Расчет металлического навеса поликарбоната

Расчет навеса из поликарбоната. Как рассчитать ферму для навеса

Поликарбонат – идеальный материал для строительства навесов. Он позволяет получить легкое сооружение с прозрачной кровлей, через которую проникает солнечный свет. Как правило, каркас выполняют из профилированных труб. Чтобы все сооружение было долговечным, необходимо правильно произвести расчет навеса из поликарбоната.

Из чего состоит каркас

Перед началом расчета навеса необходимо четко понимать, из каких элементов он состоит. А их всего несколько.

Стойки, как уже понятно из названия, являются теми элементами, на которых лежит весь навес. Как правило, это профилированная труба высотой 2,2-2,8 метра. Высота ее зависит от способа крепления. Если она крепится анкерами к закладной, забетонированной в земле, то высота ее берется 2,2 метра. В случаях если стойка забетонирована или закопана, то высота берется 2,8 метра.

Для укрепления навеса служат арки и фермы. Последних чаще всего устанавливают две. А вот точное количество арок подскажет только проведенный расчет навеса. Данное значение зависит от габаритов сооружения.

Ферма – элемент конструкции, соединяющий опорные столбы и лаги.

Листы поликарбоната крепятся к элементам конструкции, которые называются направляющими. Для этого используются термошайбы. Их расположение и частота шага зависят от расстояния между несущими опорами и вида поликарбоната (его толщины).

Этапы монтажа навеса

Для того чтобы правильно провести расчет навеса из профильной трубы, нелишним будет понимание всего процесса в целом. Состоит он из нескольких этапов. На закрепленные стойки крепятся арки. При этом угол между ними должен быть точно девяносто градусов. Образующиеся в результате этого секции крепятся к закладным анкерами. К этим же опорам крепятся фермы. Угол между фермами и арками также прямой (то есть девяносто градусов). Заключительный этап изготовления каркаса – фиксация направляющих. Они крепятся к верхней части арок. На этом каркас готов. После его покраски можно закреплять поликарбонатные листы.

Ошибки строительства, которые следует учитывать при расчете

Строительство навесов зачастую выполняют с ошибками. Они затрагивают не только выбор типа конструкции, но и проведенный вследствие этого расчет металлического навеса.

Распространенная ошибка – выбор наклонного навеса. Зачастую делают сооружение на двух столбах и наклонненное в наветренную сторону. Это далеко не самый лучший вариант для постоянного пользования (к примеру, для стоянки автомобиля). Опасность поджидает в том случае, если ветер изменит направление. Навес в таком случае можно сравнить с крылом самолета. Между ним и землей образуется подъемная сила, которая с легкостью может снести навес. Даже если будет четыре столба, это не всегда спасет.

Наклонные навесы подходят для ситуаций, когда конструкция пристраивается к зданию. Свободно стоящие наклонные навесы необходимо делать с закруглениями. Причем выпуклую часть ориентируют «навстречу» ветру.

Виды навесов

В зависимости от опорных элементов выделяют несколько видов навесов:

• Стоящие отдельно. У них по всему периметру устанавливают вертикальные опоры.

• Балочно-опорные, которые по одной стороне крепятся к зданию. У них одна сторона держится за счет опорных столбов. Вторая же ложится на балку, прикрепленную к стене здания.

• Консольно-опорные. Отличаются от предыдущего вида тем, что здесь к стене крепятся кронштейны или закладные.

• Консольные, которые держатся полностью за счет закладных. Обычно это небольшие козырьки над дверью.

Расчет навеса каждого вида проводится по разным схемам.

Типы навесов

По своей конструкции навесные сооружения могут быть трех типов:

• Односкатные, у которых кровля наклонена в одну сторону.

• Двускатные с двумя направлениями ската.

• Арочные, у которых кровля выполнена в форме полукруга (дуги).

Сбор данных

Расчет навеса из профильной трубы необходимо начинать со сбора необходимой информации. Она должна включать в себя следующие данные:

• Характеристики материала.

