Содержание

Что такое ферма: конструктивные особенности

Для усиления каркаса домов, надворных построек и малых архитектурных форм из профтрубы применяют особые элементы, называемые фермами. Их используют для верхнего и бокового соединения опор навесов, беседок, остановочных павильонов и летних кафе. Применяют усиливающие элементы и при монтаже козырьков над входными группами, если расстояние между стенами или опорами велико.

Таким образом, ферма – это усиливающая конструкция, состоящая из двух поясов, соединенных между собой перемычками. Такое устройство обеспечивает конструкции жесткость и позволяет сохранять форму при любых нагрузках.

двухскатная ферма

Обратите внимание! Кроме функционального назначения фермы могут иметь и декоративное, если возводимое строение не имеет стен и фронтонов или обшивается прозрачным материалом.

Виды поясов

Пояса задают форму детали: сегмент, двойная дуга, треугольник, прямоугольник или многоугольник. При этом у сегмента, прямоугольника и дуги в качестве нижнего и верхнего поясов выступают цельные трубы – прямые или изогнутые.

В фермах более сложной формы: треугольных, выпуклых и вогнутых многоугольниках – один или оба пояса собраны из нескольких труб.

Форму поясов фермы выбирают в соответствие с назначением конструкции. Для бокового соединения стоек строения обычно используют обвязочные фермы с двумя параллельными прямыми или дугообразными поясами или верхним прямым поясом и нижним дугообразным.

Форма поясов стропильной фермы зависит от типа крыши:

Тип крышиВозможная форма поясовНазвание фермы
односкатная, шатроваяпрямые, образующие прямоугольный треугольникодноскатная
двускатнаяпрямые, образующие равнобедренный треугольник: 2 прямые образуют верхний пояс, одна – нижний;треугольная
две пары прямых, образующих параллельные углыполигональная
две пары прямых, образующие пару неравных угловножницы
5 прямых: две образуют верхний пояс, 3 – нижнийферма Полонсо
мансарднаяпрямые, образующие равнобедренный пятиугольник с широким основанием;мансардная
арочнаядве параллельных дугиарочная
две параллельных ломаныхполигональная
дуга и прямая, образующие сегмент или полукругсегментная
верхняя дуга, нижняя ломанаяконсольная

Виды перемычек

Перемычки – это короткие отрезки труб, как правило, меньшего сечения, чем используемые для поясов, прикрепленные прямо или под углом к основным элементам конструкции. Комплекс перемычек называют внутренней решеткой.

Вертикальные перемычки называют опорами или стойками. Обычно ферма имеет одну-две основных стойки и несколько дополнительных.

Наклонные перемычки называют подкосами или откосами, их количество может быть любым. Если пояса фермы соединены опорами, то откосами укрепляют именно опоры. Кроме того, внутренняя решетка может состоять только из вертикальных или только из наклонных перемычек.

Обратите внимание! Фермы для каркасных строений изготавливают не только из труб, но и из уголков. Каждый элемент такой конструкции для обеспечения необходимой прочности собирают из пары уголков, что усложняет расчеты и монтаж и увеличивает временные затраты.

Зачем нужны фермы?

Что касается видов металлоконструкций, для которых применяется «ферма», выделяют следующие направления:

  • Навес для машины, беседка, козырек.
  • Крытая парковка, укрытие для колодца, летняя веранда.
  • Летняя стройплощадка и другие места.

Таким образом, фермы из профильной трубы для навеса используются везде, где будет облегченная конструкция, с возможностью выдерживать большие нагрузки. Изготовление фермы почти всегда индивидуально, разве что это не касается типовых проектов. Когда ее делают своими руками, то сначала изготавливают один шаблон, под него подгоняются детали, их сваривают, а, затем, по шаблону делают все остальные похожие элементы.

Что касается количества ферм на один пролет, то это рассчитывается исходя из планируемой нагрузки на кровлю. В основном, на каждом промежуточном столбе ставится ферма. Иногда ее подгоняют под тип используемого кровельного материала.

Фермы-для-навеса-Что-такое-зачем-нужны-виды-как-сделать-и-цены-готовых-ферм-для-навеса-9

При этом если для металлочерепицы и профлиста это фактически не имеет значения, то для поликарбоната фермы стоит размещать так, чтобы стык листа был на металле. Иначе поверхность кровли может деформироваться.

Необходимость применения ферм склоняется к их дешевизне, поскольку из аналогов, такой конструктив самый дешевый, долговечный и надежный. Форма конструкции такова, что нагрузка размещается максимально равномерно, что даже при обильном количестве снега на крыше не скажется на продолжительности эксплуатации.

Особенности конструкции

Навес – это малая архитектурная форма, часть крытой площадки, имеющей функциональное или декоративное назначение. Основная функция этой конструкции – защита площадки от осадков и солнца.

Металлопрофиль выгодно отличается от других материалов устойчивостью к биологическому, химическому, механическому воздействию. Профтрубы с квадратным или прямоугольным сечением просты в проектировании и монтаже. Одинаково хорошо они подходят для монтажа небольшого козырька для крыльца и устройства просторной крытой площадки.

Навес состоит из:

  • фундамента;
  • опор или подвесов – вертикальных и наклонных несущих элементов каркаса;
  • боковых соединительных элементов – откосов и ферм;
  • стропильной системы, состоящей из стропильных ног, ферм, обрешётки;
  • кровли.

детали

В случае возведения навеса над небольшой площадкой, например, крыльцом или песочницей, можно обойтись без ферм – конструкция вполне выдержит снег и ветер, так как в ней не будет горизонтальных участков большой протяжённости.

Если же планируется оборудовать навес над местом парковки или бассейном, горизонтальные перекрытия и стропильные ноги будут иметь большую длину. Такие протяжённые элементы уязвимы перед нагрузкой. Чтобы её распределить и придать конструкции жёсткость, на этих участках используют не отдельные трубы, а фермы (усиленные детали конструкции, состоящие из двух труб и соединяющих их вертикальных и наклонных элементов – стоек и раскосов).

Фундамент для навеса чаще всего делают столбчатым, так как его оборудование не требует больших землеройных работ. Кровлю выполняют из поликарбоната, профлиста, ондулина и других листовых материалов.

Конструкция и составление сметы

При составлении чертежа нужно иметь в виду оптимальный угол ската крыши, принятый нормативами. 25˚- 30˚ –лучший скос для северных регионов с большой толщиной выпавшего снега. Кровля изготавливается из профильного листового металла.

15˚- 20˚. Такой уклон у односкатного навеса надежнее устанавливать для областей с сильными постоянными ветрами. Наибольшее расстояние для пролета из труб – 20 метров. Крыша делается из профнастила, поликарбоната или металл черепицы.

До 15˚. С данным уклоном кровли устанавливаются небольшие навесы или козырьки. Покрытием может быть поликарбонат или волновой листовой материал.

Незатейливым вариантом, понятным при самостоятельном изготовлении, является односкатный навес из профильной трубы, показанным схематично ниже.

naves iz profilnoy truby

Произведем расчет квадратных труб, который нужен для изготовления опор и ферм.  Достоинство такого каркаса – простота применения и маленькая масса конструкции для навеса из профильных труб. Наверху устанавливается четыре фермы с наибольшей высотой три метра и собраны они из облегченных профильных труб размером 25 мм.

Площадь крыши навеса составляет 30,25 м2 (5,50×5,50 м). При вычислении комплектующих элементов выявилось, что масса всей конструкции из профильных труб не превысит 350 кг, что для шести опорных стоек из профиля с размером 50 мм составит около 20% наибольшей статистической нагрузки.

Учитывая, что снеговой покров дает усиление на опоры и фермы до 800 кг, запас прочности при этом составляет 1,4 единицы. Более вероятной проблемой при расчетах профиля является боковой ветер, который может опрокинуть постройку.

При условии жесткой фиксации опорных труб в бетонированном фундаменте, получается, что нагрузка от ветра со скоростью 15 м/сек на наклонную кровлю около 30 градусов составит 24 кг/м2. А это означает, что общее усиление на профильные трубы не превысит 150 кг. Такой показатель вполне приемлемый для данного строения.

naves iz profilnoy trubyЧертеж ферм и постройки в целом надо делать в заданном масштабе, чтобы было удобно высчитать необходимое количество деталей.

НА ЗАМЕТКУ! Покупать профильные элементы рекомендуется с запасом на 5-10%, так как возможен риск получения одной-двух бракованных труб на партию. А также при самостоятельном изготовлении навеса возможны ошибки и лишний расход материала.

Виды ферм из профтрубы

Фермы подразделяются по очертанию поясов. Бывают двухпоясные и трехпоясные разновидности. В небольших сооружениях применяются более простые двухпоясные фермы. Каждая разновидность имеет определенный уклон и высоту в зависимости от длины пролета и формы фермы.

Типы ферм по очертаниям поясов: балки с параллельными поясами (прямоугольные), треугольные (двускатные и односкатные), трапецеидальные (двускатные и односкатные), сегментные (параболические), полигональные (многоугольные), консольные; с ломаным приподнятым или вогнутым нижним поясом и разнообразной формой верхнего пояса; арочные с горизонтальным и арочным нижним поясом; сложные комбинированные формы.
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками

Фермы также различают по типам решеток – см. на рисунке. В частных постройках чаще всего встречаются решетки треугольного и раскосного типа – более простые и менее металлоемкие. Треугольные решетки обычно применяются в прямоугольных и трапецеидальных конструкциях, раскосные – в треугольных.
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками

Металлические фермы для навесов

конструкция фермы из профилированной трубы

Эта конструкция состоит из двух поясов. Верхний пояс и нижний соединены через  раскосы и вертикальные стойки. Она способна противостоять существенным нагрузкам. Одно такое изделие, весящее от 50–100 кг может заменить балки из металла большие по весу в три раза. При правильном расчете металлическая ферма в отличие от балок , швеллеров или деревянного бруса не деформируется и не прогибается при воздействии нагрузок.

Металлический каркас одновременно испытывает несколько нагрузок, поэтому так важно знать, как рассчитать металлическую ферму, чтобы точно найти точки равновесия. Только так конструкция сможет противостоять даже очень высоким воздействиям.

Шатровые навесы

Представляет собой один из наиболее сложных видов в плане реализации. При её возведении практически невозможно провести результаты вручную, приходиться применять искусственный интеллект, либо промышленные калькуляторы.

Главная уникальная особенность шатровых каркасов — замечательный внешний вид и практичность, обеспечивающая не только красоту экстерьера дома, но и повышающая обтекаемость и противодействие задержке осадков на крыше.

Идеальная форма, практически неуязвимая к влиянию осадков, достигается путём соединения стропильных ног в вершине шатра.

Конструкция шатровой крыши для навеса

Крепления навесов

При сооружении навесов из профильных труб применяются следующие методы обустройства деталей и частей конструкции:

  • Сварное соединение: требует больших навыков изготовления и недешёвого оборудования для осуществления процесса сварки, но в конечном результате можно получить очень прочную и практически несгибаемую конструкцию.
  • Болтовое соединение: отличается малой трудоёмкостью и требовательностью к навыкам исполнителя. В конечном результате можно получить довольно прочную конструкцию, однако большой долговечностью она похвастаться не сможет. Для соединения необходимы: дрель с металлическим сверлом, болты, саморезы. Последние необходимо подбирать исходя из диаметра трубы.
  • Краб: представляет собой способ фиксации малометражных труб до 25мм с помощью хомутов. При монтаже конструкции можно использовать как X-образные, так и T-образные виды, способные соединять до 4 труб. Соединение осуществляется путём стяжки хомутов с помощью соответствующих болтов.

Как выбрать материал и правильно варить их

строительство арочного навеса

Создание и самостоятельная установка навесов возможны при небольших габаритах сооружения. Фермы для навесов в зависимости от конфигурации поясов могут быть изготовлены из профилей или стальных уголков. Для относительно небольших конструкций рекомендуется выбирать профильные трубы.

Подобное решение имеет ряд преимуществ:

  • Несущая способность профильной трубы напрямую связана с ее толщиной. Чаще всего для сборки каркаса используют материал с квадратом 30-50х30-50 мм в сечении, а для сооружений небольшого размера подойдут трубы и меньшего сечения.
  • Для металлических труб характерна большая прочность и это при этом, что они весят намного меньше, чем цельный брусок из металла.
  • Трубы сгибаются – качество необходимое при создании криволинейных конструкций, например, арочных или купольных.
  • Цена фермы для навесов относительно небольшая, поэтому купить их не составит особого труда

Способы соединения профилей

Среди главных достоинств  профильных труб следует отметить безфасоночное соединение. Благодаря такой технологии, ферма для пролетов, не превышающих 30 метров, получается конструктивно простой и обходится относительно недорого. Если ее верхний пояс достаточно жесткий, то кровельный материал можно опереть непосредственно на него.

Безфасоночное сварное соединение обладает рядом достоинств:

  • существенно снижается масса изделия. Для сравнения отметим, что клепанные конструкции весят на 20%, а болтовые – на 25 % больше.
  • снижает трудозатраты и расходы на изготовление.
  • стоимость сварки небольшая. Более того, процесс можно автоматизировать, если использовать аппараты, которые позволяют бесперебойно подавать сварную проволоку.
  • полученный шов и присоединяемые детали получаются одинаково прочными.

Из минусов следует отметить необходимость наличия опыта проведения сварочных работ.

Болтовым соединением профильных труб пользуются не так уж редко. Преимущественно его используют для разборных конструкций.

К основным преимуществам такого вида соединения относят:

  • Простую сборку;
  • Отсутствие необходимости в дополнительном оборудовании;
  • Возможный демонтаж.

Но при этом:

  • Увеличивается вес изделия.
  • Потребуются дополнительные крепежные детали.
  • Болтовые соединения менее прочные и надежные, нежели сварные.

Хомуты-для-профилированных труб

Советы по выбору качественного профиля

Прежде чем возводить любую конструкцию, следует определиться с выбором материала. При покупке металлического профиля или труб следует внимательно осмотреть заготовки – нет ли трещин, раковин, наплывов, нестыковок по шву, большого количества помятых и погнутых заготовок. При покупке оцинкованных материалов – желательно убедиться в качестве покрытия – нет ли отслоений и наплывов.

При покупке необходимо потребовать копию сертификата и чек. Обязательно нужно убедиться в соответствии толщине стенки трубы заявленной в документах. Трубы в гараже на коленке не сделаешь, и подделок не бывает, но на плохое качество материала можно натолкнуться, поэтому покупать лучше в достаточно крупных магазинах.

Производственный процесс

Перед тем как начать изготовление какой-либо конструкции, нужно изучить технологию производства профильных труб. Этот процесс выполняется в промышленных масштабах на специализированных предприятиях. Однако, если есть необходимое оборудование, небольшую партию можно сделать и самостоятельно.

В этом видео показано как сделать качели из профильной трубы:

Порядок действий по созданию исходного материала:

  1. Разматывается и выравнивается металлический лист.
  2. Из него формируется цилиндрическое изделие.
  3. После этого заготовка сваривается бесшовным методом.
  4. Как только готовая труба охлаждается до определённой температуры, ей придаётся нужный размер.
  5. На следующем этапе работы она выпрямляется.
  6. В самом конце труба нарезается на кусочки нужной длины и проходит термическую обработку.

Выбор фермы, в зависимости от уклона ската

Выбор конструктивного варианта во многом определяется уклоном ската:

  • 22-30°. Для формирования скатов со значительным уклоном обычно используются треугольные фермы. Их высоту – длина пролета, разделенная на 5.
  • 15-22°. Высота принимается равной длине пролета, разделенной на 7. Для возможности увеличения высоты ферменной конструкции используют варианты с ломаным нижним поясом.
  • До 15°. Обычно применяют каркасы трапециевидной формы с решеткой треугольной конфигурации. Высота ферменного блока в таких случаях определяется делением длины пролета на число, находящееся в диапазоне от 7 до 9.

Какой материал выбрать для каркаса

В большинстве случаев для каркаса усадебных построек или кровли дома выбирают сталь. Для очень небольших конструкций иногда используют алюминиевые и стеклопластиковые профиля – обычно в покупных изделиях (тентах, качалках). Для возведения металлоконструкций можно использовать трубы полого сечения и профиля сплошного сечения (круг, полосу, квадрат, швеллер, двутавр).

Огромным преимуществом прямоугольных и квадратных труб по сравнению с профилем того же веса является высокая устойчивость к смятию и другим деформациям. Поэтому сплошные профиля можно заменить гораздо более легкими профтрубами – это очень значительно облегчает (в 2 раза и больше) и удешевляет конструкцию трубчатого типа.

Размеры сечения труб выбирают в зависимости от длины пролета и расстояния между опорами и фермами. В частных усадьбах навесы и другие конструкции не очень большие, и можно воспользоваться советами специалистов или найти готовые чертежи в интернете.
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками
При расстоянии между опорами до 2 м для небольших навесов с пролетами длиной до 4 м подойдут профиля 40×20х2 мм, при пролетах до 5 м – 40×40х3, 60×30х3 мм; пролетах длиннее 5 м – 60×40х3, 60×60х3 мм. Если планируется автомобильный навес на две машины шириной 8-10 м, то профиль потребуется от 60×60 до 100×100 с толщиной стенки 3-4 мм. Размеры профиля зависят от расстояния между фермами.

Профтрубы поступают в продажу отрезками длиной 6 и 12 м. При длине 12 м металл расходуется экономнее, но для транспортировки таких труб нужен длинномер. Перед покупкой материалов следует продумать, как вы будете отрезать заготовки и сколько их разместится в трубе длиной 6 м или 12 м, и подсчитать, сколько отрезков профтрубы Вам понадобится.

