Системы покрытия с применением ферм из замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения. Конструирование и расчет

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования 
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет» 
 
 
Кафедра строительных конструкций 
 
 
В. В. Пронин,  М. А. Агеева,   А. И. Колесов 

  
 
 
СИСТЕМЫ ПОКРЫТИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ФЕРМ 
 ИЗ ЗАМКНУТЫХ ГНУТОСВАРНЫХ ПРОФИЛЕЙ 
 ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ 

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ 

 

Утверждено редакционно-издательским советом университета 
в качестве учебного пособия 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Нижний Новгород 
ННГАСУ 
 2022 

ББК 38.54 
П 78 
УДК 624.014(075.8) 
 

Печатается в авторской редакции 

 

Рецензенты: 

Пестряков В.П. – главный конструктор НПФ «Металлимпресс» 

Маркин А.А.  – главный инженер проекта ООО «Телеком СтройЭксперт» 

 

Пронин В.В. Системы покрытия с применением ферм из замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения. Конструирование и расчет [Текст]: учеб. пособ. / В.В. 
Пронин, М.А. Агеева, А.И. Колесов; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т –  
Н. Новгород: ННГАСУ, 2022. – 114 с.  ISBN 978-5-528-00502-7 
 
 
 
 
 
 
Пособие выпущено для углубленного рассмотрения и усвоения вопросов проектирования одного из современных конструктивных видов покрытий с применением 
ферм из гнутосварных профилей. Приведены краткие исторические сведения о появлении таких конструкций, даны сведения о действующих в РФ типовых сериях. Каждый 
раздел проиллюстрирован числовым примером как в традиционном виде, так и с применением современных расчетных комплексов. 
Предназначено для студентов специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений» и направления 08.03.01 «Строительство», профиль «Промышленное и гражданское строительство» при  выполнении выпускных квалификационных работ. 
 
ББК 38.54 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-528-00502-7                                                           © В.В. Пронин, М.А. Агеева,  
А.И. Колесов, 2022 
 © ННГАСУ, 2022 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ 
 

 
Введение …………………………………………………………………………... 5 
1. Покрытие как составная часть здания или сооружения ………………………...5 
2. Особенности  покрытий с использованием ферм из ГСП ………………………5 
3. Компоновка стропильной фермы из ГСП ………………………………………. 7 
4.  Система связей по покрытию ……………………………………………………. 9 
 
Пример 1. Компоновка фермы и схемы связей по покрытию ……….…. 11 
5. Выбор стали для элементов покрытия, назначение необходимых  
коэффициентов ………………………………………………………………….. 14 

 
Пример 2. Выбор материалов и назначение необходимых 
 коэффициентов …………………………………….……………. 17 
6. Конструкция кровли ……………………………………………………………. 18 
 
6.1.  Профилированный настил …………………………………….………….. 19 
 
6.2.  Прогоны ……………………………………………………………………. 19 
 
Пример 3. Расчет профилированного настила …………………..………. 21 
 
Пример 4. Расчет прогона ………………………………………………… 27 
7. Сбор нагрузок на ферму …………………………………………………….….. 29 
 
Пример 5. Сбор нагрузок на ферму  ……………………………….…...… 31 
8. Статический расчет  фермы ……………………………………………………. 36 
 
Пример 6. Создание расчетной схемы фермы в расчетном комплексе ... 39 
 
Пример 7. Статический расчет ……………………………………………. 44 
9. Подбор сечений элементов фермы …………………………………………….. 48 
 
9.1. Конструирование …………………………………………………...………. 48 
 
9.2. Расчет на прочность ………………………………………………..………. 48 
 
9.3. Определение расчетных длин ………………………………………….….. 49 
 
9.4. Расчет на устойчивость ………………………………………………….… 50 
 
9.5. Проверка гибкости элементов ………………………………………….…. 51 
 
9.6. Проверка местной устойчивости ………………………………………..… 51 
 
9.7. Проверка жесткости ………………………………………………………... 53 
 
9.8. Унификация сечений и уточнение расчетной схемы ………………….… 54 
 
Пример 8. Подбор сечений элементов фермы ………………………..…. 54  
10. Расчет заводских узловых соединений фермы …………………………..…… 72 

 
10.1. Проверка несущей способности стенки пояса,  

примыкающего к решетке …………………………..…………………... 73 

 
10.2. Проверка несущей способности боковой стенки пояса ………………... 76
10.3. Проверка несущей способности элементов решетки ………………...… 76 
 
