Как рассчитать арочную ферму для навеса

Как рассчитать арочную ферму для навеса

Делать фермы при пролете 6 метров вовсе не обязательно, вполне можно обойтись просто арочными балками, изготовленными из профильной трубы. Самый простой способ рассчитать такую балку — воспользоваться расчетной схемой трехшарнирной арки. Напомню, такая расчетная схема предполагает наличие дополнительного — третьего шарнира в ключе арки.

Арка — такая хитрая конструкция, что изгибающие моменты в поперечных сечениях арки — минимальны, а если форма арки — парабола и нагрузка равномерно распределенная по всей длине арки, то моменты во всех сечениях равны нулю. Материал арки работает в основном на сжатие, потому использование расчетной схемы трехшарнирной арки для нашей арки, описываемой уравнением окружности, вполне допустимо. А если арка будет изготавливаться из двух труб, сваренных посредине, то такая расчетная схема допустима тем более. При такой расчетной схеме значение изгибающего момента в ключе арки будет равно 0.

Так как основные геометрические параметры арки и действующие нагрузки нам уже известны

Расчет поликарбоната на прочность и прогиб

Поликарбонат — достаточно новый строительный материал. В том смысле, что в Советском Союзе поликарбонат не использовался, а потому не было никаких ГОСТов или СП, регламентирующих параметры и свойства поликарбоната. Не появились подобные нормативные документы и за последние 20 лет использования поликарбоната. В основном потому, что производится поликарбонат все больше за границей или на совместных предприятиях и отвечает требованиям пока мало известных нам норм.

Зато рекламных материалов, посвященных удивительным и невероятным свойствам поликарбоната, в сети немало. И про прекрасные прочностные свойства, типа в 200 раз прочнее стекла, и про чудесные упругопластические свойства, мол, выгибать можно по достаточно малому радиусу, и светопроницаемость лучше, чем у стекла и срок службы огромный, чуть ли не 20 лет, и так далее. Все это, конечно, очень хорошо, но для расчета конструкций нужны несколько другие данные, а именно геометрические характеристики поперечного сечения, расчетное сопротивление сжатию и растяжению (если разное), модуль упругости. А такой информацией ни производители, ни продавцы делиться не торопятся, потому как вместе с поликарбонатом к нам с Запада пришла узкая специализация.

Геометрия арочных ферм

Рассмотрим ситуацию, когда хочется сделать открытую беседку в саду в виде галереи. И чтоб галерея имела сводчатое покрытие и была вся такая воздушная и прозрачная. В этом случае сотовый поликарбонат по арочным фермам, изготовленным из металлопрофиля, подойдет как нельзя лучше.

Сейчас арочные фермы в малоэтажном строительстве достаточно популярны. Арочные фермы используют все больше из дизайнерских соображений — арки, символизирующие издревле небесный свод, да еще и с покрытием из светопрозрачных материалов, например, поликарбоната, создают впечатление невероятного простора и свободы.

Изготавливаться арочные фермы могут из любого материала, но самым популярным остается металлическая профильная труба. А если для изготовления арочных ферм будет использоваться профиль одного- двух сечений, опять же из эстетических соображений, то расчет такой фермы и всей конструкции в целом будет не таким уж и сложным, как может показаться.

Расчет арочной фермы

Ну а теперь пришло время поговорить о самом интересном — расчете арочной фермы. При выбранной нами расчетной схеме максимальная нагрузка будет на средние фермы. Одна из таких ферм обозначена на расчетной схеме синим цветом. Именно ее нам и нужно рассчитать:

Расчет точечных креплений поликарбоната

Казалось бы, эка невидаль — поликарбонат. Да прикрутить его саморезами для профнастила и дело с концом! Дешево и сердито, особенно если особенная теплоизоляция на стыках не требуется. Однако срываемые во время сильных ветров листы поликарбоната наводят на мысль, что это не совсем верный подход к решению проблемы и поликарбонатные листы нужно крепить как минимум специально предназначенными для этого креплениями, и даже в этом случае шаг между креплениями следует подбирать не на глаз, а по расчету.

