В каркасных зданиях и сооружениях, в качестве несущих элементов для кровли применяют железобетонные фермы. Их основная функция создать опору для кровли и равномерное распределение нагрузки на колонны здания и фундамент. Они рассчитываются и производятся на заводах ЖБИ, поскольку любая неточность может привести к обрушению всего здания. Для установки железобетонных ферм применяется строительная техника, поскольку они имеют большой вес.
Описание и виды конструкций
Железобетонная ферма представляет собой каркасную конструкцию, которая состоит из верхнего и нижнего пояса, соединяемых вертикальными стойками и наклонными раскосами, образующими решетку. Места соединений элементов называют узлами. Все элементы имеют прямоугольное сечение и изготавливаются из железобетона.
Фермы могут поставляться цельными или составными, из нескольких сегментов, которые впоследствии соединяются. В строительстве используется два основных вида ферм – стропильные и подстропильные.
Стропильные применяются на пролетах до 24 м. Они имеют несколько основных разновидностей по форме поясов:
- Сегментные (арочные);
- Полигональные (ломаный верхний пояс);
- С параллельными поясами;
- Треугольные.
Также фермы имеют несколько типов решетки:
- Безраскосная;
- Раскосная;
- Треугольная.
Подстропильные фермы – вспомогательный элемент, применяемый в качестве основы под стропильные конструкции, если их длина меньше, чем расстояние между опорами. Они устанавливаются продольно и крепятся к специальным закладным деталям. Эти конструкции имеют тавровое сечение, с полкой, усиленной в местах упора на колонны. Этот тип ферм тоже делится на подвиды:
- Под скатную кровлю (ФПС).
- Для малоуклонной кровли (ФПМ).
- Со стойками с предварительно напряженной арматурой для малоуклонной кровли (ФПН).
- Для возведения плитных перекрытий на весь пролет (ФП).
Отличия стропильной фермы от подстропильной
Главная функция железобетонных стропильных ферм – перекрытие пролетов зданий и сооружений. Они являются основанием непосредственно для кровли как стандартные кровельные стропила. Пояса стропильной фермы имеют различную конфигурацию – параллельные линии, трапеция, сегментную или криволинейную. Это позволяет оптимально распределить нагрузку на кровлю, добиться максимальной прочности и устойчивости. Максимальная длина этого элемента достигает 24 м.
Подстропильные фермы используются как основание для стропильных конструкций, когда расстояние между несущими стенами или колоннами слишком велико. Они укладываются продольно, если все несущие стены здания поперечные, обеспечивая устойчивость и прочность кровли. Для облегчения и повышения надежности в подстропильных конструкциях применяется пучковая форма арматуры.
Армирование и изготовление
По нормативам ГОСТ 20213-2015 железобетонные фермы изготавливаются из бетонов марок М400-М700. Для создания армирующего каркаса применяется сталь А400, А600, А800 или А1000, армирующие канаты К1400 или К1500, скрепляемые прочной проволокой Вр1200, Вр1600. Если длина конструкции превышает 9 м, в ней используется предварительно напряженная арматура. В некоторых случаях используются дополнительные каркасы из легкой проволоки для предотвращения появление трещин.
Арматурный каркас верхнего пояса делается из сварных элементов из стального прута, которые устанавливаются парами на опорных точках. Это обеспечивает повышенную прочность конструкции в наклонных сечениях. Для этого используются наборы арматуры диаметром от 6 до 10 мм с шагом 100 мм. Узлы арматурного каркаса дополнительно укрепляются при помощи сварки.
Фермы ЖБИ изготавливаются на бетонных заводах, арматурный каркас устраивается в опалубке, которая заливается бетонным раствором, уплотняемым при помощи вибраторов. Изделие нельзя использовать до того момента, пока раствор не наберет прочность, для чего требуются 21 сутки. В бетон могут добавляться пластифицирующие и морозостойкие присадки.
Транспортировка
Готовые изделия транспортируются на прицепах-фермовозах, наиболее популярный вариант платформа ФKП-16.
Перевозить ж/б фермы нужно обязательно в рабочем положении с опиранием по краям. Иначе конструкция может треснуть под своей тяжестью.
Железобетонные элементы устанавливаются на нижнюю часть пояса и тщательно укрепляются на фермовозе, чтобы не сдвинулись или не опрокинулись при перевозке.
Размеры и маркировка
Маркировка железобетонных ферм учитывает их тип, размеры, другие конструктивные особенности, отвечающие за их характеристики. Марки состоят из зашифрованных наборов букв и цифр по требованиям ГОСТ 23009.