Ориентироваться на номинальный вес нельзя – вес 1 м.п. в конкретной партии будет отличаться от номинального, и скорее всего в сторону увеличения (изготавливать изделия с более толстой стенкой выгоднее продавцам – цена идет за тонну). При покупке по весу материал придется докупать и довозить – а это лишние расходы.

Преимущества и недостатки разных металлов

Практически для конструкционных профильных труб используются стали следующих видов: углеродистые обыкновенного качества и качественные, конструкционные, легированные. Трубы бывают с защитным цинковым покрытием. Используют и алюминий – но редко, для небольших, чаще сезонных конструкций. Алюминиевые профиля применяют для небольших конструкций.

Традиционно для небольших конструкций в частной усадьбе для возведения стальных конструкций с фермами применяют углеродистую сталь Ст3сп, Ст3пс, иногда оцинкованную. Такая сталь имеет достаточную прочность для обеспечения надежности конструкции, разницы по коррозионной стойкости у всех трех типов сталей практически нет.

Если на конструкции будут попадать осадки, рано или поздно проржавеют и изделия из конструкционных и изделия из легированных сталей. Небольшое количество легирующих элементов от коррозии не защищают (для конструкций можно применять низколегированные стали типа 30ХГСА, 30ХГСН, 38ХА – в содержание легирующих элементов в них 2-4 %, и на коррозионную стойкость это количество не влияет).
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками
По прочности конструкционные и легированные стали должны быть немного долговечнее углеродистых – они более устойчивы к циклическим нагрузкам. Но это качество у сталей проявляется после термообработки – а закалка с отпуском могут покоробить трубы, и обычно такую термообработку на готовых изделиях никто не делает. На бесшовных трубах может быть проведен отжиг – после отжига в металле снимаются остаточные напряжения (наклеп), но он становится более мягким.

Конструкционные стали (20А, 45, 40, 30А) имеют более высокое качество и более высокую цену. Легированные стали еще дороже (и есть вероятность, что Вам продадут трубы из стали 3 взамен легированной). Поэтому при монтаже конструкций шириной менее 20 м не имеет смысла покупать профтрубы из легированной или конструкционной стали. Применять оцинкованную профтрубу однозначно имеет смысл, если монтаж будет производиться при помощи краб-систем.

Отрицательные стороны

Кроме большого количества положительных сторон профтрубы, есть и отрицательные. Все они так или иначе связаны с финансовыми затратами и сложностями изготовления в домашних условиях. К недостаткам относят следующее:

  1. Необходимость использования дорогостоящего оборудования для самостоятельного создания труб.
  2. Весь процесс требует больших свободных площадей.
  3. Большой вес готовых изделий.

Как сделать ферму из поликарбоната

односкатный навес из профильной трубы

Первым этапом изготовления своими руками ферм из профильной трубы для навеса является составление детального плана, на котором должны быть указаны точные размеры каждого элемента. Кроме этого желательно подготовить дополнительный чертеж конструктивно сложных деталей.

Как видите, до того, как самому изготовить фермы, необходимо хорошо подготовиться. Отметим еще раз, что в то время как при выборе формы изделия руководствуются эстетическими соображениями, то для определения конструктивного типа и количества составляющих элементов требуется расчетный путь. При проверке на прочность металлической конструкции обязательно нужно учесть также данные об атмосферных нагрузках в данном регионе.

Дуга считается предельно упрощенной вариацией фермы. Это – одна профилированная труба, имеющая круглое либо квадратное сечение.

Очевидно, что это не только самое простое решение, оно и обходится дешевле. Тем не менее дуги для навеса из поликарбоната имеют определенные недостатки. В частности это касается их надежности.

арочный навес из поликарбоната

Проанализируем, каким образом распределяется нагрузка в каждом из этих вариантов. Конструкция фермы обеспечивает равномерное распределение нагрузки, то есть сила, воздействующая на опоры, будет направлена, можно сказать, строго вниз. Это значит, что опорные столбы отлично противостоят усилиям на сжатие, то есть могут выдержать дополнительное давление снежного покрова.

Дуги такой жесткостью не обладают и не способны распределять нагрузку. Чтобы компенсировать такого рода воздействие, они начинают разгибаться. В результате возникает сила, возложенная на опоры в верхней части. Если учесть, что она приложена к центру и направлена горизонтально, то малейшая ошибка в расчете основания столбов, по меньшей мере, вызовет их необратимую деформацию.

Сделать самому или заказать

Фермы для навеса над машиной или кровли беседки имеют небольшие размеры и простую конструкцию – чаше всего треугольную с несколькими подкосами и стойками. Выполнить такую конструкцию можно и самостоятельно, если у Вас имеются хотя бы начальные навыки сварщика и Вы не боитесь осваивать новые работы.

Но изготовление ферм требует аккуратности, наличия помощника, очень ровного участка в усадьбе – для раскладки и сварки конструкций, наличия сварочного аппарата и времени. Можно заказать готовые конструкции на заводе или строительной фирме, а смонтировать самому.

Преимущества создания изделий своими руками

В торговых сетях много различных изделий из профильной трубы, но не все желания покупателей учитывается изготовителями уличной и домашней мебели, лестниц, ограждений клумб и прочего.

барные стулья из профиля
Поэтому при возможности индивидуального изготовления предметов из профильных труб всегда предпочитают создать по собственному проекту, своими руками изделие, доставляющее в последующие годы не только радость в использовании, но и чувство гордости и самоудовлетворения.

табурет и стол из профиля
Изготовление разнообразных изделий из профильных труб своими руками в последнее время приобретает все большую популярность.

С позиции практичности преимущество изделий, созданных из трубы своими руками, заключается в абсолютном понимании всех достоинств, недостатков и ремонтопригодности изделия в отличие от покупного хранящего всегда таинственные параметры применения.

стол из профиля
Профильные трубы — универсальный материал, из которого можно создать не только уличные конструкции, но и стильные предметы интерьера.

Изделие, созданное из трубы своими руками, всегда соответствует требованиям изготовителя, который знает, как изделие можно улучшить.

Мебель из профильной трубы своими руками

Каркас мебели из профильной трубы изготавливается в такой последовательности:

  1. Создаётся чертёж конструкции.
  2. Составляется смета затрат с перечнем необходимых материалов, выполняется их закупка.
  3. Трубы подготавливаются к обработке — зачищаются торцы, удаляется ржавчина, проверяется их целостность.
  4. Сверлятся отверстия в местах будущих креплений.
  5. Выполняется изгибание элементов.
  6. Сборка каркаса: сваривание или болтовые соединения.
  7. Зачистка поверхности, сглаживание сварных швов.
  8. Подготовка фурнитуры, деревянных или пластиковых элементов.
  9. Полная сборка изделия.
  10. Отделочные работы.

По такой технологии можно создавать столы, стулья, скамейки, шкафы, табуреты.

Фото 336

Для дачи

Профильные трубы для дачи незаменимы, поскольку при минимальных затратах позволяют изготавливать мебель, малые архитектурные объекты. Наиболее популярно создание следующих конструкций из профтрубы:

  • табуреты, столы, стулья, мангалы;
  • теплицы;
  • ангары;
  • навесы;
  • ворота;
  • стремянки;
  • летний душ.

Беседка из профтрубы

Для детской площадки

Из профтрубы также выгодно создавать различные конструкции для детских площадок:

  • домик;
  • навес;
  • скамейки;
  • горки;
  • лесенки.

Теплица

Сконструировать теплицу для приусадебного участка достаточно просто. Для этого достаточно придерживаться инструкции:

  1. Подбираем оптимальные размеры теплиц и создаём чертёж.
  2. Закупаем оцинкованные профильные трубы. Они должны иметь прямоугольную форму и сечение 40х20 мм или 20х20 мм, в зависимости от площади конструкции, нагрузок.
  3. Собираем на ровном прочном основании нижнюю часть каркаса. Для этого нарезаем болгаркой трубы, а затем свариваем их. Перекосы в плоскости конструкции не допустимы.
  4. Размечаем на каркасе места креплений для дуг.
  5. На гибочном станке изготавливаем дуги.
  6. Закрепляем к каркасу дуги болтовыми соединениями с фланцами или сварные швы. При этом обязательно центрируем их по вертикали.
  7. Вырезаем из профтрубы поперечные планки для повышения жёсткости конструкции.
  8. Изготавливаем дверь и устанавливаем её.
  9. Обшиваем теплицу поликарбонатом.

Летний душ

Соорудить летний душ достаточно просто, для этого сначала потребуется создать чертёж конструкции и закупить необходимые материалы:

  • профтрубы квадратные 40х40 или 50х50 мм или прямоугольные с размерами сторон не менее 40 мм;
  • пластиковый или стальной бак объёмом 200 л;
  • листовой металл, поликарбонат или оргстекло для обшивки стен;
  • рассеиватель для воды.

Изготовление:

  1. Болгаркой нарезаются детали каркаса.
  2. Зачищаются от грязи, выравниваются торцы, убираются заусенцы.
  3. Сваривается каркас согласно чертежу.
  4. Нарезаются листы по размерам стенок.
  5. Обшивается каркас.
  6. На верхнюю часть душа монтируется бак, к нему прикручивается рассеиватель для воды.
  7. Вся конструкция устанавливается на прочную ровную поверхность с организованным сливом в выгребную яму или канализацию.

Барный стул

Делать барные стулья из профильных труб своими руками весьма выгодно, так как они имеют высокую прочность, неприхотливы в эксплуатации. Для этого потребуется последовательно выполнить следующие этапы:

  1. Измерить высоту барной стойки.
  2. На основе измеренных данных продумать дизайн и создать чертёж
  3. Купить все необходимые материалы. Поперечное сечение прямоугольных или квадратных профильных труб должно быть не меньше 30 мм.
  4. Нарезать все необходимые детали из профтруб: ножки, поперечины, основание под сидение. Для создания декоративных элементов определённой формы потребуется применение инструментов для ковки.
  5. Зачистить поверхности до чистого металла.
  6. Выполнить последовательную сварку конструкции по чертежу.
  7. Аккуратно зачистить швы для получения гладкой поверхности.
  8. Нанести декоративный слой.
  9. Закрепить сидение.

Стулья со столом

Кресло из профильной трубы своими руками

Чтобы создать кресло-качалку из профтрубы необходимо:

  1. Создать чертёж и закупить необходимые материалы.
  2. На трубогибочном станке изготовить нижние дуги, подлокотники, каркас для сидения.
  3. Вырезать поперечины для сидения и основания.
  4. Просверлить в подготовленных деталях отверстия под крепления на болты.
  5. Приварить нижние дуги и подлокотники.
  6. Соединить каркас при помощи поперечин.
  7. Изготовить каркас под сидение с равномерным распределением поперечин.
  8. Собрать полностью кресло в единую конструкцию и нанести декоративную отделку.
  9. На сидение уложить мягкие подушки.

Табурет

Сделать самодельный табурет можно даже без чертежа:

  1. Нарезаются болгаркой или ножовкой по металлу четыре ножки из профильной трубы, столько же поперечин и каркасных креплений для сидения одинаковой длины.
  2. На ровную поверхность выкладывают попарно по две ножки, одной поперечине и каркасной части, затем их соединяют между собой на болты.
  3. Полученные две половинки табуретки вертикально фиксируют, а затем крепят их на распорки и верхнюю часть под сидение. При этом контролируют их положение.
  4. Каркас табуретки зачищают до чистого металла, а затем окрашивают.
  5. Обшивают верх табуретки досками или крепят листовой металл.

Беседка

Строительство беседки для дачи выполняется в такой последовательности:

  1. Согласно чертежу составляется список необходимых материалов и выполняется их закупка.
  2. Болгаркой нарезаются все необходимые конструктивные элементы.
  3. На ровной прочной поверхности выкладываются трубы для нижней обвязки. Затем они свариваются с обязательным контролем положения и выравниванием.
  4. Размечаются точки для вертикальных стоек. Вертикально устанавливаются стойки, привариваются.
  5. Выполняется верхняя обвязка стоек.
  6. Делается обрешётка для скатной крыши.
  7. Укладывается кровельный материал.
  8. При необходимости обшиваются боковые стенки.

Беседки для круглогодичной эксплуатации необходимо утеплить, установить панорамные окна.

Из профильной трубы можно изготавливать различные красивые изделия, которые пригодятся в быту. Прежде чем приступить к изготовлению нужно подготовить все расходные материалы и создать схему будущей конструкции.

Признаки нулевого стержня

Нулевым называют стержень, в котором усилие равно нулю. Выделяют ряд частных случаев, в которых гарантированно встречается нулевой стержень.

  • Равновесие ненагруженного узла, состоящего из двух стержней, возможно только в том случае, если оба стержня нулевые.
  • В ненагруженном узле из трёх стержней одиночный (не лежащий на одной прямой с остальными двумя) стержень будет нулевым.

Признаки нулевого стержня

  • В трехстержневом узле без нагрузки усилие в одиночном стержне будет равно по модулю и обратно по направлению приложенной нагрузке. При этом усилия в стержнях, лежащих на одной прямой, будут равны друг другу, и определятся расчётом N(3) = -P, N(1) = N(2).
  • Трехстержневой узел с одиночным стержнем и нагрузкой, приложенной в произвольном направлении. Нагрузка P раскладывается на составляющие P’ и P» по правилу треугольника параллельно осям элементов. Тогда N(1) = N(2) + P’, N(3) = -P».
  • В ненагруженном узле из четырёх стержней, оси которых направлены по двум прямым, усилия будут попарно равны N(1) = N(2), N(3) = N(4).

Пользуясь методом вырезания узлов и зная правила нулевого стержня, можно проводить проверку расчётов, проведённых другими методами.

Требования к расчету профильной трубы для строительства фермы

При расчетах размеров и толщины стенки профильных труб, требуемых для сооружения Ваших металлоконструкций; учитываются следующие условия:

  • Размеры металлоконструкции, и в частности, длина, шаг опор – расстояние между опорами.
  • Высота опор и ферм.
  • Форма ферм.
  • Максимальная снеговая нагрузка зимой.
  • Ветровая нагрузка.
  • Возможные особенности геологических условий (сейсмическая активность, возможность оползней).
  • Вес покрытия.
    Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками

Что будет, если рассчитать неправильно

При неправильных расчетах возможны следующие последствия:

  • Конструкции фермы будут деформироваться под весом снега, мокрой листвы.
  • В самом неудачном случае конструкции будут деформироваться под собственным весом.
  • Вся конструкция может обрушиться при сильном ветре.
  • Деформация рано или поздно приведет к разрушению фермы и всей конструкции, что опасно для человека и может повредить предметы, находящиеся под навесом – машину, например.
  • Непрочная и подвижная конструкция будет приводить к разрушению кровли, положенной на ферму.
  • При применении слишком мощного и тяжелого профиля неоправданно возрастают затраты на материалы и работы при возведении металлоконструкции.

Проектируем ферму и ее элементы

Полный и точный расчет нагрузки на ферму вместе с эпюрами сложен, и для его выполнения следует обратиться к специалистам.

При проектировании крупных навесов, ангаров, гаражей из металлоконструкций точный расчет требуемого профиля необходим, но для строительства не слишком больших навесов или беседок в частной усадьбе можно воспользоваться общеизвестными рекомендациями специалистов.

Если ферм и опор у навеса несколько и шаг опор менее 2 м, можно взять более тонкую трубу, если всего 4 опоры и две фермы и длина пролета 6-8 м и больше – более толстую.

Допустимые нагрузки на фермы приведены в таблице:

Ширина пролета, м
Размер трубы на толщину стенки, мм
123456
Для профильной трубы
40×40х27091737235165
40×40х39492319646216
50×50х21165286120613114
50×60х31615396167844319
60×60х21714422180935026
60×60х323935892501296935
80×80х34492111047825214482
100×100х374731851803430253152
100×100х492172283990529310185
120×120х411372633391484801478296
140×140х419062473620691125679429
Для прямоугольной трубы (при вертикальном расположении большей стороны)
50×25х26841676934166
60×40х21255308130663517
80×40х219114712021055831
80×40х326726582811468143
80×60х3358388438019911262
100×50х454891357585309176101
120×80х378541947846455269164

Чертежи и схемы

При изготовлении металлоконструкций выполнение чертежа с точными размерами обязательно! Это позволит закупить нужное количество материала, сэкономит время при сборке и подготовке заготовок, позволит без проблем проконтролировать размеры металлоконструкции в процессе монтажа и уже готового сооружения. В данном случае от точности сборки зависит безопасность Вас и Ваших домочадцев – рухнувшее от снега или от ветра сооружение может принести много бед.
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками

Летний закрытый душ: процесс создания

Когда расчет и чертежи готовы, можно приступать к непосредственной сборке металлоконструкции из профильных труб и формирования основания.

Обратите внимание!При подготовке сливной ямы дно котлована в обязательном порядке засыпается песком, гравием, а его стенки выкладываются кирпичом либо камнем.

Летний душ предполагает создание основания со сливом. Для этого:

  • подготавливается площадка;
  • под наклоном в яму укладывается сливная труба;
  • выполняется разметка площадки и опалубка по ее контуру;
  • дно опалубки засыпается слоем щебня и утрамбовывается;
  • в углах опалубки устанавливаются опоры (столбы);
  • укладывается металлическая армирующая сетка;
  • опалубка заливается бетоном.

Для того, чтобы установить столб, необходимо забить трубу в грунт на 20-30 см. Такая стойка может располагаться либо вертикально, либо под каким-то углом. Укладывать армирующую сетку необходимо так, чтобы она немного возвышалась над щебнем.

Летний закрытый душ имеет бак, поэтому изготовление каркаса необходимо начинать со сборки рамы под него. Для этого по периметру и по диагонали, а затем поперечинами, которые расположены с трех сторон, соединяются стойки. Такой каркас будет обладать хорошей жесткостью.

