Рама стропильная: виды и монтаж для разных форм скатных крыш

виды и монтаж для разных форм скатных крыш

Хороший фундамент – еще не означает, что дом простоит «верой и правдой» на протяжении долгих лет. Еще одна крайне важная составляющая – надежная и качественная стропильная система для крыши. Давайте разберемся, как она устроена в случае скатной крыши, каких видов бывает и из каких элементов состоит.

Содержание материала:

[—ATOC—]

[—TAG:h3—]

Стропильные системы крыши

Содержание

  1. Какими должны быть стропила для крыш
  2. Главные конструкционные элементы стропил
  3. Виды стропильных систем разных типов крыш
  4. Висячие
  5. Наслонные
  6. Односкатные крыши
  7. Двускатные
  8. Вальмовые или четырехскатные
  9. Ломанная крыша
  10. Дополнительные элементы
  11. Особенности установки стропильной системы и мауэрлатов двускатных крыш

Какими должны быть стропила для крыш

Вот несколько видов стропил, которые чаще всего используются в современном строительстве:

  • металлические сложно изменить, но этот материал долговечен;
  • деревянные просты в использовании и изменении, но требуют дополнительной обработки;
  • деревянные двутавровые балки (сделаны из бруса и ОСП) отличаются ровностью при максимальной длине до 12 метров, но стоимость выше обычной системы из дерева;
  • железобетонные не поддаются изменениям вообще, но их выделяет длительный срок службы;
  • смешанные или комбинированные системы.

Каждый из них обладает своими плюсами и минусами, которые включают в себя прочность, цену, легкость монтажа, возможность небольших изменений, связанных, к примеру, с несоответствующими размерами, взаимодействие с окружающей средой. В данном материале пойдет речь о самом популярном материале для изготовления стропил — дерево. выделим основные задачи, которые ставятся перед конструкциями данного вида.

Первое, и самое главное – прочность каждого элемента. Крыша не должна деформироваться или сдвигаться. Основа конструкции стропил – треугольник. Именно в виде треугольника делают фермы (рамы), крепящиеся параллельно. Неподвижные и жесткие, они «возглавляют» всю конструкцию.

Малая масса. Тяжелая крыша – это крайне плохо. Поэтому большинство элементов производят из дерева. Если же вес кровельной системы большой, то его усиливают металлическим каркасом. Основа – хвойные породы дерева небольшой влажности.

Каким требованиям должно отвечать дерево:

  • 1-3 сорта. Без сколов, сучков и трещин.
  • Элементы из дерева не должны быть менее 5 см. по толщине, и с площадью до 45 кв. см.
  • Максимальная длина бруса из дерева хвойной породы не должна превышать 5-6 м.
  • Мауэрлат и прогоны изготавливаются исключительно из твердых пород дерева.

Главные конструкционные элементы стропил

Любой хозяин, планирующий возведение стропильной системы, обязан быть в курсе, из чего она состоит.

  1. Мауэрлат. Основа всей конструкции. С помощью этого элемента устанавливается правильная нагрузка на все несущие элементы дома.
  2. Стропильная нога. Задет наклон скату, придает крыше привлекательный вид, надежно закрепляет конструктивные части системы.
  3. Затяжка. Не позволяет «расходиться» ногам. Крепко удерживает их в нижней части.
  4. Прогон. Крепит стропильные ноги в верхней части системы (коньковый прогон) и по бокам (боковой прогон).
  5. Обрешетка. Монтируется строго перпендикулярно относительно балок. Изготавливается из обрезанного бруса или досок.
  6. Стойки/подкосы
    . «Добавляют» ногам еще больше стойкости.
  7. Свес. Защищает основные конструкции здания от различных природных осадков.
  8. Конек. Место, в котором закрепляются скаты.
  9. Кобылки. Создают свес. Необходимы в случае, когда стропила не имеют необходимой длины.
Детали стропильных систем на примере двускатной крыши, которые можно использовать для различных конструкций крыши

Давайте разберемся с таким составным элементов стропильной системы, как ферма. Ее делают плоской, и, помимо растяжки, в нее включаются раскосы и сами балки. Закрепляются все эти детали таким образом, чтобы нагрузка на главные конструкции шла вертикально.

В случае, когда пролет довольно большой, то ферма делается из нескольких составляющих. Нижняя часть фермы – потолок чердака. Точное число ферм определяется после серьезных расчетов на каждом конкретном объекте.

