Расчет ферм

К вопросу о расчете плоских ферм (приложение к дискуссии)

    Расчет фермы на прочность по способу вырезаний узлов довольно громоздкий. Расчет состоит из таких этапов (по Леоненко Д. В.):
1.    Определение реакций опор фермы путем составления уравнений равновесия относительно точек опор:

2.    Поочередно вырезаются узлы, в которых сходятся пояса (верхний и нижний), стойки и раскосы решетки фермы. Проектируя усилия на координатные оси хоу определяют характер (сжатие или растяжение) и величину усилий в стойках, раскосах и поясах панелей фермы. Таких узлов для фермы с тремя стойками и двумя раскосами –восемь:

3.    По полученным результатам расчетов строится опора продольных сил во всех элементах фермы. Исходя из эпюры сил переходят к расчету прочности элементов фермы и подбору сечений этих элементов. Следуя технологичности изготовления фермы, при выборе сечения элементов принимают за расчетное максимальное усилие (например, в нижнем растянутом поясефермы действуют усилия 425 кГс, 425 кГс, 550 кГс, 375 кГс, следовательно, в расчет берут 550 кГс). Используя классическую формулу,

определяют напряжение в элементах фермы или момент сопротивления профиля (W), если определены положения, с последующим выбором определенного профиля из сортамента профилей.

Этот расчет классический и может применяться для расчета ответственных ферм в строительстве.

Если возникает необходимость запроектировать молонагруженную ферму для укрытия или козырька входа, когда на ферму действует снеговая нагрузка, ветровая нагрузки и собственный вес, можно рассматривать ферму, как балку с разнесенным сечением и следовательно расчет существенно упрощается что ведет к значительной экономии средств в малых предприятиях занимающихся металлоконструкциями.

В качестве примера можно привести способ увеличения несущей способности балки путем рассечения ее по стойке с последующей сваркой частей балки со смещением в местах примыкания (см. схему).

Такой способ применяли для производства панелей покрытия и стеновых панелей при строительстве быстромонтируемых зданий производственного назначения.

Определяем величину увеличения несущей способности балки после ее рассечения и сварки.

Стандартный профиль балки №30.
Балка рассеченная, сварная

Видно, что момент сопротивления балки в  4,3 раза, а значит возросла ее несущая способность.

Рассмотрим упрощенный расчет фермы из профильных труб (нижний и верхний пояса), стойки и раскосы из листового проката или труб меньшего поперечного сечения:

Сечение фермы в точке приложения сечения силы: используем формулу для определения момента сопротивления относительно оси Х (сопромат, табл. 1, стр. 37).

Определив изгибающий момент от действия Р вычисляется напряжение в нижнем (растянутом) поясе формы.

Где   – допускаемое напряжение для материала (Сталь 3)
       – момент сопротивления сечения составил 510,6 см3.

Для сравнения момент сопротивления двутавровой балки №30е (ГОСТ 8239-56) составляет 518 см3 (сопромат, табл. 6, стр. 90).

Рассмотрим расчет фермы из круглих труб (нижний и верхний пояса), стойки и раскосы из листового материала (или профильного) проката:

Сечения фермы в точке приложения силы Р будет. Используем известную методику определения момента сопротивления сложного сечения.

Где I – момент инерции трубчатого сечения. (сопромат, стр. 55, таб.1)

ymax – максимальное удаление поперечного сечения трубы от главной оси Х – Х.
(сопромат, стр. 21)

Определив изгибающий момент от действия силы Р, определим напряжение в нижнем (растянутом) поясе фермы.

Где – допускаемое напряжение для материала (Сталь 3)
        Wx – момент сопротивления сечения составил 110,4 см3.

Для сравнения момент сопротивления двутавровой балки №22 (ГОСТ 8239-56) составляет 230 см3 (сопромат, табл. 6).

Рассмотрим расчет фермы из профильных труб прямоугольного сечения. Используем известную методику определения момента сопротивления сложного сечения.

Общий момент сопротивления будет относительно оси Х – Х.

(сопромат, стр. 31)

где

Общий момент сопротивления будет относительно оси х-х:

Рассчитав момент сопротивления сечения, можно определить напряжение в нижнем поясе фермы и выбрать необходимый профиль.

Выводы

1.    Классический расчет фермы позволяет определить усилия во всех элементах фермы, однако он сложный и м. б. использован при расчете ответственных конструкций.
2.    Упрощенный расчет фермы дает возможность определить прочностные характеристики опоеного сечения фермы и выбрать необходимые профили нижнего и верхнего поясов фермы.