Изделия из профильной трубы

Основание для душа лучше делать из бетона, тогда вся конструкция будет практически вечной

Столб из профтрубы: где применять и как установить

Столб является важной составляющей любого ограждения. Он выполняет несущую функцию и является опорой для горизонтально расположенных элементов (лаг). Столб для забора бывает разных видов и от его правильного выбора, качественной установки зависит долговечность и надежность ограждения.

Среди материалов для строительства ограждений встречаются кирпич, дерево, бетон, однако, максимально приемлемым для этих целей считается металл. Особым спросом пользуются также кованые элементы из профильных труб. Металлический столб обладает хорошей жесткостью, способен выдержать значительные нагрузки, практичен и имеет презентабельный вид.

Такие изделия из профильной трубы могут иметь квадратную или прямоугольную форму. Последняя используется чаще. Столб из профтрубы подходит для организации забора из профнастила, сетки-рабицы, евроштакетника и деревянного штакетника.

Выбор варианта установки металлических элементов зависит от типа грунта и общего состояния почвы. Из наиболее доступных способов, которыми может быть установлен столб, выделяют забивание в грунт, забутовку и бетонирование. Нередко забор украшают коваными деталями.

Особенности ковки из профильной трубы

В общем случае, ковка – это такой процесс обработки металлических заготовок, при котором им придается определенная форма и размер. Выделяют холодную и горячую технологию.

Изделия из профильной трубы

Технология холодной ковки подразумевает обработку труб при помощи специального станка

Горячая ковка предполагает нагрев заготовки до некоторой температуры, зависящей от типа металла, при которой последний теряет прочность и становится пластичным. Высокая степень пластичности является главным преимуществом такой обработки. Благодаря этому кованые элементы могут приобретать самые разнообразные формы. Однако, нагреву металла присущи и недостатки, которые могут повлиять на организацию процесса своими руками:

  • необходимость обустройства кузнечного горна, затраты на топливо;
  • повышенная пожарная опасность.

Кроме того, горячая ковка требует знания специфики температурных режимов обработки металла. Холодная ковка предполагает придание требуемой формы заготовке путем изгиба, опрессовывания, сварки. Она немного проще по выполнению и не нуждается в большом пространстве.

Обратите внимание! Такая ковка выполняется с определенными заготовками без возможности исправления ошибки.

Сегодня можно встретить кованые решетки, заборы, ограды, лестницы, перила, балконы, козырьки и т. д.

Сварка тепличной металлоконструкции

Взяв за основу чертежи, все элементы будущей конструкции нарезаются по размерам. На ленту (основание) прокладывается два слоя рубероида, а по периметру делается обвязка из труб. Для их крепления к закладным применяется сварка. Путем гнутья изделия принимают вид арок, устанавливаются перпендикулярно основанию и крепятся к обвязке.

Обратите внимание! Рекомендуемая дистанция между арками из труб (профильных) от 90 до 100 см.

Изделия из профильной трубы

В первую очередь нужно подготовить арки для будущей теплицы, для этого нужно согнуть трубы при помощи станка или трубогиба

Если расчет нагрузок требует усиления конструкции, то используются поперечные перекладины. Обрешетка укладывается поперек арочных элементов и служит базой для укрывного материала.

Для сохранения целостности теплицы, после установки конструкции необходимы:

  • тщательная зачистка жесткой щеткой;
  • обработка абразивной шкуркой;
  • промывка растворителем;
  • грунтовка;
  • покраска.

Для проветривания необходимо сделать форточки. Они также должны быть включены в чертежи теплицы. Вход в нее лучше выполнить с торца с высотой двери 1,9-2,1 метра и шириной 70-80 см. Зимний вариант тепличной конструкции из профильных труб может включать небольшой тамбур для предотвращения попадания холодного воздуха внутрь.

Принцип проката и контроля профильной трубы

Охлажденная заготовка переходит на стадию профилирования, которое проводится в несколько циклов:

  1. Прокат отправляется через вальцы для придания максимально идентичной круглой формы по всей длине изделия;
  2. Круглая труба переходит на профилирующий станок для обжимки с четырех сторон: в результате получается металлопрокат с требуемой формой сечения.

Второй технологический этап необходим лишь в том случае, если запланирован выпуск труб с прямоугольным (квадратным, многоугольным) сечением. Для плоскоовальных или овальных профилей достаточен прокат через первые, контрольные вальцы. После этого заготовка режется на отрезки заданной мерной либо немерной длины, в процессе чего подвергается непрерывному охлаждению.

Наиболее «слабым местом» в электросварных конструкциях считается сварной шов, который в обязательном порядке подвергается на предмет герметичности. Изготовление не считается завершенным, а металлопрокат – допущенным к реализации, если не были произведены следующие методы проверки:

  1. Вихретоковая дефектоскопия. Дефектоскоп работает по принципу того, что на электромагнитные характеристики любого металла, в том числе и стали, влияют различные степени напряжений, вызываемые дефектами шва, внутренние раковины и другие нежелательные факторы.
  2. Визуальный осмотр. Специалист контроля качества осматривает шов с целью обнаружения повреждений, полученных вследствие неисправности формующих и профилирующих вальцов, дефектов электросварки. Специалист также может выявить визуальные недочеты, которые дефектоскоп определить не в состоянии: неровности, механические повреждения.

Производство профильной трубы

В продажу пускают только те трубы, которые прошли контроль качества

Данные методы контроля могут использоваться как параллельно, так и в единичном порядке. Кроме осмотра готовых изделий, обязательно проведение систематической профилактики всего оборудования производственного цеха с целью избежать массовой отбраковки изделий.

Для улучшения прочностных показателей стали готовое изделие на завершающей стадии цикла подвергается повторному нагреванию. Необходимо это по той причине, что при деформировании сталей в них образуются внутренние напряжения. Раскаленное изделие оставляют до полного остывания, после чего передают в фасовочный отдел. Прокат, прошедший этот этап, имеет несколько более высокую себестоимость. Этим и объясняется отсутствие данного процесса на некоторых предприятиях. Включать этап дополнительной закалки в производственный цикл или нет – зависит от концепции планируемого предприятия.

Технологии производства

Производители металлопроката изготавливают профильные трубы двумя способами: вальцовкой круглой трубы, когда она переделывается из обычной в профилированную и производство полного цикла, представляющее собой изготовление профильной трубы из листового материала.

Полный цикл производства

Для сооружения конструкций, к прочности которых предъявляются высокие требования, используют только профильные трубы, полученные в условиях полного цикла.

Такой металлопрокат дороже, но гораздо надежнее, чем профилированный из круглой трубы.

Для изготовления профильной трубы используется штрипс – листовой материал из низколегированной или углеродистой стали. Из штрипса делают круглую заготовку, которую затем профилируют.

Линия полного цикла включает несколько станков, основные из них:

  • профилегибочный,
  • сварочный,
  • вальцовочный,
  • линия нарезки.

При полном цикле производства трубы проходят контроль качества. Дополнительно проводят оцинковку и термическую обработку.

Расчеты ферм из стальных профильных труб

Ферма перекрытия – ответственный конструктивный элемент, перед изготовлением которого обязательно проводят расчеты и составляют проект. Проведение расчетных работ необходимо доверить специалисту, поскольку правильная конструкция фермы из профильных труб во многом определяет функциональность не только крыши, но и всего строения. При наличии определенных знаний и создании небольших объектов можно воспользоваться специальными компьютерными программами «Автокад», 3D MAX, Arcon.

Область применения конструкций

На данный момент бытовые трубные конструкции на основе металлического профиля — ведущее направление при изготовлении каркасов и навесов с поликарбонатным покрытием. Большой успех обусловлен длительным сроком службы, достигающимся за счёт дополнительной невидимой алюминиевой оболочки, предотвращающей влияние кислорода на металл.

Стоит понимать, что за конструкцией необходим должный уход и слежка, иначе срок эксплуатации может снизиться в несколько раз. В ином случае, каркас составит службу не меньше 10 лет.

Применение навесов из профильных труб распространяется на следующие сферы потребления:

  • Автостоянки и парковки: основная цель эксплуатации — создание хорошей и надёжной зашиты от погодных условий, при ясной погоде — возведение крытых участков, предотвращающих негативное влияние ультрафиолетовых лучей на автомобили.
  • Загородные участки, дачи и жилой частный сектор: здесь основной упор идёт на создание конструкций, защищающих урожай от внешних воздействий окружающей среды. Другая цель — оборудование отдельных зон отдыха крышей, обеспечивающей защиту как от знойного солнца, так и от холодного дождя или снега.
  • Общественные места: в большинстве своём данные конструкции нужны здесь для отдыха, либо укрытия от плохой погоды. Зачастую, здесь можно собраться небольшой компанией и отдохнуть.

Несмотря на то, что цели применения у навесов из профильных труб абсолютно разные, главная цель при их возведении всегда одна и та же — составление чертежей. Это главный и жизненно необходимый этап, без которого возведение защитных конструкций подобного рода невозможно. К тому же, составление схем подкрепляется дополнительными сложностями, вызванными прикладными значениями.

Технические особенности каркасов

Для того чтобы подробно описать характеристики навесов из профильных труб, необходимо составить определение понятию “навес”. Он представляет собой малую архитектурную форму, зачастую выступает в роли составляющей крытого участка, при этом, имеет важное архитектурное, либо декоративное значение. Главное предназначение навесов — защита определённой территории от осадков и внешних влияний окружающей среды.

Высокая устойчивость к биологическим, физическим и химическим воздействиям позволяет металлопрофилю не только серьёзно отличаться от других материалов по функциональности, но и быть довольно выгодным при пользовании и массовом потреблении. Все виды каркасов, возводимые из данного материала, легко поддаются монтажу и сечению.

Состав навесов из профильных труб

Навесы из металлопрофиля состоят из нескольких частей

  • Фундамент: в большинстве случаев, можно обойтись и малым объёмом, так как данные конструкции не обладают огромной массивностью. Однако, желательно перестраховаться и не экономить на безопасности, так как это может привести к необратимому разрушению каркаса без возможности восстановления.
  • Опоры и подвесы: данные части конструкции выступают в роли защиты от разрушения и поломок. Их установка обязательна в любых случаях, ведь без какой-либо из этих деталей невозможно функционирование навеса.
  • Откосы и фермы: их единственная функция — соединение опор и подвесов между собой, тем самым образовывая надёжную систему противодействия деформации.
  • Кровля: дополнительный защитный слой, наносимый непосредственно на материал, из которого состоит конструкция.

Несмотря на прекрасное улучшение функционала навесов, от ферм всё же можно отказаться в нескольких случаях. Если возведение защитной конструкции происходит над небольшой площадью (детская игровая площадка, песочница, крыльцо), то от данной системы дополнительной защиты можно спокойно отказаться, так в ней не будет острой необходимости ввиду отсутствия продолговатых горизонтальных участков.

Иная ситуация наступает при возведении навеса в местах парковки или бассейнов. Здесь горизонтальные участки имеют намного большую длину, из-за чего от ферм отказаться просто нельзя. Напротив, из-за уязвимости к малейшим внешним нагрузкам, приходится отдавать предпочтение в сторону двухтрубных конструкций, соединяющие стойки и раскосы между собой. Данный вид ферм применяется для придания навесам жёсткости и прочности.

При создании фундамента зачастую останавливаются на столбчатом варианте, так как он представляет собой наименее трудоёмкий процесс, при этом, не снижающий работоспособности конструкции. В ходе работы почва не подвергается обильному землеройным процессам, благодаря чему, может использоваться повторно, хоть и с небольшим шансом.

Этапы проектирования

  • Определяют размер пролета строения, форму крыши, наклон скатов. При этом учитывают запланированный кровельный материал, снеговые и ветровые нагрузки, характерные для данного региона, тип грунта. Также принимаются во внимание вероятные особые нагрузки, которые может испытывать ферма, изготовленная из профильных труб, – штормы, ураганы, землетрясения.
  • С учетом принятых выше параметров выбирают конструктивный тип фермы.
  • После примерного определения габаритов и конструкции определяют вариант изготовления – в заводских условиях, сборку на месте из заготовок, заказанных на предприятии, или проведение полного цикла заготовочных и сборочных мероприятий на строительной площадке.

Сварка профильных труб

Сварка труб в домашних условиях
Электроды для сварки профильной трубы

Главный критерий успешной сварки — соблюдение техники безопасности. Необходимо надеть специальную форму и защитные очки, чтобы во время процедуры не травмировать себя.

Чтобы соединить несколько металлических конструкций, лучше всего пользоваться газовым типом сварки, так как она способна осилить любой объём работы, хоть и с меньшей скоростью, чем у электрической.

После завершения работы, необходимо обязательно проверить швы на стыки и загрязнения. Если таковые имеются, то нужно в срочном порядке их устранить. В этом поможет обычная болгарка.

Сгибание профильных труб

Данная процедура применяется при создании арочных навесов. Для изготовления необходим специальный инструмент — трубогиб. Его можно создать вручную, либо купить в магазине. Он позволяет легко сгибать металлический профиль, что существенно его превозносит над болгарками и сваркой.

Главное при сгибании профильных труб с помощью трубогиба — не допустить возникновения разломов, трещин, неровностей, искажающих начальные размеры конструкции. Также для осуществления сгиба необходимо прилагать немалые физические усилия.

Внешняя отделка

После полного очищения конструкции после сварки, необходимо провести процедуру обезжиривания металлических элементов. Чтобы это сделать, можно использовать любой растворитель: ацетон, этиловый спирт, вода, бензин, керосин. После окраски, необходимо подождать, пока конструкция не высохнет. Только тогда можно приступать к грунтовке.

Грунтовка полезна тем, что обеспечивает дополнительную защиту от коррозии и повышает срок эксплуатации.

Выбор материалов и инструментов для работы

Первое, на что стоит обратить внимание при выборе инструментов для создания навесов из профильных труб — размеры. Для основных деталей и приборов для работы минимальное соотношение размеров составляет 78х78, для дополнительных — 42х22.

Каркас желательно купить готовый, но всё же можно установить и изготовить самостоятельно. Необходимо обязательно покрыть конструкцию защитной краской, чтобы избежать влияния коррозии.

Список необходимых инструментов для создания навеса из профильных труб выглядит следующим образом:

  • Ресурсы для монтажа: песок, щебень, цемент.
  • Трубы для возведения каркасов
  • Сварочный и монтажный аппарат
  • Дрель, болгарка, шуруповёрт.
  • Болты, саморезы, гайки.

Кровля

Универсальность навесов из профильных труб позволяет им легко модифицироваться. Кровля — технический параметр, обладающий наибольшим количеством возможностей дополнения и улучшения первоначального состава.

Кровля для навесовРазнообразие заключается в большом выборе материалов для покрытия крыши. Кроме стандартной поликарбонатной отделки, можно применять шифер или металлический профнастил. В зависимости от выбора кровли, технические и физические параметры конструкции будут меняться, в зависимости от материала. Так как крыша — основная часть, то именно от кровли и будет зависеть сложность и трудоёмкость работы.

Стандарты выбора профильных труб для сооружения ферм

Чтобы выбрать необходимые варианты для улучшения прочности навеса, необходимо изучить  постановление, в котором описываются виды конструкций и грунтовки:

Постановление СНиП 2.01.07-85 о видах конструкций и грунтов

Конструкции и грунтовка
КонструкцииГрунтовка
МеталлическиеСвободные бетонныеИзоляционные бетонныеПромышленный бетонПриродного происхожденияИскусственно насыпные

Характеристики прочности

Необходимые величины для навесов из профильных труб

Величина длины пролёта, м1.22.33.54.55.8
Физические параметры трубы Максимальная нагрузка на конструкцию, кг
42х42х277.419.47.333.981.77
42х42х398.926.69.544.552.22
52х52х4130.737.7146.573.45
63х63х3200.744.317.28.994.66

Основы расчета фермы

Перед тем, как рассчитать размеры, выбирают форму крыши сооружения и его габаритные размеры. Затем рассчитывают размеры кровли, определяют количество и форму ферм, расстояние между ними.

Типы ферм зависят от формы кровли, а формы кровли сооружения в усадьбе выбирают в зависимости от назначения и места расположения металлоконструкций. Консольные и примыкающие к дому фермы обычно выполняют односкатными треугольными, отдельно стоящие навесы – с полигональными, треугольными, сегментными конструкциями и арками. Беседки могут иметь шести- и восьмискатную кровлю или кровлю фантазийной конструкции с фермами нестандартной конструкции.
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками
Для расчетов применяются метод вырезания вырезание узлов (участков, где стержни соединены шарнирно); метод Риттера; метод замены стержней Геннеберга. В современных компьютерных программах чаще применяется метод вырезания узлов.

Лучше воспользоваться готовым типовым проектом или нашими рекомендациями по выбору профилей. Собрать ферму простой трапециевидной или треугольной конструкции не слишком сложно, и при наличии опыта сварки и монтажа металлоконструкций самостоятельный монтаж навесов и беседок вполне возможен. Если Вы хотите соорудить большой навес с длиной фермы 10 м и больше – нужно выполнить проект у специалистов.

Рассчитываем уклон

Допустимый уклон одно–, двухскатной и шатровой кровли находится в диапазоне от 6 до 35 градусов, у мансардной и арочной крыши угол наклона нижней части может быть значительно больше.

Для разных типов кровель требуется разный уклон и соотношение длины и высоты фермы различается:

Тип крыши Угол наклона крыши Соотношение длина: высота фермы
односкатная6-157-9:1
двускатная, шатровая, арочная (регион с обильными снегопадами)15-227:1
двускатная, шатровая, арочная (регион с сильными ветрами)22-355:1
мансардная, арочная35-752-5:1 в зависимости от требований к высоте мансарды или дизайнерского решения

Обратите внимание! У мансардной крыши в таблице указан угол наклона нижней части кровли. Уклон верхней части выбирается, как для двухскатной.

