Результат расчёта фермы читайте по порядку: исходная схема, нагрузки, проверки стержней, прогиб и реакции опор. Зелёный индикатор означает, что реализованные проверки прошли для введённых данных. Он не подтверждает весь навес, соединения и фундамент.
Метод сбора нагрузок и расчёта усилий разобран отдельно. Здесь покажем, как использовать уже полученные числа и почему один показатель не заменяет остальные.
Сначала проверьте, что именно рассчитано
Убедитесь, что совпадают пролёт между опорами, высота и форма фермы, решётка, сечения поясов и раскосов. Шаг ферм определяет, с какой полосы кровли собирается нагрузка на одну ферму. Ошибка в шаге меняет результат даже при одинаковом пролёте.
Калькулятор одиночной фермы СтройФаб использует плоскую шарнирно-стержневую модель: стержни работают на продольное усилие, нагрузка передаётся в узлы верхнего пояса. Левая опора неподвижная, правая подвижная. Реальные моменты в жёстких узлах такой схемой не воспроизводятся.
В режиме «Снеговой район + кровля» учитываются выбранный снег, масса покрытия и собственный вес стержней. В режиме ручного q вводится расчётная снеговая нагрузка уже с коэффициентами; собственный вес фермы добавляется автоматически, вес кровли в этом режиме не добавляется.
Снеговой район уточняйте по месту строительства. В таблице районов и городов различаются районное значение и значение для города из приложения К СП 20. Выбирать район только по похожему климату нельзя.
Что означают показатели результата
| Показатель | На какой вопрос отвечает | Как читать |
|---|---|---|
| Использование стержней | Выполнены ли проверки стержней в данной модели? | Значение до 100% укладывается в реализованные ограничения |
| Напряжение σ | Достаточна ли площадь сечения по прочности? | Сравнивается с принятым расчётным сопротивлением |
| Коэффициент φ | Насколько снижена несущая способность сжатого стержня из-за устойчивости? | Применяется вместе с усилием, площадью и сопротивлением стали |
| Гибкость λ / предел | Не слишком ли длинен и тонок элемент? | Первое число не должно превышать допустимое |
| Прогиб, мм | Достаточна ли жёсткость фермы? | Фактическое перемещение сравнивается с допустимым |
| Реакции Rv, Rh | Какие силы передаются через опоры в принятой схеме? | Нужны как исходные данные для дальнейшего расчёта опор |
Максимальное использование стержней в сервисе объединяет прочность, устойчивость сжатых элементов и ограничение гибкости. Прогиб проверяется отдельно. Поэтому число 80% само по себе не говорит, что вся конструкция имеет 20% свободного запаса.
Прочность и устойчивость дают разные результаты
Для стержня, работающего на осевую силу, напряжение определяется как σ = |N| / A. При N в ньютонах и A в мм² результат получается в МПа. В текущем расчёте для принятой стали используется Ry = 240 МПа.
Сжатый стержень может потерять устойчивость раньше, чем будет исчерпана прочность материала. Поэтому дополнительно проверяется отношение N / (φ · A · Ry). В этой модели коэффициент условий работы принят равным единице; общее выражение и требования приведены в п. 7.1.3 СП 16.13330.2017.
Коэффициент φ зависит от гибкости и типа сечения. Нельзя объявить стержень хорошим или плохим по одному φ: короткий толстый элемент и длинная тонкая труба работают по-разному, а нагрузка на них тоже различается.
Устойчивость сжатого элемента и пространственная устойчивость всего навеса являются разными проверками. Реальные связи, раскрепление поясов и жёсткость опор должны соответствовать проектной схеме.