10.4. Проверка несущей способности сварных швов ……………….…. 77 
11. Расчет монтажных узловых соединений фермы ……………………….…….. 77 
 
Пример 9.  Расчет узловых соединений фермы ……………………….… 81 
12. Узел опирания ферм на колонну ………………………………………………. 100 
13. Определение усилий и подбор сечений связевых элементов 

в системе покрытия …………………………………………………………….. 102 

14. Оформление рабочего чертежа покрытия (КМ и КМД) ……………………… 106

 
 
 
Библиографический список …………………………………………………….. 107 
 
 

 
Приложение 1. Геометрические схемы типовых стропильных  
и подстропильных ферм ……………………………………… 109 

 
Приложение 2. Справочные данные по профилированным настилам ………. 111

 
 
 

 

 

Введение 
 
В начале 50-х годов ХХ века в США была разработана система сборноразборных складских, производственных зданий, а также сооружений общегражданского назначения. Принятые конструктивные решения позволяли быстро возводить 
здания, а после завершения бизнес-процесса также быстро их разбирать и перевозить 
на другое место. Основным отличием таких конструкций от ранее применяемых было 
широкое применение эффективных гнутосварных профилей прямоугольного сечения 
(ГСП), стального профилированного настила,  а также отсутствие прогонов. 
В 70-е годы ХХ века по решению правительства СССР за рубежом было закуплено оборудование для нескольких новых заводов по производству металлических 
конструкций для возведения подобных зданий. 
Одним из самых успешных стал завод  в г. Молодечно Минской обл. БССР 
(теперь – Республика Беларусь).  Для типового применения новых конструкций  была 
разработана типовая серия 1.460.3-14 [17] , в которой каркас покрытия был назван  
конструкциями типа «Молодечно». 
В настоящее время в развитие серии  1.460.3-14  разработана  типовая серия 
1.460.3-23.98 [18]. 
Конструкции типа «Молодечно» обладают хорошими экономическими показателями, позволяют роботизировать основные технологические процессы по изготовлению и монтажу. Применение возможно на всей территории России. 
Типовые решения стали основой для разнообразной модернизации таких систем покрытия, широко применяющихся в настоящее время как в промышленном, так 
и в гражданском секторах. 
Данное учебное пособие разработано для помощи студентам направления 
«Строительство» в выполнении курсовой работы «Стропильная ферма покрытия», а 
также может быть использовано при выполнении выпускных квалификационных работ. 
 
 
 
1. Покрытие как составная часть здания или сооружения 
 
Покрытие здания или сооружения является его составной частью, выполняя 
функцию несущей и ограждающей конструкций. Весовая доля покрытия в зданиях без 
кранов составляет до 50 %  всего расхода стали, поэтому совершенствование всего 
набора конструктивных элементов покрытия приводит к существенной экономии материалов и трудозатрат. 
Любую систему покрытия условно можно разделить на кровельные (ограждающие) конструкции, несущие элементы (настил, прогоны, фермы)  и связи, обеспечивающие геометрическую неизменяемость, жесткость и устойчивость всего покрытия и 
его отдельных элементов. 
 
 
2. Особенности  покрытий с использованием ферм из ГСП 
 
Основными особенностями рассматриваемых покрытий являются: 
- увеличенный шаг колонн в продольном направлении; 
- наличие подстропильных конструкций; 
 

- применение стропильных ферм из ГСП с опиранием на колонны в 
уровне верхнего пояса; 
- возможность беспрогонного решения кровли. 

На рис. 2.1 показаны рядовые ячейки покрытия с размерами  L x Bfr  = 24 х 12 м 
по сериям 1.460.3-14  и  1.460.3-23.98.  Связи между фермами условно не показаны. 
а) 

б)
 

 

Рис. 2.1. Типовые ячейки покрытия по сериям  1.460.3-14 (а) и 1.460.3-23.98 (б). 
(рисунки выполнил ннж. Е.А. Котельников) 

В серии  1.460.3-14  шаг ферм  Btr = 4 м, уклон верхних поясов ферм составляет 1,5%,  кровельные прогоны отсутствуют, стальной профилированный настил опирается непосредственно на верхние пояса ферм. 
В серии 1.460.3-23.98 шаг ферм  Btr = 6 м, уклон верхних поясов ферм составляет 10 %, кровельные прогоны имеются, на них опирается стальной профилированный настил. 
Обе серии предусматривают возможность оборудования здания подвесными 
кранами грузоподъемностью до Qo = 5 тс, при этом подкрановые пути крепятся к 
нижним поясам ферм.  Подкрановые пути кранов большей грузоподъемности опираются на колонны каркаса. 
Нетиповые решения покрытий с применением ферм из ГСП весьма разнообразны. Пролеты и шаги ферм могут назначаться индивидуально, исходя из потребительских требований; отметки опорных узлов ферм могут быть разными (наклонные 
фермы); фермы могут располагаться не параллельно друг другу (веерообразно) и т.д. 
Совершенствуется конструкция узлов сопряжения элементов решетки ферм с 
поясами, что снимает некоторые ограничения на соотношение габаритных размеров 
сопрягаемых элементов. 
 