Для дальнейших расчетов необходимо выполнить чертеж.

прямоугольная ферма

Если ферма состоит из прямолинейных элементов, на чертеже ее разбивают на прямоугольные треугольники. Длину труб для выполнения поясов вычисляют по теореме Пифагора:

a²+b²=c²,

где a и b – катеты прямоугольника, то есть стороны, прилежащие к прямому углу, а c – противолежащая прямому углу гипотенуза.

Самыми простыми являются расчеты односкатной фермы, так как у нее a – длина, b – высота, гипотенуза c – это скат фермы. Соответственно, длина ската вычисляется по формуле:

c=√a²+b².

Если требуется изготовить стропильную систему для арочной крыши, длину верхнего пояса (с) вычисляют по формуле длины окружности:

с =1,57*(b+a/2).

Затем рассчитывают расположение элементов внутренней решетки таким образом, чтобы они делили нижний и верхний пояса на равные участки. При использовании укосов угол их наклона должен находиться в промежутке от 35 до 50 градусов.

Обратите внимание! Наилучшим же считается угол в 45 градусов – самый удобный для расчетов, простой в нарезке труб и надежный в готовой конструкции.

Параметры расходных материалов

Параметры труб, используемых для изготовления поясов и внутренней решетки рассчитывают, исходя из ширины строения, параметров опор каркаса и особенностей кровельного материала.

Ширина навеса, мПараметры опорных трубПараметры труб для поясов фермы
легкий кровельный материал (ондулин, профлист, поликарбонат)тяжелая кровля (черепица, шифер)
до 4,5сечение 40*40 кв. ммсечение от 20*20 до 30*30 кв. мм, толщина стенок 1,5-2 ммсечение 40*20 кв. мм, толщина стенок 2 мм
до 5,5сечение от 50*50 до 80*80 кв. ммсечение от 40*20 до 40*40 кв. мм, толщина стенок 2 ммсечение 40*40 кв. мм, толщина стенок 2 мм
от 5,5сечение от 80*80 до 120*120 кв. ммсечение 60*30 кв. мм, толщина стенок 2 ммсечение 40*40 кв. мм, толщина стенок 3 мм

Для перемычек используют либо те же трубы, что и для изготовления поясов, либо чуть меньшего сечения.

Параметры базовых углов

Для правильного расчета количества и длин отдельных элементов фермы из профтрубы необходимо определить базовые углы между элементами. В общем случае нижний пояс перпендикулярен опорам, верхний пояс имеет наклон к горизонтали в зависимости от угла наклона кровли. Оптимальный угол наклона раскосов к горизонтали/вертикали — 45°, стойки должны быть строго вертикальны.

Определив точный угол наклона кровли, определяют длины заготовок для изготовления фермы – эта информация потребуется при выполнении работ.

Участок для установки сооружения

Прежде чем возводить навес, беседку или жилое здание с каркасом из профтрубы, необходимо выбрать участок, где это будет безопасно для окружающей среды, людей и самой постройки.

постройка с фермами из профиля

Важно учесть такие факторы, как:

  • Погодные условия, характерные для местности: насколько снежными бывают зимы, дождливыми – весна и осень, каковы скорость и направление ветра. Климатические явления оказывают на кровлю переменные нагрузки, которые ферма должна выдержать.
  • Уровень сейсмической активности: бывают ли колебания почвы, землетрясения, оползни. Чем выше этот показатель, тем прочнее должна быть постройка, чтобы не разрушиться в случае чрезвычайной ситуации. С другой стороны, в особо сейсмически опасных регионах нередко устанавливают легкие разборные конструкции, которые при землетрясении легко разрушаются, но при этом не наносят существенного вреда окружающему пространству и людям и легко поддаются ремонту.
  • Особенности почвы и вес конструкции. Эти два параметра взаимосвязаны. На плотных и каменистых грунтах устойчивой будет даже тяжелая каркасная постройка со сложной стропильной системой. На песчаных и супесчаных почвах, а также при высоком уровне грунтовых вод нужно возводить облегченные постройки или делать для них глубокий свайный фундамент.
  • Расположение относительно других построек. Желательно располагать малые архитектурные формы с металлокаркасом таким образом, чтобы более высокие и тяжелые строения закрывали более низкие и легкие от порывов ветра

Влияние угла наклона

На конструкцию фермы в первую очередь влияет угол наклона скатов (ската). Угол наклона выбирается в первую очередь в зависимости от формы кровли и размещения металлоконструкции. У примыкающих к зданиям навесов должен быть больший угол наклона кровли – для более быстрого скатывания сползающего с кровли снега и стока льющейся воды.

У одиночных конструкций угол наклона кровли может быть меньше. Угол наклона зависит также от количества выпадающих в Вашем регионе осадков – чем больше осадков, тем больше должен быть угол наклона кровли. Чем круче кровля, тем меньше осадков на ней задерживается.

Небольшой уклон ската – до 15° — используется на небольших отдельно стоящих навесах. Высота ската примерно равна 1/7-1/9 длины пролета. Применяют фермы трапециевидной формы.

Уклон от 15° до 22° — высота ската равна 1/7 длины пролета.

Уклон от 22° до 30°- 35° — высота ската равна 1/5 длины пролета, при таком уклоне применяют обычно треугольные конструкции, иногда с ломаным нижним поясом для облегчения конструкции.

Значимые факторы выбора участка

Если есть выбор, для установки металлоконструкций следует выбрать ровный участок, не подверженный оползням и заболачиванию. Но в небольших приусадебных участках выбора чаще всего нет – навес для машины размещают сразу за воротами, веранду возле дома, беседку в глубине участка. Возможно, участок придется выровнять, иногда осушить.

Если есть опасность сползания пластов земли, или Вы проживаете в сейсмоопасном районе, проектирование проекта любой конструкции выше собачьей конуры следует предоставить профессионалам для обеспечения Вашей же безопасности.
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками

Как рассчитать нагрузку

Снеговая нагрузка на 1 м² кровли рассчитывается по [info-box type=»bold»]СП 20.13330.2017 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85»[/info-box] в зависимости от региона. При расчетах берется не площадь кровли, а площадь проекции кровли на горизонталь. Аналогично рассчитывается вес обрешетки и кровельного покрытия. По чертежу рассчитывается вес одной фермы и умножается на их количество.

Нагрузка на одну ферму рассчитывается делением суммы общей нагрузки на кровлю снега, веса обрешетки и покрытия, веса самих конструкций, на количество ферм.

Входная дверь и козырек

Козырьки над входной дверью имеют небольшие размеры и выполняются консольными.

В ширину козырек должен быть равен ширине крыльца + по 300 мм с каждой стороны. По глубине навес должен закрывать ступени. Длина козырька равна сумме длины площадки и ступеней. Длина верхней площадки должна быть в полтора раза шире двери, то есть 0,9×1,5 = 1,35 м. Плюс по 250 мм на каждую ступеньку.

Например:

для крыльца с двумя ступенями и шириной 1200 мм размеры накрываемой площади (горизонтальной проекции козырька) равны:

длина (глубина козырька) = 1,35 + 2×0,25 = 1,85 м;

ширина = 1,2 + 0,3×2 = 1,8 м.

Лучше ориентироваться на реальные размеры крыльца. Размеры козырька определяются, исходя из размеров накрываемой площади и конструкции (формы) ферм.

Как рассчитываются веранды

Веранда – легкий навес, примыкающий к стене здания, под которым размещают зону отдыха или обеденный стол. Конструктивно навес бывает консольным или балочно-опорным.

Фермы, как правило, имеют односкатную треугольную форму. Изредка встречаются плоские кровли и конструкции трапециевидной формы, но использование таких навесов приводит к намоканию стены дома в дождь и в период таяния снега. Минимальная ширина навеса над верандой – 2 м, максимальная обычно не превышает 3 м (горизонтальная проекция). Можно сделать навес и меньшей ширины, но тогда на веранде поместятся только кресла и журнальный стол, обеденный стол со стульями не разместишь.
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками
Навес треугольной формы должен иметь скос от 15° до 35° на Ваш выбор. Длину верхнего пояса рассчитывают самым простым способом – через синусы-косинусы или по теореме Пифагора.

Допустим, горизонтальная проекция веранды равна 2 м, скос 30°. Длина стойки в самой высокой части треугольной балки равна 2 м х cos 30°= 2 х √3/2= 0,855 м. Длина верхнего пояса равняется корню из суммы квадратов длин стойки и нижнего пояса:
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками
(это вытекает из теоремы Пифагора, где сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы).

Высота до нижнего пояса фермы должна быть не меньше 2 м, а еще лучше 2,5 м или чуть выше – под низкой крышей высоким членам семьи будет некомфортно ходить.

Расчет значений для стоек навеса

Делая подбор параметров стоек, предварительно выполняют расчет оказываемых нагрузок и рисуют подробный чертеж. На жесткость изделия влияют ширина и толщина его стенок, которые в свою очередь зависят от длины продукции.

Например, при выборе, какую профильную трубу использовать для навеса, задействовать можно как толстостенное изделие с небольшой величиной сечения, так и с тонкими стенками, но с большой шириной полки.

как правильно сварить навес из профильной трубы

Следует учитывать, что вертикально направленная нагрузка, оказываемая на стойку перекрытиями навеса, незначительна и поэтому тонкая профтруба выдержит ее без малейшей деформации. Схема навеса из профильной трубы должна содержать точные размеры каждого элемента.

Для постройки со средними параметрами оптимальным вариантом будут изделия, имеющие сечение в пределе от 50 до 100 миллиметров. Если стойки расположены часто, допустимо уменьшение размера используемых труб. В том случае, когда у односкатного навеса будет четыре опоры, тогда задействуют трубную продукцию большого сечения.

Расчет треугольной деревянной фермы

Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками
Укажите размеры в миллиметрах
X — длина фермы
Y — высота фермы
Z — толщина бруса
W — ширина бруса
S — количество вертикальных стоек
P — подкосы
N — показывать нумерацию деталей
Деревянная стропильная ферма состоит из элементов, образующих жесткие треугольные конструкции.
Рекомендуемая высота деревянной фермы — не меньше 20 процентов от длины пролета.
Программа рассчитает необходимое количество материалов, покажет чертежи фермы и необходимые размеры деталей.

Как рассчитать стоянку для машин

Размеры стоянки для машин рассчитываются, исходя из следующих факторов:

  • Количества автомобилей.
  • Ширины автомобилей – от 1,6 у класса А (мини) до 1,82 и больше у класса F (представительских).
  • Длины автомобилей – от 3,6 у мини до 4,9 и больше у представительских машин.
  • Высоты навеса.
  • Особенностей расположения места для стоянки – отдельно от дома или вплотную к нему.

Ширина навеса между опорами равна ширине машины + 1 метр для свободного открывания дверей. Если есть возможность, сделайте ширину немного больше – будет легче парковаться и легче выходить из машины (если предусмотреть 1 м для открывания дверей, то нормально открывать двери Вы сможете только между опорами). Если машин две, то к суммарной ширине машин добавляют расстояние между автомобилями – минимум 0,8 м и 1 м на открывание дверей.

Ширина кровли навеса должна быть шире расстояния между опорами на величину свесов. Величина свеса с одной стороны составляет 300-350 мм.

По длине также следует предусмотреть запас длины минимум 1 м и больше. Чем больше размеры навеса, тем лучше он защищает автомобиль от осадков. Высокий навес защищает от косого дождя хуже, поэтому он должен иметь большие размеры, чем низкий навес.
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками
Для стоянки, примыкающей к дому, обычно применяют консольные или односкатные конструкции треугольной формы. Для отдельно стоящих стоянок чаще всего используют треугольные двускатные, сегментные (полукруглые) и полигональные фермы. Впрочем, для отдельно стоящих навесов применимы фермы любой конфигурации.
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками

Расчет стропильных ферм в зависимости от угла наклона крыши

Особенности возведения при угле наклона крыши 22-30 градусов

Возведение при угле наклона крыши 22-30 градусов

Угол наклона крыши считается оптимальным для двускатной крыши 20-45 градусов, для односкатной 20-30 градусов.

Конструкция покрытий зданий состоит обычно из поставленных рядом стропильных ферм. Если они связаны между собой только прогонами, то система образуется изменяемая и может потерять устойчивость.

Чтобы обеспечить неизменяемость конструкции, проектировщики предусматривают несколько пространственных блоков из соседних ферм, которые скрепляются связями в плоскостях поясов и вертикальными поперечными связями. К таким жестким блокам крепятся другие фермы с помощью горизонтальных элементов, что и обеспечивает устойчивость конструкции.

Для расчета покрытия здания необходимо определиться с углом наклона кровли. Этот параметр зависит от нескольких факторов:

  • вид стропильной системы
  • кровельный пирог
  • обрешетка
  • материал кровли

Если угол наклона значительный, то использую фермы треугольного типа. Но они имеют некоторые недостатки. Это сложный опорный узел для которого необходимо шарнирное сопряжение, что делает всю конструкцию менее жесткой в поперечном направлении.

Сбор нагрузок

Обычно нагрузка, действующая на конструкцию, прикладывается в местах узлов, к которым крепятся элементы поперечных конструкций (например, навесной потолок или прогоны кровли). Для каждого вида нагрузки желательно определять усилия в стержнях отдельно. Виды нагрузок для стропильных ферм:

  • постоянная (собственная масса конструкции и всей поддерживаемой системы);
  • временная (нагрузка от подвесного оборудования, полезная нагрузка);
  • кратковременная (атмосферная, включающая снег и ветер);

Для определения постоянной расчетной нагрузки следует сначала найти грузовую площать, с которой она будет собираться.

Формула для определения нагрузки на кровлю:

F = (g + g1/cos a)*b ,

где g — собственная масса фермы и ее связей, горизонтальной проекции, g1 — масса кровли, а — угол наклона верхнего пояса относительно горизонта, b — расстояние между фермами

Исходя из этой формулы, чем больше угол наклона, тем меньше нагрузка, действующая на кровлю. Однако, следует учитывать, что увеличение угла влечет за собой и значительное повышение цены за счет увеличения объёма строительных материалов.

Также при проектировании крыши учитывается регион строительства. Если предполагается значительная ветровая нагрузка, то угол наклона закладывают минимальный и крышу делают односкатной.

Снег — нагрузка временная и загружает ферму только частично. Загружение половины фермы может быть очень невыгодным для средних расковов.

Полная снеговая нагрузка на кровлю рассчитывается по формуле:

S = Sр * μ;

где S – снеговая нагрузка;

Sр – расчетное значение снегового веса на 1 м2 горизонтальной поверхности;

μ – расчетный коэффициент, для учета наклона кровли (согласно СНиПу, равняется единице, если угол наклона меньше 25 градусов и 0.7, если угол от 25 до 60 градусов)

Давление ветра считается значимым только для вертикальных поверхностей и поверхностей, если их угол наклона к горизонту больше 30 градусов (актуально для мачт, башен и крутых стропильных ферм). Ветровая нагрузка как и остальные сводится к узловой.

Инструкция для расчета стропильной фермы

  • определяется расчетная нагрузка ( с использованием СНиП «Нагрузки и воздействия»)
  • находятся усилия в стержнях фермы (следует определиться с расчетной схемой)
  • вычисляется расчетная длина стержня ( равняется произведению коэффициента приведения длины (0,8) на расстояние между центрами узлов)
  • проверка сжатых стержней на гибкость
  • задавшись гибкостью стержней, подобрать сечение по площади

При предварительном подборе для поясов значение гибкости принимается от 60 до 80, для решетки 100-120.

Расчет арочной фермы

расчет арочной фермы из профильной трубы для навеса

Изготовление арочных ферм также требует точных расчетов. Это связано с тем, что возложенная на них нагрузка распределится равномерно, только если созданные дугообразные элементы будут иметь идеальную геометрию, то есть правильную форму.

Рассмотрим подробнее, как создать арочный каркас для навеса с пролетом в 6 м (L). Расстояние между арками примем в 1,05 м. При высоте изделия в 1,5 метра архитектурная конструкция будет смотреться эстетично и сможет противостоять высоким нагрузкам.

При расчете длины профиля (mн) в нижнем поясе пользуются следующей формулой длины сектора: π •R•α:180, где значения параметров для данного примера в соответствии с чертежом равны соответственно: R= 410 см, α÷160°.

чертеж с размерами арочного навеса

После подстановки имеем:

3,14•410•160:180 = 758 (см).

Узлы конструкции следует расположить на нижнем поясе на расстоянии 0,55 м (с округлением) друг от друга. Положение крайних рассчитывают индивидуально.

В случаях когда длина пролета меньше 6 м, сваривание сложных металлоконструкций часто заменяют на одинарную либо двойную балку, согнув металлический профиль под заданным радиусом. Хотя при этом необходимости в расчете арочного каркаса нет, однако правильный подбор профилированной трубы по-прежнему остается актуальным. Ведь от ее сечения зависит прочность готовой конструкции.

Расчет арочной фермы из профильной трубы онлайн

Как рассчитать длину дуги для навеса под поликарбонат

Как правильно рассчитать фермы для навесов: чертеж и правила сборки
Длину дуги арки можно определить по формуле Гюйгенса. На дуге отмечают середину, обозначив ее точкой М, которая находится на перпендикуляре СМ, проведенном к хорде АВ, через ее середину С. Затем нужно измерить хорды АВ и АМ.

