Коротко
Ферма — решётчатая балка из поясов, стоек и раскосов. Нагрузку от кровли прогоны передают в узлы верхнего пояса, стержни работают на растяжение и сжатие, изгиба в них почти нет. Поэтому ферма на пролёте 18–30 м заметно легче двутавра того же пролёта. По нашему расчёту ферма 24 м для склада в Екатеринбурге весит около 1,5 т, или 10 кг на квадратный метр покрытия.
Материал проверен
Какие бывают фермы
По очертанию поясов.
- Трапециевидная: нижний пояс прямой, верхний по уклону кровли. Наш основной вариант для складов, ангаров и цехов.
- С параллельными поясами: под плоскую кровлю или односкатную ферму, где вся ферма наклонена на угол ската.
- Треугольная: под крутые скаты и небольшие пролёты. Опорный узел острый, поэтому его приходится усиливать.
- Полигональная и арочная: для больших пролётов, где очертание поясов повторяет эпюру моментов.
По сечению стержней. Классические фермы по сериям собирали из парных уголков с фасонками. Сейчас мы проектируем фермы из гнутосварных профильных труб: раскос приваривают прямо к поясу без фасонок, узлов меньше, окраска проще. Для тяжёлых покрытий и подвесных кранов пояса делают из двутавров и тавров.
Высота фермы и решётка
Чем выше ферма, тем меньше усилия в поясах и прогиб, но длиннее раскосы и выше здание. В калькуляторе мы берём высоту на опоре не меньше 1,2 м и не меньше 1/12 пролёта. Для 24 м это 2,0 м, для 30 м — 2,5 м. Если архитектура требует ниже, проверяем прогиб отдельно и принимаем более мощные пояса.
Длину панели мы выбираем около 3 м, чтобы прогоны кровли опирались в узлы, а не в середину стержня пояса. Решётка раскосная со стойкой в каждом узле. Ферма получается статически определимой, и мы проверяем усилия в стержнях двумя способами.
Сколько весит ферма
Результат нашего расчёта для Екатеринбурга: снег по приложению К СП 20.13330.2016 (1,35 кПа), I ветровой район, шаг ферм 6 м, уклон 10 %, сталь С245. Сечения подобраны по СП 16.13330.2017 с проверкой узлов.
| Пролёт | Высота на опоре | Верхний пояс | Нижний пояс | Масса фермы | Сталь на м² покрытия |
|---|---|---|---|---|---|
| 12 м | 1,2 м | труба 80 × 5 | труба 80 × 4 | 373 кг | 5,2 кг |
| 18 м | 1,5 м | труба 100 × 6 | труба 80 × 5 | 830 кг | 7,7 кг |
| 24 м | 2,0 м | труба 120 × 6 | труба 100 × 5 | 1 484 кг | 10,3 кг |
| 30 м | 2,5 м | труба 120 × 7 | труба 120 × 80 × 6 | 2 347 кг | 13,0 кг |
Масса указана по поясам и решётке. Фланцы монтажных стыков, опорные столики и рёбра добавляют ещё 5–10 %. При переходе с 12 на 24 м пролёт растёт вдвое, а масса фермы — в четыре раза: сечения поясов растут вместе с моментом, а момент растёт с квадратом пролёта. Тёплая кровля из сэндвич-панелей 150 мм в этом расчёте добавила к ферме от 4 до 96 кг.
Масса фермы по пролётам
Расчёт для Екатеринбурга, шаг ферм 6 м, уклон 10 %, фермы из гнутосварных труб. Масса поясов и решётки без узловых деталей.
Узлы из профильной трубы: где ферма чаще всего не проходит
В узле труба в трубу раскос опирается на стенку пояса. Узел может разрушиться раньше стержней: стенка пояса продавливается или раскос вырывает её кромку. Методика проверки таких узлов есть в EN 1993-1-8, раздел 7, и она работает только в пределах своих ограничений: угол между раскосом и поясом не меньше 30°, соотношения ширины и толщины стенок, зазор между раскосами.
На навесе над кортом пролётом 17 м мы начали с 8 панелей, и у опор раскосы подходили к поясу под углом 8–27°. Такой узел выходит за пределы методики, поэтому ферму разбили на 16 панелей, а в опорных панелях раскосы заменили сплошной стенкой толщиной 6 мм. Толщину стенки пояса мы часто выбираем по узлу, а не по усилию в самом поясе.
Отправочные марки и перевозка
Ферму длиннее 12 м мы делим на две полуфермы с фланцевым стыком в коньке. Стандартный полуприцеп берёт 13,6 м, и перевозка целой фермы 18–24 м требует негабаритного транспорта. У навеса над кортом фермы Ф1 пролётом 17 м отгружаются марками Ф1-1 и Ф1-2 и собираются на болтах у места подъёма.
Можно ли купить готовую ферму
Готовую ферму подбирают под конкретную нагрузку: снег города, шаг ферм, вес кровли и подвесного оборудования. Ферма, которую рассчитали под Челябинск, в Перми будет перегружена: при пролёте 24 м расчёт даёт там на треть больше металла. Поэтому мы продаём фермы только в составе каркаса с расчётом, а не со склада.
Частые вопросы
Какой пролёт можно перекрыть металлической фермой?
Для складов и ангаров мы проектируем фермы на пролёты 12–36 м. Экономичнее всего 18–24 м: дальше масса фермы растёт быстрее площади.
Какая высота фермы нужна на пролёт 24 м?
Мы принимаем около 2 м на опоре, это 1/12 пролёта. Ниже можно, но придётся усиливать пояса и отдельно проверять прогиб.
Сколько весит ферма 12 метров?
По нашему расчёту для Екатеринбурга при шаге 6 м — около 373 кг по поясам и решётке. Точная масса зависит от снега в городе и веса кровли.
Из чего лучше делать ферму: из уголков или профильной трубы?
Для лёгких и средних покрытий — из профильной трубы: меньше узловых деталей, проще окраска. Уголки и тавры оставляем для тяжёлых покрытий и старых серий.
Источники и границы материала
Массы в таблице получены для конкретных исходных данных: Екатеринбург, шаг 6 м, уклон 10 %, без подвесного оборудования и кранов. Для другого города, шага или кровли ферму пересчитывают заново.