 
3. Компоновка стропильной фермы из ГСП. 
 
Ферма (от лат.  firmus – прочный) – это система стержней (обычно прямолинейных), остающаяся геометрически неизменяемой после замены ее жестких узлов 
шарнирными. В элементах фермы при отсутствии расцентровки стержней и при узловой нагрузке возникают только усилия растяжения или сжатия (осевые усилия). 
Англоязычный эквивалент truss происходит от французского  trousse, что означает «вещи, собранные вместе». 
Фермы с жесткими узлами условно можно отнести уже к рамам (англ. frame), 
при этом значения изгибающих моментов учитываются при подборе сечений. 
Фермы бывают плоскими и пространственными. Основными элементами ферм 
являются пояса и соединяющая их решетка (раскосы  и стойки). 
Стальные фермы широко применяются в покрытиях промышленных и гражданских зданий. В последнее время все более широкое применение находят фермы из 
гнутосварных профилей (ГСП) - рис. 3.1. 
Изготовление ферм с непосредственным прикреплением элементов решетки к 
поясам возможно только при специализированном производстве с контролем качества 
всех операций. 
Бесфасоночные узлы сопряжения целесообразны  при замкнутом сечении сопрягаемых элементов (трубы круглого и прямоугольного сечений), причем сопряжение  
именно прямоугольных трубчатых сечений происходит наиболее просто, путем косого 
реза и последующей сварки. На рис. 3.2 показан такой узел. 
Замкнутые гнутосварные профили изготовляют на специализированных станах 
путем формирования круглого трубчатого сечения с продольным сварным швом и последующим обжатием валками в квадратный или прямоугольный профиль. 
Размеры профилей назначаются в соответствии с  ГОСТ 30245 [5], ГОСТ 32931 
[6].  
Преимущества гнутосварных профилей (ГСП): 
- высокие показатели радиусов инерции относительно площади, при 
этом полнее используются прочностные показатели стали; 

Рис. 3.1. Фермы из гнутосварных профилей. 

 
 

 
 
Рис. 3.2. Бесфасоночный узел фермы. 
 
 
 

- замкнутые гнутосварные профили эффективно работают на кручение и изгиб 
в двух плоскостях; 
- возможность бесфасоночного соединения узлов фермы, что приводит к 
уменьшению ее веса и упрощению конструкции узлов; 
- гнутосварные профили имеют обтекаемую форму, в них отсутствуют щели и 
пазухи, в которых скапливается грязь и пыль, они доступны для осмотра, 
очистки и окраски и менее подвержены коррозионным процессам. 

Серийный выпуск ферм из ГСП осуществляется на Молодеченском заводе по 
серии 1.460.3-23.98 «Стальные конструкции покрытий производственных зданий из замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения пролетом 18, 24 и 30 м с 
уклоном кровли 10%» [18] , а ранее - по ГОСТ 27579 «Фермы стальные стропильные из 
гнутосварных профилей прямоугольного сечения» (уклон верхнего пояса 1,5%). 