Виды стропильных систем разных типов крыш

Все варианты конструкций определяются двумя основными видами устройства стропильных систем: висячими и наслонными.

Висячие

Идеально подходят для двускатных типов крыш, с небольшими пролетами – до 5 м., без внутренних перегородок. Нижняя опора – мауэрлат. В такой системе применяется затяжка, которая уменьшает распор конструкции на главные опоры здания.

Конструкция крыши висячего типа

Балки висячих стропил расположены внизу – они также играют роль балок перекрытия. В случае, когда перекрытие были изготовлены из железобетонных конструкций, они также могут быть затяжками системы.

Важные дополнения:

  • Не стоит использовать ноги в качестве основного опорного элемента для свеса крыши. Более оптимальный вариант – кобылка (при условии, что свес имеет ширину не более 1 м.). Нога, при таком решении, передает нагрузку по всей своей плоскости мауэрлату.
  • Когда древесина имеет влажность более 20%, стоит заранее приготовиться к тому, что после высыхания система начнет «ходить».
    Решение – использовать в качестве крепежей болты, которые всегда можно подтянуть. Но, еще более «продвинутый» вариант – «мощные» крепежные винты.
  • На верху крыши обязательно нужно закрепить ветровую доску (должна идти от самого мауэрлата до верха конька). Угол организовывается от мансарды. Нужно это для создания максимально прочной крыши, стойкой к ветровым нагрузкам.

Наслонные

Применяются для крыш с пролетами 9-15 м. Вверху такие стропила крепятся на коньковый прогон, внизу – на мауэрлат.

Наслонная стропильная система

Если пролет более 15 м., то вместо конькового прогона монтируется два боковых, которые дополнительно крепятся на стойки.  В случае, когда будет создаваться чердак, в качестве опоры наслонных балок используют стену.

Особенности:

  • Любая конструкционная часть такой системы не должна быть толще 5 см.
  • Поверхности элементов должны быть максимально гладкими и обработанными.
  • Очень тщательно нужно отнестись к расчету нагрузок на каждый конструкционный элемент.
  • Мауэрлат должен располагаться строго в горизонтальном положении относительно вертикальных опор.
  • Симметрии нужно придерживаться и при монтаже подкосов со стойками.
  • Качественная вентиляция – залог того, что ваша система стропил не сгниет в будущем.
  • В точках соединения элементов с камнем или кирпичем нужна хорошая гидроизоляция.

В зависимости от выбранной застройщиком формы крыши, ее каркас также будет различным. Предлагаем изучить различные варианты для наиболее популярных верхних конструкций дома.

Односкатные крыши

Изготавливаются под углом 13-25 градусов, такие крыши имеют наиболее простые (в плане изготовления и монтажа) стропила. В случае небольшого здания с пролетами до 5 м. применяется наслонная система. В случае, когда пролеты больше 5 м – дополнительно применяют фермы.

Двускатные

Тоже довольно простой вариант. Особенно, когда под такой крышей оборудуется чердак или мансардный этаж. Углы наклона – 15-63 градуса. Если капитальные перегородки расположены на расстоянии до 6 м. (относительно друг друга) – монтируют висячие стропила. Для ходовых размеров дома 6х6 или 9х9 метров рекомендуем использовать следующие схемы устройства крыши.

Рекомендуемая схема монтажа стропильной системы висячего типа для двускатной крыши

Увеличивая размеры дома, необходимо видоизменять (усиливать) конструкцию. В таких случаях необходимо использовать наслонную технологию.

Варианты двускатной крыши для пролетов более 10 метров: применение наслонной стропильной системы

Вальмовые или четырехскатные

Правила устройства стропильной системы вальмовой крыши

С углами наклона 20-60 градусов, и пролетами не более 13 м. Обязательное условие – внутренние усиливающие элементы. Для крыш такого типа используются фермы, или же монтируются стропила для крыш наслонного вида.

Ломанная крыша

Монтаж стропил ломанной крыши

В нижней своей части может обладать наклоном до 60 градусов, в верхней – пологая. Ввиду этой особенности мансардная площадь становится несколько больше. Используются такие же типы стропил, как и в варианте с четырехскатными крышами. Но, рекомендуется применять фермы.

Дополнительные элементы

Для создания максимально прочной крыши, каждая составная часть конструкции должна очень прочно соединяться с каркасом и остальными элементами. При этом крайне важно учитывать силу ветра и направление возможных механических нагрузок.