Первая группа цифр и букв показывает:
- номер типоразмера;
- тип ЖБИ;
- длина, округленная до метра.
Вторая группа букв и цифр записывается через дефис и показывает:
- числовой индекс несущей способности;
- для предварительно напряженной арматуры ее класс;
- тип применяемого бетона, только для конструкций из легких бетонов.
Третья группа указывается при необходимости и указывает на:
- стойкость к агрессивным средам;
- сейсмическим толчкам;
- наличие дополнительных отверстий, закладных и т.д.
К примеру, ж/б ферма 3ФС длиной 18 м, с шестой несущей способностью, напрягаемой арматурой А600 из легкого бетона, с закладными будет маркироваться таким образом: 3ФС18-6А600Л-1.
Формы и типоразмеры различных железобетонных ферм, как стропильных, так и подстропильных, можно найти в таблицах:
| Эскиз изделия | Типо- размер изделия | Размеры, мм | Масса, т | |||||
| L | H | h1 | h2 | h3 | b | |||
| Стропильные фермы серии 1.063.1-4 [1] Серия 1.063.1-4 Фермы стропильные железобетонные пролетом 6, 9, 12, 15 и 18 м для покрытий зданий с уклоном асбестоцементной кровли, 1993 г. Выпуски 1-5 | ||||||||
 | 1ФТ 6 | 5960 | 1195 | 140 | 120 | 120 | 200 | 1,00 |
 | 1ФТ 9 | 8960 | 1570 | 160 | 140 | 120 | 200 | 1,80 |
 | 1ФТ 12 | 11960 | 1945 | 220 | 180 | 150 | 200 | 2,70 |
 | 1ФТ 15 | 14960 | 2320 | 280 | 240 | 250 | 220 | 5,30 |
 | 1ФТ 18 | 17960 | 2695 | 260 | 220 | 200 | 220 | 5,60 |
| 2ФТ 18 | 17960 | 2695 | 280 | 240 | 250 | 220 | 6,40 | |
| Стропильные фермы серии 1.463.1-16 [2] Серия 1.463.1-16 Фермы стропильные железобетонные сегментные для покрытий одноэтажных производственных зданий пролетами 18 и 24 м (в опалубочных формах серии ПК-01-129/78), 1988 г. Выпуски 1-5 | ||||||||
 | 1ФС 18 | 17940 | 2630 | 180 | 180 | 120 | 200 | 4,50 3,60 |
| 2ФС 18 | 17940 | 2640 | 180 | 200 | 120 | 250 | 6,00 4,80 | |
| 3ФС 18 | 17940 | 2725 | 250 | 300 | 150 | 250 | 7,80 6,20 | |
| 4ФС 18 | 17940 | 2735 | 250 | 200 | 150 | 300 | 9,40 – | |
 | 1ФС 24 | 23940 | 3160 | 200 | 220 | 150 | 250 | 9,20 7,40 |
| 2ФС 24 | 23940 | 3240 | 280 | 300 | 150 | 250 | 11,20 8,90 | |
| 3ФС 24 | 23940 | 3280 | 300 | 360 | 200 | 300 | 14,90 11,90 | |
| 4ФС 24 | 23940 | 3315 | 350 | 380 | 200 | 350 | 18,60 14,80 | |
| Стропильные фермы серии 1.463.1-3/87 [3] Серия 1.463.1-3/87 Фермы стропильные железобетонные безраскосные пролетом 18 и 24 м для покрытий одноэтажных зданий с малоуклонной и скатной кровлей, 1988 г. Выпуски 2-5 | ||||||||
 | 1ФБС 18 | 17940 | 3000 | 200 | 220 | 200 | 240 | 6,50 |
| 2ФБС 18 | 17940 | 3000 | 250 | 280 | 250 | 240 | 7,70 | |
| 3ФБС 18 | 17940 | 3000 | 250 | 280 | 250 | 280 | 9,20 | |
| 4ФБС 18 | 17940 | 3000 | 300 | 340 | 300 | 280 | 10,50 | |
 | 1ФБМ 18 | 17940 | 3000 | 200 | 220 | 200 | 240 | 6,90 |
| 2ФБМ 18 | 17940 | 3000 | 250 | 280 | 250 | 240 | 8,10 | |
| 3ФБМ 18 | 17940 | 3000 | 250 | 280 | 250 | 280 | 9,80 | |
| 4ФБМ 18 | 17940 | 3000 | 300 | 340 | 300 | 280 | 11,00 | |
 | 1ФБС 24 | 23940 | 3300 | 200 | 220 | 250 | 240 | 9,20 |
| 2ФБС 24 | 23940 | 3300 | 250 | 280 | 250 | 240 | 10,50 | |
| 3ФБС 24 | 23940 | 3300 | 300 | 340 | 250 | 240 | 11,70 | |
| 4ФБС 24 | 23940 | 3300 | 300 | 340 | 300 | 280 | 14,20 | |
| 5ФБС 24 | 23940 | 3300 | 420 | 4460 | 350 | 280 | 18,20 | |
 Примечание – Размер в скобках принять для ферм 5ФБМ24. | 1ФБМ 24 | 23940 | 3300 | 200 | 220 | 250 | 240 | 9,80 |
