Фермы – это металлические конструкции, которые связывают кровлю и опоры здания. Их особенность – жесткость узлов, даже если их заменить шарнирами. Существуют треугольные фермы, прямоугольные, трапецеидальные. Они широко применяются в строительстве мостов или просторных сооружений, например, ангаров или теплиц. Изготавливаются из дерева, металлов, железобетона, полимеров. Фермы из современных стальных конструкций отличаются легкостью, прочностью, экологичностью и простотой монтажа.
Элементы конструкции фермы
Первый патент на ферму был оформлен еще в начале 19-го века. Архитектор из Америки Итиэль Таун предложил решетку, с перекрещивающимися досками. Конструкция была не менее устойчивой, чем тяжелые бревна, которые в то время использовались для строительства мостов. Чуть позднее была запатентована ферма Пратта, из чередующихся диагональных и вертикальных элементов. Она эффективна в любых материалах: дерево, железо, сталь.
Ферма любой формы состоит из следующих элементов:
- Пояс – нижняя или верхняя горизонтальная балка с узлами.
- Стойка – вертикальные элементы, работающие на сжатие.
- Раскосы, опорные (шпренгели) или восходящие - диагональные связи, работающие на растяжение и сжатие.
- Узлы, или «точки панели» – места пересечения элементов.
Как правило, фермы бывают двух поясными, но в некоторых случаях оправданы три пояса. Компоновка стоек или раскосов определяет тип решетки.
Типы ферм
Фермы классифицируются по разным признакам:
- Тип (контур) и количество поясов.
- Вид решетки.
- Тип сечения балок.
По типу поясов бывают:
- Четырёхугольные, с параллельными поясами. Имеют одинаковые прямоугольные «ячейки». Самые простые в сборке, все элементы одинаковы по длине, минимальное число стыков.
- Полигональные, или многоугольные. Верхний пояс представляет собой правильную ломаную с узлами в углах, давление на каркас распределено равномерно. Полигонали выдерживают значительные нагрузки кровельного материала или осадков.
- Сегментные. Верхний пояс образует плавную арку. Эффективны в сооружениях с прозрачной крышей.
- Трапецеидальные. Верхняя балка имеет очертания двускатной крыши, но уклон небольшой. Прочная и жесткая универсальная конструкция.
- Треугольные. Предназначены для кровли с большим уклоном. Могут иметь один или два ската. Очень просты и эффективны.
От вида решетки зависит вес системы, трудозатраты на ее создание и внешний вид. По типу решеток выделяют:
- Крестовая. Обеспечивает достаточную жесткость при двусторонней нагрузке, например, ветровой.
- Треугольная, без стоек, со стойками, со стойками и подвесами, если нужно усиление работы на местную нагрузку. Треугольные - самые экономичные виды по расходу материалов, имеют минимальное число узлов и общую длину всех элементов. Равномерно распределяют нагрузку.
- Ромбическая. Разновидность треугольной. Благодаря небольшой длине стержней имеет сравнительно короткие панели и высокую жесткость.
- Раскосная с восходящими или нисходящими раскосами. Она заменяет треугольную ферму в ситуациях, когда нужно уменьшить высоту конструкции, но придать ей свойство выдерживать более высокую нагрузку перекрытия. Более трудоемка, имеет большее число соединений и повышенный расход материала.
- Полураскосная. Имеет две системы раскосов, благодаря чему уменьшается шаг панели. Характеризуется повышенной жесткостью.
- Шпренгельная. Она применяется в системах, где есть повышенная внеузловая нагрузка на верхний пояс, либо требуется уменьшение длины фермы. Достаточно трудоемка.
Ромбические и полураскосные фермы эффективны в высоких зданиях с относительно небольшими пролетами: башни, мачты, мосты, опоры систем связи.
Фермы различаются по размерам панелей. Этот параметр связан с типом решетки, поэтому решение принимается одновременно. Беспрогонное покрытие предполагает панели 3-4 м.
В пространстве плоские фермы объединяют в устойчивые конструкции при помощи связей. Грани одного пространственного блока составляются из двух вертикальных стропильных ферм, двух связевых горизонтальных ферм в плоскостях верхних и нижних поясов вертикалей и двух связевых ферм по торцам. Чем больше пролет, тем больше вертикальных связевых ферм. Существуют также пространственные, фермы, например, трехгранные.
Металлические фермы делятся на два крупных блока:
- Из замкнутых профилей (трубы различного сечения).
- Из открытых профилей: уголков, парных или одиночных, швеллеров, тавров и двутавров.
«АС Профиль» изготавливает металлоконструкции из профилей двух типов:
- С-образный.
- ФН-образный.
Крепления осуществляются сварным способом или при помощи болтов или саморезов. Технически болты сложнее, чем сварочный метод, однако позволяют получить мобильную разборную конструкцию, а прочность готовой фермы не уступает сварной. Существует также коннекторное соединение, однако оно дорогое и ставит производителя и заказчика строительных конструкций в зависимость от производителя коннекторов – это штучный товар, который невозможно заменить у любого поставщика.
Область применения
Фермы уменьшают расход материала, делают конструкцию более легкой. Они широко применяются в большепролетных сооружениях: мосты, промышленные здания, склады, ангары, теплицы. Сложно назвать тип сооружения, где применение ферм, особенно из более легких (по сравнению с деревом) металлопрофилей было бы не оправдано. Сегодня фермы можно встретить в:
- Промышленных зданиях разных габаритов, от заводских помещений до небольших мастерских.
- Кровлях жилых домов: коттеджей, дач, загородных особняков.
- Навесах, беседках, павильонах.
- Складах, выставочных и торговых помещений.
- Мостах, эстакадах, переходах.
- Рекламных конструкциях.
- Опорах аттракционов, сооружений на детских площадках.
- Спортивных, выставочных и культурных комплексах.
В относительно небольших сооружениях частного строительства (дома, надворные постройки, бани, теплицы, склады) чаще всего используются треугольные фермы. Они подходят для разных кровельных материалов, выдерживают повышенную нагрузку от осадков, эстетичны, сравнительно просты в проектировании. Также они отлично выдерживают весовую нагрузку, поэтому треугольные фермы часто встречаются в сооружениях, где предполагается большое количество различных приборов на стенах или потолках: софиты, аудио- и видеоаппаратура. Это подиумы, выставочные залы, театры, клубы, досуговые центры.
Для крыш из монолитного или сотового поликарбоната, для беседок или навесов проектируют сегментные и арочные фермы.
Эконом-вариант – мягкая кровля на четырехугольной ферме с параллельными поясами.
Трапецеидальные и многоугольные обеспечивают повышенную прочность, выдерживают тяжелый настил, их можно чаще увидеть в промышленных сооружениях.
Поскольку жесткость фермы зависит от гармоничного соотношения всех ее элементов, ширина опоры и желаемый уклон уже задают форму и тип решетки. В зависимости от уклона крыши рекомендованы следующие конфигурации:
- До 15 градусов. Трапеция + треугольная решетка. Высота фермы равна длине пролета, разделенной на число от 7 до 9.
- От 16 до 22 градусов. Высота фермы будет равна пролету, разделенному на число 7. Если есть желание увеличить высоту, используют ломаный нижний пояс.
- От 22 до 30 градусов. Треугольник с разными типами решеток. Высота треугольника равна длине пролета, разделенной на число 5.
«АС Профиль» осуществляет полный цикл собственного производства металлоконструкций различного назначения.