Более того, стоит обращать внимание еще и на древесину. Она может растрескаться из-за пересыхания. Поэтому важно создать такую конструкцию, в которой каждый элемент будет «работать» максимально слаженно.

Раньше все конструкционные элементы стропил закреплялись врубками. Но, это было не слишком «дешевое и экономичное удовольствие», так как необходимо брать деревянные элементы большого сечения.

Способы крепления стропил к мауэрлату и коньковому прогону

Так, сегодня для крепежа используются не врубки, а специальные болты и нагели:

Накладки из металла с атникоррозийным покрытием – еще один вариант крепежей. Они монтируются на элементы системы с помощью зубчатых пластин или гвоздей. Преимущества таких креплений следующие:

  1. Небольшой расход на одну единицу древесины.
  2. Простота монтажа.
  3. Высокая скорость закрепления.
Перфорированные элементы крепления: углы, пластины, опора бруса

Особенности установки стропильной системы и мауэрлатов двускатных крыш

Схема установки стропильной системы в случае двускатной крыши

I – мауэрлат, II – стропильная нога, III – перекрытие.

Использовать узкие стропильные ноги – «прямой путь» к провисанию системы в будущем. Чтобы не допустить этого, нужно применить специальную решетку – укрепление, в которую входят подкосы, стойки и ригеля. Чтобы создать ее, нужно взять древесину толщиной 2,2 и шириной 15 см., или использовать пластины из дерева диаметром минимум 13 см.

Стропила крыши – несущая конструкция скатов. Она состоит из элементов, которые можно соединять между собой ригелями, распорками, стойками и т.п. Материал для опорных балок, помимо наиболее распространенного – древесины, может быть любым – металлом, железобетоном или же смешанным.

Таблица для расчета стропильной системы в зависимости от расстояния между собой и длины

Древесина (брус) должна иметь сечение от 40 на 150 до 100 на 250 мм. Зависит эта цифра от удаленности ног одна от другой, и числа осадочных нагрузок для конкретной области (расчет проводится отдельно).

Доска не должна иметь более 5 см в поперечном сечении. Ширина прямо пропорциональна длине. К примеру, если ваша доска 5 м в длину, то ее ширина не должна быть менее 13 см. Немаловажен и основной материал обрешетки крыши. При его выборе стоит уделить внимание наличию сучков, сколов и трещин. Если найти максимально ровные бруски дерева не получается, то максимальная длина сучков не должна быть более 1/3 толщины древесины.

Последний шаг монтажа стропил для крыши – надежное закрепление каждого элемента. Скобы и металлические углы – самые оптимальные элементы для этих целей. Но, в современном строительстве все чаще стали использовать болты.

84 фото от проектирования до реализации

Чтобы здание было долговечным и надёжным, оно кроме крепкого фундамента должно обладать хорошей стропильной системой, устойчивой ко всем видам природных осадков и способной выдерживать ветровые, снеговые и дождевые нагрузки.

Каким требованиям должна отвечать стропильная система

Стропила должны отвечать следующим требованиям:

Они и места их сочленений должны быть жёсткими. Необходимо полное отсутствие деформаций при усилиях сдвига и распора. Краеугольный камень всей системы – это треугольник.

Стропильная конструкция состоит из закреплённых параллельно друг другу треугольных ферм (рам). Именно они придают кровле нужную устойчивую позицию. А подвижность рам может привести к деформации или даже обрушению крыши.

Кровля не должна иметь большой вес. Учитывая это, обычно для изготовления стропил используют деревянный брус. В случае тяжёлой крыши его заменяют на металл или на первосортную древесину хвойных пород с показателем влажности не выше 18%.

Дерево обязательно нужно обработать антисептиками и антипиренами. Это позволит добиться необходимой прочности и крепости стропильных узлов.

Применяемая в стропильной системе древесина должна быть высококачественной. Обычно используют дерево 1-3 сорта с минимумом сучков и трещин.

Допускается наличие трех сучков длиной не более 30 мм на 1 м. Приемлемая глубина трещин – 1/2 часть доски. Для несущих элементов применяют брус толщиной 50 мм и больше с сечением более 40 см².

Длина досок из хвойной древесины не должна превышать 6,5 м, а из лиственных пород – 4,5 м.

Мауэрлат, прогоны и подушки изготавливают исключительно из твёрдых пород лиственных деревьев и в обязательном порядке применяют антисептическую обработку.