Ткаченко Н.А. зам главного конструктора » ТОВ Стальмира «

Использованные источники
1.    Г.С. Писаренко и др. Справочник по сопротивлению материалов. К. 1975г.

2.    С.П. Фесик. Справочник по сопротивлению материалов. К. 1982г.
3.    Д.В. Леоненко. Расчет плоских ферм. Б: 2006г.
 

www.stalmira.ua

виды, расчет конструкции и сварка

Металлические фермы не являются редкостью в условиях современного строительства. Такие конструкции особенно востребованы при обустройстве помещений с большими размерами или в случае необходимости получить стропильную систему с наиболее высоким уровнем прочности и надёжности. Кроме того, металл обладает характеристиками, позволяющими оформлять конструкции из профильных труб для монтажа пролётов с длиной более десяти метров.

[contents]

Преимущество стропильных ферм из труб

• стабильно высокие прочностные характеристики, которые позволяют обеспечить максимально долгую эксплуатацию всей конструкции;

• использование металлического профиля значительно облегчает сооружение наиболее сложных конструкций с минимальными затратами времени и сил;

• фермы из профильных труб отличаются вполне доступной стоимостью;

• фермы из профилей обладают незначительным весом;

• конструкции, изготовленные с использованием профильных труб, отличаются устойчивостью к деформационным изменениях и испытывают минимальные последействия вследствие механических ударов или других повреждений.

Кроме того фермы, выполненные на основе металлических профилей можно окрашивать, что позволяет получить очень качественную и внешне эстетичную конструкцию.

Область применения

Основной сферой использования ферм является конструирование металлических каркасов для навесов и различных построек. Кроме того, посредством таких конструкций выполняется защита значительных площадей от солнца и атмосферных осадков. Широко используются металлические фермы в сооружении мостов и в качестве перекрытий в сегменте промышленного или частного строительства.

Локальное использование ферм из профильных труб наблюдается при обустройстве объектов связи, линий электроснабжения, автотранспортных дорог. Их эксплуатируют при возведении спортивных и культурно-массовых сооружений.

Виды профильных труб

Для выбора определённого варианта стальной конструкции необходимо определиться с видом профильной трубы, которые сильно отличаются размерами, ГОСТами, конфигурацией и могут иметь

Виды профильной трубы

следующие формы:

• квадратная труба с одинаковым соотношением размеров всех сторон;

• прямоугольная труба с различными размерами сторон;

• овальные трубы, отличающиеся дороговизной, что обусловлено трудоёмкостью изготовления.

Очень важно правильно рассчитывать параметры профильных труб, из которых будет состоять конструкция фермы:

• для небольших сооружений с шириной не более 4, 5 метра оптимальные размеры составляют 4 x 2 x 0,2 сантиметра;

• конструкции с шириной не более 5,5 метра обустраиваются трубами с размерами 4 x 4 x 0,2 сантиметра;

• для конструкций, с шириной более пяти метров, допускается использование металлопрофиля с параметрами 4 x 4 x 0,3 сантиметра или 6 x 3 x 0,2 сантиметра.

В зависимости от типа изготовления, трубы профильные могут быть представлены:

• электросварными холоднодеформированными изделиями;
• электросварными изделиями;
• горячедеформированными изделиями;
• холоднодеформированными изделиями;
• бесшовными изделиями.

Разновидности конструкций

На основании формы металлической фермы различаются следующие разновидности:

• односкатный вариант фермы на основе профильных труб;
• двухскатный вариант фермы;
• прямой вариант;
• арочный вариант.

Виды конструкций

Кроме того, конструкции металлических ферм подразделяются в зависимости от очертаний пояса:

конструкция с параллельным поясом. Особенности такого варианта обусловлены лёгкостью монтажа благодаря значительному количеству однотипных деталей, одинаковой длине стержней решётки и пояса, наличию незначительного количества стыков, полной унификации конструкции и возможности использовать под мягкое кровельное покрытие.

односкатная конструкция фермы. Характеризуется устройством узлов оптимальной жёсткости, отсутствием длинных стержней в серединной части металлопрофильной фермы и достаточной экономичностью конструкции.

ферма полигональной конструкции. Такой сложный вариант чаще всего используется при возведении строений со значительным весом и способствует обеспечению экономичного использования профилей.

