Расчет и изготовление фермы из профильной трубы — нюансы, установка, сварка и пошаговая инструкция

Фермы из профильной трубы: поэтапное руководство, как правильно рассчитать, сварить и установить ферму для навеса или крыши

Сегодня на рынке встречаются два типа деревянных ферм:

Деревянные фермы, объединенные с использованием металлических пластин, обычно создаются с использованием массивных деревянных балок и элементов, которые затем соединяются металлическими пластинами.

• Фермы с открытыми стенками, соединенные штифтами, имеют пояса, сделанные либо из массивной пиломатериала, либо из конструкционной древесины, и трубчатые стальные перемычки, прикрепленные с помощью штифтовых соединений. Эти фермы подходят как для кровельных, так и для напольных систем.

Благодаря своей открытой конструкции, фермы обоих стилей позволяют легко устанавливать водопровод, электрические линии и воздуховоды HVAC.

Фермы проектируются и изготавливаются по индивидуальному заказу для каждой работы, однако фермы со штифтовым соединением предлагают проектировщикам и строителям преимущества как дерева, так и стали, которые обычно позволяют использовать более мелкие фермы.

Их также можно прикрепить к различным типам стен, а их высокое отношение прочности к весу и большие пролеты дают архитекторам больше свободы при проектировании больших открытых пространств.

Хотя большая часть приведенной ниже информации по проектированию и установке может быть применена к ферме любого типа, в этой статье основное внимание будет уделено фермам со штифтовым соединением.

Параметры профильной трубы

Соединяемые пальцами открытые фермы бывают разных профилей и конфигураций поясов, что позволяет создавать уникальные конструкции.

Хотя фермы промышленного класса и имеют косметические дефекты, некоторые дизайнеры предпочитают оставлять их открытыми для визуального эффекта.

Ниже приведен список различных профилей ферм с открытыми стенками.

• Конический: позволяет использовать водосток в крыше и иметь эффектный вид, если спроектирован с большим перепадом глубины.
• С наклоном и радиусом: обеспечивает разные уклоны для создания разного внешнего вида крыш и потолков.
• Носовая струна: обеспечивает непрерывную дугу с радиусом шага через верхний пояс, создавая плоский потолок в нижнем поясе.
• Ствол и составной ствол: как верхние, так и нижние пояса имеют радиусы, обеспечивающие изогнутые потолки.
• Ножничные: Идеально подходят для ферм небольшой глубины со сводчатыми внутренними частями.
• Линзовидная: ферма в форме линзы (изогнутая сверху и снизу).

Создание проекта фермы

Необходимо, чтобы зарегистрированный профессионал отвечал за проектирование как временных, так и постоянных распорок. Временная связь — это любой непостоянный элемент, используемый для стабилизации ферм в процессе строительства.

• Основным компонентом постоянной связи обычно является кровельная мембрана из фанеры или ориентированно-стружечной плиты (OSB), которая по бокам подпирает верхние пояса ферм.
• Другие постоянные элементы жесткости используются для условий, в которых нижний пояс находится в состоянии сжатия, таких как подъем ветра или консольные условия.
• Даже без сжимающих усилий нижний пояс следует закрепить, чтобы ферма удерживалась в правильном положении, которое обычно перпендикулярно настилу крыши.

Использование соответствующих временных распорок повышает безопасность и предотвращает повреждение фермы во время установки. Постоянные связи помогают гарантировать, что ферма будет выдерживать предполагаемые расчетные нагрузки.

Структурные панели крыши

Верхние пояса при сжатии могут деформироваться в боковом направлении, если не закреплены должным образом. Рекомендуется крепить фанеру или плиты OSB, образующие диафрагму крыши, непосредственно к вершинам ферм для обеспечения постоянной поперечной устойчивости.

• Если верхний пояс фермы представляет собой двупоясный элемент, оба верхних пояса должны быть независимо прикреплены к диафрагме крыши для предотвращения бокового прогиба.
• Альтернативным материалам настила может не хватать адекватного ограничения продольного изгиба верхнего пояса. Например, структурные изолированные панели имеют большие одиночные крепления, которые могут попадать между поясами фермы или расщеплять пояса фермы.
• Панели из цементного волокна не только используют большие крепежи, но и могут потребовать структурного клея для создания связи, чтобы должным образом скрепить верхний пояс фермы.
• Деревянный настил с гребнем и пазами может не обеспечивать диафрагму для скрепления ферм, если доски не скреплены друг с другом или не установлены структурные панели для создания диафрагмы.