Стропильная система требует предварительных расчетов. Примеры расчетов стропильной системы крыши можно найти в Интернете.

Устройство стропильной системы

По фотографиям системы стропил можно увидеть, что она состоит из:

Мауэрлата. Он играет роль основания всей стропильной конструкции. С его помощью происходит равномерное распределение нагрузок на стены.

Стропильной ноги. Это основная составляющая часть системы стропил, определяющая угол наклона кровельного ската, к ней жёстко крепятся остальные детали.

Прогонов. Они выполняют роль скрепляющих стропильные ноги элементов.

Затяжки. Эта деталь соединяет стропильные ноги и препятствует их разъежанию.

Стоек и подкосов. Они придают ногам стропил надежности.

Обрешетки. Она располагается перпендикулярно стропильным ногам и состоит из обрезных досок. Ее функция заключается в передаче нагрузки от кровли на стропильные ноги.

Конька. Он соединяет два ската кровли.

Кобылки. С ее помощью делают свес, если не хватает длины ног стропил.

Свеса кровли. Он защищает стены от осадков.

Возможные конфигурации крыш

Крыши могут быть:

  • односкатными;
  • двухскатными;
  • четырехскатными;
  • ломанными.

Виды стропильных систем

Вид стропильной системы зависит от конструктивного решения здания и его параметров.

Существуют следующие разновидности системы стропил:

Система с висячими стропилами. Прекрасное решение для двухскатных крыш с длиной пролёта менее 6 м и отсутствием внутренних стен.

Вальмовая стропильная система. Это кровля с четырьмя скатами, два из которых имеют форму трапеции, а остальные представляют собой равнобедренные треугольники.

Наслонная система. Она хороша для кровель с длиной пролёта от 10 до 16 м. Внутри дома обязаны находиться несущие стеновые конструкции или колонны. Значения уклона могут быть различными.

Монтаж стропильной системы – дело сложное и трудоемкое, требующее ответственного подхода. Надеемся, что эта статья поможет вам.

Фото стропильной системы

Главная > Блог > Вопросы и ответы: Стальная ферменная рама и жесткая рама

Опорная конструкция для стального строительного комплекта может иметь несколько различных стилей. Как и большинство компаний, занимающихся комплектованием стальных конструкций, Simpson Steel Building Company продает жесткие конструкции (двутавровые балки) или полые трубчатые стальные строительные конструкции. Одной из наиболее определяющих характеристик металлических зданий с жестким каркасом является инфраструктура из двутавровых балок.

В дополнение к жестким рамам, Simpson Steel также разработала и запатентовала конструкцию стальной фермы, чтобы конкурировать с деревянными стойлами. Наша стальная ферма имеет форму деревянной фермы с нижним поясом, но основным исключением является то, что все элементы фермы выполнены из стали. Эта уникальная конструкция обеспечивает значительное экономическое преимущество. Поскольку наш дизайн уникален для нас, мы часто получаем несколько вопросов относительно различий между нашей запатентованной конструкцией каркаса из стальных ферм и зданиями с жестким каркасом из металла. Вот некоторые из наиболее частых вопросов, которые мы получаем.

Часто задаваемые вопросы

Q : Являются ли здания с жестким каркасом и ферменным каркасом по существу одинаковыми?

Ответ:
Абсолютно. Все компоненты, кроме рам, в значительной степени идентичны, включая прогоны, прогоны, углы, обшивку и т. д. Планировка здания и расстояние между рамами также обычно одинаковы.

Q: Мы говорим о строительных фермах, которые вы часто видите, которые по сути заменяют балку в конструкции?

A: Нет. Ферменная рама представляет собой большую конструкцию треугольной формы с поперечинами, состоящими из красных железных балок, прикрученных друг к другу через стальные пластины. Конструкция состоит из стропил размером 10 дюймов x 3-1/2 дюйма и имеет толщину 12 калибров. Это часто путают с балками типа ножничной фермы, которые построены из параллельных углов с чередующимися стержнями, расположенными по диагонали между двумя углами, — тогда они используются вместо балок, таких как двутавровые балки и т. Д. Они не имеют та же прочность конструкции, что и у треугольной системы поддержки крыши, которую обеспечивает стальная ферма Simpson.

Многие из наших конкурентов скажут вам, что фермы не такие прочные или хорошо спроектированные, как жесткие рамы, но они ссылаются на эти стили ферм с ножницами, и поэтому с этой точки зрения они правы. Тем не менее, очень немногие знакомы с запатентованной фермой Симпсона, которая может соответствовать или превосходить прочность конструкции с жесткой рамой при гораздо более экономичной цене.

