При проектировании промышленных зданий с большими пролетами критически важно правильно подобрать несущие конструкции кровли.

Стропильные и подстропильные фермы - два взаимосвязанных элемента, от грамотного выбора которых зависит прочность, экономичность и скорость возведения объекта. Разберемся в их функциональных различиях и критериях применения.

Основные различия конструкций

Стропильные фермы - это основные несущие элементы кровельной системы, которые непосредственно воспринимают нагрузки от покрытия (снег, ветер, вес кровельного материала) и передают их на опоры. Они формируют геометрический «скелет» крыши и определяют ее уклон.

Подстропильные фермы - выполняют вспомогательную функцию: служат промежуточной опорой для стропильных конструкций в случаях, когда шаг основных колонн здания превышает оптимальный пролет кровельных ферм. Их устанавливают в продольном направлении здания, создавая дополнительные точки опирания.

Ключевые отличия:

Область применения и выбор типа ферм

Когда применяют только стропильные фермы

Если шаг колонн здания соответствует оптимальному пролету кровельных конструкций (обычно 6 или 12 метров), подстропильные элементы не требуются. Это наиболее экономичное решение с точки зрения металлоемкости и трудозатрат на монтаж.

Когда необходимы подстропильные фермы

Подстропильные конструкции становятся технически и экономически оправданными в следующих случаях:

• Увеличение свободного пространства - при необходимости создать большие технологические пролеты без промежуточных колонн (цеха, склады, ангары)

• Нестандартная сетка колонн - когда архитектурно-планировочное решение здания предусматривает шаг колонн 12 метров и более

• Многопролетные промышленные здания - в одноэтажных производственных комплексах с поперечным расположением несущих стен

• Реконструкция объектов - при демонтаже внутренних колонн для расширения производственных площадей

Экономический эффект: применение подстропильных ферм позволяет сократить количество фундаментов и колонн на 30–50%, что особенно существенно при строительстве объектов большой площади.

Конструктивные особенности и материалы

Типы стропильных ферм

В зависимости от уклона кровли и длины пролета применяют:

• Треугольные - для крутых скатных крыш (уклон 25-45°)

• Трапециевидные - для кровель с малым уклоном (1,5-10°), наиболее распространены в промышленном строительстве

• Сегментные (арочные) - оптимальны по расходу металла для пролетов 18-36 м

• С параллельными поясами - для плоских кровель и перекрытий

Решетка ферм выполняется треугольной, раскосной или безраскосной (шпренгельной).

Конструкция подстропильных ферм

Подстропильные фермы проектируют преимущественно с параллельными поясами и треугольной решеткой. В узлах решетки предусматривают вертикальные стойки, к которым шарнирно крепят стропильные фермы. Такая схема исключает передачу изгибающих моментов и упрощает расчет конструкции.

Высота подстропильной фермы определяется конструкцией узла примыкания и обычно составляет 2,25–3,3 м для пролетов 12 м и 3,0–4,0 м для пролетов 24 м.

Материалы изготовления

Для производства ферм применяют:

• Сталь марок С245, С345, С355 - основной конструкционный материал

• Горячекатаные уголки - для легких и средних ферм

• Круглые и профильные трубы - наиболее рациональное решение для сжатых элементов, обеспечивающее высокую устойчивость при меньшем расходе металла

• Двутавры и швеллеры - для усиления опорных зон и heavily loaded элементов

Важно: сечение из парных уголков считается менее рациональным по сравнению с замкнутыми профилями, так как требует большего расхода металла на фасонки и сложнее в антикоррозионной обработке.

Производство и монтаж металлоконструкций

Качество изготовления ферм напрямую влияет на надежность всего здания. Современное производство металлоконструкций включает несколько обязательных этапов:

Этапы изготовления

1. Проектирование и расчет - разработка КМ (конструкции металлические) и КМД (конструкции металлические деталировка) с учетом всех нагрузок и требований СП 16.13330.2017

2. Раскрой материала - плазменная или лазерная резка с точностью ±1 мм

3. Сварка узлов - автоматическая сварка под флюсом или в среде защитных газов с контролем качества швов (УЗК, радиография)

4. Антикоррозионная защита - дробеструйная очистка до степени Sa 2½, грунтование и окрашивание или горячее цинкование

5. Транспортировка - деление на отправочные марки с учетом габаритных ограничений (максимальная длина транспортной единицы - 12-18 м)

Особенности монтажа

Монтаж ферм выполняют в следующей последовательности:

• Установка и временное закрепление колонн

• Монтаж подстропильных ферм с опиранием на колонны или монтажные столики

• Установка стропильных ферм с креплением к стойкам подстропильных конструкций

• Устройство связей и обрешетки

• Окончательное закрепление всех узлов

Критически важно: узлы примыкания стропильных ферм к подстропильным обычно выполняют шарнирными, что требует особой внимательности при монтаже — недопустимо жесткое защемление, создающее непредусмотренные расчетом напряжения