треугольная конструкция фермы. Особенностями являются простота изготовления и возможность использовать такой вариант для кровель с большим уклоном. Следует учитывать сложность устройства большинства опорных узлов и значительный расход металлопрофиля.

Все фермы на основе профильных труб могут быть представлены сооружением с объединением всех элементов в одной плоскости или висячей конструкцией, включающей верхний и нижний пояса.

Проектирование и расчёт

Наиболее важным этапом возведения любой конструкции является проектирование и расчёт, которые должны учитывать следующие нюансы:

• показатель нагрузки на конструкцию фермы;
• величина конструкционного уклона;
• местоположение перекрытий;
• протяжённость обустраиваемых пролётов.

Чертеж фермы из профильной трубы

Следует учитывать, что на сегодняшний день существует всего четыре конструкционных варианта металлических ферм для обустройства двухскатных кровель:

• классический вариант треугольника со стропильными распорами;

• треугольный вариант конструкции с лобовыми врубками;

• вариант пятиугольных сегментов, оснащённых дополнительными рёбрами для повышения жёсткости;

• вариант многоугольного исполнения, используемый для пролётов длиннее 24 метров, на которые предполагается потенциально высокий уровень внешних нагрузок.

Особенности и этапы расчётов, на которые следует обратить особое внимание:

• перед расчётами необходимо выполнить схему с указанием зависимости длины конструкции от величины кровельного уклона;

• выбор схемы должен сочетаться с определением контура поясов выполняемой фермы, что находится в непосредственной зависимости от функциональных особенностей конструкции, варианта кровельного материала и угла кровельного наклона;

• выбор параметров длины и высоты фермы, а при длине более 36 метров требуется произвести расчёт строительного подъёма;

• определение размеров панелей в зависимости от величины нагрузки и расчёт междоузельных расстояний.

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.

Фермы из профильной трубы

Угол уклона позволяет выделить несколько типов металлопрофильных ферм:

Угол кровельного уклона от 22 до 30 градусов.

Возведение при угле наклона крыши 22-30 градусов

Высота фермы рассчитывается посредством деления длины пролёта на пять. Основным преимуществом является достаточно небольшой вес конструкции.

Если величина длины пролёта более четырнадцати метров, то предпочтение следует отдать конструкции с расположением в направлении сверху вниз. Верхняя часть обустраивается панелью с параметрами длины от 1,5 до 2,5 метра, а сама конструкция должна иметь два пояса и чётное количество панелей.

Изготовление промышленных металлопрофильных ферм с длиной более двадцати метров, подразумевает монтаж металлических сооружений подстропильного типа, которые будут связывать опорные колонны.

Как правило, стандартные конструкции состоят из пары треугольных ферм, которые соединяются затяжкой. Такой вариант не позволяет образоваться длинным раскосам в средней части конструкции, и способствует облегчению общего веса конструкции. Закрепление потолка на такой ферме происходит фиксацией затяжки на верхнем узле пояса.

Угол кровельного уклона от 15 до 22 градусов.

При таком уклоне для расчёта высоты конструкции длину пролёта необходимо разделить на семь. Следует учитывать, что показатель длины такой металлопрофильной фермы не должен превышать двадцать метров. Если длина значительнее, то требуется использовать затяжки, а нижний пояс изготовить на основе ломанного варианта.

Минимальный кровельный уклон, не превышающий 15 градусов.

Оптимальным вариантом является устройство в форме трапеции. Для расчёта высоты требуется разделить длину пролёта на показатель, который в зависимости от величины уклона может варьироваться в пределах 7 — 9. При установке фермы не на потолок, в виде раскосов допускается использование треугольной решётки.

Изготовление и сварка

Весь процесс изготовления базируется на выполнении действий в определённой последовательности и соблюдении нескольких правил, которые позволяют собрать надёжную и качественную металлопрофильную конструкцию:

• для сборки и скрепления всех элементов конструкции необходимо пользоваться прихватками или спаренными уголками;

• конструирование верхнего пояса фермы подразумевает использование двух тавровых разносторонних уголков, которые стыкуются меньшими сторонами;

• для соединения нижнего пояса конструкции следует использовать уголки с равными сторонами;

• большая и длинная ферма соединяется посредством накладных пластин, а чтобы получить равномерное распределение нагрузки следует использовать парные швеллеры;

• при монтаже раскосов требуется выдерживать угол в сорок пять градусов, а установка стоек выполняется под углом в девяносто градусов;

• раскосы и стойки крепятся посредством тавровых или крестообразных уголков с равными сторонами;

• при изготовлении цельносварных конструкций целесообразно использовать тавры;

• собрав конструкцию посредством прихваток можно выполнять сварочные работы ручного или автоматического типа с последующей зачисткой всех швов.