Q: В чем разница между сталью, которую мы используем в наших зданиях со стальными фермами, и сталью, используемой в металлических зданиях с жестким каркасом?

A: Ответ заключается в том, что сталь, используемая в обоих зданиях, одинакова! Оба представляют собой стальные строительные конструкции из красного железа (что просто означает сталь с красной грунтовкой). Однако в системе с жестким каркасом рама будет состоять из опор в виде двутавровых балок, для которых требуется использование гораздо большего количества стали, чем для ферменных конструкций, потому что опора в жесткой конструкции исходит из толщины стали. В конструкциях из стальных ферм опора обеспечивается запатентованной конструкцией ферм, что означает, что для конструкций ферм используется гораздо меньше стали. Это делает цену значительно меньше, чем жесткие или двутавровые конструкции.

Q: Какой тип здания дешевле?

A: Стальные ферменные конструкции, когда они применимы, почти всегда дешевле. В ферменной конструкции используется меньше стали, чем в жестких рамах, чтобы обеспечить такой же уровень прочности и поддержки, что приводит к более экономичной цене.

Q: Нам нужно здание с открытым пролетом. Является ли конструкция стальной фермы открытым пролетом такой же, как и жесткая конструкция?

А: Да! Стальные ферменные конструкции имеют открытый пролет по всему зданию. У них нет внутренних колонн. Одно небольшое отличие состоит в том, что будет нижний пояс, который проходит горизонтально через здание, где расположена каждая ферма, и эта балка будет чуть более чем на 1-1/2 фута ниже высоты карниза, поскольку конструкция находится ниже крыши. Под этим все здание представляет собой чистый пролет.

Q: Будет ли ферменная конструкция соответствовать моим требованиям к снеговой или ветровой нагрузке?

Ответ: Да! Стальные ферменные конструкции обеспечивают такую ​​же поддержку, как и жесткие конструкции, чтобы соответствовать требованиям снеговой и ветровой нагрузки для всех областей. Разница в том, что прочность зданий со стальными фермами зависит от самих ферм, а не от толщины стали в металлических зданиях с жестким каркасом. Если требования к снеговой нагрузке выше, чем обычно, в конструкцию будут включены дополнительные фермы, а не просто увеличение толщины стали в жесткой раме.

В: Легко ли монтируются здания со стальными фермами?

A: С точки зрения сборки стальных строительных комплектов, конструкция стальной фермы является одним из самых простых типов строительных комплектов. Для него требуется на несколько болтов больше, чем для жесткой конструкции, но его по-прежнему просто возводить. Это полностью сборное здание. В большинстве случаев для подъема жестких рам на место обычно требуется кран. В ферменном здании ферму можно собрать на земле, а затем поднять на место с помощью вилочного погрузчика, трактора с вилами, мини-погрузчика и т. д.

В: Нужно ли мне уметь сваривать или иметь кран для сборки стальной ферменной конструкции?

А: Нет! Строительные конструкции из стальных ферм полностью собираются на болтах, сварка не требуется! Вам также не понадобится кран для сборки, который потребуется для жесткой рамной конструкции. Фермы будут построены на земле, и вам понадобится вилочный погрузчик или бобкэт, чтобы поднять их поверх колонн, где они будут закреплены болтами. Кран необходим для жесткой каркасной конструкции, что является очень дорогой составляющей стоимости возведения здания.

В: Я слышал, что для изготовления большинства жестких рам или двутавровых балок требуется около 8-12 недель. Каковы ваши сроки изготовления стальной ферменной конструкции?

A: Стальные ферменные конструкции имеют гораздо более короткое время выполнения заказа, чем двутавровые балки или конструкции с жестким каркасом. Общее время выполнения работ со стальной ферменной конструкцией, как правило, примерно вдвое меньше, чем у системы с жестким каркасом, обычно около 4-6 недель. Как только депозит будет размещен, мы получим ваши планы и чертежи примерно через одну-две с половиной недели, в зависимости от объема инженерных работ, которые требуются вашему округу. На этом этапе, если вы хотите, чтобы мы изготовили и доставили немедленно, мы предоставим вам здание в течение примерно 2 с половиной недель. Эти временные рамки не включают время, затрачиваемое заказчиком на завершение процесса получения разрешения в разрешительном органе, но изготовление может иметь место в любое время после составления планов.