• Назначение сооружения.

• Форма конструкции.

• Данные о ветровых и снеговых нагрузках (они представлены в специальных таблицах для каждого конкретного региона).

Расчет навеса проводится с учетом описанных выше сведений. Он включает формулы и вычисления. Разобраться в них не каждый сможет. Оптимальный вариант — воспользоваться специальными программами и калькуляторами. На сегодняшний день их предостаточно в сети Интернет.

Козырьки над входом консольные

Навесы консольного типа зависят от размеров крыльца. В соответствии с требованиями нормативных документов, площадка перед дверью должна быть больше ширины двери в полтора раза. Средняя ширина двери составляет 0,9 метра. Получается, что минимальный размер верхней площадки равен 1,35 м (0,9 х 1,5 = 1,35). Это значение приравнивается к рекомендуемой глубине навеса.

Что касается ширины козырька, то здесь все просто. Она делается на 0,6 метра больше, чем ширина двери. С каждой стороны козырек должен выступать по 0,3 метра.

Таким нехитрым способом рассчитываются навесы. Расчет конструкции при стандартных значениях приводит к следующему результату: глубина — 0,9-1,35 м, ширина — 1,4-1,8 м.

Консольно-опорные навесы над дверью

Данные виды козырьков устраиваются над всей площадкой с захватом ступенек. Расчет глубины навеса над площадкой рассчитывается аналогично предыдущему варианту. К нему добавляется часть, находящаяся над ступенями. Она напрямую зависит от их количества. Для каждой ступеньки добавляется порядка 0,25-0,32 м.

Ширина зависит от ширины лестницы, по обе стороны от которой добавляется по 0,3 метра. Если стандартная ширина ступеней перед дверью 0,8-1,2 метра, то получаем ширину навеса 1,1-1,5 метра.

Рассмотрим вариант с лестницей из трех ступеней и площадки стандартных размеров. Глубина будет составлять порядка 1,65-2,31 метра (0,9 + 3 х 0,25 или 1,35 + 3 х 0,32). Ширина при тех же условиях — 1,4-1,8 метра. Рассчитывается она так: 0,8 + 0,3 + 0,3 или 1,2 + 0,3 + 0,3. Два варианта расчетов рассматривают минимальное и максимальное значение стандартных параметров.

Односкатные навесы, примыкающие к зданию

Расчет односкатного навеса, который одной стороной прилегает к дому, проводится с минусом половины вертикальных опор. Еще один важный момент: стыки листов должны быть над профилем. Это значит, что между профилями должно сохраняться расстояние 1260, 2050 или 2100 миллиметров, соответствующее размеру листа поликарбоната. Средняя ширина навеса составляет три метра. При таком размере достаточно места даже для автомобиля. На поликарбонат на такой ширине будет прогибаться. Ему необходима стропильная система.

Для начала проводится расчет материала. Навес, пристроенный к дому, при таких размерах будет иметь шесть вертикальных стояков. Они все расположены будут по одной стороне. Если сооружение будет отдельно стоящим, то опор необходимо в два раза больше (то есть двенадцать, по шесть с каждой стороны). Для каждой стропильной ноги устанавливается опора.

Односкатный отдельно стоящий навес

Расчет отдельно стоящего сооружения должен учитывать нагрузку, которую несут осадки. Конструкция будет максимально жесткой, если она выполнена в форме треугольника.

Расчет навеса проводится с учетом условно принятых значений. При размере листа поликарбоната 2,1 х 0,6 м, ширину кровли принимают равной шести метрам, а длину – 10,6 метра. Наиболее оптимальный вариант: высота ската 2,4 метра и 11 стропильных секций. В такой ситуации потребуется шесть профилей (стандартной длиной по шесть метров). Можно вместо одиннадцати сделать всего два треугольника. Это позволит сократить количество израсходованных материалов. Данный вариант подходит для регионов со средним количеством осадков.