Существует два основных вида креплений для листов поликарбоната — ленточные и точечные. Когда в поликарбонате высверливается отверстие и в обрешетку вкручивается саморез, то это точечное крепление. Крепление поликарбоната с помощью угловых и стыковочных профилей может рассматриваться как ленточное. При креплении листа с помощью разного рода угловых и стыковочных профилей нагрузка на лист передается более равномерно и такие крепления в дополнительном расчете как правило не нуждаются. А вот при использовании точечных креплений в области контакта крепления с поликарбонатом могут возникнуть достаточно большие локальные напряжения.

Как правило проверять надежность точечных креплений для поликарбоната нет необходимости, это давно уже сделали инженеры, разработавшие крепления, но понимать принцип расчета не помешает.

Расчет балки обрешетки для настила из поликарбоната

Расчет металлической балки обрешетки для нашей арочной галереи — самый простой из расчетов. Самое главное, с чем тут следует определиться, так это с расчетной схемой и с нагрузками. Балки обрешетки будут привариваться к узлам верхнего пояса фермы и если прочность сварного шва позволяет, то балки обрешетки можно рассматривать как жестко защемленные на опорах балки.

Расчетной нагрузкой для балок будет снеговая нагрузка, нагрузка от веса поликарбоната и от собственного веса балок обрешетки. При этом, как мы успели выяснить, снеговая нагрузка будет не постоянной, а изменяющейся не только по длине фермы но и во времени, при этом максимальная снеговая нагрузка будет действовать на разные балки обрешетки в разные периоды времени. На общей схеме арочной галереи некоторые из максимально нагруженных балок обрешетки показаны фиолетовым цветом:

Расчет поликарбонатного покрытия для арки

При принятом расстоянии между узлами верхнего пояса фермы 62.5 см и радиусе изгибания около 4.1 м в качестве покрытия может использоваться поликарбонат практически любой толщины. А вот для того, чтобы подобрать толщину поликарбоната нужно как минимум знать максимальную нагрузку и схему закрепления. Основными нагрузками для поликарбонатного листа будут снеговая и ветровая нагрузка. И тут нас ожидает первая засада. Во-первых, в СНиП 2.01.07-85 (2003) нет расчетных схем снеговых и ветровых нагрузок, точно отвечающих нашей конструкции. Наиболее близкими по смыслу являются схема 2 снеговой нагрузки согласно обязательного приложения 3 и схема 3 ветровой нагрузки согласно обязательного приложения 4:

Расчет прямоугольной фермы

А теперь представим себе следующую вполне вероятную ситуацию: жене не понравилась идея сделать колонны посредине (показаны на рисунке 293.1 темнозеленым цветом). Ей хочется пространства и воздушности.

Ничего не попишешь, женщинам виднее, ну а нам, чтобы эту самую воздушность соблюсти, придется дополнительно рассчитать ферму прямоугольной формы (на рисунке 293.1 общие контуры прямоугольных ферм показаны фиолетовым цветом).

К расчету арочных ферм

Как уже говорилось, геометрия арочных ферм может быть достаточно разнообразной. А в зависимости от геометрии и жесткости арочной фермы ее можно рассматривать или просто как ферму, у которой отсутствуют горизонтальные опорные реакции при отсутствии горизонтальных нагрузок, или как арку сквозного сечения, у которой горизонтальные опорные реакции имеются в любом случае.

Почему это так и стоит ли учитывать горизонтальные опорные реакции для арочных ферм, мы и попробуем разобраться в данной статье.

Источник статьи: http://doctorlom.com/raschet_konstruktsiy/raschet_arochnogo_navesa/

Как сделать расчёт фермы и выбрать наиболее надёжную конструкцию: рекомендации и примеры

Перед тем как сделать расчет фермы для навеса и крыши, нужно учесть ее разновидности, преимущества и недостатки каждого типа. Расскажем о том, какие действия необходимо предпринять для того, чтобы провести установку, какую конструкцию фермы лучше выбрать и как рассчитать необходимые показатели, опираясь на технические характеристики.

