Двухскатный навес из профильной трубы чертежи

Фермами называют плоские и пространственные стержневые конструкции с шарнирными соединениями элементов, загружаемые исключительно в узлах. Шарнир допускает вращение, поэтому считается, что стержни под нагрузкой работают только на центральное растяжение-сжатие. Фермы позволяют значительно сэкономить материал при перекрытии больших пролётов.

Материалы для профильных труб

Для изготовления профильных труб, которые могут использоваться в конструкциях ферм, применяют различные металлы и сплавы:

  • в общем случае – углеродистые стали обыкновенного качества;
  • для ответственных конструкций – качественные углеродистые, низколегированные, реже – коррозионностойкие стали;
  • для эксплуатации в средах повышенной агрессивности – из углеродистой стали, покрытой защитным цинковым слоем (оцинкованной);
  • при необходимости создания легких ферменных конструкций – легкие и прочные сплавы на основе алюминия.

В продажу трубные изделия малых сечений поступают отрезками длиной до 6 м, больших – до 12 м. Толщину стенки и размер сечения выбирают, в зависимости от планируемых нагрузок:

  • для пролетов не более 4,5 м – 40х20 мм с толщиной стенки 2 мм;
  • 4,5-5,5 м – 40х40 мм с толщиной стенки 2 мм;
  • более 5,5 м – 40х40х3 мм или 60х30 со стенкой 2-3 мм.

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).

Рисунок 6

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

Аналогично можно рассчитать остальные стержни верхнего пояса.

Расчетные сопротивления срезу и растяжению болтов

Напряженное состояние

Обозначение

Расчетные сопротивления, МПа, болтов классов

4.6

4.8

5.6

5.8

6.6

8.8

10.9

Срез

Rbs

150

160

190

200

230

320

400

Растяжение

Rbt

170

160

210

200

250

400

500

П р и м е ч а н и е. В таблице указаны значения расчетных сопротивлений для одноболтовых соединений.

Читайте также:  Крыша из профнастила и металлочерепицы: устройство вентиляции

Задаемся диаметром одного болта dб = 24 мм с площадью сечения нетто Abn = 3,52 см2 (см. табл. ).

Несущая способность одного болта на растяжение

Nb = AbnRbt = 3,52 ∙ 21 = 73,92 кН.

Необходимое число болтов

n = H1/(Nbγc) = 370,4 / (73,92 ∙ 1) = 5.

Принимаем n = 6, располагая их по ширине фланца в два ряда. Диаметр отверстия под болты dо = 27 мм.

Размещаем болты согласно требованиям (см. табл. )

Минимальное расстояние между центрами болтов

а1 = 2,5d0 = 2,5 ∙ 27 = 67,5 мм, принимаем а1 = 80 мм.

Расстояние от центра болта до края элемента с = 1,5d0= 1,5 ∙ 27 ≈ 40 мм.

Расстояние между болтами

b0 = b – 2с = 200 – 2 ∙ 40 = 120 мм.

Высота фланца

а = 2а1 + 2с = 2 ∙ 80 + 2 ∙ 40 = 240 мм.

Момент при изгибе фланца определяется как в защемленной балке пролетом b0

Мфл = H1 b0 / 8 = 370,4 ∙ 12 / 8 = 555, кН∙см.

Требуемый момент сопротивления фланца

Wфл = Мфл / (Ry γc) = 555,6 / (23 ∙ 1) = 24,16 см3.

Минимальная толщина фланца

tфл =  =  = 2,46 см.

Принимаем tфл = 25 мм.

Шов крепления фланца к фасонке работает на срез и его катет определяется:

kf = H1 / (2βz lw Rwz γwz γc) = 370,4 / (2 ∙ ∙ 23 ∙ ∙ 1 ∙ 1) = 0,46 см,

где  lw = а – 1 = 24 – 1 = 23 см.

Принимаем минимальный катет шва kf  = 7 мм при полуавтоматической сварке более толстого листа tфл = 25 мм (см. табл. 22).

Изготовление деталей для фермы

Точность сборки фермы крайне важна, ведь все расчёты мы проводили методом векторных диаграмм, а вектор, как известно, может быть только абсолютно прямым. Поэтому малейшие напряжения, возникающие вследствие искривлений из-за неправильной подгонки элементов, сделают ферму крайне неустойчивой.

Сначала нужно определиться с размерами деталей внешнего пояса. Если с нижней балкой всё достаточно просто, то для нахождения длины верхней можно воспользоваться либо теоремой Пифагора, либо тригонометрическим соотношением сторон и углов. Последнее предпочтительно при работе с такими материалами, как угловая сталь и профильная труба. Если угол ската фермы известен, его можно вносить как поправку при подрезке краёв деталей. Прямые углы пояса соединяются подрезкой под 45°, наклонные — путём добавления к 45° угла наклона с одной стороны стыка и вычитанием его же с другой.

Детали заполнения вырезают по аналогии с элементами пояса. Основная загвоздка в том, что ферма — изделие строго унифицированное, а потому для её изготовления потребуется точная деталировка. Как и при расчёте воздействий, каждый элемент нужно рассматривать индивидуально, определяя углы схождения и, соответственно, углы подреза краёв.