Расчет двухскатного навеса

Принцип расчет аналогичен односкатным сооружениям. Главное — добиться жесткости конструкции. И делается это за счет тех же треугольников. Их оптимальное количество рассчитывается следующим образом. Каждый погонный метр навеса делится вертикальным профилем. Получившийся прямоугольник делится на два треугольника.

Расчет арочных конструкций

Навесы арочного типа являются наиболее сложными сооружениями. Потребность в материале находится в прямой зависимости от выпуклости крыши. Это значит, что чем круче выпуклость, тем больше материалов придется потратить.

Сэкономить в данном случае можно только на стропильной системе. При рассмотренных ранее размерах навеса (10,6 х 6 метров) достаточно будет двух-трех систем (две по краям, одна посередине). Остальные «ноги» будут представлять собой дуги. Их концы соединять необязательно. Металлический профиль, который используется для изготовления фермы, достаточно прочен. Его будет достаточно для обеспечения необходимой жесткости. Главное, чтобы ферма прочно крепилась к стоякам.

Если с такими размерами делать арочный навес (к примеру, для автомобиля), то понадобятся следующие материалы:

— Шесть профилей, изогнутых в форме дуги, с длиной шесть метров. Концы трех из них соединяются перемычкой. Рекомендуется их также разделить на несколько треугольников для увеличения жесткости конструкции.

— Для каждой дуги необходимо по две опоры (под каждый край). То есть всего их нужно двенадцать (2 х 6).

— По краям, по столбам и вдоль кровли крепятся продольные балки. Всего их потребуется шесть.

Расчет основных элементов конструкции

Расчет сечения трубы для навеса зависит от высоты самой конструкции и количества столбиков. Если размер сооружения не превышает пяти метров, труба выбирается с сечением 6-8 сантиметров. При больших размерах количество стояков должно быть увеличено. Чтобы этого не делать, можно выбрать профиль с большим сечением. К примеру, 10 сантиметров.

Размер обрешетки будет зависеть от толщины поликарбоната и размера навеса. Если лист пластика имеет толщину один сантиметр, а навес имеет размеры 6 х 8 метров, то обрешетка будет собираться с шагом в один метр. Данные значения находятся в соответствии с нагрузками. Для этого существуют специальные таблицы, которые учитывают величину нагрузки и толщину поликарбоната. Пример данной таблицы можно посмотреть на фотографии ниже. Она разработана для поликарбоната с толщиной шесть, восемь, десять и шестнадцать миллиметров.

Расчет арочного навеса предполагает вычисление ферм и их количества. Именно размеры ферм определяют ширину всего навеса. Для их определения необходимо знать следующую информацию:

• Размеры фермы.

• Размер материала (поликарбоната).

• Сопротивление металла.

• Способ крепления элементов (сваркой, болтовой и так далее).

• Значение нагрузок (в соответствии с нормативными документами).

• Стальные конструкции по СНиП.

Размер навеса выбирают в соответствии с размером материалов. Если лист поликарбоната имеет шесть метров в длину, то его либо используют целиком, либо режут на две части. Конечно, порезать можно и на большее количество частей. Но это приведет к образованию отходов. Таким образом, крыша будет либо шестиметровой, либо трехметровой. Длина может выбираться любая, в зависимости от личных предпочтений.

Источник статьи: http://fb.ru/article/293550/raschet-navesa-iz-polikarbonata-kak-rasschitat-fermu-dlya-navesa

Как рассчитать навес из поликарбоната

На сегодня все более популярными становятся навесы из самого подходящего для этих целей материала – поликарбоната. Каркас можно собрать из деревянной доски или бруса, а в качестве кровельного материала использовать поликарбонатные листы. Осталось дело за малым – выполнить расчет, тем более что строительство любой навесной конструкции требует рассчитывать предполагаемую прочность постройки и планируемый расхода материалов.