Особенности использования металлических ферм

При строительстве часто используются фермы различных видов. Долгое время их делали из деревянных брусьев и досок. Однако металлические конструкции имеют перед ними существенные преимущества:

1. Если имеют место механические нагрузки, то это не приводит к деформации.
2. Из-за того, что металлические фермы полые, они имеют относительно небольшой вес.
3. Тот, кто строит частный жилой дом, может позволить себе купить такую конструкцию.
4. Использование металлических частей даёт возможность создавать фермы, имеющие сложную конфигурацию. При этом не происходит потери прочности.
5. В отличие от деревянных конструкций, металлические — не являются пожароопасными.
6. Нет опасности — пострадать от грибка или насекомых.

Разновидности ферм

Использование таких конструкций широко распространено. При этом для разных целей применяются различные типы металлических ферм.

Обычно используются следующие типы таких конструкций:

• Параллельные являются наиболее простыми с точки зрения их устройства. Они состоят из нескольких одинаковых деталей.
• Арочные конструкции имеют типовое строение. Они состоят из внутренней и внешней арочных поверхностей, соединёнными между собой при помощи большого количества рёбер жёсткости. Такие конструкции могут иметь различный радиус арки.
• Треугольные металлические системы иногда представляют собой односкатную металлическую конструкцию. Они, например, могут применяться для устройства односкатной крыши. Применяются также треугольные двухскатные варианты. Их обычно используют для крыш, в которых поверхности по отношению друг к другу находятся под острым углом.

Здесь приведены не все, а наиболее распространённые виды металлических конструкций.

Строение фермы

Типовые конструкции состоят из следующих узлов:

• У каждой структуры имеется верхняя и нижняя поверхность. Их называют верхним и нижним поясами.
• Эти поверхности укреплены решётками, которые связывают их друг с другом.
• Перпендикулярно поясам предусмотрены рёбра жёсткости, называющиеся стойками.
• Раскосы – это рёбра жёсткости, которые расположены под углом к поверхности. Они придают конструкции жёсткость.
• Шпренгеля – это специальные виды раскосов, которые играют вспомогательную роль.

Точку, в которой сходятся два или большее количество рёбер, называют узлом. Панелью называют расстояние между соседними узлами. Пролёт представляет собой расстояние между опорами конструкции.

Считается, что чем больше решёток установлено здесь, то тем более высокая у неё прочность.

Большое значение имеет то, по какой схеме расположены внутренние решётки. При этом стремятся найти компромисс между экономией металла, потраченного на детали конструкции и прочностью структуры.

Для внутреннего устройства металлической фермы применяется несколько видов конструкций:

• Одним из распространённых стандартных вариантов является треугольное расположение решёток. Однако этот вариант имеет относительно небольшую прочность. Её достоинством является наиболее экономное расходование металлических стержней.

Применяются фермы, предназначенные для устройства кровли, в их число входят прямые, односкатные и двухскатные металлические конструкции.

Они обладают высокой прочностью. При их эксплуатации надо учитывать, что они не деформируются даже на больших пролётах.

Как проектировать ферму

Использование металлических ферм в строительстве считается очень эффективным. Это связано со следующим. У этих конструкций высокая прочность, отличные эксплуатационные качества, относительно низкая стоимость по сравнению с использованием альтернативных вариантов, способность не деформироваться даже в случае наличия высоких нагрузок.

Вместе со строительными фермами используют кровельные материалы любых типов, учитывая, что такие конструкции способны их легко выдержать.

Общие принципы

При проведении проектирования необходимо учитывать следующее:

• Рациональная форма конструкции не только способна обеспечить его прочность, но и способствует экономии затраченных средств.

Перед началом работы требуется определиться с тем, какую конструкцию необходимо получить.

Начало работы

Прежде, чем приступить к проектированию, необходимо решить следующие вопросы:

1. Нужно решить, каковы должны быть размеры крыши в длину и ширину.
2. Нужно учитывать, какая у конструкции должна быть форма.
3. Рассматривается не только материал для изготовления распорок, но и тот — который будет использоваться, для нижнего и верхнего поясов.
4. Необходимо определить углы наклона и учесть нагрузку, которую должна будет выдержать крыша.