Длина дуги определяется по формуле Гюйгенса: p = 2l x 1/3 x (2l – L), где l – хорда АМ, L – хорда АВ)

Относительная погрешность формулы равна 0,5%, если дуга АВ содержит 60 град, а при уменьшении угловой меры погрешность значительно падает. Для дуги в 45 град. она составляет всего 0,02%.

Как правильно рассчитать навес

Навесы на приусадебном и дачном участке бывают самых разнообразных назначений и размеров. Навесы устанавливаются над запасом топлива, в загородках для домашних животных и вольерах для собак, местах для работы на воздухе и сушки трав и фруктов, в местах отдыха.

Размеры навесов диктуются назначением и наличием выделенного места для навесов. Кровли и фермы могут быть самых разнообразных форм. Для расчетов навеса можно воспользоваться рекомендациями для веранд и навесов для машины.
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками
Фермы из профильной трубы: виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками

Расчет металлических ферм любой формы и габаритов

  • Каждый проект уникальный — соответственно индивидуальный подход. Проектирование и расчет металлических ферм без применений типовых серийных решений:
    а) определение оптимальной геометрии фермы;
    б) проектирование системы связей — задание расчётных длин элементов
    в) Определение сечений элементов после расчета металлической фермы
    г) Расчёт узлов ферм (узел примыкания элементов решётки, фланцевый узел, опорный узел)
    д) Проверка сечений элементов связей
    е) расчет прогонов, с учётом наклона и промежуточных связей
  • Легкость (экономичность). Обеспечивается достаточным опытом всех требуемых расчетов
  • Быстрота выполнения проекта. Определяется профессиональным подходом, как правило до 5 дней
  • Доступная цена проектирования стальных ферм. Обеспечивается работой без посредников, а так же нет необходимости платить за печать (СРО)
  • Проектирование стропильных (подстропильных) ферм любой конфигурации и сложности.
  • Пример расчета фермы и чертежей

Фермы из ЛСТК

Как-то поступило мне предложение спроектировать покрытие (пролет 18,0м) из ЛСТК. Заказчику промыли уши что мол легкие конструкции и тд. Я согласился — и мне пришлось поднимать материал на эту тему. начал делать расчеты и выходи что физически не хватает сечения самого большого профиля. Плюс ко всему, сейчас можно скачать рекомендации НИИ по проектированию конструкций из ЛСТК. В разделе ферм, там найдете что рекомендации применять фермы до 15,0м. Да ещё оптимальная геометрия — треугольная.

Вывод: фермы стальные легкие самые из ЛСТК  в том случае, если у них оптимальный пролёт и есть возможность устанавливать с частным шагом. Такое применение возможно если такие фермы монтируются на существующие стены, или в летних сооружениях, где не нужно делать фундаментов. Основной эффект экономический это снижение массы на прогонах, так же на самом деле стропильная система легкая, просто потому, что если делать сварную конструкцию то по рекомендациям нужно брать стенку не  менее 3мм (нормы), а здесь можно на болтах брать стенку 1,5мм.

Проектирование фермы из гнутых тонкостенных сечений имеет подводный камень — сложность расчётов. Вышло только недавно официальный российский документ по расчёту. И выходит что сам расчёт по объему раз в 5-10 может быть объемный. Автоматизированных программ халявных нет — проектируют интуитивно как умеют. Мне уже дважды предлагали посредники с предложением проектировать (заводы изготовители ищут исполнителей которые будут строго делать расчёты по СП 260.1325800.2016 Конструкции стальные тонкостенные )

Фермы из парных уголков

Классические фермы. Трудоёмкие в изготовлении, да тяжеловатые получаются. Если сейчас и вводят в проект, то только потому, что на них есть готовые серийные проекты. Суть чем проще тем лучше для проектировщика. Их применяются проектировщики старой закалки, которые сидят как правило в проектных организациях советского времени.

Фермы из двутавров

Проектировать пока не было возможности, но можно сказать, применяются при больших пролётах с большими нагрузками.

Фермы с поясами из двутавров и решёткой из профильной трубы

При больших нагрузках, можно спроектировать ферму из двутавров, но элементы решётки которые менее нагруженные, можно заменить на профильную трубу, для облегчения конструкции.

Пример расчёта

Для примера возьмём профлист, средняя нагрузка от которого на квадрат составляет 5,4 кг. Умножаем это значение на 0,5, и получаем 2,7 кг/м. Далее нужно полученное число умножить на коэффициент безопасности нагрузки 1,05. В цифрах — 2.7*1,05=2,835 кг/м.

Аналогично вычисляем линейную нагрузку от снега (это значение зависит от региона): 50*0,5*1,4=35 кг/м. Коэффициент безопасности по нагрузке от снега составляет 1,4.

Далее складываем нагрузки и получаем общую линейную нагрузку на каждый метр прогона: 2,835+35=37,835кг/м.

Теперь идём в любой из калькуляторов, подходящих по функционалу и вычисляем прочность прогона. Программа будет учитывать вес самого прогона и выдаст варианты изделий по ГОСТу, способных нести соответствующие нагрузки.

В калькуляторе указывается длина элемента, которая задаётся запланированным расстоянием между стропилами (фермами).

Предельный прогиб навеса
Программа для расчёта ферм для навесов и козырьков «Ферма» знает все указанные в таблице порядки и данные

Предположим, расстояние между несущими фермами составляет 2 500 мм. Это значение нужно разделить на 150. Получаем 16,66 мм – это максимально допустимый прогиб для прогона такой длины.

Забив все значения в калькулятор, где уже определён тип трубы, получаем фактический прогиб прогона. Сопоставив его с эталонным, определяем, справится ли элемент с нагрузкой. Если прогиб превышен, ставим более прочные трубы и повторяем расчёты.

Далее по аналогии рассчитываем нагрузку на сами фермы, добавив в расчёты их собственную массу.

При расчётах в калькуляторах обязательно указывается тип соединений, так как от них во многом зависит прочность конструкции.

Завершается расчёт определением параметров стоек. За основу берётся стойка, расположенная ближе всего к центру нагрузки.

При расчёте используется значение площади нагрузки, так как опора представляет собой точку, на которую оказывается давление со всех сторон, и нет линейного распределения давящих сил.

Получаем площадь нагрузки, перемножив между собой перпендикулярные оси нагрузки, разделённые на 2. Полученное значение будет в кг/м2.

Далее площадь нужно поочерёдно умножить на массу (на м2) профлиста, снега, прогонов и ферм. Полученные значения умножаются на коэффициенты безопасности, а затем складываются. Результат нужно перевести в килоньютоны, умножив на 10 и разделив на 1000.

Все полученные значения и планируемая высота стоек вносятся в калькулятор, который выдаёт параметры профтрубы.

Задаем узлы фермы

Первым делом необходимо задать узлы будущей фермы, которые дальше будут учитываться в расчете как простые шарниры. Для создания нового узла нужно выбрать кнопку – «Nodes».

Каждый задаваемый узел имеет свой уникальный идентификатор, к которому по ходу формирования расчетной схемы будем обращаться: при создании стержней фермы и приложении нагрузок. Для того чтобы создать новый узел, нужно задать его координаты по X и Y:

Примечание: рекомендуется первый узел задавать с координатами (0;0), так легче будет высчитывать координаты всех последующих узлов.

Создаем стержни фермы

Стержни задаются достаточно просто. Для создания нового стержня нужно выбрать кнопку — «Members». Далее нужно будет указать идентификатор узла, с которым будет соединятся стержень в начале и в конце. Вот что получилось у меня:

Назначаем опоры

Для того, чтобы задать связи (опоры) фермы нужно выбрать кнопку – «Support». Эта программа имеет в своем функционале 6 видов связей. Я выберу классическую шарнирно-подвижную и неподвижную опору. Для того чтобы установить опору, нужно выбрать вид опоры и указать узел где ее нужно установить.

Прикладываем нагрузку

В данной программе на ферму можно накладывать все виды нагрузок: сосредоточенные силы (Point Loads) и моменты (Moments), распределенную нагрузку (Distributed Loads). Например, для приложения сосредоточенной силы, нужно выбрать узел и задать ее численное значение.

Получаем результаты расчета

После выполнения всех вышеописанных шагов, можно получить результаты расчета. Для этого нужно нажать кнопку – «Solve».

Расчёт ферм на персональном компьютере

Современные вычислительные комплексы основаны на методе конечного элемента. С их помощью осуществляют расчёты ферм любого очертания и геометрической сложности. Профессиональные программные пакеты Stark ES, SCAD Office, ПК Лира обладают широким функционалом и, к сожалению, высокой стоимостью, а также требуют глубокого понимания теории упругости и строительной механики. Для учебных целей и подойдут бесплатные аналоги, например Полюс 2.1.1.

В Полюсе можно рассчитывать плоские статически определимые и неопределимые стержневые конструкции (балки, фермы, рамы) на силовое воздействие, определять перемещения и температурное воздействие. Перед нами эпюра продольных усилий для фермы, изображённой на рис. 2. Ординаты графика совпадают с полученными вручную результатами.

Эпюра продольных усилий

Порядок работы в программе Полюс

  • На панели инструментов (слева) выбираем элемент «опора». Размещаем помещаем элементы на свободное поле кликом левой кнопки мыши. Чтобы указать точные координаты опор, переходим в режим редактирования, нажав на значок курсора на панели инструментов.
  • Двойной клик по опоре. Во всплывающем окне «свойства узла» задаём точные координаты в метрах. Положительное направление осей координат — вправо и вверх соответственно. Если узел не будет использоваться в качестве опоры, установите флажок «не связан с землёй». Здесь же можно задать приходящие в опору нагрузки в виде точечной силы или момента, а также перемещения. Правило знаков такое же. Удобно разместить крайнюю левую опору в начале координат (точка 0, 0).
  • Далее размещаем узлы фермы. Выбираем элемент «свободный узел», кликаем по свободному полю, точные координаты прописываем для каждого узла в отдельности.
  • На панели инструментов выбираем «стержень». Кликаем на начальном узле, отпускаем кнопку мышки. Затем кликаем на конечном узле. По умолчанию стержень имеет шарниры на двух концах и единичную жёсткость. Переходим в режим редактирования, двойным кликом по стержню открываем всплывающее окно, при необходимости изменяем граничные условия стержня (жёсткая связь, шарнир, подвижный шарнир для опорного конца) и его характеристики.
  • Для загружения ферм используем инструмент «сила», нагрузка прикладывается в узлах. Для сил, прикладываемых не строго вертикально или горизонтально, устанавливаем параметр «под углом», после чего вводим угол наклона к горизонтали. Альтернативно можно сразу ввести значение проекций силы на ортогональные оси.
  • Программа считает результат автоматически. На панели задач (вверху) можно переключать режимы отображения внутренних усилий (M, Q, N), а также опорных реакций (R). Результатом будет эпюра внутренних усилий в заданной конструкции.

В качестве примера рассчитаем сложную раскосную ферму, рассмотренную в методе моментной точки (рис. 6). Примем размеры и нагрузки: d = 3м, h = 6м, P = 100Н. По выведенной ранее формуле значение усилия в верхнем поясе фермы будет равно:

O(7−9) = -8d∙P/h = -8∙3м∙100Н/6м = -400 Н (сжатие)

Программы для расчёта навеса на Windows

Простые программы, которые помогают в расчёте веса конструкций из металлического профиля:

Metcalc

Онлайн-калькулятор Metcalc с бесплатным доступом для расчёта массы металлических изделий. Для работы в нём достаточно задать основные технические параметры (длину и сортамент, габариты и толщину стенок профиля).

В программу заложены все существующие ГОСТы, она выдаёт стабильно точные результаты. Также она умеет делать обратные расчёты, то есть при указании массы и типоразмера выдаёт длину проката.

«Перпендикуляр.про»

Программа perpendicular.pro отличается от предыдущих тем, что позволяет производить расчёт материалов для арочных конструкций. Программа предельно проста в использовании. Нужно задать основные параметры арки (ширина, длина и высота) и нажать «рассчитать».

После этого пользователь получает общую длину изгиба и полную площадь навеса. Минус калькулятора – отсутствие в расчётах радиуса изгиба.

Расчет арочного навеса

Sopromat.org

Программа «Сопромат», которая умеет выполнять полноценные расчёты металлоконструкций. Софт бесплатный и подходит для вычисления параметров статически неопределённых рам, балок и ферм. Для расчётов она использует метод конечных элементов.

Сервис подойдёт практикующим строителям-инженерам и студентам для создания курсовых и дипломных работ. 

Функционал программы достаточно широкий и включает:

  • расчёт реакции у опор;
  • определение перемещений в узлах;
  • строительство эпюр (Q, M, P);
  • сохранение чертежей и эскизов в разных форматах;
  • экспорт созданных файлов в DXF чертежах.

Проектирование навеса в программе

Free Truss and Roof Calculator

Авторы данного проекта позиционируют свой онлайн-калькулятор как инструмент для проектирования ферм, который позволяет рассчитывать продольные усилия в стержнях, определить реакции, возникающие в опорах фермы и д.р.

Создатели также отмечают, что данный софт особенно полезен для проектирования мостовых ферм и стропильных систем деревянных крыш.

Сразу оговорюсь, бесплатный функционал программы имеет определенные ограничения: можно добавить не более 12-ти стержней, 2-ух опор и 5-ти сосредоточенных внешних сил. В платной версии ограничений нет. Для расчета простых ферменных конструкций, бесплатного функционала вполне хватает.

Sopromatguru

Функционал этой программы Sopromatguru частично доступен бесплатно. Возможностей этого сервиса хватает даже для инженеров. Он умеет рассчитывать статически определимые системы, определять перемещения в узлах, рассчитывать реакции опор, реакции эпюры и сохранять ссылку на результаты расчётов.

Пока программа используется для расчёта горизонтальных балок, но, по заверениям разработчиков, скоро в ней будет доступен расчёт ферм.

Стоимость программы можно назвать символической. Платить нужно за каждый произведённый расчёт. У сайта приятный интуитивно понятный интерфейс, что облегчает рабочий процесс.

Сопроматгуру

SCAD Office

Программный комплекс SCAD office с большим количеством функций, созданный специально для профессионалов. В его состав включено несколько утилит, которые умеют вычислять параметры отдельных элементов стальных, деревянных и даже каменных конструкций.

С их помощью можно проектировать монолитные железобетонные перекрытия, строить сечения и рассчитывать коэффициенты постели строения и многое другое. Программа платная, как и большинство профессионального софта.

В России и СНГ среди инженеров наиболее известна программа «ПК Лира», используемая для определения расчётов параметров строительных конструкций из материалов разного типа.

Программы для расчёта навесов на Android

Полноценно заменить компьютер смартфоны и планшеты не в состоянии, но программные решения тут тоже многообразны. Можно отыскать софт, который поможет при проведении работ по расчету металлоконструкций.

«Калькулятор металлопроката 3.0.1»

Программа для смартфона с широким функционалом. В ней можно рассчитать материал для строительства навеса по длине, массе или площади. В библиотеке доступны круглые и прямоугольные трубы, арматура, швеллеры, уголки, плоские листы, крепёж и многое другое.

Типоразмеры изделий задаются по сортаменту или по исходным значениям с указанием типа материала. Приложение умеет сохранять расчёты и пересылать их по электронной почте.

Основные этапы работ по изготовлению и монтажу ферм своими руками

До монтажа ферм выполняют работы по планировке участка, установке опор, бетонированию фундаментов опор, привариванию боковых связей или боковых ферм. Затем монтируют поперечные фермы.

Порядок выполнения работ по изготовлению и монтажу ферм:

  • На ровной поверхности сваривают фермы.
  • Обрабатывают фермы антикоррозионной грунтовкой, дважды окрашивают. Не окрашивают места под приварку ферм к опорам. Можно эти работы выполнить и после монтажа ферм, но на высоте красить неудобно.
  • Поднимают фермы, устанавливают на опоры, выверяют углы и горизонтальность, приваривают к опорам. Эти работы выполняет бригада из нескольких человек.
  • Закрашивают места сварки.
  • Монтируют обрешетку, укладывают кровельное покрытие.

Этап I. Проектируем ферму и ее элементы

Итак, что такое ферма? Это конструкция, которая связывает опоры в единое целое. Среди ее преимуществ: высокая прочность, отличные показатели эксплуатации, невысокая стоимость и хорошая устойчивость к деформациям и внешним нагрузкам.

Благодаря тому, что такие фермы обладают высокой несущей способностью, их ставят под любые кровельные материалы, независимо от их веса.

Использование в строительстве металлических ферм из прямоугольных замкнутых профилей считается одним из самых рациональных решений. И неспроста:

  1. Главный секрет в экономии, благодаря удобному соединению всех элементов решетки.
  2. Еще одно ценное преимущество профильных труб для ферм – это равная устойчивость в двух плоскостях, замечательная обтекаемость и удобство эксплуатации.
  3. При своем малом весе такие фермы выдерживают серьезные нагрузки.

Отличаются стропильные фермы по очертанию поясов, типу сечения стержней и видам решетки. И при правильном подходе вы самостоятельно сможете сварить и установить ферму из профильной трубы любой сложности. Даже такую:

Фермы из профильной трубы: рассчитываем и изготавливаем своими руками

Этап II. Приобретаем качественный профиль

Итак, прежде, чем составить проект будущих ферм, сначала нужно определиться с такими важными пунктами, как:

  • контуры, размер и форма будущей крыши;
  • материал изготовления верхнего и нижнего поясов фермы, а также ее решетки;
  • угол наклона и планируемая нагрузка.

Запомните одну простую вещь вещь: у каркаса из профильной трубы есть так называемые точки равновесия,  которые важно определить для устойчивости всей фермы. И очень важно подобрать под эту нагрузку качественный материал:

Как рассчитать металлическую ферму самостоятельно?