Довольно часто фермы изготавливают радиусными. Такие конструкции имеют более сложную методику расчёта, но большую конструкционную прочность, обусловленную более равномерным восприятием нагрузок. Изготавливать скругленными элементы заполнения смысла нет, а вот для деталей пояса это вполне применимо. Обычно арочные фермы состоят из нескольких сегментов, которые соединяются в местах схождения заполняющих раскосов, что нужно учитывать при проектировании.

Фундамент

До возведения навеса готовят место установки. Это может быть просто ровная площадка или ее сверху закатывают асфальтом, выкладывают плитку. Если площадку просто ровняют, то тщательно удаляют траву. Для асфальтирования или под плитку со всей зоны снимается 0,3 метра грунта. На дно укладывают агроткань для защиты от прорастания растений. Сверху засыпают слой песка, тщательно трамбуют. Далее засыпают щебень. Под плитку снова засыпают песок, а щебень готовят под асфальтирование.

Читайте также:  Герметизация дымохода на крыше из шифера

Предлагаем ознакомиться Простое оформление дачного участка

Фундамент

По периметру выкапывают ямы 0,8 метра глубиной. На дно засыпают песок, а потом щебень. Устанавливают опоры. Необходимо тщательно следить, чтобы они стояли вертикально, без уклона. Для их фиксации заливают яму цементом. Отводится примерно полтора часа на выравнивание их по вертикали. Далее опоры оставляют до застывания смеси.

Есть второй способ их крепления. В качестве опорных используются нарезанные профильные трубы, на верхний конец которых наварена большая квадратная платформа. Они полностью цементируются в грунте. На другую наружную часть вертикальной опоры также приваривается квадрат. Платформы крепятся друг к другу болтами. При таком соединении намного легче обеспечить вертикальность стоек.

Если грунтовые воды подходят достаточно близко к поверхности, по периметру устанавливают трубы. Предусматривают дренажную систему. Желательно не выбирать под площадку низину, где скапливается талая вода.

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.

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.

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 крыши Возможная форма поясов Название фермы
односкатная, шатровая прямые, образующие прямоугольный треугольник односкатная
двускатная прямые, образующие равнобедренный треугольник: 2 прямые образуют верхний пояс, одна – нижний; треугольная
две пары прямых, образующих параллельные углы полигональная
две пары прямых, образующие пару неравных углов ножницы
5 прямых: две образуют верхний пояс, 3 – нижний ферма Полонсо
мансардная прямые, образующие равнобедренный пятиугольник с широким основанием; мансардная
арочная две параллельных дуги арочная
две параллельных ломаных полигональная
дуга и прямая, образующие сегмент или полукруг сегментная
верхняя дуга, нижняя ломаная консольная

Преимущества профильной трубы для изготовления каркасов

Каркасное строительство из профтрубы набрало популярность и не сдает позиций. Профилированные трубы позволяют создать красивые и крепкие конструкции самого различного назначения – от зонтика над песочницей до жилого, промышленного или коммерческого здания.

Из чего изготавливают фермы для навеса

Лучше всего с задачей создания надежной фермы способна справиться металлическая трубная продукция с сечением прямоугольной или квадратной формы, которая обладает рядом преимуществ:

  1. Обеспечение высокой прочности по причине наличия ребер жесткости. Если изделия с круглым сечением согнуть можно без проблем в домашних условиях, то с профильными трубами в этом случае возникнут проблемы.
  2. Доступная стоимость за счет относительно несложной производственной технологии. Оптимальным выбором считаются горячекатаные изделия.
  3. Удобная форма сечений. Процесс, как сделать ферму для навеса своими руками из труб с плоскими стенками, более простой в реализации по сравнению с трубной продукцией круглого диаметра. Эта особенность касается как использования для соединения болтов, так и сварочного оборудования.
Читайте также:  Какие работы входят в капитальный ремонт многоквартирного дома

При выборе материала ориентируются на определенные правила:

Из чего изготавливают фермы для навеса
  • если ширина проектируемого навеса до 450 сантиметров, тогда трубная продукция должна иметь сечение 40х20 миллиметров при 2-миллиметровой толщине стенок;
  • когда ширина конструкции 450 –550 сантиметров, требуются трубы сечением 40х40 миллиметров, имеющие толщину стенок, равную 2 миллиметрам;
  • если ширина навеса превышает 550 сантиметров, используемые изделия должны иметь размер сечения 60х30 или 40х40 миллиметров и толщину стенок 2 –3 миллиметра.

Также для сооружения конструкции можно использовать пиломатериалы. Правда, деревянные фермы для навеса в последние годы устанавливают крайне редко, но они имеют преимущества, которые заключаются в простоте изготовления и доступной цене.

Опорные конструкции, для изготовления которых используется натуральная древесина, состоят из элементов, образующих жесткие треугольные системы. Рекомендуемая высота для деревянных ферм — не меньше 20% от длины пролета.

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.

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

Что такое ферма: конструктивные особенности

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.

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:

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.

Что такое ферма: конструктивные особенности

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.