Металлический настил может также не иметь диафрагменного действия, если он не спроектирован должным образом. Деревянный колпак, прикрепленный непосредственно к верхним поясам ферм, может помочь решить проблемы со слишком большими или близко расположенными крепежными деталями.

Конструкция диафрагмы с модульной установкой

Модульное возведение включает группу ферм, которые собираются на земле, причем большая часть прочной фанеры или панелей OSB прикрепляется на месте к верхним поясам ферм.

Кроме того, установлены перемычки верхнего и нижнего пояса 2 × 4 с поперечными распорками — обычно десять футов по центру — для фиксации нижних поясов.

Весь этот собранный блок, который очень стабилен по сравнению с одной фермой, называется «ферменным модулем».

• Когда фермы возводятся модулями, диафрагма постоянной крыши будет иметь непрерывный край на расстоянии восьми футов от центра (исходя из стандартных размеров панели).
• Инженер должен учитывать эту компоновку панели при проектировании диафрагмы. Большинство длинно пролетных ферм с открытой стенкой имеют двойные пояса, то есть верхний пояс состоит из двух отдельных элементов (обычно 2 × 6 элементов), соединенных штифтами и стопорными шайбами ​​в точках панели фермы.

Изготовитель обычно устанавливает на фермах фанерный колпак для передачи сдвига через стык. Гвозди диафрагмы должны быть достаточно длинными, чтобы они могли проникнуть через фанерный колпак в пояс фермы.

Нагрузка на ферму из профильной трубы

На чертежах инженера-строителя должны быть указаны все расчетные нагрузки, а также коэффициенты продолжительности нагрузки и / или требуемые сочетания нагрузок.

Вот несколько примеров:

• Снеговые нагрузки, включая любые снежные заносы или неснежные временные нагрузки.
• Равномерные расчетные собственные нагрузки для верхнего и нижнего поясов
• Любые ветровые или сейсмические боковые нагрузки.
• Ветровые нагрузки
• Прочие нагрузки, в том числе для механических узлов или нагрузки, подвешенные к фермам.

Инженеры также должны учитывать другие нагрузки, такие как сеть спринклера, о которых часто не известно, пока не будут завершены чертежи контракта.

Особенности монтажа

Фермы с открытой стенкой обычно включают в себя установленную на заводе несущую арматуру.

Инженер должен работать с производителем, чтобы проверить силу тяжести, подъемную силу и поперечные способности в процессе проектирования и подтвердить, несет ли инженер или производитель ответственность за проектирование любого данного соединения.

• Обычно, если оборудование устанавливается на ферме на заводе, производитель фермы берет на себя ответственность за проектирование соединения, но только если инженер указывает расчетные нагрузки.
• Имейте в виду, что некоторые элементы ферм могут быть разработаны только для условий гравитации или подъемной нагрузки. Для противодействия боковым нагрузкам может потребоваться дополнительное оборудование от другого производителя.

Доступны стеновые анкеры и ремни, специально разработанные для использования с открытыми фермами. Важно выбрать анкер или ремень с крепежными элементами, совместимыми с поясами фермы и несущим оборудованием. Выбор правильной модели остается на усмотрение инженера.

Подшипники

Технические характеристики оборудования для опор фермы: необходимая длина опоры, допустимые отклонения в полевых условиях, требования к наклонной опоре и минимальная длина обрезки пояса — все это зависит от серии фермы и конкретной конструкции.

Инженер должен учитывать все эти требования в процессе проектирования, чтобы гарантировать отсутствие проблем с установкой, связанных с деталями подшипника.

Прогиб

Длинно пролетные фермы при нагрузке могут испытывать значительный вертикальный прогиб. Зарегистрированному инженеру рекомендуется проверить расчетные прогибы и определить изгиб фермы для длинных пролетов.

Следующие ситуации являются примерами того, когда следует оценивать изгиб и прогиб:

• Фермы, расположенные рядом с неподвижными элементами, такими как стены
• Пределы прогиба подвесных / сдвижных перегородок
• Требования к зазорам над ненесущими перегородками
• Детали распорки верха стены
• Долговременная и кратковременная ползучесть, которая может варьироваться в зависимости от влажности пояса фермы и нагрузок конструкции.
• Конструкции крыш с возможностью образования водоемов

При использовании ферм с ножничным профилем следует также учитывать ограничение горизонтального прогиба.

Длина фермы

Расчетная длина фермы может превышать длину, которую производитель может построить или отправить в данную область. Иногда фермы могут изготавливаться из двух частей и собираться в полевых условиях с использованием специальных соединений в местах стыковки секций.