Профильные трубы для ферм бывают двух видов сечений: прямоугольного или квадратного. Выпускаются они разного диаметра, с разной толщиной стенок:

  • Для малогабаритных построек мы рекомендуем трубы до 4,5 метров длиной, сечением 40х20х2 мм.
  • Если вы будете изготавливать фермы длиннее 5 метров, тогда выбирайте профиль с параметрами 40х40х2 мм.
  • Для полномасштабного строительства крыши жилого дома вам понадобятся профильные трубы с такими параметрами: 40х60х3 мм.

Устойчивость всей конструкции прямо пропорциональна толщине профиля, поэтому для изготовления ферм не используйте трубы, предназначенные для стоек и каркасов. Также обратите внимание, каким именно методом было изготовлено изделие: электросварным, горячедеформированным или холодным деформированнием.

Если же вы беретесь изготавливать фермы самостоятельно, берите заготовки квадратного сечения – с ними работать проще всего. Приобретите квадратный профиль 3-5 мм толщиной, который будет достаточно прочным и по своим характеристикам близок к металлическим брусьям.

Обязательно учитывайте при проектировании снеговые и ветровые нагрузки в вашей местности. Ведь большое значение при выборе профиля имеет угол наклона ферм:

Самостоятельный расчет фермы из профильной трубы

Отметим только, что самая простая конструкция фермы из профильной трубы представляет собой несколько вертикальных стоек и горизонтальные уровни, на которые можно крепить стропила для крыши. Приобрести такой каркас можно в готовом виде, даже под заказ в любом городе России.

Этап III. Рассчитываем внутреннее напряжение ферм

Самое важное и ответственное задание – это правильно произвести расчет фермы из профильной трубы и подобрать нужный формат внутренней решетки. Для этого нам понадобится калькулятор или подобное ему другое программное обеспечение, а также некоторые табличные данные СНиПов, которые за это:

  • СНиП 2.01.07-85 (воздействия, нагрузки).
  • СНиП п-23-81 (данные по стальным конструкциям).

Форма крыши и угол наклона

Ферма нужна для какой конкретно кровли? Односкатной, двускатной, купольной, арочная или шатровой? Самый простой вариант, конечно же, это изготовление стандартного односкатного навеса. Но и достаточно сложные фермы вы также способны рассчитать и изготовить самостоятельно:

Фермы из профильной трубы: рассчитываем и изготавливаем своими руками

Стандартная ферма состоит из таких важных элементов, как верхний и нижний пояс, стойки, раскосы и вспомогательные подкосы, которые еще называют шпренгелями. Внутри ферм располагается система решеток, для соединения труб используется сварные швы, клепки, специальные парные материалы и косынки.

И, если вы собираетесь изготовить сложную по форме крышу, то такие фермы станут для нее идеальным вариантом. Их очень удобно изготавливать по шаблону прямо на земле, и только потом поднимать наверх.

Чаще всего при строительстве небольшого дачного домика, гаража или бытовки применяются так называемые фермы полонсо – особая конструкция треугольных ферм, соединенных затяжками, и нижний пояс здесь выходит приподнятым.

По сути, в этом случае, чтобы повысить высоту конструкции, нижний пояс делают ломаным, и он тогда составляет 0,23 от длины полета. Для внутреннего пространства помещения очень удобно.

Итак, всего есть три основных варианта изготовления фермы в зависимости от наклона крыши:

  • от 6 до 15°;
  • от 15 до 20°;
  • от 22 до 35°.

В чем разница спросите вы? Например, если угол конструкции будет небольшой, всего до 15°, тогда фермы рационально делать трапециевидной формы. И при этом вполне можно уменьшить вес самой конструкции, беря в высоту от 1/7 до 1/9 от от общей длины полета.

Т.е. руководствуйтесь таким правилом: чем меньше вес, тем больше должна быть высота фермы. А вот если мы вас будет иметь уже сложную геометрическую форму, тогда нужно выбрать другой тип фермы и решеток.

Виды ферм и формы крыши

Вот пример конкретных ферм для каждого вида крыши (односкатной, двускатной, сложной):

Виды металлических ферм из профильной трубы

Давайте разберемся с видами ферм:

  • Треугольные фермы – классика изготовления основы для крутых скатов крыши или навесов. Сечение труб для таких ферм нужно подбирать с учетом веса кровельных материалов, а также эксплуатации самой постройки. Треугольные фермы хороши тем, что обладают простыми формы, просты в расчете и исполнении. Их ценят за подкровельное обеспечение естественным светом. Но отметим и недостатки: это дополнительные профили и длинные стержни в центральных сегментах решетки. А также здесь вам придется столкнуться с некоторыми сложностями при сварке острых опорных углов.
  • Следующий вид – полигональные фермы из профильной трубы. Они незаменимы при сооружении больших площадей. Сварка у них уже более сложной формы, а поэтому для облегченных конструкций их не проектируют. Зато такие фермы отличаются большей экономией металла и прочностью, что особенно хорошо для ангаров с большими пролетами.
  • Прочной считается также ферма с параллельными поясами. Отличается от других такая ферма тем, что у нее все детали – повторяющиеся, с одинаковой длиной стержней, поясов и решеток. То есть здесь минимум стыков, а поэтому рассчитывать и варить такую из профильной трубы проще всего.
  • Отдельный вид – это односкатная трапециевидная ферма с опорой на колонны. Такая ферма идеальна, когда необходима жесткая фиксация сооружения. У нее есть уклоны (раскосы) по боковым сторонам и отсутствуют длинные стержни верхней обрешетки. Подходит для крыш, которым особенно важна надежность.

Вот пример изготовления ферм из профильной трубы как универсального варианта, который подходит для любых садовых построек. Речь идет о треугольных фермах, и вы наверняка их уже видели много раз:

Фермы из профильной трубы: рассчитываем и изготавливаем своими руками

Треугольная ферма с ригелем тоже достаточно проста, и вполне подходит для строительства беседок и бытовки:

Фермы из профильной трубы: рассчитываем и изготавливаем своими руками

А вот арочные фермы в изготовлении уже намного сложнее, хотя и обладают рядом своих ценных преимуществ:

Фермы из профильной трубы: рассчитываем и изготавливаем своими руками

Главное ваша задача – центрировать элементы фермы из металла от центра тяжести по всем направлениям, говоря простым языком, минимизировать нагрузку и грамотно ее распределить.

Поэтому выбирайте тот вид ферм, который подходит для этой цели больше. Кроме перечисленных выше, популярностью пользуются также ферма-ножницы, асимметричная, П-образная, двухшарнирная, ферма с параллельными поясами и мансардная ферма с опорами и без них. А также мансардный вид фермы:

Фермы из профильной трубы: рассчитываем и изготавливаем своими руками

Типы решеток и точечная нагрузка

Вам будет интересно узнать, что определенный дизайн внутренних решеток ферм подбирается вовсе не из эстетических соображений, а вполне практичных: под форму крыши, геометрию потолка и расчет нагрузок.

Вам нужно спроектировать свою ферму таким образом, чтобы все силы сосредотачивались конкретно в узлах. Тогда в поясах, раскосах и шпренгелях изгибающих моментов не будет – они станут работать только на сжатие и растяжение. И тогда сечение таких элементов уменьшают до необходимого минимума, значительно при этом экономя на материале. И саму ферму ко всему вы спокойно можете сделать шарнирной.

В противном случае, на ферму будут постоянно действовать распределенная по стержням сила, и появится изгибающий момент, в дополнение к общему напряжению. И здесь тогда важно грамотно просчитать максимальное изгибающее значения для каждого отдельного стержня.

Тогда сечение таких стержней должно быть больше, чем если бы сама ферма была нагружена точечными силами. Подведем итог: фермы, на которых распределенная нагрузка действует равномерно, изготавливают из коротких элементов с шарнирными узлами.

Давайте разберемся, в чем преимущество того или иного вида решетки в плане распределения нагрузки:

  • Треугольная система решетки всегда применяются в фермах с параллельными поясами и трапецеидальной ферме. Ее основное преимущество в том, что она дает самую маленькую суммарную длину решетки.
  • Раскосная система хороша при небольшой высоте ферм. Но расход материала на нее немалый, ведь здесь весь путь усилия идет через узлы и стержни решетки. А поэтому при проектировании важно заложить максимум стержней, чтобы длинные элементы оказались растянутыми, а стойки – сжатыми.
  • Еще один вид – шпренгельная решетка. Ее изготавливают в случае нагрузок верхнего пояса, а также тогда, когда нужно уменьшить длину самой решетки. Здесь преимущество в соблюдении оптимального расстояния между элементами всех поперечных конструкций, которое, в свою очередь, позволяет сохранить нормальное расстояние между прогонами, что будет практичным моментом для монтажа элементов кровли. Но создавать такой решетку своими руками – довольно трудоемкое занятие с дополнительным расходам металла.
  • Крестовидная решетка позволяет распределить нагрузку на ферму сразу в обоих направлениях.
  • Еще один вид решетки – перекрестная, где раскосы крепятся прямо к стенке фермы.
  • И, наконец полураскосная и ромбическая решетки, самая жесткая из перечисленных. Здесь взаимодействует сразу две системы раскосов.

Мы подготовили для вас иллюстрацию, где собрали все виды ферм и их решеток вместе:

Виды ферм и решеток из профильной трубы

Вот пример того, как изготавливают ферму с треугольной решеткой:

Фермы из профильной трубы: рассчитываем и изготавливаем своими руками

Изготовление фермы с раскосной решеткой выглядит так:

Фермы из профильной трубы: рассчитываем и изготавливаем своими руками

Нельзя сказать, что какой-то из видов ферм определенно лучше или хуже другого – каждый из них ценен меньшим расходом материалов, более легким весом, несущими способностями и методом крепления. Рисунок отвечает за то, какая схема нагрузок будет на нее действовать. И от выбранного типа решетки напрямую будет зависеть то, какой будет вес фермы, внешний вид и трудоемкость ее изготовления.

Отметим еще такой необычный вариант изготовления фермы, когда она сама по себе становится частью или опорой для другой, деревянной:

Фермы из профильной трубы: рассчитываем и изготавливаем своими руками

Этап IV. Изготавливаем и устанавливаем фермы

Мы дадим вам несколько ценных советов, как самостоятельное без особых сложностей сварить такие фермы прямо у себя на участке:

  • Вариант первый: можно обратиться к заводу, и они сделают на заказ по вашему рисунку все нужные отдельные элементы, которые вам останется только сварить уже на месте.
  • Второй вариант: приобретите готовый профиль. Тогда вам останется только обшить фермы изнутри досками или фанерами, а в промежутке уложить по необходимости утеплитель. Но и обойдется этот способ, конечно же, дороже.

Вот, к примеру, хороший видео-урок, как удлинить трубу при помощи сварки и достичь идеальной геометрии:

Вот также очень полезное видео, как отрезать трубу под углом 45°:

Итак, теперь подходим непосредственно к сборке самих ферм. Справиться с этим вам поможет такая пошаговая инструкция:

  • Шаг 1. Сначала подготовьте фермы. Лучше их заранее сваривать прямо на земле.
  • Шаг 2. Установите вертикальные опоры для будущих ферм. Крайне важно, чтобы они были действительно вертикальными, поэтому проверьте их отвесом.
  • Шаг 3. Теперь возьмите продольные трубы и приварите их к опорным стойкам.
  • Шаг 4. Поднимите фермы и приварите их к продольным трубам. После этого все места соединения важно очистить.
  • Шаг 5. Готовый каркас покрасьте специальной краской, предварительно очистив и обезжирив его. Особое внимание при этом уделите местам соединения профильных труб.

С чем еще сталкиваются те, кто изготавливает такие фермы в домашних условиях? Во-первых, заранее продумайте опорные столики, на которых вы будете класть ферму. Далеко не лучший вариант бросить ее на землю – работать будет очень неудобно.

Поэтому лучше поставить небольшие мосты-опоры, которые будут немного шире, чем нижний и верхний пояс фермы. Ведь вы будете вручную замерять и вкладывать между поясами перемычки, и важно, чтобы они не проваливались на землю.

Фермы из профильной трубы: рассчитываем и изготавливаем своими руками
Фермы из профильной трубы: рассчитываем и изготавливаем своими руками

Следующий важный момент: фермы из профильной трубы тяжеловаты на вес, а поэтом вам понадобится помощь минимум еще одного человека. Кроме того, не помешает подмога и в такой нудной и кропотливой работе, как зашкуривание металла перед варкой.

Также в некоторых конструкциях приходится сочетать разные виды ферм, чтобы присоединить крышу к стене здания:

Фермы из профильной трубы: рассчитываем и изготавливаем своими руками

Еще учитывайте, что нарезать фермы вам нужно будет много, для всех элементов, а поэтому советуем вам либо приобрести, либо соорудить самодельный станок по типу того, что в нашем мастер-классе. Вот как он работает:

Во так, шаг за шагом, вы составите чертеж, рассчитаете решетку фермы, сделаете заготовки и сварите конструкцию уже на месте. Причем у вас в расходе будут также и остатки профильных труб, поэтому, ничего не нужно будет выбрасывать – все это понадобится для второстепенных деталей навеса или ангара!

Этап V. Зачищаем и окрашиваем готовые фермы

После того, как вы установите фермы на их постоянное место, обязательно обработайте их антикоррозийными составами и окраски полимерными красками. Идеально подойдет для этой цели краска, которая отличается долговечностью и устойчивостью к ультрафиолету:

Фермы из профильной трубы: рассчитываем и изготавливаем своими руками

Вот и все, ферма из профильной трубы готова! Остаются только финишные работы по обшивке ферм изнутри отделкой и снаружи кровельным материалом:

Фермы из профильной трубы: рассчитываем и изготавливаем своими руками

Поверьте, изготовить металлическую ферму из профильной трубы для вас на самом деле не составит большого труда. Огромную роль играет грамотно составленный чертеж, качественная сварка фермы из профильной трубы и желание все сделать правильно и аккуратно.

Обработка штрипса

Сырье для профилированных труб на линию производства поставляют с металлургических заводов в виде рулонов – штрипсов.

штрипс

Рулоны разматывают, нарезают на станке продольной резки на полосы нужной ширины. Затем из нарезанных сегментов сваривают непрерывную ленту, которую наматывают на барабан.

Это делается для обеспечения непрерывности производства – создается технологический резерв материала, чтобы предотвратить простои в работе вальцовочного станка.

Нарезка

Готовую непрерывную трубу нарезают по заданным размерам, не прекращая процесс охлаждения.

нарезка

Для дополнительной защиты готовых профильных труб используют холодную или горячую оцинковку:

  1. Первый метод заключается в нанесении на металлопрофиль слоя порошковой или полимерной краски.
  2. Второй метод отличается тем, что готовую трубу предварительно очищают, окунают в ванну с расплавленным цинком, а затем охлаждают и сушат.

Контроль качества

К профильным трубам, изготовленным в условиях полного цикла, предъявляют жесткие требования. Обязательным этапом производства металлопрофиля является проверка качества.

Особенно тщательно контролируют герметичность шва, так как слабым местом сварных труб является именно шов.

Применяется два метода проверки:

  • визуальный осмотр,
  • вихретоковая дефектоскопия.

Специалист осматривает шов и выявляет нарушения шва, вызванные дефектом сварки, и повреждения, полученные из-за неправильной работы вальцов.

Второй метод проверки – аппаратный. Работа дефектоскопа основана на сравнении электромагнитных характеристик металла на всех участках шва.

На эти характеристики влияет химический состав материала и наличие физических дефектов. Дефектоскоп помогает выявить места непровара шва и раковины, не замеченные при визуальном осмотре.

Процесс производства считается завершенным, а изделие допускается к реализации только после проведения проверки качества.

Как сварить фермы

Сборку ферм производят на ровной площадке. Перед сборкой нарезают заготовки, зачищают от ржавчины, сошлифовывают заусенцы на срезах. Элементы фермы скрепляют струбцинами, проверяют размеры, углы, плоскостность. Сваривают конструкцию с одной стороны, дают остыть, переворачивают на другую сторону. Снимают струбцины и проваривают вторую сторону. Затем сошлифовывают валик на шве. Особенности сварки ферм Вы можете увидеть на нашем видео:

Если у Вас небольшие навыки сварщика и монтажника, можно заказать изготовление фермы в специализированной организации или бригаде.

Способ проекций

На рис. 2 симметричная шарнирно-опёртая раскосная ферма пролётом L = 30 м, состоящая из шести панелей 5 на 5 метров. К верхнему поясу приложены единичные нагрузки P = 10 кН. Определим продольные усилия в стержнях фермы. Собственным весом элементов пренебрегаем.

Расчет простейшей фермы

Опорные реакции определяются путём приведения фермы к балке на двух шарнирных опорах. Величина реакций составит R (A) = R (B) = ∑P/2 = 25 кН. Строим балочную эпюру моментов, а на её основе — балочную эпюру поперечных усилий (она понадобится для проверки). За положительное направление принимаем то, что будет закручивать среднюю линию балки по часовой стрелке.

Балочная схема и эпюры

Метод вырезания узла

Метод вырезания узла заключается в отсечении отдельно взятого узла конструкции с обязательной заменой разрезаемых стержней внутренними усилиями с последующим составлением уравнений равновесия. Суммы проекций сил на оси координат должны равняться нулю. Прикладываемые усилия изначально предполагаются растягивающими, то есть направленными от узла. Истинное направление внутренних усилий определится в ходе расчёта и обозначится его знаком.

Рационально начинать с узла, в котором сходится не более двух стержней. Составим уравнения равновесия для опоры, А (рис. 4).