В: Одинаковая ли стоимость перевозки в конструкции со стальной фермой по сравнению с жесткой конструкцией?

А: Нет! Стальные ферменные конструкции значительно легче, поэтому стоимость перевозки для них ниже, чем для жесткой конструкции. Это еще одна причина, по которой цены на стальные фермы намного дешевле! Все цены, предоставляемые Simpson Steel Buildings, уже включают стоимость перевозки наших зданий.

В: Существуют ли какие-либо ограничения для конструкции стальной фермы?

A: Да, есть парочка. Стальные ферменные конструкции имеют максимальную ширину 50 футов на фронтонах и максимальную высоту 18 футов в высоту. Однако они могут быть любой длины, которая вам нужна по бокам. Чрезвычайно тяжелые снеговые нагрузки также могут представлять проблему. Чтобы ферменная конструкция выдерживала очень большие снеговые нагрузки (более 70 фунтов), нам нужно добавить больше ферм. Это помещает больше колонн по бокам, что может исключить определенные рабочие функции внутри здания, поскольку размер проемов верхних дверей будет ограничен. В этом случае Simpson Steel Buildings порекомендует жесткую конструкцию, поскольку функциональность может быть ограничена конструкцией каркаса из стальной фермы, а разница в стоимости между двумя системами будет намного меньше.

Итог

В конечном счете, система каркаса из стальных ферм может обеспечить такую ​​же или лучшую прочность, функциональность и т. д., что и здания с жестким каркасом из металла, но обычно по гораздо более экономичной цене. Если вы хотите приобрести здание, обязательно ознакомьтесь с запатентованной конструкцией ферменного каркаса Simpson Steel Building, где вы получите максимальную отдачу от затраченных средств, а также лучшее обслуживание клиентов в отрасли.

Хотите узнать больше о наших зданиях со стальными фермами и жесткими каркасами? Свяжитесь со специалистами Simpson Steel Building Company уже сегодня!

AASQ #152: Почему в современных велосипедных рамах нет внутренней системы ферм?

Опубликовано 14 января 2022 г. Джесси-Мэй Морган

Поддержите нас! BikeRumor может получать небольшую комиссию за партнерские ссылки в этой статье. Учить больше.

Мы знаем, глупых вопросов не бывает. Но есть некоторые вопросы, которые вы, возможно, не захотите задавать в местном магазине или приятелям по верховой езде. AASQ — это наша еженедельная серия, в которой мы разбираемся в ваших вопросах — серьезных или нет. Нажмите на ссылку внизу поста, чтобы задать свой вопрос.

С возвращением в серию Bikerumor Задай глупый вопрос . На этой неделе мы более подробно рассмотрим менее заметное использование ферменных систем в конструкции велосипедных рам. Одному из наших читателей интересно узнать, почему использование ферм, в частности внутренних ферм, не получило более широкого распространения в отрасли. Чтобы ответить на этот вопрос, мы обратились к нескольким разработчикам рам, которые в различных формах использовали систему ферм при производстве своих рам. Используя сами ферменные системы, они, возможно, лучше всего могут прокомментировать, почему эта необычная конструкция рамы осталась, ну… необычной.

  • Сэм Уайлдинг, директор по продажам и инжинирингу IsoTruss
  • Райан Джонсон, дизайнер рам в Galaxy Gear Works
  • Бернд Иванов, дизайнер рам и инженер Frace Bike

Почему в современных велосипедных рамах нет внутренней анкерной системы? Да, нам нужно, чтобы поверхность была гладкой, но почему больше не говорится об отдельных нитях волокна, принимающих на себя несущую нагрузку в системе ферм? Может быть потенциальная экономия веса в жестких местах, таких как каретки и рулевые трубы.

IsoTruss: Ферменные системы имеют преимущества в весе и жесткости, но есть некоторые проблемы при объединении системы ферм с остальной частью рамы велосипеда. Во-первых, некоторые преимущества. Когда речь идет о полых композитных трубах/секциях, наиболее эффективные конструкции имеют тонкие стенки и большую площадь поверхности. Это делает стены склонными к проколу, и такие конструкции могут быть склонны к короблению оболочки. Представьте себе пустую банку из-под газировки. На нем можно стоять, но малейшее прикосновение к стенке банки приводит к обрушению.