Хотя они сконструированы так же, как и любая открытая ферма стандартной длины, длинно пролетные фермы требуют некоторых дополнительных соображений.

Рекомендуется, чтобы инженер работал в тесном сотрудничестве с производителем в процессе проектирования, чтобы избежать потенциальных проблем при проектировании и установке.

Методы установки фермы из профильной трубы

Из-за их большой длины и узких поясов во время установки необходимо принять меры для предотвращения коробления или перекатывания ферм. Открытые фермы длиной менее 20 метров обычно устанавливаются по одной ферме за раз с использованием распорок.

Стойка распорки изготавливается из легких стальных труб с плоскими концами, которые имеют отверстия для гвоздей, расположенные над поясами фермы.

Они разработаны с учетом обычных расстояний между фермами, например, 30см, 50 см или 75 см по центру. Связь носит временный характер, поскольку распорки можно снять после того, как фермы будут постоянно скреплены с диафрагмой.

Неустойчивость поясов фермы из-за собственного веса фермы, а также временных нагрузок конструкции усиливается с увеличением пролета.

Для пролетов более 20 метров рекомендуется модульный монтаж, чтобы избежать материального ущерба или, что еще хуже, травм на рабочем месте.

Некоторые производители по контракту требуют модульного возведения, когда пролеты превышают 20 метров. Помимо повышения безопасности, модульный монтаж может ускорить процесс установки.

• При использовании метода модульного возведения для стабилизации длинно пролетных ферм во время установки инженер-строитель должен включить соответствующую информацию в контрактные чертежи, чтобы подрядчик знал, что требуется модульное возведение.
• Ниже приводится пример подходящего словоблудия: «Фермы должны быть установлены в жесткие модули шириной не менее 2,5 метров, точно собранные в зажимное приспособление с окончательной обшивкой, постоянно прикрепленной на земле.
• В каждом модуле должны быть установлены указанные перемычки и распорки, как указано на чертежах изготовителя.”

Фермы обычно прибывают на место работы на бортовом прицепе связками. Когда связки связаны полосами, они относительно стабильны, но все же важно, чтобы точки захвата были расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы обеспечить стабильность.

• Следует избегать использования одного вилочного погрузчика для перемещения длинно пролетных ферм. Связка фермы должна быть помещена на опорную площадку, а все фермы должны быть закреплены в рамках подготовки к снятию бандажа.
• После того как ленты удалены, фермы можно перемещать по одной ферме в готовое приспособление для сборки модулей фермы. Подъемного крана с нейлоновыми стропами, достаточно длинными, чтобы расставить точки захвата, обычно достаточно для перемещения отдельных ферм в приспособление.
• Кондукторы должны располагаться на ровной поверхности, быть спроектированы так, чтобы поддерживать фермы в нескольких местах, и учитывать изгиб фермы.

Назначение кондуктора — обеспечить безопасное пространство и выровнять фермы под прямым углом для крепления распорок и обшивки, пока они еще находятся на земле. Как только модули будут построены, их можно будет безопасно и эффективно поднять на место.

Фото фермы из профильной трубы

Как определить сечение кабеля по нагрузке?

Для определения сечения кабеля по нагрузке необходимо рассчитать ток, который будет проходить через кабель при работе нагрузки, а затем выбрать соответствующий сечение кабеля, способный выдержать этот ток без перегрева и потерь энергии.

Для расчета необходимо использовать следующие формулы:

1. Расчет тока: ток (А) = мощность (Вт) / напряжение (В)

2. Расчет сечения кабеля: сечение кабеля (мм²) = ток (А) / коэффициент коррекции, где коэффициент коррекции зависит от условий эксплуатации кабеля (например, от температуры окружающей среды и способа прокладки кабеля).

Пример расчета:

Допустим, что нам нужно определить сечение кабеля для электрического обогревателя мощностью 2 кВт, работающего от сети напряжением 220 В. Используя формулу расчета тока, получаем: ток = 2000 Вт / 220 В = 9,09 А.

Затем, используя формулу расчета сечения кабеля, можно определить необходимое сечение кабеля, принимая во внимание условия эксплуатации кабеля. Например, для кабеля, прокладываемого в кабель-канале при температуре окружающей среды 25°C, коэффициент коррекции может быть равен 0,91. Тогда сечение кабеля будет: сечение кабеля = 9,09 А / 0,91 = 10 мм².

Важно отметить, что этот пример предназначен только для демонстрации расчета и не заменяет детального проектирования электрической сети профессиональным инженером. При проектировании электрической сети всегда следует учитывать конкретные условия эксплуатации и требования к безопасности.