На завершающем этапе необходимо обработать всю конструкцию качественным антикоррозийным составом и краской.

Подводим итоги

Качественные и грамотно выполненные металлические фермы должны соответствовать всем нормам безопасности и возводиться в соответствии с установленными государственными стандартами.

Чем выше возводимая ферма, тем больше её несущая способность, что необходимо учитывать при проектировании и выполнении узлов соединений.

Профильные трубы являются недорогими, лёгкими, экономичными и прочными элементами и относятся к категории идеальных вариантов для изготовления объёмных стропильных ферм.

netosadkam.ru

Главные пункты расчетов металлических ферм

Фермами считаются металлоконструкции, которые состоят из соединенных решетчатых стержней. По сравнению с деревянными фермами из балок, данную конструкцию сложнее соорудить, однако она считается более экономичной. Элементы конструкции крепятся с помощью сварки или клепок.

Главными преимуществами металлических ферм являются:

1. Низкая стоимость материала
2. Устойчивость к большим механическим нагрузкам
3. Долговечность
4. Прочность.

К недостаткам можно отнести:

1. Большой вес конструкции
2. Сложную установку
3. Плохую устойчивость к высоким температурам (например, при пожаре высока вероятность обрушения кровли из-за деформации металла).

Металлическая ферма – опора всей конструкции. Она состоит из прямых стержней, соединяющихся друг с другом. Соединение может быть жестким и шарнирным. В составных частях фермы (верхний и нижний пояса, раскосы и стойки) присутствует только нагрузка на сжатие или растяжение.

Более подробно о фермах можно прочитать в этой статье: «Стальные или металлические стропильные фермы», «Как сделать так, чтобы балка не прогибалась? «.

Применение металлических ферм

Металлические фермы используются в строительстве для перекрытия больших пролетов. Они способны выдерживать большую нагрузку, поэтому незаменимы в масштабном строительстве, например, моста. В промышленных зданиях они помогают перекрыть огромные площади корпусов. При строительстве спортивных объектов о сохранности перекрытий и кровли тоже могут позаботиться металлические фермы.

Расчет металлической конструкции

Проводить расчет металлической фермы самостоятельно достаточно сложно. Начиная расчет кровли, необходимо знать количественную величину постоянной нагрузки на кровлю, дополнительной нагрузки, периодической нагрузки. К постоянной нагрузке относится вес конструкции и кровельного покрытия, к дополнительной – снеговые и ветровые нагрузки, к периодической – случайные факторы, например, землетрясение, если оно возможно в данной местности.

В видео дополнительно говорится о расчетах металлических ферм:

Сейчас довольно часто покупают уже готовые фермы, потому что при расчете нужно выбирать материал для конструкции, просчитывая нагрузку на каждую из частей. Ошибка может стоить всей конструкции.
Для самостоятельного расчета фермы необходимо запастись терпением, калькулятором и парой СНиПов: по стальным конструкциям, по нагрузкам и воздействиям.

1. Выбираем схему фермы.
   • При уклоне от 22 до 30 градусов, лучше использовать треугольную ферму, её высота будет равна длине пролета, разделенной на пять.
   • При угле наклона крыши от 15 до 22 градусов, высота конструкции будет равна одной седьмой части длины пролета.
   • При уклоне, не превышающем 15 градусов, лучше использовать ферму в виде трапеции.
2. Выбираем размеры фермы.
3. Рассчитываем узлы конструкции.
   • Необходимо нанести геометрическую схему отправочного элемента. Оси каждого стержня в данном узле должны сходиться в одной точке. Длина стержней определяется при помощи таблицы квадратов чисел.
   • После нанесения узлов, нужно прочертить пояса и другие элементы решетки. Если узлы крепятся при помощи болтов, на чертеже необходимо учесть их присутствие.
   • Обрезы элементов конструкции должны располагаться на расстоянии 4-5 сантиметров от кромки пояса фермы.
   • Наносятся размеры швов. Их нужно располагать так, чтобы центральная линия каждого шва совпадала с центральной осью элемента, который прикрепляется этим швом.
   • Количество размеров должно быть таким, чтобы по ним можно было построить шаблон фермы.

ukroem.ru