояса выбирают разносторонние стальные углы. Меньшая грань служит ребром жесткости. Торец изделия направлен наружу.
Чтобы собрать нижний пояс, берут равносторонние стальные углы. Полки двух конструкций располагают параллельно (внутри рамы). Торцы смотрят наружу.
В местах фиксации раскосов располагают фасонки. Надежные и прочные узлы получают при выполнении условий:
- отрезки стального профиля крепят к поясам фланговыми сварными швами;
- узловые фасонки заводят за углы.
Сборная конструкция выдерживает значительные нагрузки. Контур из парных профилей применяют при возведении ферм для высотных и малоэтажных зданий.
Когда проектируют большепролетные сооружения, на чертеже указывают зетовые профили. Элементы облегчают сборку кровельных систем и вентилируемых фасадов.
Конструкции строительных ферм
При возведении зданий с просторными помещениями используют изделия прямоугольного, трапециевидного, полигонального (состоящего из ломаных линий) и сегментного контура.
Наиболее экономичный вариант — конструкция с параллельными поясами. В этом случае стальной угол режут на одинаковые отрезки. Из проката большего размера сваривают верхний и нижний пояс. Меньшие стержни используют как стойки и раскосы. Такую ферму проще собрать и смонтировать. Смета на строительство меньше.
Независимо от формы контура, пространства между поясами заполняют по-разному. Стальной профиль раскраивают на заготовки. По отношению к продольной оси рез проходит перпендикулярно или под углом.
Формы решеток:
- треугольная (без стоек);
- шпренгельная;
- треугольная с вертикальными вставками;
- раскосная с нисходящими и восходящими ребрами жесткости;
- ромбическая: пространство между верхним и нижним поясами заполняют наклоненными прямоугольниками;
- крестовая с чередованием вертикальных и наклонных отрезков;
- перекрестная, в которой сочетаются ромбы и стойки;
- «лежащая елочка», где фигуры наклонены под углом 900.
Применение простых и сложных архитектурных форм
Нормативные документы определяют, когда использовать плоские и объемные строительные фермы. Первый вариант подходит для малых архитектурных форм и небольших сооружений: гаражей, мастерских, помещений для содержания животных. В этом случае выбирают плоские строительные фермы (без поясов и дополнительных элементов).
Самое простое решение для одно- и двухскатных крыш небольших коттеджей и дачных домов — треугольная конструкция. Сначала из одиночных стальных углов сваривают каркас. К раме прикрепляют стойки и раскосы.
Сложнее реализовать конструкцию арочного типа. Строительство сооружений с дугообразными сводами обходится дороже. Чтобы согнуть стальной угол в виде арки, понадобится специальное оборудование.
Когда проектируют кровельную систему, выбирают конфигурацию и углы наклона скатов. Второй компонент зависит от конструкции крыши и климатических условий, характерных для конкретной местности. Учитывают параметры: силу ветра, годовой объем осадков.
Чтобы вычислить наклон ската, специалисты по проектированию строительных объектов используют сложные формулы. На практике, из готовых проектов выбирают похожий чертеж и узнают рекомендуемый уклон ската.
Особенности монтажа строительных ферм
При проектировании сооружений учитывают точки действия нагрузок на каждую конструкцию. Когда выполняют деталировку, в этих местах закладывают стыки стоек, раскосов и шпренгелей.
Для сложных участков конструируют усиленные фермы: стойки из стальных углов заменяют на профильные трубы. Замкнутый контур выдерживает большие нагрузки. Из углового профиля собирают раму и нарезают раскосы.
Монтаж фермы для кровельной системы выполняют на земле и высоте. Последовательность работ:
- стальной угол нарезать на заготовки;
- части конструкции разложить на плоскости, прихватить сваркой или соединить механически;
- проверить геометрию строительной фермы с помощью измерительных инструментов;
- произвести сварку: начать с каркаса, сформировать тавр из стальных углов, установить накладные пластины; заполнить пространство между верхним и нижним поясом: приварить стойки, на следующем этапе — раскосы и перемычки;
- устранить поверхностные дефекты;
- проверить качество сварки;
- проконтролировать соответствие размеров и формы чертежу.
Сваривают все строительные фермы. Подготавливают верх здания к монтажу стропильной системы. Конструкции поднимают наверх, соединяют с опорами и между собой. Фиксируют промежуточные перемычки и коньковые элементы. Стальные углы и профильные трубы очищают от следов сварки, грунтуют, покрывают защитным составом.