∑ F (y) = 0: R (A) + N (A-1) = 0

∑ F (x) = 0: N (A-8) = 0

Очевидно, что N (A-1) = -25кН. Знак «минус» означает сжатие, усилие направлено в узел (мы отразим это на финальной эпюре).

Условие равновесия для узла 1:

∑ F (y) = 0: -N (A-1) — N (1−8)∙cos45° = 0

∑ F (x) = 0: N (1−2) + N (1−8)∙sin45° = 0

Из первого выражения получаем N (1−8) = -N (A-1)/cos45° = 25кН/0,707 = 35,4 кН. Значение положительное, раскос испытывает растяжение. N (1−2) = -25 кН, верхний пояс сжимается. По этому принципу можно рассчитать всю конструкцию (рис. 4).

Последовательный расчет

Метод сечений

Ферму мысленно разделяют сечением, проходящим как минимум по трём стержням, два из которых параллельны друг другу. Затем рассматривают равновесие одной из частей конструкции. Сечение подбирают таким образом, чтобы сумма проекций сил содержала одну неизвестную величину.

Проведём сечение I-I (рис. 5) и отбросим правую часть. Заменим стержни растягивающими усилиями. Просуммируем силы по осям:

∑ F(y) = 0: R(A) — P + N(9−3)

N(9−3) = P — R(A) = 10 кН — 25 кН = -15 кН

Стойка 9−3 сжимается.

Метод сечений. Способ моментной точки.

Способ проекций удобно применять в расчётах ферм с параллельными поясами, загруженными вертикальной нагрузкой. В этом случае не придётся вычислять углы наклона усилий к ортогональным осям координат. Последовательно вырезая узлы и проводя сечения, мы получим значения усилий во всех частях конструкции. Недостатком способа проекций является то, что ошибочный результат на ранних этапах расчёта повлечёт за собой ошибки во всех дальнейших вычислениях.

Способ моментной точки

Способ моментной точки требует составлять уравнение моментов относительно точки пересечения двух неизвестных сил. Как и в методе сечений, три стержня (один из которых не пересекается с остальными) разрезаются и заменяются растягивающими усилиями.

Рассмотрим сечение II-II (рис. 5). Стержни 3−4 и 3−10 пересекаются в узле 3, стержни 3−10 и 9−10 пересекаются в узле 10 (точка K). Составим уравнения моментов. Суммы моментов относительно точек пересечения будут равняться нулю. Положительным принимаем момент, вращающий конструкцию по часовой стрелке.

∑ m(3) = 0: 2d∙R(A) — d∙P — h∙N(9−10) = 0

∑ m(K) = 0: 3d∙R(A) — 2d∙P — d∙P + h∙N(3−4) = 0

Из уравнений выражаем неизвестные:

N(9−10) = (2d∙R(A) — d∙P)/h = (2∙5м∙25кН — 5м∙10кН)/5м = 40 кН (растяжение)

N(3−4) = (-3d∙R(A) + 2d∙P + d∙P)/h = (-3∙5м∙25кН + 2∙5м∙10кН + 5м∙10кН)/5м = -45 кН (сжатие)

Способ моментной точки позволяет определить внутренние усилия независимо друг от друга, поэтому влияние одного ошибочного результата на качество последующих вычислений исключено. Данным способом можно воспользоваться в расчёте некоторых сложных статически определимых ферм (рис. 6).

Способ моментной точки

Требуется определить усилие в верхнем поясе 7−9. Известны размеры d и h, нагрузка P. Реакции опор R(A) = R(B) = 4,5P. Проведём сечение I-I и просуммируем моменты относительно точки 10. Усилия от раскосов и нижнего пояса не попадут в уравнение равновесия, так как сходятся в точке 10. Так мы избавляемся от пяти из шести неизвестных:

∑ m(10) = 0: 4d∙R(A) — d∙P∙(4+3+2+1) + h∙O(7−9) = 0

O(7−9) = -8d∙P/h

Правила сварочных работ при монтаже фермы

При наличии сварочного оборудования и опыта работы с ним, изготовление стропильной системы или боковых усиливающих элементов для каркасного строения хоть и займет немало времени, но большого труда не составит. Кроме того, по сравнению с конструкцией, собранной при помощи фасонных элементов или уголков в сочетании с болтами, сварная прочнее и легче.

Однако необходимо соблюдать правила выполнения сварочных работ:

  1. Сначала нарезают все элементы будущей фермы в соответствии с чертежами и расчетами, и только после этого приступают к сборке.
  2. Нарезанные трубы очищают от пыли и мусора, срезы выравнивают и убирают крупные заусенцы.
  3. Перед началом работ нужно позаботиться о пожарной безопасности рабочего места: приготовить средства пожаротушения, убрать легковоспламеняемые предметы и горючие вещества.
  4. Нельзя использовать сварочный аппарат без средств защиты: маски или очков, перчаток и одежды из негорючих материалов.
  5. Так как для возведения даже небольшого козырька или навеса нужны минимум две одинаковых фермы, следует продумать, как добиться их полной идентичности. Есть два способа: изготовление шаблона и нанесение разметки. В качестве шаблона может выступать первая из сваренных конструкций, а разметку можно нанести на земле, асфальте, полу мастерской. После выполнения каждого сварного шва конструкцию прикладывают к шаблону или разметке и сверяют правильность выполнения соединения.
  6. Готовое изделие не должно иметь перекосов, поэтому в ходе работ взаимное расположение элементов постоянно контролируют при помощи угольника, уровня и отвеса.
  7. Если после выполнения стыковки элементов обнаружены перекосы, зазоры или иные недочеты, их необходимо исправить сразу, так как сделать это после установки фермы на место эксплуатации будет сложно.
  8. Готовые фермы складывают стопкой друг на друга и проверяют на идентичность.

Последовательность работ

Подготовка и установка ферм для каркасной постройки проводится в несколько этапов:

  • Проектирование и расчеты.
  • Подготовка расходных материалов.

Обратите внимание! Эти два этапа выполняются сразу для всей постройки. Трубы для строительства лучше приобретать у одного поставщика – в этом случае металлопрофиль будет одного качества и при сварке образует надежные узлы.

  • Оборудование фундамента и возведение опор каркаса.
  • Нарезка труб и нанесение разметки для изготовления ферм.
  • Сварочные работы.
  • Шлифовка и очистка поверхности и сварных узлов. На этом этапе крупногабаритные фермы можно обезжирить, прогрунтовать и окрасить, оставив неокрашеными места будущего прикрепления к стойкам каркаса.
  • Верхняя обвязка каркаса. На этом этапе к стойкам, в соответствии с проектом, прикрепляются горизонтальные отрезки трубы или обвязочные фермы.
  • Подъем стропильных ферм и прикрепление их к опорам каркаса.
  • Обезжиривание, грунтовка и окрашивание поверхности труб и сварных узлов.
  • Монтаж обрешетки и кровли.

Полезные советы по изготовлению своими руками ферм из профильных труб

  • Для облегчения конструкций, используемых для устройства крыш с минимальным уклоном скатов, используют дополнительные решетки.
  • Для снижения массы каркасов, устанавливаемых для организации скатов с диапазоном углов наклона 15-22°, нижний пояс изготавливают ломаным.
  • При длине прогонов от 20 м применяют каркасы Полонсо, состоящие из двух треугольных конструкций, соединенных стяжкой. Такой конструктивный вариант позволяет избежать монтажа в раскос большой длины.
  • Дистанция между ферменными конструкциями в общем случае не должна превышать 1,75 м.
  • При выборе труб для сложных эксплуатационных условий необходимо учитывать марку стали, из которой они изготовлены. Для регионов с холодным климатом используют трубные изделия из низколегированных сталей, проявляющих высокую устойчивость к низким температурам. При высокой коррозионной опасности следует применять оцинкованную продукцию.

Строительные леса

Этот нужный на любой стройке предмет легко можно смастерить из профильной трубы. Для работы лучше всего использовать обыкновенную сталь. Это упростит процесс разборки, так как по окончании строительства конструкция станет бесполезной. По той же причине не следует крепить отдельные детали конструкции при помощи сварки. Оптимальным вариантом будет болтовое соединение. Во время изготовления строительных лесов понадобятся такие заготовки:

  • для распорок — с сечением 15 мм;
  • для стойки — 30 мм;
  • соединительные вставки — 2,5 см.

Если нет возможности найти образцы с подобными сечениями, то можно мастерить изделие из профильной трубы 20х20. Это немного поменяет характеристики готового изделия, но сохранит его конструкцию.

Процесс изготовления строительных лесов состоит из нескольких простых этапов:

  1. Создают чертёж будущих лесов. Если нет таланта инженера, то всегда можно найти соответствующую картинку в интернете и распечатать её.
  2. На профтрубы согласно чертежу наносится необходимая разметка.
  3. Из исходного материала нарезаются заготовки нужного размера.
  4. Затем намечаются места будущего соединения и сверлятся отверстия.
  5. Поочерёдно все заготовки скрепляются между собой и надёжно фиксируются болтами.
  6. На верхнюю часть устанавливается деревянная доска.

сгибание_профильной_трубы

Простая стремянка

Одним из самых востребованных предметов у садоводов и дачников является стремянка. С её помощью выполняется большое количество работ, поэтому она должна отвечать всем требованиям безопасности, быть удобной и аккуратной. Чтобы воплотить свои идеи, необходимо подготовить следующие материалы:

  • 2 отрезка профтрубы по 2 м и столько же — по 1,5 м;
  • 1 трёхметровая заготовка;
  • 4 болта М12 (удлинённые);
  • металлическая пластина;
  • крюк из того же материала.

стремянка_из_профильной_трубы

Для выполнения этой работы нужно определиться с габаритами будущей стремянки и только после этого составить подробный чертёж. Делается лестница следующим образом:

  1. Размечаются предварительно подготовленные отрезки трубы.
  2. Трёхметровая деталь разрезается на распорки и ступени.
  3. Между двухметровыми трубами при помощи сварки фиксируются ступени.
  4. Два образца по 1,5 метра скрепляются друг с другом при помощи распорок.
  5. От верхнего края лестницы отступают несколько десятков сантиметров и просверливают отверстия под болты.
  6. Аналогичные действия выполняются и с противоположной стороны.
  7. На следующем этапе вкручивают болты. Туго затягивать их не нужно, чтобы готовое изделие могло складываться.
  8. К последней ступени приваривается металлическая пластина и крюк. Сделать это нужно в таком месте, чтобы можно было цеплять противоположную сторону и фиксировать изделие в разобранном состоянии.

Прочные ворота

Такая конструкция изготавливается не на один месяц, поэтому лучше всего скреплять заготовки между собой при помощи сварочного аппарата. Не рекомендуется использовать другие виды крепления.

Пошаговая инструкция:

  1. Делаются все необходимые измерения, по которым рисуется чертёж.
  2. Профтрубы размечаются и разрезаются на отдельные заготовки. Для этих целей можно использовать болгарку.
  3. После этого устанавливаются опорные стойки. Для прочности они бетонируются.
  4. Все отрезанные детали аккуратно свариваются между собой и формируют каркас.
  5. Навешиваются и надёжно закрепляются петли .
  6. Конструкция надевается на забетонированные стойки.
  7. Металлические части обрабатываются противокоррозийными составами и красятся в выбранный цвет.
  8. На завершающем этапе ворота обшиваются отделочным материалом.

забор_из_профильной_трубы

Долговечный стол

В некоторых ситуациях приходится использовать максимально прочные столы, которые выдержат большие нагрузки и не потеряют свою форму при длительном их воздействии. Такое изделие можно дополнительно задекорировать и придать ему оригинальность.

Простейший способ создания крепкого стола состоит из таких этапов:

  1. По заранее подготовленному чертежу формируются заготовки из профтрубы. Среди них должны присутствовать 4 ножки и столько же перекладин.
  2. К двум соседним стойкам стола приваривается поперечная деталь. Она усилит конструкцию и предотвратит её разрушение.
  3. Такие же действия выполняются и для остальных ножек.
  4. Сверху кладётся предварительно вырезанная столешница, в которой делаются отверстия. К конструкции она крепится при помощи болтов.

Аналогично можно сделать стул. Единственным отличием будет добавление спинки. Её можно приварить отдельно или сделать из цельной трубы.

Удобная лавочка

Из профтрубы можно сделать очень простую и удобную лавочку. Её можно поставить в любимом месте сада, на заднем дворе или просто около подъезда многоквартирного дома. Такая конструкция получится прочной и долговечной. Для того чтобы её смастерить, понадобятся следующие предметы:

  • профтруба;
  • деревянные планки толщиной примерно 3 см;
  • оцинкованные винты М6 или М8 длиной не менее 80 мм;
  • шайбы и гайки соответствующего диаметра;
  • метизы с полукруглой головкой.

Рекомендуется использовать максимально качественные материалы, которые не утратят своих свойств при частой и длительной эксплуатации лавочки.

лавочка_из_профильной_трубы
Перед постройкой лавочки из профильной трубы нужно составить тщательный чертеж и следовать ему в процессе

Мастер-класс по изготовлению:

  1. На начальном этапе купленный материал размечается и разрезается по нарисованным линиям, при этом нужно обеспечить требуемый угол в месте среза
  2. Сварочным аппаратом выполняют соединение двух прямоугольных опор.
  3. На этом этапе проводится контроль получившихся в местах крепления углов.
  4. К опорам приваривают 2 перемычки.
  5. Все места соединений тщательно зачищают при помощи шлифовальной машинки.
  6. После этого начинается установка деревянных брусков. Для этого их прикладывают к металлической конструкции, в местах будущего крепления просверливают отверстия. Появившиеся заусенцы счищают.
  7. Бруски крепятся к общей конструкции.
  8. Все деревянные заготовки пропитывают специальными защитными составами и покрывают несколькими слоями лака.
  9. Каркас обрабатывают грунтовкой и покрывают эмалью.
  10. После высыхания всех частей лавочка готова к использованию.

Определение усилий в стержнях фермы

Расчет ферм будет производиться методом сечений, основные положения которого изложены отдельно.

Когда мы рассчитывали арочные фермы, то выяснили, что опорные реакции у этих ферм могут быть разными в зависимости от рассматриваемого варианта снеговой нагрузки. Для дальнейших расчетов примем максимально возможное значение опорных реакций, тогда нагрузки на ферму от арочных ферм будут Q = 796.1 кг.

Кроме того на ферму будет действовать равномерно распределенная нагрузка от собственного веса фермы, к тому же изначально нам не известная, а это означает, что ферму следует дополнительно рассчитать на эту нагрузку. Однако с учетом того, что собственный вес фермы будет относительно небольшой, то для упрощения расчетов эту распределенную нагрузку от собственного веса можно условно привести к сосредоточенным в узлах фермы. Например, если ферма будет весить около 28 кг, то дополнительные сосредоточенные нагрузки составят 28/7 = 4 кг, тогда расчетные нагрузки составят:

Q = 796.1 + 4 ≈ 800 кг

Так как у нас симметричная ферма, к которой одинаковые нагрузки также приложены симметрично, то опорные реакции будут равны между собой и составят:

VA = VB = 7Q/2 = 7·800/2 = 2800  кгс

Значение горизонтальной составляющей опорной реакции на опоре А будет равно нулю, так как горизонтальных нагрузок в нашей расчетной схеме нет, поэтому горизонтальная составляющая реакции на опоре А показана на рисунке 554.1.в) бледно фиолетовым цветом. 

Также на рисунке 554.1.в) показаны сечения, по которым можно рассчитать усилия во всех стержнях фермы с учетом симметричности фермы и нагрузок. Далее будет рассматриваться расчет только по 4 сечениям.

Маркировка, показанная на рисунке 554.1.г) означает, что у фермы есть:

Стержни нижнего пояса: 1-а, 1-в, 1-д, 1-ж;

Стержни верхнего пояса: 3-б, 3-г, 3-е;

Стойка: 2-а;

Раскосы: а-б, б-в, в-г, г-д, д-е, е-ж.

При необходимости для маркировки стержней, симметричных указанным, можно использовать апостроф ‘.

Если стоит задача рассчитать все стержни фермы, то лучше составить таблицу, в которую вносятся все стержни фермы. Затем в эту таблицу будут внесены результаты расчетов, в частности значения сжимающих или растягивающих напряжений.

Во всех сечениях, показанных на рисунке 554.1, силы N направлены так, что вызывают растяжения в рассматриваемых стержнях. Если по результатам расчетов усилие в рассматриваемом стержне будет отрицательным, то это означает, что в этом стержне будут действовать сжимающие нормальные напряжения.

сечение II-II (рис. 554.1.е)

Составим уравнение моментов относительно узла 3, это позволит определить усилие в стержне 3-б:

М3 = VAl — Ql + N3-бh = 0;

N3-бh =Ql — VAl;

где l — плечо действия силы Q и опорной реакции VA, равное расстоянию от узла 1 до узла 3 по горизонтали, согласно принятой нами расчетной схемы l= 0.525 м; h — плечо действия силы N3-a, равное высоте фермы, в данном случае h = 0.4м. Это означает, что в действительности общая высота фермы с учетом сечений верхнего и нижнего пояса будет немного больше, так как в данном случае высота — это расстояние между нейтральными осями верхнего и нижнего поясов.

