Фермы металлические — виды, расчёт, применение

Фермы металлические — стержневые конструкции из прокатных или гнутых профилей, работающие на изгиб и обеспечивающие перекрытие пролётов 12–60 м. ГК «СтилКонстракшн» проектирует и изготавливает фермы по СП 16.13330.2017 из стали С245, С345, 09Г2С. Производство в Брянске, площадь завода 5000 м², мощность 6000 тонн/год, опыт команды 6+ лет.

Конструкция и элементы фермы

Ферма состоит из верхнего и нижнего поясов, соединённых решёткой (раскосы и стойки). Верхний пояс работает на сжатие, нижний — на растяжение, раскосы передают нагрузку с панелей на узлы. Высота фермы принимается 1/6–1/8 пролёта для треугольных и 1/8–1/12 для параллельных поясов.

Узловые соединения выполняются на сварке или болтах. Для ферм пролётом до 24 м применяем сварку полуавтоматом MIG/MAG (ГОСТ 14771-76), для 24–60 м — укрупнительную сборку с высокопрочными болтами М20-М30 класса 8.8 (СП 16.13330.2017, п. 14.3).

Виды металлических ферм по очертанию поясов

Треугольные фермы

Применяются для скатных кровель с уклоном 20–45°. Высота в коньке h = L/4–L/5, где L — пролёт. Для пролёта 18 м высота составляет 3,6–4,5 м. Раскосы направлены от опор к коньку, угол наклона 35–50°.

Преимущества: минимальный расход стали (15–18 кг/м² перекрытия), простота расчёта. Недостатки: большая строительная высота, нерациональны для пролётов более 24 м.

Фермы с параллельными поясами

Универсальное решение для пролётов 18–36 м. Высота фермы постоянная h = L/10–L/12. Для пролёта 24 м оптимальная высота 2,0–2,4 м. Применяем решётку с раскосами под углом 45° или треугольную решётку (тип «Пратт»).

Используются для каркасных зданий с плоской или малоуклонной кровлей (до 5%), ангаров, большепролётных сооружений. Расход стали 18–22 кг/м² перекрытия.

Сегментные и полигональные фермы

Верхний пояс очерчен по дуге окружности (сегментные) или ломаной линией (полигональные). Высота в середине пролёта h = L/8–L/10. Для пролёта 30 м подъём f = 3,0–3,75 м.

Рациональны для пролётов 24–60 м с равномерно распределённой нагрузкой. Пояса работают преимущественно на осевые усилия, изгибающие моменты минимальны. Расход стали 16–20 кг/м², что на 10–15% меньше ферм с параллельными поясами аналогичного пролёта.

Арочные фермы

Оба пояса криволинейные, радиус кривизны 0,1–0,15L. Высота в ключе h = L/6–L/8. Применяются для перекрытия пролётов 36–60 м (спортивные залы, выставочные павильоны, ангары).

Распор в опорных узлах воспринимается затяжкой или фундаментами. Расход стали 20–25 кг/м², но при этом обеспечивается максимальная жёсткость конструкции (прогиб f < L/300).

Типы решёток металлических ферм

Тип решётки	Описание	Пролёт, м	Расход стали
Треугольная (Пратт)	Раскосы направлены к опорам, работают на растяжение; стойки — на сжатие	12–36	Базовый
Раскосная	Раскосы под углом 45°, без вертикальных стоек	12–24	−5% от базы
Крестовая	Крестообразные раскосы в каждой панели, работают только растянутые элементы	18–30	+8% от базы
Полураскосная	Раскосы в смежных панелях направлены в разные стороны	24–48	−3% от базы
Ромбическая	Решётка из ромбов, раскосы пересекаются в середине панели	30–60	+10% от базы

Для типовых навесов и складов применяем треугольную решётку как оптимальную по расходу материала и трудоёмкости изготовления.

Расчёт металлических ферм

Определение расчётной схемы и нагрузок

Ферма рассчитывается как шарнирно-стержневая система с узловой передачей нагрузок. Опоры: одна шарнирно-неподвижная, вторая — шарнирно-подвижная. Панель верхнего пояса l_п = 2,5–3,0 м для пролётов до 30 м и 3,0–4,0 м для 30–60 м.

Нагрузки на ферму (кН/м²):

• Постоянная: собственный вес фермы (0,2–0,4), кровля (0,3–0,6), прогоны и связи (0,15–0,25)
• Снеговая: для III снегового района S₀ = 1,8 кПа, расчётная нагрузка 1,8 × 1,4 = 2,52 кПа (СП 20.13330.2016)
• Ветровая: для II ветрового района w₀ = 0,3 кПа, аэродинамический коэффициент c = ±0,8 (наветр./подветр. скат)

Узловая нагрузка F = q × l_п × B, где q — погонная нагрузка на ферму (кН/м), B — шаг ферм. Для шага 6 м и нагрузки 4,5 кН/м² при панели 3 м: F = 4,5 × 3,0 × 6,0 = 81 кН.

