Расчет фермы из профильной трубы для навеса: полевой справочник

Первый этап — сбор исходных данных. Снеговая нагрузка берется из карты снеговых районов СП 20.13330 (актуальная редакция). Ветровая нагрузка — по карте ветровых районов того же документа. Удельный вес кровельного материала и собственный вес фермы суммируются в постоянную нагрузку. Временные нагрузки (снег, ветер, обслуживание) комбинируются с коэффициентами надежности по СП 16.13330. Не используйте усредненные значения «для средней полосы» — они дают погоду до 30% по сравнению с нормативными для вашего населенного пункта.

Учет формы крыши важен: коэффициент формы снеговой нагрузки (μ) зависит от угла наклона. Для наклонов до 25° μ = 1,0; от 25° до 60° линейно уменьшается до 0; свыше 60° снег не задерживается. Ветровой коэффициент (W) зависит от высоты здания, категории местности и аэродинамического коэффициента крыши. Все коэффициенты берутся из СП 20.13330, приложений А и Б.

Собственный вес фермы на первом этапе неизвестен — принимают предварительно (обычно 15–25 кг/м² для профильных ферм небольших пролетов), затем уточняют после подбора сечений. Не забывайте добавить вес крепежа, обрешетки, кровельного пирога и инженерных систем, если они вешаются на фермы.

Подбор ведется по двум группам предельных состояний: первая (прочность) и вторая (прогибы). Для сжатых стержней (верхний пояс, диагонали на сжатие) проверяют по устойчивости (формула Эйлера с учетом изгиба и остаточных напряжений). Длину свободного изгиба берут равной длине панели для вплосных изгибов и расстоянию между связями для изгиба вне плоскости фермы. Для растянутых стержней проверяют по сечению (N ≤ A·Ry/γc).

Сечение подбирают из ассортимента ГОСТ 8639 (квадратные/прямоугольные профили) или ГОСТ 13663 (электросварные). Толщина стенки не менее 2 мм для сварки, оптимально 3–4 мм. Высота профиля для поясов обычно 40–100 мм, для решетки 20–60 мм. После выбора сечения проверяют напряжения: σ = N/A + M/Wx ≤ Ry/γc. Момент M в поясах возникает от нагрузки обрешетки между узлами (если шаг панелей > шага обрешетки) и от эксцентриситета сварных швов.

Жесткость проверяют по максимальному прогибу: f ≤ L/200 для ферм с жесткой кровлей и L/250 для мягкой. Прогиб считают по формуле Мюллера-Бресле или в программе. Если прогиб превышает норму, увеличивают высоту профиля или меняют схему фермы (увеличивают стрелу). Не подбирайте сечение только по прочности — жесткость часто оказывается определяющей.

После подбора сечений выполняют проверку второй группы предельных состояний. Максимальный прогиб под расчетной нагрузкой (без коэффициентов надежности, сочетание постоянной + долговременной части снега) не должен превышать L/200. Для ферм с поликарбонатом или мягкой кровлей норму ужесточают до L/250. Прогиб считают суммой прогибов от нагрузки на панели и прогибов стержней между узлами.

Устойчивость сжатых стержней вне плоскости фермы обеспечивается системами связей (поперечными распорками, стропами). Расчетная длина для изгиба вне плоскости — расстояние между узлами крепления связи. Связи размещают в узлах фермы, их сечение подбирают по усилиям от поперечных нагрузок (ветровое давление на торцы, невертикальность монтажа). Минимальный диаметр строп — 10 мм, профиля связи — 20×20 мм.

Общая устойчивость фермы (как балки) проверяется по изгибу вне плоскости. Верхний сжатый пояс должен быть предотвращен от выбоя связями к нижнему поясу или к стропам кровельного пирога. Если кровля жесткая (профлист, металлочерепица на обрешетке), она может выступать жестким диском, но это требует обоснования в расчете.

Узлы фермы — критические зоны. Сварные швы рассчитывают на срез: длина шва ≥ N / (0,8·Rsw·γc), где Rsw — расчетное сопротивление шва (для электрода Е42 — 160 МПа). Каток шва не менее 4 мм для толщины стенки 3–4 мм. При сварке профилей разной толщины каток выбирают по меньшей толщине. Швы выполняют непрерывными по контуру профиля (угловатые швы).

Болтовые узлы (если ферма сборно-разборная) рассчитывают на срез и вырыв. Класс болтов не ниже 8.8, диаметр M12–M16. Количество болтов по расчету, но не менее 2 в узле. Отверстия сверлят на 1–2 мм больше диаметра болта. Используют увеличенные шайбы под гайкой и головкой болта для распределения давления на стенку профиля.

Защита от коррозии обязательна: зачистка до Sa 2,5, грунтовка (цинксодержащая или эпоксидная) 60–80 мкм, эмаль 80–120 мкм. Сварные швы зачищают после сварки, удаляют шлак, загрунтовывают отдельно. В местах контакта с бетоном/кирпичом (опоры) используют рулонную гидроизоляцию или мастику.