Тогда:

N3-б =(Ql — VAl)/h = ((800 — 2800)0.525)/0.4 = — 2625 кг

Чтобы определить напряжения в стержне а-б составим уравнение моментов относительно узла 1:

М1 = Nа-бh’ + N3-бh = 0;

Na-б = 2625·0.4/0.318 = 3300.4 кг

В данном случае h’ — плечо приложения силы Nа-б — это высота прямоугольного треугольника. Плечо было определено следующим образом, сначала вычисляется значение угла а между стержнями 1-а и а-б.

tga = 0.4/0.525 = 0.762

где 0.4 и 0.525 — длины стержней — катетов прямоугольного треугольника.

a = 37.3°

тогда

h’ = 0.525sina = 0.525·0.606 = 0.318 м

Усилия в стержне 1-а будут равны нулю, в чем легко убедиться,составив уравнение моментов относительно узла 2:

М2 =- N1-а·0.4 = 0;

Проверим правильность вычислений, составив уравнения проекций сил на основные оси:

ΣQy = — Q1 +VA — Na-бsin37.3о = -800 +2800 — 3300.4·0.606 = 0.004 кг

ΣQx = N3-б + Na-бсos37.3o = -2625 + 3300.4·0.795 = 0.38 кг

Небольшая погрешность в вычислениях набежала из-за того, что вычисления ведутся с точностью до одного знака после запятой, а в значениях тригонометрических функций указываются только 3-4 знака после запятой. Но в данном случае большая точность и не нужна. В целом при таких нагрузках, на погрешность до 1 кг можно не обращать внимания.

сечение VII-VII (рис. 554.1.д)

Для определения усилий в стержне 1-ж составим уравнение моментов относительно узла 8:

М8 = -Q(1.05 + 2.1 + 3.15) + 3.15VA — 0.4N1-ж = 0;

N1-ж = (-6.3·800 + 3.15·2800)/0.4 = 9450 кг

Для определения усилий в стержне 3-е составим уравнение моментов относительно узла 7:

М7 = -Q(0.525 + 1.575 + 2.625) + 2.625VA + 0.4N3-е = 0;

N3-е = (800·4.725 — 2800·2.625)/0.4 = — 8925 кг (работает на сжатие)

Для определения усилий в стержне е-ж составим уравнение моментов относительно узла 9:

М9 = -Q(1.575 + 2.625 + 3.675) + 3.675VA + 0.4N3-е + 0.636Nе-ж = 0;

Nе-ж = (800·7.875 — 2800·3.675 + 0.4·8925)/0.6363 = — 660 кг 

Проверим правильность расчетов

ΣQх = N3-е + N1-ж + Nе-жcos37.3° =- 8925 + 9450 — 660·0.7955 = 0.012 кг

Для лучшего представления общей картины проверим еще пару сечений

сечение VI-VI (рис. 554.1.ж)

Для определения усилий в стержне 1-д составим уравнение моментов относительно узла 6:

М6 = -Q(1.05 + 2.1)+ 2.1VA — 0.4N1-д = 0;

N1-д = (- 3.15·800 + 2.1·2800)/0.4 = 8400 кг

Для определения усилий в стержне д-е составим уравнение моментов относительно узла 5:

М5 = 1.575(-Q + VA)+ 0.4N3-е + 0.6363Nд-е = 0;

Nд-е = (1.575(800 — 2800) + 0.4·8925)/0.6363 = 660 кг

Проверим правильность расчетов, определив проекции сил на ось х:

ΣQx = N3-е + N1-ж + Nд-еcos37.3° = -8925 + 8400 + 660·0.7955  = 0.06 кг;

сечение III-III 

Усилия в стержне 3-б нам уже известны, поэтому для определения усилий в стержне б-в составим уравнение моментов относительно узла 5:

М5 = -1.575Q + 1.575VA — 0.4N3-б + 0.6363Nб-в = 0;

Nб-в = (1.575(800 — 2800) + 0.4·2625)/0.6363 = -3300.4 кг

Усилие в стержне 1-в будет явно значительно меньше, чем в стержне 1-ж и потому в данном случае оно нас не интересует, так как мы планируем делать нижний пояс из трубы одного сечения. А чтобы определить правильность расчетов в данном случае определим проекции сил на ось у:

ΣQy = — Q1 +VA + Nб-вsin37.3о = -800 +2800 — 3300.4·0.606 = 0.04 кг

Теперь у нас есть все основные данные для дальнейшего расчета

Каркасные дома

Каркасный дом

Практически в каждом населенном пункте сегодня можно встретить быстровозводимые каркасные сооружения в виде торговых центров и кафе, выставочных залов и складских ангаров, остановочных павильонов, крытых автостоянок и заправочных станций. Ранее производственные цехастроилииз массивных металлических конструкций, а теперь швеллеры и уголки заменили легкими профильными трубами. Новые технологии позволили расширить границы каркасного строительства и обеспечили быстроту появления новых строений.

В европейских странах, Японии и США малоэтажные жилые дома с использованием конструкций из профильных труб строят достаточно интенсивно, но для наших сограждан приоритетными остаются более дешевые деревянные каркасы. Но если сравнить «западные» строения со зданиями, возведенными из традиционных материалов (кирпича, бетона, цельных бревен), то по финансовым и трудовым затратам последние обойдутся дороже металлокаркасных домов.

На самом деле, себестоимость строения из профильных труб напрямую зависит от используемых материалов. В частности, большую роль играет размер сечения и толщина стенки труб, способы утепления, а также варианты внутренней и наружной отделки.

Общие принципы

Вертикальные металлоконструкции устанавливают на фундамент. Его закладывают ниже уровня промерзания почвы, но выполняют в более легком варианте, чем потребовалось бы при возведении несущих стен из традиционных материалов. Допускается не устраивать капитальный фундамент лишь под временные постройки, которые иногда могут перемещаться с места на место или разбираться. Это касается, к примеру, оранжерей, сезонных навесов или теплиц.

Каркас монтируют поэтапно, соединяя профильные трубы между собой при помощи:

  • сварки;
  • резьбовых соединений;
  • клепок.

Фабричные металлоконструкции собираются быстрее и проще, так как комплектуются специальными крепежами, а трубы имеют четкие фиксированные размеры. Сварные же соединения требуют постоянного контроля правильности расположения соседних элементов. В этом случае возведение каркаса нуждается в более тщательном и аккуратном подходе. Монтажные работы производят снизу вверх. Устойчивость вертикальных элементов обеспечивают горизонтальной обвязкой и раскосами из профильных труб меньшего сечения.

Дом на основе металлического каркаса

Кровельную часть строения возводят двумя способами, в зависимости от его конструктивных особенностей. В первом случае она будет являться одним из элементов общего каркаса, а во втором – отдельной конструкцией, состоящей из нескольких ферм, устанавливаемых на несущие стойки, колонны или балки.

Следует отметить, что чем больше будет выбран уклон скатов и легче кровельные материалы, тем тоньше профильные трубы потребуются для монтажа крыши.

Дальнейшим этапом возведения жилого дома являются работы по утеплению ограждающих конструкций. Для этих целей специалисты рекомендуют воспользоваться экструдированным пенопластом и советуют не забывать о дополнительной изоляции металлоконструкций, чтобы они не превратились в своеобразные мостики холода.

Простые и популярные металлоконструкции

На территории садовых участков хозяева часто устанавливают сараи для хранения инвентаря и летние кухни, души и уличные туалеты, используя металлические трубы профильного сечения. Такие сооружения быстро возводятся, а при необходимости – разбираются. Но существуют и более капитальные постройки, служащие годами.

Забор из профильных труб

Владельцы частных домов отдают предпочтение сплошнымограждениям, скрывающим участок от посторонних взглядов. А вот территории общественных заведений, парков и садов окружают заборами из профильных труб, устраняя затененность и обеспечивая прекрасный обзор. Такие ограды выглядят изящнее бетонных и кирпичных, а возводятся быстрее и проще.

Металлические конструкции заборов могут состоять из прямых или гнутых профилей, иметь простые формы или сочетаться с ажурными элементами ковки.

Забор

Наиболее популярным вариантом считается ограждающая конструкция, состоящая из полых столбов квадратного сечения, пары горизонтальных и множества вертикальных профильных труб прямоугольного сечения малого размера. Как и при сборке фермы, элементы сваривают между собой, но их, также, можно фиксировать при помощи муфт или кронштейнов.

Работы производят поэтапно.

  1. По натянутому уровню на расстоянии около трех метров друг от друга намечают места установки столбов.
  2. Трубы вкапывают и бетонируют, либо вбивают.
  3. На столбы приваривают нижние и верхние поперечины.
  4. На горизонтальных элементах равноудалено крепят вертикальные профили, имеющие одинаковую, либо разную длину.

На каркас из профильных труб навешивают, также, металлоконструкции, представляющие собой готовые заборные секции, изготовленные в промышленных условиях или самостоятельно. В качестве заполнения, в этом случае, могут использоваться те же профили, сетка или арматурные стержни. А скрыть участок от любопытных прохожих помогут листы профнастила.

Трубы прямоугольного сечения нередко устанавливают на полотна калиток или ворот даже при сплошном ограждении участка. Преимуществом подобного решения является снижение нагрузок на опорные столбы, что дает возможность расширения проезда. К тому же, хозяева всегда смогут заранее увидеть посетителей и пообщаться с ними, не открывая калитку и не пропуская внутрь нежданных гостей, что в некоторых случаях бывает очень важно.

Козырьки и навесы

Легкие металлоконструкции, предназначенные для устройства отдельно стоящих навесов, козырьков над входами, а также крыш для беседок, террас и гаражей также выполняют из профильных труб. По своей форме они напоминают металлические фермы, но меньшие по размеру и отличные по наполнению. Они не усиливаются большим количеством распорок и раскосов, а в некоторых случаях, когда конструкция состоит из отдельно расположенных труб, и вовсе их не имеют.

Для арочных навесов металлические профили гнут, а для скатных козырьков их сваривают с вертикальными или горизонтальными элементами под требуемым уклоном в соответствии с чертежами. На готовые конструкции настилают легкие кровельные материалы. Для этого часто используют тенты или прозрачные листы поликарбоната.

Подбор сечения

На первый взгляд самым загруженным является стержень нижнего пояса 1-ж, на который действует продольная растягивающая сила N1-ж = 9450 кг. Однако напряжения в сжатом стержне 3-е в результате продольного изгиба могут быть даже больше, поэтому в первую очередь проверим прочность именно этого стержня по следующей формуле:

σ = N/φF ≤ R

где φ — коэффициент продольного изгиба, F — площадь сечения профиля, см, R — расчетное сопротивление материала профиля. Если расчетное сопротивление стали зараннее не известно, то для надежности рекомендуется принимать одно из минимальных R = 2300 кг/см2.

Расчет сжатых стержней ничем не отличается от расчета колонн, поэтому далее приводятся только основные этапы расчета без подробных пояснений.

по таблице 1 (см. ссылку выше) определяем значение μ = 1, это значение будет наиболее оптимальным с учетом рекомендаций нормативных документов, в частности СНиП II-23-81*(1990) «Стальные конструкции», а также того, что основные нагрузки к ферме приложены именно в узлах.

Предварительно определим площадь сечения профиля. Для растянутого стержня 1-ж эта площадь составит:

F = N/R = 9450/2300 = 4.11 см2

По сортаменту для прямоугольных профильных труб этому требованию удовлетворяет труба сечением 50х30х3 мм, площадь сечения такой трубы составит F = 4.21 см2, минимальный радиус инерции i = 1.16 см. Проверим, подходит ли эта труба для сжатого верхнего пояса фермы, так как делать пояса из труб разного сечения — дополнительное усложнение технологии, мало оправданное при таких малых объемах работ, всего-то нужно сделать 2 фермы.

При радиусе инерции i = 1.14 см, значение коэффициента гибкости составит

λ = μl/i = 1·105/1.16 = 90.5 ≈ 90

тогда по таблице 2 коэффициент изгиба φ = 0.629 (определяется интерполяцией значений 2050 и 2450)

8925/(0.629·4.21) = 3368 кгс/см2 >> R = 2300 кгс/см2;

Как видим, такое значение напряжений значительно больше допустимого. Если для изготовления поясов использовать трубу 50х40х3 мм, имеющую площадь сечения 4.81 см и минимальный радиус инерции i = 1.54 см, то результат расчетов будет следующим:

λ = 1·105/1.54 = 68.2 ≈ 68

φ = 0.77

8925/(0.77·4.81) = 2409 кгс/см2 > R = 2300 кгс/см2;

Как видим и такой трубы для обеспечения прочности не достаточно. Ну а дальше возможны разные варианты, можно для изготовления поясов использовать трубу 50х40х3.5 мм с площадью сечения 5.49 см2, которая явно обеспечит требуемый запас прочности, можно рассматривать и другие варианты, но мы остановимся на этом.

Теперь нужно проверить максимально допустимую гибкость для растянутого пояса из плоскости фермы. Согласно СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» эта гибкость для растянутых элементов ферм не должна превышать 400. Соответственно трубы при изготовлении нужно располагать так, чтобы 50 — это была ширина трубы, а не высота, тогда при радиусе i = 1.81 см гибкость нижнего пояса составит:

λ = 1·630/1.81 = 348

Это требование нами соблюдено, можно переходить к расчету раскосов и стоек. Наиболее нагруженным раскосом будет сжатый стержень б-в. Его расчетная длина составит:

l = 0.525/cos37.3° = 0,525/0.7954 = 0.66 м или 66 см

Для соседнего растянутого раскоса, при заданном расчетном сопротивлении для обеспечения прочности потребуется труба сечением не менее

F = N/R = 3300.4/2300 = 1.43 см2

Для сжатого раскоса с учетом возможного продольного изгиба сечение должно быть больше, насколько именно — неизвестно, но мы теперь ученые и потому сразу примем трубу с хорошим запасом по площади сечения.

Для начала проверим квадратную трубу 25х25х2.5 мм, имеющую сечение 2.14 см2, радиус инерции i = (1.77/2.14)1/2 = 0.91 см. Тогда:

λ = 1·66/0.91 = 72.6

φ = 0.74

3300.4/(0.74·2.14) = 2084 кгс/см2 < R = 2300 кгс/см2;

Данная труба удовлетворяет требованиям и даже с некоторым запасом. Осталось выяснить какова будет примерно общая масса фермы:

m = 1.41(0.66·12 + 0.4·2) + 4.31·6.3·2 = 66.6 кг

Это в 2 раза больше, чем мы предположили вначале, но в целом общее увеличение нагрузки с учетом собственного веса фермы будет очень незначительным, около 0.6%.

Тем не менее поиск оптимального варианта можно продолжать, в данной статье остановимся на том, что есть.

Все необходимые условия по прочности и устойчивости нами соблюдены, но при этом никто не запрещает использовать для изготовления ферм профили большего сечения.

Другие изделия из профтруб (кованые и не только)

Кованые элементы встречаются повсеместно и отличаются индивидуальностью. Их можно использовать для скамеек, ворот, витрин, столиков и др. Некоторые кованые изделия хороши как части декора.

Изделия из профильной трубы

Из стальных труб квадратного или прямоугольного сечения можно создать массу полезных вещей для дома и сада

Арки, изготовленные из профильных труб, могут потребоваться для возведения беседок, навесов, гаражей, декоративных мостиков, заборных секций, времянок. Их применение может значительно сократить временные затраты на монтаж конструкций. Благодаря аркам из профильных труб  уменьшаются снеговые и ветровые нагрузки. Профили могут использоваться для создания кроватей, торгово-выставочного оборудования, стеллажей, полок, офисной мебели, рекламных щитов, каркасов веранд и террас, лестниц.

Еще один вариант использования изделий – каркас дома из профильной трубы своими руками. Он подойдет для здания с небольшими нагрузками. Особое внимание необходимо обращать на ветровое воздействие. Минусом каркаса дома из профильных труб является его высокая теплопроводность и, как следствие, необходимость применения термопрофиля. Широкое распространение получили ворота и калитки из профильной трубы. Она надежна, проста в установке, доступна по стоимости материала.

Металлоконструкции, выполненные из профильной трубы своими руками, обладают большим количеством преимуществ. Подобные элементы (как кованые, так и нет) используются во многих сферах жизнедеятельности. Если правильно выполнить расчет постройки, то она будет отличаться долговечностью и надежностью.

Источники

  • https://InfoTruby.ru/svoimi-rukami/fermy-iz-profilnoj-truby
  • https://stroimdom44.ru/fermy-iz-profilnoj-truby-vidy-raschet-i-chertezhi-kak-pravilno-svarit-svoimi-rukami/
  • https://vseotrube.ru/stroitelnye-konstruktsii/fermy-iz-profilya
  • https://stylekrov.ru/kak-pravilno-rasschitat-fermy-dlya-navesov.html
  • https://trubtraid.ru/izdelija-iz-trub/pro-raschjot-navesa-iz-profilnoj-truby.html
  • https://zaborprofi.com/rukodele/izdelija-iz-profilnoj-truby.html
  • https://metallz.ru/articles/ferma_iz_profilnoj_truby/
  • https://doorchange.ru/sovety/izdeliya-iz-profilnoj-truby-osnovnye-konstruktsii-i-izgotovlenie.html
  • https://planken.guru/otdelka-i-montazh-fasadov/osnovy-rascheta-ferm-ruchnoy-i-mashinnyy-schet.html
  • http://www.zhitov.ru/wooden_truss/
  • https://netosadkam.ru/ustrojstvo-kryshi/stropilnaya-sistema/ferma/proektirovanie-i-raschet.html
  • https://proekt-km.ru/proektirovanie-metallokonstrukcij/proektirovanie-i-raschet-metallicheskih-ferm.html
  • https://Proekt-sam.ru/proektprogramms/programma-dlya-navesa.html
  • https://SoproMats.ru/sopromat/onlayn/ferma/
  • https://KrovGid.com/montazh/fermy-iz-profilnoj-truby.html
  • http://DoctorLom.com/item554.html
  • http://semidelov.ru/mar/metallokonstruktsii-iz-profilnoj-truby-fermy-karkasy-zabory-naves/
  • http://TrubaMaster.ru/primenenie/izdeliya-iz-profilnoj-truby.html

[свернуть]