Пример: односкатная ферма с пролётом 6 м
Исходные данные доступны по одной ссылке, поэтому пример можно пересчитать:
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Тип и решётка | Односкатная с параллельными поясами, треугольная решётка |
| Пролёт / перепад | 6 м / 0,6 м |
| Шаг ферм | 1,5 м |
| Пояса / решётка | 80×40×3 мм / 30×30×2 мм |
| Снег | III район, районное Sg = 1,5 кПа |
| Кровля | Сотовый поликарбонат 8 мм, выбранная масса 0,95 кг/м² |
| Собственный вес фермы | Добавляется по метражу стержней |
Открыть исходные данные примера →
На этих данных текущая модель даёт следующие результаты:
| Результат | Значение с округлением |
|---|---|
| Максимальное использование стержней | 38,7% |
| Определяющий элемент | Опорный раскос, элемент 26 |
| Продольное усилие в нём | Сжатие 14,64 кН |
| Напряжение / φ | 65,34 МПа / 0,703 |
| Гибкость этого элемента / предел | 88,0 / 150 |
| Максимальный нормативный прогиб | 2,45 мм |
| Принятый предел прогиба | L/200 = 30 мм |
| Вертикальная реакция на каждой опоре | Около 9,95 кН |
| Расчётный вес стержней фермы | Около 87,8 кг |
Напряжение 65,34 МПа составляет около 27,2% от 240 МПа. Но проверка устойчивости того же сжатого элемента даёт 65,34 / (0,703 · 240) ≈ 0,387, то есть 38,7%. Именно устойчивость здесь требовательнее простой проверки прочности.
Вес в результатах относится к расчётным стержням. Массу сварных швов, фасонок и прочих не включённых в модель элементов он не добавляет.
Почему L/2449 проходит, а L/150 может не пройти
Величина L/x показывает отношение пролёта к прогибу: чем больше знаменатель x, тем меньше прогиб. Для нашего примера 6000 / 2,45 ≈ 2449, поэтому фактическое L/2449 меньше по перемещению, чем предельное L/200.
Для того же пролёта L/150 соответствовало бы 40 мм. При принятом пределе 30 мм такой результат не прошёл бы проверку, даже если прочность стержней достаточна.
Предел L/200 в примере связан с выбранной в сервисе схемой проверки по приложению Д СП 20.13330.2016. Это не универсальный предел для любой конструкции, отделки и оборудования.
Усилия для несущей способности вычисляются от расчётных нагрузок с коэффициентами надёжности, а прогиб в этой модели от нормативных нагрузок. Кроме того, самое большое использование стержня и самый большой прогиб могут получаться при разных распределениях снега. Сопоставлять их как один и тот же случай без проверки исходных данных нельзя.
Реакция на опоре не является готовым расчётом столба
Вертикальная реакция показывает передаваемую силу в выбранной схеме. Для проверки столба нужны также его высота, закрепление, горизонтальные воздействия, изгиб и сочетания нагрузок. Для фундамента добавятся грунт, опорная плита, анкеры и другие условия.
В данном примере горизонтальная реакция равна нулю, потому что модель не задаёт внешнего горизонтального воздействия и допускает перемещение правой опоры. Это не означает отсутствие ветровых сил у реального навеса.
Для пространственной схемы с ветром используйте калькулятор каркаса навеса. Разницу между одиночной стойкой и стойкой в каркасе поясняет статья о столбах.
Что менять, если проверка не проходит
Если превышена прочность, сравните увеличение площади сечения и уменьшение нагрузки на ферму через меньший шаг. Если определяет устойчивость, проверьте гибкость, расчётную длину и фактическое раскрепление. Добавленная в модель опора или связь должна существовать в конструкции.
При большом прогибе сравните высоту фермы, сечения и шаг. Увеличение высоты может уменьшить усилия в поясах, но меняет длины решётки и узлы, поэтому требует нового расчёта. Подробности есть в материале о высоте фермы.
Меняйте один параметр за раз и сравнивайте все проверки. Уменьшать введённый снег ради зелёного индикатора нельзя. После выбора схемы переходите к деталям, закупке и раскрою трубы: осевой метраж не равен длине покупаемых хлыстов.
Проверка отдельной фермы не охватывает сварные соединения, опорные узлы, местную устойчивость стенок трубы, ветер и пространственную работу всего каркаса. Эти вопросы нужно закрыть до изготовления. Методика и границы расчёта доступны в описании модели.