| 2ФБМ 24 | 23940 | 3300 | 250 | 280 | 250 | 240 | 11,00 | |
| 3ФБМ 24 | 23940 | 3300 | 300 | 340 | 250 | 240 | 12,20 | |
| 4ФБМ 24 | 23940 | 3300 | 300 | 340 | 300 | 280 | 15,00 | |
| 5ФБМ 24 | 23940 | 3300 | 420 | 460 | 350 | 280 | 19,00 | |
| Стропильные фермы серии 1.463.1-1/87 [4] Серия 1.463.1-1/87 Фермы стропильные железобетонные безраскосные пролетом 18 и 24 м для одноэтажных зданий с малоуклонной и скатной кровлей для V снегового района, 1988 г. Выпуски 1-3 | ||||||||
 | 5ФБС 18 | 17940 | 3000 | 320 | 220 | 400 | 280 | 9,00 |
 | 5ФБМ 18 | 17940 | 3150 | 320 | 220 | 400 | 280 | 9,50 |
 | 6ФБС 24 | 23940 | 3300 | 370 | 280 | 450 | 280 | 14,00 |
 | 6ФБМ 24 | 23940 | 3300 | 370 | 280 | 450 | 280 | 14,50 |
| Эскиз изделия | Типо- размер изделия | Размеры, мм | Масса, т | |||||
| L | H | h1/h4 | h2/h5 | h | b/b1 | |||
| Стропильные фермы серии 1.463.1-17 [5] Серия 1.463.1-17 Фермы стропильные железобетонные полигональные пролетом 18 и 24 м для покрытий зданий с малоуклонной кровлей, 1990 г. Выпуски 1-6 | ||||||||
 Фермы 1.1ФСП18, 2.1ФСП18, 3.1ФСП18 | 1.1ФСП 18 | 17960 | 2835 | 180 120 | 120 140 | 160 | 280 180 | 7,50 |
| 1.2ФСП 18 | 7,10 | |||||||
| 1.3ФСП 18 | 6,70 | |||||||
 Фермы 1.2ФСП18, 2.2ФСП18, 3.2ФСП18 | 2.1ФСП 18 | 240 120 | 160 160 | 200 | 280 180 | 9,30 | ||
| 2.2ФСП 18 | 8,90 | |||||||
| 2.3ФСП 18 | 8,60 | |||||||
 Фермы 1.3ФСП18, 2.3ФСП18, 3.3ФСП18 | 3.1ФСП 18 | 240 120 | 160 160 | 200 | 320 220 | 10,60 | ||
| 3.2ФСП 18 | 10,20 | |||||||
| 3.3ФСП 18 | 9,80 | |||||||
 Фермы 1.1ФСП24, 2.1ФСП24, 3.1ФСП24 | 1.1ФСП 24 | 23960 | 2880 | 180 160 | 220 120 | 120 140 | 280 180 | 10,00 |
| 1.2ФСП 24 | 9,70 | |||||||
| 1.3ФСП 24 | 9,30 | |||||||
 Фермы 1.2ФСП24, 2.2ФСП24, 3.2ФСП24 | 2.1ФСП 24 | 240 200 | 300 120 | 160 160 | 280 180 | 12,50 | ||
| 2.2ФСП 24 | 12,20 | |||||||
| 2.3ФСП 24 | 11,80 | |||||||
 Фермы 1.3ФСП24, 2.3ФСП24, 3.3ФСП24 | 3.1ФСП 24 | 240 200 | 300 120 | 160 160 | 320 220 | 14,40 | ||
| 3.2ФСП 24 | 14,00 | |||||||
| 3.3ФСП 24 | 13,60 | |||||||
| Эскиз изделия | Типо- размер изделия | Размеры, мм | Масса, т | |||||
| L | H | h1 | h2 | h3 | b | |||
| Подстропильные фермы серии 1.463.1-19 [6] Серия 1.463.1-19 Фермы подстропильные железобетонные предварительно напряженные пролетом 12 м для покрытий зданий со скатной кровлей, 1993 г. Выпуски 1-2 | ||||||||
 Ферма 1ФПС12 | 1ФПС 12 | 11960 | 2225 | 300 | 210 | 160 | 550 | 11,30 |
 Ферма 2ФПС12 | 2ФПС 12 | 11860 | 2225 | 300 | 210 | 160 | 550 | 11,00 |
| Подстропильные фермы серии 1.463.1-4/87 [7] Серия 1.463.1-4/87 Фермы подстропильные железобетонные безраскосные пролетом 12 м для одноэтажных зданий с малоуклонной кровлей, 1988 г. Выпуски 1-2 | ||||||||
 Фермы 1ФПМ12, 1ФПН12 | 1ФПМ 12 | 11960 | 3320 | 200 | 160 | 200 | 500 | 8,80 |
| 1ФПН 12 | ||||||||
 Фермы 2ФПМ12, 2ФПН12 | 2ФПМ 12 | 11780 | 3320 | 200 | 160 | 200 | 500 | 8,75 |
| 2ФПН 12 | ||||||||
| Примечание – Для ферм серии 1.463.1-16 [2] в графе “Масса, т” в числителе приведена масса ферм, изготовленных из тяжелого бетона, в знаменателе – из легкого конструкционного бетона со средней плотностью до 2000 кг/м. | ||||||||
Опирание железобетонной фермы на колонну