Варианты конструкции навесов

Для постройки навесной конструкции во дворе частного дома чаще всего используют три схемы каркаса крыши:

• Арочную систему в виде изогнутых радиусом стальных балок или сварных ферм. Круглая крыша позволяет снизить до минимума воздействие таких неблагоприятных факторов, как сильный ветер и мощный снежный покров;
• Односкатные конструкции с ориентацией уклона по направлению от здания. Нередко такие навесы выполняют по комбинированной схеме, при которой балки перекрытия с одной стороны крепятся к стене дома, с другой стороны опираются на стальные или деревянные стойки – колонны;
• Плоские или односкатные навесы с углом наклона 5-7 о , что позволяет не учитывать наличие ската и, соответственно, рассчитать конструкцию по «плоской» схеме.

Рассчитать навес из деревянных клееных балок вручную намного сложнее, чем для стальных каркасов, сваренных из профилированной трубы. Кроме того, использование металла позволяет рассчитать конструкцию навеса максимально точно, без поправок на качество и неоднородность деревянных стройматериалов.

Что и как считать

Из всех перечисленных конструкций навесов наиболее устойчивой к внешним воздействиям является арочная система.

Устройство арки таково, что даже при очень сильных нагрузках от ветра и снега несущие элементы арочных ферм работают на сжатие. Относительное удлинение единичного силового элемента стальной фермы, за исключением самих арочных дуг, не превышает 10. Что это значит?

В этом случае запас прочности и устойчивости арочной фермы самой арки, даже при использовании самого распространенного профиля 50х50х2 мм или 25х50х2 мм, будет значительно больше, чем это требуется по условиям прогиба или предельного состояния. Для проверки можно рассчитать любой из популярных вариантов арочной крыши из поликарбоната с помощью специальной программы проектирования.

Кроме того, если посмотреть на эпюры нагрузки арки от ветра и снега и рассчитать влияние здания, то становится понятным, что для конструкций навесов из поликарбоната, расположенных в непосредственной близости к дому, ветровая нагрузка из-за «затенения» сводится к 4-5 кг/м 2 вместо определенных СНиПом реальных 25 кг/м 2 .

Распределение снежной массы по арочной крыше преимущественно сводится к нагрузке вертикальных стоек, поэтому нет смысла рассчитывать представленную арку на прогиб под давлением снега.

Если использовать односкатный или плоский вариант крыши, то нужно будет рассчитать несколько проверочных характеристик навеса из поликарбоната:

1. Прочность вертикальных опор на сжатие;
2. Устойчивость опорных стоек;
3. Рассчитать прочность самого листа поликарбоната, находящегося в наиболее неблагоприятных условиях нагружения.

Стоит отметить, что рассчитать условия для листового поликарбоната намного сложнее, чем для любого другого материала, так как на сегодня фактически не имеет четких норм СНиП или СП. Мало того, большинство характеристик, необходимых, чтобы рассчитать покрытие навеса из поликарбоната, приходится использовать по заявлению производителя. В этом случае проблему, как рассчитать навес из поликарбоната, приходится решать комплексным путем, приближенно рассматривать лист, как составную конструкцию.

Способ рассчитать простейший вариант навеса из поликарбоната

Для оценочного расчета простейшего навеса из поликарбоната используем модель, представленную на схеме. Разумеется, это наиболее удобный и наименее выгодный, с точки зрения прочности, вариант навеса. Так как плоская крыша будет максимально защищать от солнца и дождя, тонкое сечение сделает постройку нечувствительной к ветровым нагрузкам. При этом потребуется рассчитать листовой поликарбонат на прогиб от веса снежного покрова.

По подобной методике можно рассчитать параметры односкатного навеса. Если использовать схему дополнительного крепления к стене, то параметры сечения стоек, полученные из условия гибкости и устойчивости колонн, можно уменьшить на 40%.