IsoTruss достигает высокого отношения прочности к весу благодаря особой геометрии, в которой используются продольные и спирально навитые элементы. «Изо» и «ферма» в «IsoTruss» исходят из ее эффективной геометрии; равнобедренные треугольники, образующие ферму из пирамид, которые придают IsoTruss ее уникальную прочность и жесткость. Вы бы прокатились на одном из них? Дайте нам знать об этом в комментариях!

В системе ферм отдельные элементы фермы более прочны, чем тонкие стенки трубы, и менее подвержены повреждениям. Типы отказов фермы, как правило, также легче предсказать. Фермы более эффективны с точки зрения отношения прочности к весу, чем полые трубы, что приводит к более жестким и легким конструкциям.

Мы попросили Delta7Bikes внести свой вклад в эту неделю, но мы еще не получили ответ — эти ребята используют технологию IsoTruss для производства карбоновых рам для шоссейных велосипедов

Теперь немного о задачах. Самая насущная проблема и вероятная причина, по которой ферменные системы не получили более широкого распространения, — это производство. Секции фермы требуют сложного изготовления. Каждая секция изготавливается отдельно, а затем вручную интегрируется с другими компонентами каркаса. Этот процесс медленный и дорогой. Для многих дополнительные затраты не оправдывают повышения производительности. Инвестиции в более совершенные методы производства, скорее всего, приведут к более стабильным и менее дорогим продуктам.

Galaxy Gear Works: Прежде всего, любые внутренние фермы/перемычки/и т. д. могут быть очень трудными или невозможными для выполнения осмысленным или экономически эффективным способом в любом производственном масштабе. Существующие методы производства тонкостенных металлических труб, распространенных в велосипедной промышленности (из алюминия, стали, титана и т. д.), исключают включение внутренних элементов. В то время как мы можем управлять толщиной стенки с помощью процессов стыковки и формы с помощью различных методов формования, мы можем производить только полые трубы, то есть без ферм. Производство углеродных труб в том виде, в каком мы его знаем в этой отрасли, также (обычно) исключает создание внутренних элементов, независимо от того, формируются ли трубы на оправке или внутри формы.

Проверка профилей стыковки стальных труб в Five Land Bikes, Эдинбург

Однако… За последние несколько лет я видел внутреннюю перемычку в штоке на нескольких карбоновых вилках. Я не верю, что это обычная практика. Почему бы и нет, спросите вы? Во-первых, я уверен, что лепить шток с перемычкой, разделяющей трубу, — это огромная головняк. Точность укладки и уплотнение ламината будут, мягко говоря, сложными. Выравнивание мочевого пузыря и удаление после полимеризации также могут быть значительными препятствиями. Вот еще одна мысль, которая, возможно, является реальной причиной того, что это не распространено; вилочный шток должен соответствовать определенным конструктивным критериям, которые, возможно, определяют толщину стенки до такой степени, что внутренняя перемычка / мост являются излишними. Помимо сил сдвига и изгиба на вершине вилки, верхняя часть рулевой трубы должна противостоять усилиям зажима штока и неуклюжей механики.

Даже если предположить, что все ритуально соблюдают требования производителя по крутящему моменту и используют динамометрический ключ для установки креплений, он должен выдерживать приличную сдавливающую силу. Добавьте к реальным напряжениям «фактор выдумки», который инженер рассчитывает там, чтобы порадовать юристов, и у рулевого должна быть довольно здоровенная стена — определенно достаточно крепкая, чтобы выдерживать нормальные нагрузки на кручение, сдвиг и изгиб. .

Шток также должен иметь такую ​​«изрядную» толщину стенок на большей части своей длины, чтобы приспособиться к высоте зажима выноса для самых разных размеров велосипедов, если предположить, что серийная вилка. Итак… действительно ли имеет смысл использовать внутренние фермы/лямки/перемычки на серийной вилке? На мой взгляд, это потребует слишком много усилий за слишком маленькую награду. Я не верю, что это может добавить измеримых преимуществ в производительности или снизить вес на значимом уровне.

Рама Pegoretti Big Leg Emma с одной из самых потрясающих окрасок, которые мы когда-либо видели!

Я также видел несколько примеров внутренних элементов на стальных велосипедах, и в настоящее время я катаюсь на MTB с внутренними перемычками в нижних перьях. Суть вышеупомянутых особенностей заключается в жесткости. Дарио Пегоретти создал Big Leg Emma с серией мостов из плоских листов в нижней трубе. Они вставляются в прорези, прорезанные по бокам трубы, припаиваются на место и закрываются аккуратной припаянной косынкой. Вы можете увидеть эти особенности на странице модели на веб-сайте Pegoretti.

