Металлические фермы не имеют ничего общего с сельским хозяйством, хотя из названия вроде как должны. На самом деле термин происходит от латинского слова firmus, которое означает «прочный». И это лучше всего описывает эти металлоконструкции. Рассказываем, что в них особенного и какими они бывают.
Что такое металлическая ферма
Ферма — это конструкция, которая состоит из большого количества металлических стержней. Они соединены между собой таким образом, что образуют решетки разной геометрии. Места соединений называют узлами. Именно на них приходится основная нагрузка, а на стержни – осевая. За счет этого достигается высокая прочность конструкции.
Самый наглядный пример металлической фермы – железнодорожный мост. Его боковые части, а также верхний пролет представляют собой решетчатые системы, основу которых задают балки. Это и есть фермы.
Железнодорожные мосты – не единственное для чего используют металлические фермы. Из них делают перекрытия крыш и этажей, ангары, склады, цеха, а в гражданском строительстве – навесы для машин, беседок, уличных кухонь и веранд.
Казалось бы, зачем строить сложные конструкции, если есть балки: положил двутавры в качестве перекрытия и все. Но фермы считаются более целесообразными и экономически выгодными, когда речь идет о пролетах от 15 м и больше. Для этого есть несколько причин:
- Конструкция весит меньше.
- Расходуется меньше стали.
- Высокая прочность и жесткость конструкции.
Чем больше пролет, тем рациональнее использовать металлические фермы. В гражданском строительстве геометрия решеток делает конструкции привлекательнее, что позволяет применять их в декоративных целях.
Элементы металлической фермы
Конструкция состоит из поясов и решетки.
- Пояса – это горизонтальные балки или профилированные трубы. Пояса бывают нижними и верхними и представляют собой рамку конструкции.
- Решетка – это стержни, которые объединяют пояса, делают конструкцию цельной и жесткой. Есть большое количество видов решеток, от выбора которых зависит расход стали и сложность изготовления фермы.
Каждый стержень в решетке имеет свое название. Элементы, которые расположены перпендикулярно поясам, – это стойки. Под углом в 30–60 градусов устанавливают раскосы.
Место соединения стержней с поясом называют узлом. Чем больше стержней, тем больше узлов. Такая ферма сможет выдержать внушительную нагрузку, но и расход стали будет немаленьким.
Способ крепления стержней в узлах зависит от того, из какого материала они сделаны. Профильные трубы подгоняют вплотную к поясам и сваривают.
Если стержни сделаны из уголков, то их крепят к фасонкам – металлическим пластинам. При этом фермы, в узлах которой используют одну фасонку, называют одностенчатые, с двумя фасонками – двустенчатые. Последние могут выдерживать нагрузку в два раза больше.
Из чего делают фермы
Выбор металлоизделия зависит от нагрузки, которую должна выдержать конструкция. Если необходимо построить, например, небольшой павильон или навес для машины, то есть следующие варианты:
- Стальные уголки (равнополочные и разнополочные). Уголки соединяют в узлах только с помощью фасонок. С одной стороны это удобно, с другой – усложняет изготовление конструкции и провоцирует коррозию. Дело в том, что между уголками в месте их крепления к фасонке образуется узкая щель. Это место сложно обрабатывать и красить. Со временем здесь копятся пыль и грязь, которые могут спровоцировать коррозию.
- Профильные трубы (чаще всего квадратного сечения, но также применяются круглые и прямоугольные металлоизделия). Удобны тем, что для крепления не нужны фасонки, которые могут добавлять до 20% к стоимости фермы.
Если надо сделать мост или перекрытие цеха, то материалом для фермы служат металлические балки: тавры, двутавры и швеллеры.
Основной материал – это оцинкованная сталь. Но если надо сделать, например, козырек над входом, то подойдет и алюминиевая труба.
Виды конструкций металлических ферм
Есть масса оснований, по которым фермы делят на виды. Перечислим некоторые из них.