Уклон верхнего пояса фермы влияет на выбор материалов кровли (таблица 1 [15]). 
Как правило, используются схемы ферм с нисходящим опорным раскосом и 
шарнирным опиранием ферм на колонны в уровне верхнего пояса. Такое решение имеет ряд достоинств: наиболее нагруженный опорный раскос работает на растяжение и 
поэтому имеет меньшее сечение, упрощается монтаж ферм и улучшается их общая 
устойчивость. 
Опирание профилированного настила  происходит непосредственно на верхний пояс (беспрогонное покрытие) или на прогоны. 
Для обеспечения транспортировки фермы разбивают на  отправочные марки 
так, чтобы длина таких марок не превышала 18 м. 
Углы примыкания раскосов к поясу должны быть не менее 30°, в этом случае 
обеспечивается плотность примыкания раскоса к поясу. 
При проектировании ферм необходимо стремиться к максимальному сокращению видов применяемых сталей и типоразмеров проката. 
Расстояние между смежными стенками (носками) раскосов для уменьшения 
расцентровки должно быть минимальным из условия наложения двух сварных швов и 
составляет 20-50 мм. 
В узлах допускается  расцентровка для предотвращения двойного реза раскоса. 
В стыках и свободных торцах поясов необходимо устанавливать заглушки, 
герметично закрывающие внутреннюю полость профиля от проникновения влаги и пыли. В местах приложения к поясам сосредоточенных нагрузок (прогоны, площадки, монорельсы и т.п.) необходимо предусматривать накладки, прокладки, ребра и другие детали, снижающие местные напряжения и предохраняющие профиль от местных деформаций и повреждений. 
Примеры схем типовых ферм из замкнутых гнутосварных профилей приведены 
в Приложении 1. 
 
 
 
4. Система связей по покрытию 
 

Фермы обладают чрезвычайно малой устойчивостью плоской формы изгиба. 
Жесткость ферм из плоскости изгиба обычно меньше жесткости в плоскости в 10001500 раз. При закреплении только опорных сечений ферм сжатый верхний пояс легко 
теряет устойчивость из плоскости фермы. Закрепление узлов пояса фермы достигается 

устройством связей (п. 15.4 [12]). Кроме того, связи обеспечивают устойчивость конструкций при монтаже, а также воспринимают усилия от  бокового давления ветра и от 
горизонтальных крановых нагрузок.  
Конструктивно геометрически неизменяемую систему покрытия образуют созданием нескольких связевых жестких пространственных блоков и присоединения к 
ним других стропильных ферм распорками (растяжками). Связевые пространственные 
блоки формируют из двух смежных ферм, объединенных горизонтальными и вертикальными связями. 
Следует отметить, что согласно дополнению к п. 15.4.6 [12]  прогоны покрытия 
с шарнирным креплением к фермам покрытия сверху нельзя считать элементом связи 
или распоркой, если один из его концов допускает возможность поступательного смещения. 

Предельные длины температурных отсеков и расстояния между вертикальными связями назначаются в соответствии с табл. 44 [12]. Так, на пример, для отапливаемых зданий при расчетной температуре воздуха  t  ≥ - 45°C наибольшее расстояние 
между температурными швами составляет 230 м, а наибольшее расстояние от температурного шва или торца здания до оси ближайшей вертикальной связи – 90 м. При наличии между температурными швами двух вертикальных связей расстояние между последними  в осях не должно превышать для зданий  40–50 м.  
 Связевые блоки устраивают в торцах здания или температурного отсека, а 
также и в его средней части с расстояниями между блоками  60-90 м. При конструктивном решении здания без торцевой фермы связевой блок образуют путем объединения 
ближайших к торцу двух ферм, передавая горизонтальные нагрузки от торца на этот 
блок. 
Геометрия ферм из ГСП по типовым сериям не позволяет конструировать систему связей традиционно.  Нижние пояса ферм не примыкают к колоннам, а узлы 
верхнего и нижнего поясов смещены относительно друг друга по вертикали на половину шага узлов. 
Горизонтальные связи по верхним поясам стропильных ферм включают в себя 

поперечные связевые фермы и распорки. Роль распорок по верхним поясам могут выполнять прогоны (с учетом  введения дополнения к п. 15.4.6 [12]). Поперечные связевые фермы устанавливаются в связевых блоках, распорки раскрепляют верхние пояса 
ферм от смещений из плоскости по всей длине здания и крепятся к связевым блокам. 
Распорки устанавливают в середине пролета и по его торцам, расстояние между ними 
назначают так, чтобы гибкость пояса каждой фермы из плоскости рамы на время монтажа не превышала 220. 
Горизонтальные связи по нижним поясам состоят только из  распорок (растя
жек). Введение поперечных и продольных связевых ферм не имеет смысла, т.к. нижние 
пояса ферм не примыкают к колоннам. Распорки по нижним поясам устанавливают для 
уменьшения гибкости нижнего пояса из плоскости фермы; они располагаются в плоскости прогонов, т.е. не в узлах нижнего пояса.  
Вертикальные связи между фермами служат для устранения сдвиговых дефор
маций в блоке покрытия вдоль здания. Вертикальные связевые фермы устанавливают в 
связевых блоках. В зданиях с подвесными кранами, особенно при большой их грузоподъемности, вертикальные связи целесообразно располагать в плоскостях подвешивания кранов.