Определение усилий в стержнях

Усилия находим методом вырезания узлов или методом Риттера (сечений). Для треугольной фермы с параллельными поясами пролётом 24 м, высотой 2,4 м и нагрузкой 4,5 кН/м² (шаг 6 м):

• Опорная реакция R = (4,5 × 6,0 × 24) / 2 = 324 кН
• Усилие в нижнем поясе (максимальное) N_н.п. = (q × L²) / (8h) = (27 × 24²) / (8 × 2,4) = 810 кН (растяжение)
• Усилие в верхнем поясе N_в.п. ≈ −820 кН (сжатие)
• Усилие в раскосе (опорная панель) N_р = R / sin(α) = 324 / 0,707 = 458 кН

Подбор сечений элементов

Для растянутых элементов требуемая площадь A_тр = N / (R_y × γ_c), где R_y — расчётное сопротивление стали (для С245: 240 МПа, для С345: 315 МПа), γ_c = 1,0.

Для нижнего пояса с N = 810 кН (сталь С345): A_тр = 810 000 / (315 × 1,0) = 2571 мм². Принимаем уголок 2∟140×10 (A = 2760 мм²).

Для сжатых элементов проверяем устойчивость: N ≤ φ × A × R_y × γ_c, где φ — коэффициент продольного изгиба, зависящий от гибкости λ = l₀ / i (l₀ — расчётная длина, i — радиус инерции).

Для верхнего пояса с N = 820 кН, длина панели l_п = 3,0 м, l₀ = 0,8 × 3,0 = 2,4 м (закрепление прогонами). Принимаем сечение 2∟180×12 (A = 4272 мм², i_min = 35,2 мм). Гибкость λ = 2400 / 35,2 = 68, φ = 0,76 (для С345). Проверка: 0,76 × 4272 × 315 = 1023 кН > 820 кН — сечение подходит.

Материалы для изготовления ферм

Для ферм применяем стали по ГОСТ 27772-2015:

• С245 (Ст3сп5) — для неответственных конструкций, навесов, складов в южных регионах (климат до −30°C)
• С255 (Ст3пс5) — универсальная конструкционная сталь для пролётов до 30 м
• С345 (09Г2С) — для ответственных конструкций, пролётов 30–60 м, зданий в северных регионах (до −65°C)
• С375 (14Г2АФ) — для особо ответственных объектов, при отрицательных температурах ниже −65°C

Профили для поясов: двутавры (для пролётов 30+ м), швеллеры, уголки парные с соединительными планками (для пролётов до 24 м). Решётка — одиночные уголки 63×5–100×8 мм.

Производство металлоконструкций ведётся из сортамента с сертификатами соответствия ГОСТ. Для объектов севернее 60° с.ш. применяем северное исполнение стали (−65°C) с повышенной ударной вязкостью KCV ≥ 29 Дж/см² при −70°C.

Изготовление ферм на производстве

Раскрой и резка металла

Резка на ЧПУ газокислородным способом для толщин 10–40 мм, плазменная резка для 6–12 мм. Точность реза ±1,0 мм по ГОСТ 14792-80. Для двутавров применяем ленточнопильный станок (точность ±0,5 мм).

Фрезеровка торцов для стыковых соединений на продольно-фрезерном станке (шероховатость Ra = 12,5 мкм). Обработка отверстий под болты М20-М30 на радиально-сверлильных станках с ЧПУ (точность позиционирования ±0,1 мм).

Сборка и сварка ферм

Сборка на стапелях с фиксацией прихватками через 300–500 мм. Контроль геометрии: прогиб не более 1/750 пролёта, смещение узлов ±3 мм (СП 16.13330.2017, табл. 16.1).

Сварка полуавтоматом MIG/MAG проволокой Св-08Г2С диаметром 1,2 мм (ГОСТ 2246-70). Режимы: ток 180–240 А, напряжение 24–28 В, скорость 25–35 м/ч. Катет шва для уголков 140×10 принимается 6 мм (kf = 0,6t, где t — толщина более тонкого элемента).

Контроль качества сварных швов: ВИК 100%, УЗК ответственных узлов (опорные, коньковые) по ГОСТ 14782-86. Сварщики с аттестацией НАКС, допуск СРО.

Антикоррозийная защита

Дробеструйная обработка до степени Sa 2½ (ISO 8501-1), нанесение грунта ГФ-021 60 мкм и эмали ПФ-115 100 мкм. Для наружных конструкций применяем эпоксидные системы С3 по ISO 12944 (общая толщина 160 мкм). Стоимость покраски 280–480 руб./м² в зависимости от системы АКЗ.