По работе в пространстве
Плоская ферма – самый распространенный вариант, когда все элементы расположены в одной плоскости. Такая конструкция хорошо справляется с вертикальной нагрузкой, например со снеговой. А вот вертикальные или ветровые нагрузки делают фермы неустойчивыми, поэтому их соединяют между собой раскосами и стойками.
Пространственная ферма – объемная конструкция, каждая сторона которой представляет собой плоскую ферму. Это опоры ЛЭП, башенные краны. Особенность конструкции – она легко справляется с разными нагрузками.
По очертанию поясов
Параллельная – верхний и нижний пояса расположены параллельно. При этом они могут быть горизонтальными или наклонными. В последнем случае ферма представляет собой параллелограмм и используется для строительства перекрытий скатных крыш. Параллельные фермы удобны и более просты в изготовлении, что делает их востребованными в строительстве.
Сегментная – нижний пояс имеет прямую форму, а верхний – изогнутую. Внешне такая ферма напоминает сегмент круга, заполненный стойками и раскосами. Сегментная конструкция считается самой экономичной, потому что на нее идет меньше стали. Но она сложнее в изготовлении за счет криволинейной формы.
Полигональная – напоминает сегментную, но верхний пояс здесь представляет собой не плавно изогнутую линию, а ломаную. Такую ферму еще называют многоугольной, потому что верхний пояс имеет много углов. Также сложна в изготовлении из-за большого количества изломов, чтобы сделать которых надо потратить больше сил и времени.
Сегментная и полигональная фермы чаще всего используют при строительстве мостов и зданий с большими пролетами.
Трапециевидная – имеет форму трапеции с одним изломом в верхнем поясе. Такие фермы нашли применение в устройстве крыш с небольшим уклоном.
Треугольная – может иметь форму равнобедренного или прямоугольного треугольника. Подходит для крыш с большим уклоном.
По типу решетки
Треугольная – выполнена только из раскосов, которые образуют треугольники. Фермы с такой решеткой используют чаще всего, потому что они экономичнее и проще в изготовлении. Выгода объясняется небольшим количеством узлов и стержней. Если сложить длины всех элементов, то расход стали получится меньше по сравнению с другими типами решеток.
Несмотря на плюсы, ферма с треугольной решеткой имеет большой минус. Это редкое расположение узлов, от которых зависит, какую нагрузку сможет выдержать конструкция. Поэтому в зданиях с большими пролетами используют следующий тип решетки.
Треугольная со стойками – от предыдущей отличается наличием стоек. Они создают дополнительные узлы, которые делают конструкцию устойчивее. Металла на такую ферму уйдет больше, но расходы оправданы при больших пролетах.
Этот тип решетки также используют, когда длина элементов, из которых состоит пояс, небольшая. Дополнительные узлы как раз помогают их соединить.
Шпренгельная – ее делают на основе треугольной со стойками, к которым крепят дополнительные стержни. То есть они касаются только верхнего пояса. Такая конструкция решает две задачи: помогает усилить верхний пояс, если на него идет существенная нагрузка, а также использовать элементы меньшей длины для пояса.
Раскосная – в такой решетке раскосы расположены либо в восходящем, либо в нисходящем направлении, то есть снизу вверх или сверху вниз. Как это выглядит, смотрите на рисунке ниже. Чем больше угол между раскосом и поясом, тем меньшей длины нужны стойки. Это помогает сэкономить на материалах.
Крестовая – стойки в такой решетке делят пространство на квадраты, которые заполнены раскосами крест-накрест. Фермы с крестовой решеткой самые жесткие, поэтому справляются с высокими нагрузками. Обычно их ставят там, где дуют сильные ветра.
Для перекрытий используют не только металлические фермы, но и балки. Какие именно, читайте в нашей статье «Какие перекрытия лучше: швеллеры, тавры, двутавры».
Подписывайтесь на канал, если хотите знать о металлургии и металлических изделиях еще больше.
«Новаметалл Трейд» − один из ведущих производителей металлопроката и металлических изделий в России. На рынке с 2010 года.
Изображения взяты с Яндекс.Картинок и novametcom.ru.