Нужно принять во внимание, что у конструкций из металлического профиля имеются особые точки равновесия, которые обеспечивают прочность и стабильность конструкции. Опоры в этих местах должны быть сделаны из наиболее качественного материала.

Как выбрать материал

Для создания строительных ферм принято использовать металлический профиль в виде прямоугольной или квадратной трубы. Промышленность выпускает эти детали различных видов. Рекомендуется делать выбор с учётом следующих рекомендаций:

1. Для небольших построек используется профиль сечением 40х20х2 мм и длиной 4,5 м.
2. В тех случаях, когда длина конструкции составляет 5 м или больше, рекомендуется к использованию профиль 40х40х2 мм.
3. Для конструкций большого размера предпочтительно применять профиль 40х60х3 мм.

Что учитывать при проектировании

Важное значение имеет наличие ветров или дождей в местности, где происходит стройка. Такие нагрузки должны учитываться в процессе проектирования.

Для проведения расчётов прочности удобно использовать имеющиеся в интернете онлайн калькуляторы фермы, специально предназначенные для таких вычислений.

Нужно учитывать, что наиболее простая конструкция будет состоять из минимального количества деталей – несущих частей, определяющих форму и вертикальных столбиков из профиля, обеспечивающих прочность. Такую металлическую ферму не только можно сделать самостоятельно, но и приобрести у поставщиков или заказать у профессиональных специалистов.

Выбор формы крыши

При определении опорной конструкции для крыши, нужно выбрать подходящую конструкцию для крыши. В частности требуется определить угол наклона плоскостей.

Прежде всего требуется сделать выбор типа крыши, которую предполагается ставить.

Возможны следующие варианты:

1. Она будет иметь только один скат.
2. Крыша двускатная.
3. Возможен вариант с использованием плоской формы.
4. Купольная.
5. Шатровая форма.
6. Арочная крыша.

Для самостоятельного проектирования наиболее простым вариантом является односкатная крыша. Нужно знать, как рассчитать ферму для навеса. При проектировании нужно обеспечить правильное расположение следующих элементов:

1. Верхний и нижний пояс.
2. Основные стойки.
3. Раскосы.
4. Вспомогательные крепёжные элементы – подкосы.

Последние элементы также имеют второе название – шпренгели. У фермы перекрытия металлические можно соединять между собой соединять при помощи клёпок, сварных швов, особых парных материалов или косынок.

Металлическую форму удобно изготавливать, находясь на земле, а затем поднимать для установки на верх здания.

Важным обстоятельством является выбор угла наклона верхнего пояса крыши относительно нижнего. Обычно при проектировании рассматриваются следующие диапазоны (в градусах):

В первом случае можно обеспечить достаточную прочность путём использование трапециевидной формы конструкции. Высота при этом составит 1/7-1/9 от всей длины.

При определении конструкции распорок нужно учитывать, что могут быть применены следующие решения:

• Треугольная форма расположения имеет свои важные достоинства. Она проста для проведения расчётов навеса из профильной трубы. Треугольную конструкцию относительно просто обслуживать. Она надёжна и долговечна. Такую конструкцию относительно просто сделать. Однако при устройстве такой металлической фермы используется чрезмерное количество профилей. В центральной части решётки приходится использовать длинные стержни из профиля.

При установке фермы важно таким образом распределить опоры, чтобы нагрузка на металлическую ферму была минимальной. Перед тем, как рассчитать ферму, важно понять, какая конструкция опор будет использована.

Видео описание

В видео приведён пример расчёта металлической фермы:

Выбор типа опорных решёток

Расположение внутренних опор подбирается таким образом, чтобы они выдерживали необходимые нагрузки. При этом нужно принимать во внимание форму потолка, вид и геометрию крыши. В качестве калькулятора фермы из профильной трубы можно воспользоваться специальным приложением.