Вы можете узнать больше о фантастической покраске Дарио Пегоретти в нашей статье о рамах Interbike 2014

Трубы на этом велосипеде довольно большого диаметра для стальных труб, и я уверен, что стенки довольно тонкие. На мой взгляд, соединительные пластины достаточно длинные (относительно длинной оси трубы), чтобы действовать как ферма, чтобы увеличить сопротивление трубы боковым изгибающим силам, то есть тотальному спринту для городских знаков ограничения во вторник. ночи. Насколько он жестче за счет этих внутренних особенностей? Я понятия не имею. Измерить конечно можно.

Мой нынешний MTB был сконструирован как «хардтейл», поэтому он должен был быть довольно крепким. Сила и жесткость были первостепенными, и эти качества должны были сочетаться с короткими нижними перьями и шинами 2,8 дюйма. Имея все это в виду, нижние перья были довольно узкими там, где они образовывались вокруг шины. Я чувствовал, что это узкое поперечное сечение не обеспечит достаточной поперечной жесткости перьев.

Частично меня беспокоила реальная возможность деформации и изгиба трубы при нагрузке на педали. Как и те преимущества, которые, по моему мнению, присутствуют в нижней трубе Pegoretti, я думаю, что добавил прочности и жесткости трубам, добавив горизонтально ориентированные пластинчатые перемычки внутри узкой передней части перьев. Я выполнил эти дополнения, нарезав трубы, вставив пластины из листового металла (длиной около четырех дюймов) и приварив край пластины вдоль пересечения труб.

Как дико выглядит эта постройка?! Это полноподвесочный горный велосипед Galaxy Gear Works Roswell с рычажной вилкой Trust Performance.

Теперь мы задаемся вопросом: «Стоило ли это всех усилий?» Я не знаю ответа. Я не проводил никаких лабораторных испытаний или расчетов. Я не инженер. Что я точно знаю, так это то, что байк хорошо едет и становится сильным после более чем двух лет жесткой езды. Я также знаю, что, черт побери, не сэкономил веса, добавив эти мосты.

Возможно ли, что внутренние перемычки/фермы позволили сделать стенки труб тоньше? Я бы сказал, черт возьми! Как бы мы это сделали? Возможно, 3D-печать как-нибудь, а не кропотливая ручная работа или комбинация того и другого? И будет ли это стоить долговечности и, следовательно, практичности? Ответ может быть да. В качестве доказательства используйте массовое, но не удивительное распространение услуг по ремонту карбоновых велосипедов, возникающих по всей стране сейчас, когда объем карбоновых велосипедов с истекшим сроком гарантии достиг критической массы. Трубы на сверхлегких карбоновых шоссейных велосипедах не должны становиться намного тоньше, если мы не увидим большего объема более жестких материалов, таких как Dyneema, включенных в ламинаты. Все-таки это вещь дорогая!

Электромобиль Galaxy Gear Works Cosmo eMTB со встроенным задним багажником

На самом деле внутренние фермы обычно не используются в этой отрасли. Учитывая, что рамы из карбона обычно поступают на рынок весом менее 900 г, действительно ли нужно пытаться сделать их легче? Я не уверен. И чаще всего эти сверхлегкие велосипеды достаточно жесткие благодаря высокомодульному углероду и продуманной конструкции ламината.

Frace Bike: Труба по сравнению с ферменной системой всегда имеет меньший вес при той же жесткости. Таким образом, камера с трубкой позволяет сэкономить больше веса, но она также намного более утомительна. Все делают лампы, но мы хотим иметь что-то отличное от всех остальных. А для того, чтобы получить цельнофрезерованный каркас из алюминия, нет другой возможности, кроме как выбрать такой стиль, как ферменная система. Но эта стропильная система дороже – но выглядит великолепно. Конечно, вы должны платить больше, но тогда вы получаете уникальный стиль.

Frace F160 изготовлен из 70-килограммового алюминиевого листа

Есть собственный вопрос? Нажмите здесь, чтобы использовать форму «Задать глупый вопрос», чтобы отправить вопросы по любой теме, связанной с велоспортом, по вашему выбору, и мы попросим экспертов ответить на них за вас!

Джесси-Мэй Морган — технический редактор журнала Bikerumor в Великобритании и Ирландии.