Прочность и гибкость вертикальных колонн

Конструкция крыши навеса представляет собой ровную плоскость. Для упрощения расчета примем, что нагрузка на опоры от собственного веса и от снежного покрова составит 100 кг/м 2 . В этом случае общая нагрузка на одну вертикальную опору составит около 300 кг. Для того чтобы рассчитать потребное сечение профилированной трубы, необходимо воспользоваться формулой:

F = N/φR , где N – нагрузка в кг, R — удельное сопротивление материала сжатию, φ — коэффициент продольного изгиба. Для оценочного расчета φ можно принять в пределах 0,25-0,3. На практике коэффициент выбирают из приведенной ниже таблицы по известному значению гибкости.

В данном случае рассчитать нужно для предварительного значения гибкости в 100 ед. Получается, из таблицы φ равно 0,599, соответственно, сечение профильной трубы будет равно F = 3000/(0.599·2050) = 2.44 см 2 , что соответствует профилированной трубе сечением 70х70 мм.

На самом деле запас прочности вертикальной стойки из условий линейного сжатия получается значительно большим, чем нужно по условиям устойчивости квадратной трубы. Поэтому основной расчет выполняется по условиям гибкости.

Любой стальной профиль обладает определенной степенью гибкости, которую можно проиллюстрировать приведенным ниже рисунком.

Это означает, что колонна может еще сохранять целостность, но уже потеряла способность сопротивляться вертикальной нагрузке из-за прогиба. Гибкость характеризует способность однородной стойки, в зависимости от длины и сечения, сопротивляться изгибающему моменту: λ = L*E*F/I , где I — момент инерции.

Для нашего случая нужно рассчитать i — радиус инерции, по которому можно подобрать из справочников квадратный профиль с необходимыми размерами.

В данном случае это i = lef/λ = 1·250/130=1,92 . В справочнике по сортаменту профилированных труб для подобного радиуса инерции подходит профиль 50х50мм.

Расчет листового поликарбоната

Для строительства навесов чаще всего используется поликарбонат марки Polygal. В зависимости от толщины, параметров и формы полок, прочность на растяжение для восьмимиллиметровой плиты составляет 650 кг/см 2 , для «десятки» — 658 кг/см 2 , для удвоенной 16-миллиметровой плиты с тройной полкой -700 кг/см 2 .

Модуль упругости составляет 2*10 4 кг*с/см 2 .

Главным условием расчета несущей способности листа поликарбоната является расчет величины деформации под нагрузкой.

Чтобы рассчитать прогиб листа поликарбоната толщиной 8 мм, можно представить его, как набор полочек или мини-балок шириной 1,14 см. В одном листе шириной 1 м будет 88 штук таких мини-балок.

Соответственно, момент инерции для восьмимиллиметрового поликарбоната можно рассчитать, как сумму моментов каждой балки I=h*F 2 . Для одной мини-балки I= 0.01561 см 4 . Для всего метрового листа I_z =1.376 см 4 .

Зная момент инерции для покрытия шириной в 1 м, можно рассчитать прогиб поликарбоната, уложенного на 2 опоры, по формуле f = 5ql 4 /384E I. Точное значение составляет 2,47 см. Для листа, уложенного на четырех опорах, прогиб покрытия уменьшится до размера 0,9 см.

Заключение

Если рассчитать аналогичные показатели для монолитного поликарбоната, то результат будет более чем неожиданным – для плоского покрытия прогиб монолита, толщиной в 8 мм, составит более 3 см. Наилучшим материалом для навеса, независимо от формы и конструкции крыши, будет сотовый поликарбонат минимальной толщины. Для сравнения, стоимость квадрата сотовой «восьмерки» обойдется в 11 долларов, а монолит тех же размеров в 6-7 раз дороже. При этом очевидного преимущества для прочности навеса не будет, так как всю конструкционную нагрузку воспринимает стальной каркас.

Источник статьи: http://proroofer.ru/montaz/raschet/kak-raschitat-naves-iz-polikarbonata.html