Нужно обеспечить такую систему расположения решёток, чтобы напряжение, действующее на неё было сосредоточена в тех местах, где находятся опоры. Если это удастся сделать, то в металлической ферме будут отсутствовать изгибающие напряжения.

Если об этом не позаботиться, то изгибающая сила станет дополнительной нагрузкой для металлической конструкции и существенно снизит её прочность и надёжность. Чтобы преодолеть такие сложности, придётся использовать опоры, имеющие более крупное сечение.

Этап проведения расчётов напряжений

После того, как были определены детали проекта, необходимо рассчитать напряжения, возникающие при эксплуатации металлической фермы выбранной конструкции. Итогом такого рассмотрения будет правильно подобранная конфигурация системы внутренних решёток.

Видео описание

В этом видео приведены методы расчёта ферм:

Для выполнения расчёта металлической фермы потребуется специальное программное обеспечение или специализированный онлайн калькулятор.

В процессе вычисления должны быть использованы данные взятые из таблиц, содержащихся в следующих документах:

1. СНиП 2.01.07-85 (содержит информацию, которая необходимо для правильного расчёта нагрузки).
2. СНиП п-23-81 (этот документ включает в себя данные, относящиеся к различным металлическим конструкциям).

Для того, чтобы качественно провести нужные расчёт навеса, знакомство с этими документами является необходимым.

Покупка или изготовление фермы

После того, как была выбрана конструкция, произведены необходимые расчёты, продумана схема металлической фермы, необходимо её изготовить. Для этого можно прибегнуть к одному из следующих вариантов:

1. Самостоятельные работы, в результате которых должна быть создана металлическая конструкция.
2. Покупка подходящей модели у фирмы-изготовителя.
3. Заказ у профессионалов и последующая оплата выполненной работы.

Каждый из этих способов имеет свои особенности.

При самостоятельном изготовлении цена готовой строительной конструкции будет минимальной. При этом мастер, который создаёт металлическую ферму, обладает значительной свободой в выполнении своих замыслов. С другой стороны, он принимает на себя ответственность за возможные ошибки, сделанные на любом этапе работы. При этом необходимо найти и правильно выбрать все необходимые детали для фермы, выполнить работу с металлом, требующую специальных навыков.

Самостоятельное изготовление ферм из профильной трубы доступно только для профессионалов своего дела и в тех случаях, когда речь идёт о небольших и несложных конструкциях.

Покупка у поставщика гарантирует высокое качество изготовления, но будет стоить существенно дороже по сравнению с первым вариантом. Однако может оказаться, что металлической фермы с нужными параметрами в ассортименте продавца не нашлось.

В таком случае можно сделать конструкцию на заказ, обратившись к профессиональным специалистам. Однако в этом случае необходимо правильно поставить задачу. Перед тем, как заказать изготовление металлической фермы, нужно тщательно продумать её конструкцию.

Видео описание

В этом видео рассказано о методе сечений при расчёте ферм:

Проведение сборки

Если конструкция создана, то предстоит её установка. После того, как она была закуплена или изготовлена самостоятельно, её привозят на территорию стройки.

Для установки нужно предпринять следующие действия:

• Фермы необходимо подготовить. Их сваривают на земле, не поднимая их на верх здания.
• Нужно подготовить вертикальные опоры, на которых будут находиться металлические фермы. Они должны быть установлены строго вертикально. Это необходимо проверить с помощью отвеса.
• На вертикальные столбы нужно приварить горизонтальные трубы.
• Теперь необходимо поднять подготовленную ферму наверх.
• Готовую конструкцию требуется почистить, обезжирить и покрасить краской. Важно следить за тем, чтобы были покрашены все участки, в том числе и соединения труб.

После того, как конструкция была установлена, надо провести дополнительную обработку.

Видео описание

В этом видео приведен расчёт фермы для навеса:

Источник статьи: http://blog.brigada174.ru/kak-sdelat-raschjot-fermy-i-vybrat-naibolee-nadjozhnuju-konstrukciju-rekomendacii-i-primery/