Монтаж металлических ферм

Фермы подаются краном к месту установки, выверяются по осям и высотным отметкам (допуск ±5 мм по горизонтали, ±10 мм по высоте). Крепление к колоннам на опорных столиках через монтажные отверстия болтами М20 класса 5.8 (временный крепёж).

После выверки всех ферм в блоке (3–5 шт.) устанавливаем связи по верхним и нижним поясам, монтируем прогоны. Окончательное закрепление — электросваркой опорных узлов или заменой монтажных болтов на высокопрочные М20 класса 8.8 с контролируемым моментом затяжки 390 Н·м (СП 16.13330.2017, табл. 14.4).

Монтаж металлоконструкций фермами пролётом 18 м (шаг 6 м, здание 18×48 м, 8 ферм) занимает 3 рабочих дня силами бригады 4 человека + кран 25 тонн.

Стоимость металлических ферм

Пролёт, м	Высота, м	Вес, кг	Сталь	Цена, руб./шт
12	1,5	480	С245	33 600–38 400
18	2,0	920	С255	64 400–73 600
24	2,4	1580	С255	110 600–126 400
30	3,0	2340	С345	186 800–210 600
36	3,6	3280	С345	262 400–295 200

Цена включает материалы, изготовление, АКЗ (грунт + эмаль), паспорт качества. Доставка и шеф-монтаж рассчитываются отдельно в зависимости от региона. Для объектов в Москве и МО доставка 15–25 руб./км от Брянска (расстояние 380 км).

Области применения металлических ферм

• Производственные здания — цеха, мастерские, сборочные корпуса (пролёты 18–36 м, шаг ферм 6–12 м)
• Склады и ангары — неотапливаемые помещения для хранения (пролёты 18–48 м, минимальная высота)
• Торговые комплексы — гипермаркеты, рынки, выставочные залы (пролёты 24–36 м, скрытое размещение коммуникаций в ферме)
• Спортивные сооружения — залы, стадионы, катки (пролёты 36–60 м, арочные фермы)
• Навесы — автостоянки, погрузочные площадки, укрытия (пролёты 6–18 м, облегчённые конструкции)
• Мосты и галереи — пешеходные переходы, технологические проходы (пролёты 12–30 м, требования к прогибу L/400–L/500)

Для каркасных зданий быстровозводимого типа фермы изготавливаем укрупнёнными блоками (ферма + связи + прогоны), что сокращает срок монтажа на 30–40%.

Преимущества ферм от ГК СтилКонстракшн

• Проектирование по СП 16.13330.2017 с расчётом в ПК SCAD, Lira-SAPR
• Изготовление из сертифицированного проката ГОСТ 27772-2015
• Сварка аттестованными специалистами НАКС, контроль ВИК 100% + УЗК узлов
• Производство на площади 5000 м² в Брянске, мощность 6000 тонн/год
• АКЗ системы С3–С5 по ISO 12944, срок службы покрытий 15–25 лет
• Комплектация метизами: анкерные болты, высокопрочный крепёж класса 8.8
• Отгрузка с паспортами качества, сертификатами на металл, актами освидетельствования скрытых работ
• Опыт 6+ лет, 65+ объектов, в том числе фермы пролётом до 42 м

Этапы работы

1. Анализ задачи — определение пролёта, шага ферм, снеговых/ветровых нагрузок по региону (1 день)
2. Расчёт и проектирование — подбор сечений элементов, разработка КМ/КМД по ГОСТ 21.501-2018 (3–5 дней)
3. Коммерческое предложение — детализация стоимости металла, изготовления, АКЗ, доставки (2 часа)
4. Изготовление — раскрой, сварка, контроль геометрии и качества швов (10–18 дней в зависимости от пролёта)
5. АКЗ — дробеструйная обработка, нанесение грунта и эмали (3–5 дней)
6. Отгрузка — упаковка, погрузка, транспортировка на объект (1–3 дня по МО, 3–7 дней по РФ)
7. Монтаж — установка, выверка, крепление, приёмка с актами освидетельствования (3–7 дней на здание 18×48 м)

Срок изготовления партии ферм 24 м (8 шт.) — 21 рабочий день с момента согласования КМД.

Часто задаваемые вопросы

Нужны металлические фермы для вашего проекта? Звоните +7 (499) 350-85-45 или пишите на sale@gk-sc.ru. Рассчитаем оптимальную конструкцию по вашим нагрузкам, подготовим КП за 2 часа. Проектирование КМ/КМД, производство, АКЗ и монтаж под ключ. Завод в Брянске, мощность 6000 тонн/год, сроки от 14 рабочих дней, 65+ реализованных объектов.