Прогоны ферм — что это и как с ними работать

Прогон фермы — основной геометрический параметр, определяющий длину верхнего и нижнего поясов, высоту фермы, углы наклона стропил и длину вертикалей. В проектной документации прогон указан в спецификации ферм, на общем плане кровли и в узлах опор. На чертеже фермы он показан как расстояние между осями опорных узлов (обычно осями столбов или осями несущих стен).

Различают расчётный прогон и монтажный прогон. Расчётный — это значение, по которому выполнен расчёт на прочность и жёсткость. Монтажный — реальное расстояние между опорами на объекте. В идеале они совпадают. Допуска на несовпадение устанавливает проект (обычно ±20–30 мм для стальных ферм и ±10–15 мм для деревянных), но точные значения берутся из ТУ или СП по соответствующему материалу.

Вынос фермы за опору (консоль) не входит в прогон. Если ферма выносится за ось опоры на 300–500 мм для образования водостока или карниза, прогон остаётся расстоянием между осями опор. Консоль учитывается отдельно в расчёте на прочность и устойчивость.

Откройте рабочие чертежи раздела КР (конструктивные решения) или АР (архитектурные решения). Найдите план кровли с привязкой ферм к осям здания. Оси опор ферм обычно совпадают с осями столбов каркаса или осями несущих стен. Прогон равен разнице координат двух соседних осей опор по направлению фермы.

Если на плане кровли фермы не привязаны к осям, используйте спецификацию ферм. Там указаны марка фермы, её прогон, высота, масса и количество. Проверьте, что прогон в спецификации совпадает с расстоянием между осями на плане. Расхождения между спецификацией и планом — частая ошибка проектирования, которую нужно выявить до заказа ферм.

Для ферм сложной формы (полигональные, с проломом, трапецеидальные) прогон измеряется по оси нижнего пояса между осями опорных узлов. Верхний пояс может быть короче из-за срезов под коньк или эндов. В расчёте используется прогон нижнего пояса.

Если фермы закупаются или изготавливаются под уже построенный каркас, прогон устанавливается геодезическими замерами. Замеряют координаты осей опор (центров анкерных болтов, пазов в мауэрлате, осей столбов) по двум независимым методам: нивелиром/тотальной станцией и рулеткой с контролем по диагоналям.

Замеры производят после приемки монтажа каркаса или стен, но до изготовления ферм. Результаты оформляются в акте замеров с указанием фактических прогонов по каждой ферме. Если разброс прогонов в пределах допуска, фермы изготавливают по проектному прогону. Если разброс превышает допуск — готовят партию ферм под фактические прогоны или вводят корректирующие элементы (прокладки, регулировочные опоры).

При замерах учитывают температуру металла/дерева. Для стальных ферм при температуре ниже -10 °C или выше +30 °C вводят температурную поправку к измеренному прогону по формуле линейного расширения. Для деревянных ферм важна влажность: прогон насыщенного дерева больше прогон сухого на величину усушки.

Прогон определяет выбор статической схемы и типовой серии ферм. Для прогонов до 12–15 м обычно применяют фермы с параллельными поясами (П-образные, трапецеидальные) со статической схемой простой балки. Для прогонов 15–24 м — фермы с полигональным верхним поясом для экономии материала. Для прогонов свыше 24 м — фермы с разорванным нижним поясом, арки, рамы или пространственные фермы.

С изменением прогона меняется высота фермы. Эмпирическое соотношение высоты к прогону: 1/6–1/8 для стальных ферм параллельных поясов, 1/5–1/7 для полигональных, 1/4–1/6 для деревянных. Точное значение высоты устанавливается расчётом на жёсткость (прогиб не более L/200 или L/250 в зависимости от типа кровли) и прочность сжатых элементов.

Количество панели (шаг вертикалей) также зависит от прогона. Шаг панели обычно равен шагу стропил или кратно ему (1.5–3 м). При увеличении прогона увеличивают количество панелей, сохраняя шаг в допустимых пределах для выбранного типа обрешётки и кровли.

Первая ошибка — путаница между осями столбов и осями опор ферм. В каркасах с консольными балками или крановыми балок ось опоры фермы может не совпадать с осью столба. Прогон измеряется строго по осям опор ферм, а не по осям столбов.

Вторая ошибка — игнорирование выносов ферм за опоры при заказе длины нижнего пояса. Длина нижнего пояса = прогон + 2 × вынос (если выносы симметричны). Заказ по прогону без выносов даёт ферму, которая не перекрывает карниз и не обеспечивает водосток.

Третья ошибка — применение типовых ферм без проверки соответствия прогону. Типовые серии (например, 1.410.1-10 для стальных ферм) разработаны под дискретный ряд прогонов (12, 15, 18, 21, 24 м). Использование фермы серии 18 м для прогона 17.5 м без перерасчёта недопустимо — усилия и прогибы будут отличаться.

Стальные фермы: прогон измеряется по осям штырей или центрам болтовых соединений опорных узлов. Допуски на изготовление по длине нижнего пояса обычно ±10 мм (по ГОСТ или ТУ завода). При монтаже в зимний период учитывают удлинение металла при нагреве до эксплуатационной температуры.

Деревянные фермы: прогон измеряется по осям опорных узлов (центрам болтов, гвоздей или клеевых соединений). Влажность дерева на момент изготовления и монтажа должна соответствовать проектной (обычно 12–18 %). Разница в влажности 10 % даёт изменение прогона до 3–5 мм на метр длины. Клеёные фермы менее чувствительны к влажности, чем цельные.

Деревянно-стальные фермы (с металлическими стяжками): прогон определяется по деревянному нижнему поясу. Металлическая стяжка изготавливают с запасом на удлинение или с регулировочной муфтой для компенсации усушки дерева.

Типовые серии ферм покрывают стандартные прогоны с шагом 3 м. Для нестандартных прогонов (например, 17.3 м) типовая ферма ближайшего большего прогона (18 м) не подходит без перерасчёта — излишек материала не гарантирует запас прочности при изменённой схеме усилий. Необходим индивидуальный расчёт.

Для прогонов свыше 30 м типовые серии обычно не выпускаются. Применяются индивидуальные проекты с расчётом на вторую группу предельных состояний (прогибы, вибрации) и проверкой на устойчивость при транспортировке и монтаже. Транспортные габариты могут ограничить максимальный прогон цельной фермы — тогда ферму делают сборно-сварной или сборно-болтовой с полевым соединением.

В сеизмических районах и на ветронагруженных территориях прогон влияет на расчёт на прогрессивное обрушение. Могут требоваться дополнительные связи ферм между собой (поперечные жёсткости, стропы) независимо от расчёта самой фермы.

Перед подъёмом фермы на кровлю подтверждают: прогон в спецификации заказа совпадает с актом замеров; длина нижнего пояса каждой фермы соответствует прогону плюс выносы; опорные узлы имеют отверстия под анкеры с допуском на монтаж (обычно ød+10…15 мм); фермы прошли входной контроль по геометрии (длина, высота, прямоугольность панелей).

На объекте готовят схему подъёма с указанием веса каждой фермы, центров тяжести и точек подхвата. Кран выбирают по максимальному весу фермы с учётом радиуса подъёма (расстояние от оси крана до оси опоры фермы). Радиус подъёма часто больше прогона фермы — это учитывают при планировке кранов.