Установленная конструкция закрепляется к стальным закладным на колонне. Для этого делается специальный узел, обеспечивающий прочное крепление конструктивных элементов. Если стропильная конструкция опирается непосредственно на оголовок железобетонной колонны, то при установке нужно совместить стальные опорные плиты обоих элементов, которые затем свариваются монтажным швом. Проект может предусматривать установку двух ферм на один оголовок, в этом случае они обе привариваются к закладному элементу на колонне.
Подстропильные элементы монтируются на колонны по тому же принципу – совмещаются закладные плиты, свариваемые монтажным швом. Если стропильная ферма устанавливается на стыке смежных концов подстропильной конструкции, то она приваривается только к одной из них.
При укладке плит на стропильные фермы, они привариваются закладными элементами. Образовавшиеся между плитами швы тщательно заделываются бетонным или обычным раствором на основе песка и цемента.
Монтаж
Перед установкой на колоннах устанавливаются лестницы или люльки, где будут находиться монтажники, контролирующие установку. Ферма поднимается подъемным краном на траверсах, укрепленных в 2 узлах для 18-метровых изделий и 4 для 24-метровых. К нижнему поясу прикрепляют канаты для удобства наводки на опорные колонны.
Для быстрого и безопасного монтажа фермы на колонну потребуется пять монтажников. Двое находятся у оголовков ж/б колонн на лестницах или в люльках, двое на уже готовом покрытии кровли, один на земле. По команде монтажников на колоннах крановщик аккуратно подает конструкцию к оголовкам колонн. Далее устанавливается фиксирующая распорка, связывающая верхние пояса соседних ферм. Конструкция опускается с совмещением рисок на ней и на колонне, этот процесс контролируется при помощи каната с земли и монтажников на колоннах.
Правила монтажа железобетонных ферм регулируется нормативами, изложенными в СП 63.13330.2018. При установке конструкций особое внимание нужно обращать на четкое совмещение рисок на фермах и опорных колоннах для правильного распределения центра тяжести. Установка осуществляется только после окончания монтажа всех расположенных ниже конструктивных элементов здания и сооружения. Если перед этим устанавливались подстропильные элементы, монтаж проводится на специальные утолщенные участки.
При установке стропильных конструкций, они выверяются и закрепляются с опорными конструкциями или временными связующими элементами между собой. Это означает, что в течение одного рабочего дня нужно установить хотя бы две фермы и частично перекрытия их плитами. Далее балки или плиты устанавливаются после установки очередной фермы, чтобы надежно связать конструкцию. Изменять последовательность монтажа можно только, если это указано в проекте.
При монтаже оси фермы и колонны не должны смещаться на расстояние более 5 мм. Отклонение опорных узлов допускается не более чем на 20 мм, а между осями поясов в вертикальной плоскости не больше 25 мм.
Правильный выбор и установка железобетонных ферм позволят построить надежную кровлю. Любая ошибка в монтаже этого элемента может стать причиной растрескивания и даже обрушения здания, поскольку элемент имеет значительную массу и поднимается над центром тяжести сооружения. Поручать установку можно только профессионалам, а заказывать их непосредственно на заводах по производству ЖБИ. Там изготовят конструкции со стандартными типоразмерами или рассчитают, и сделают проект по индивидуальному заказу.
