Расчет прочности каркаса теплицы

Снеговые нагрузки на теплицу

Ведение подсобного хозяйства и выращивание овощей является почти национальным видом хозяйственной деятельности россиян, даже проживающих в больших городах. Стремление к владению участком земли, пригодной для выращивания сельхозкультур свойственно не только сельским жителям, переехавшим в крупные города из сельской местности, но даже сугубо городским людям, которые по профессии не имеют никакого отношения к сельскому хозяйству.

Выращенный на грядке огурчик или редиска – предмет особой гордости и домохозяйки, и сотрудника НИИ, проводящего свободное время на даче.

К сожалению, большинство жителей крупных городов не имеют житейского практического опыта в строительстве огородных укрытий – теплиц, без которых выращивание овощей, на большей части территории России не мыслимо, из-за холодного климата. Поэтому, многих по весне ожидает плачевный сюрприз – провалившаяся под весом выпавшего снега крыша теплицы и, как следствие, дорогостоящий ремонт, либо её полная замена. Чтобы этого не случилось, рассмотрим, что такое снеговая нагрузка, от чего она зависит и как правильно рассчитать её, чтобы избежать разрушения конструкции теплицы возведенной из различных материалов.

Понятие снеговой нагрузки

На все строительные конструкции воздействует две основные силы: ветровая и снеговая нагрузка. Как правило, ветровой нагрузкой при строительстве теплиц принято пренебрегать. Это понятно. Строение небольшое. Максимальная высота в коньке крыши типовой теплицы из поликарбоната, имеющей арочную конструкцию редко превышает 2,5 метра. Построенные по индивидуальным проектам теплицы, имеющие одно или двускатные крыши, могут быть большего размера, но и в этих случаях они не располагаются на открытой местности. Садовые участки имеют многочисленные зеленые насаждения и строения, которые защищают их от воздействия ветра. Другое дело – снеговая нагрузка! Под ней принято понимать массу снега, выпавшего в течение всего холодного периода года приходящуюся на 1 м 2 площади кровли строения.
Сколь бы нелепым не казалось, но легкий, пушистый снежок, в котором так приятно поваляться или слепить снежную бабу, представляет самую большую опасность для кровли. В различных регионах России вес выпавшего снега, давящего на 1 м 2 кровли может составлять от 80 до 560 килограммов. Даже самые минимальные значения достаточны для того, чтобы причинить увечье среднестатистическому человеку, если водрузить этот вес к нему на плечи.
Опасность он несёт и для теплиц, но уже к концу февраля, так как его нижний слой на солнце начинает таять, а ночью подмерзает, образуется ледяная корка. Дальше – больше и вот на теплице уже тяжёлая шапка из того самого белого и пушистого снега, которую не все конструкции выдерживают.

Что необходимо учитывать при строительстве теплицы

Еще несколько десятков лет пределом мечтаний дачника была теплица, изготовленная кустарным способом из подсобных средств – старый оконных рам или металлического уголка того сечения, который удавалось достать. В настоящее время ситуация радикально изменилась. Множество предприятий малого и среднего бизнеса освоили производство теплиц арочной конструкции из сотового поликарбоната, которые имеют ряд неоспоримых преимуществ перед теплицами шатрового или двускатного типа

Прежде всего это относится к самому укрывному материалу – сотовому поликарбонату – модификации хорошо всем известного органического стекла характеризующегося:

• высокими светопропускающими свойствами;
• устойчивостью к перепадам атмосферной температуры;
• абсолютной устойчивостью к осадкам и химическим веществам, содержащимся в них;
• длительным сроком эксплуатации;
• пластичностью, позволяющей придавать листам изогнутую форму;
• легкостью обработки;
• проницаемостью для УФ-лучей, что ставит его вне конкуренции перед обычным силикатным стеклом, не пропускающим ультрафиолет, жизненно необходимый растениям.

Кроме перечисленных преимуществ достоинством поликарбоната является способность выдерживать достаточно большие нагрузки. Недостатком – отсутствие ГОСТ на подобную продукцию, которая во времена существования промышленностью не производилась, а в настоящее время для определения прочностных характеристики используют исключительно данные, полученные опытным путем в результате испытаний, осуществляемых производителями по собственным методикам. В силу этого, чтобы быть уверенным в том, что купленная или построенная самостоятельно теплица успешно перенесет снеговые нагрузки приходится прибегать к изучению карты снеговых нагрузок различных регионов РФ:

Рис. 1 Карта снеговой нагрузки по регионам РФ

и таблицы, в которой отражены данные для 8 типов регионов (расшифровка карты выше):

снеговой район	1	2	3	4	5	6	7	8
снеговая нагрузка кг/м 2	80	120	180	240	320	400	480	560

Кроме данных, которые можно почерпнуть о характере снеговой нагрузки в регионе полезно изучить схему эпюры прогибов листа поликарбоната различной толщины. Она позволяет определить минимально допустимый радиус изгибы листа и количество опор, приходящихся на один стандартный лист сотового поликарбоната позволяющий сохранить его максимальные прочностные характеристики.Кроме данных, которые можно почерпнуть о характере снеговой нагрузки в регионе полезно изучить схему эпюры прогибов листа поликарбоната различной толщины. Она позволяет определить минимально допустимый радиус изгибы листа и количество опор, приходящихся на один стандартный лист сотового поликарбоната позволяющий сохранить его максимальные прочностные характеристики.

Как определить толщину листов и количество опор

Каждый владелец теплицы стремиться придать конструкции не только высокие прочностные характеристики, но и изящность. Перегруженная каркасом теплица не только выглядит некрасиво, но и непрозрачные конструкции каркаса заслоняют большое количество солнечных лучей, значительно удорожает стоимость теплицы в целом. Поэтому, чтобы не прибегать к сложным инженерным исчислениям можно ориентироваться на данные, полученные эмпирическим путем и соблюдать при конструировании и строительстве теплицы некоторые несложные правила:

Расчет прочностных характеристик для арочного покрытия производится по тем же формулам что и для плоской кровли. Это позволяет придать конструкции значительный запас прочности;
Помнить, что минимальный радиус изгиба листа сотового поликарбоната соотноситься с его толщиной примерно в следующих пропорциях:

• 2 мм – R-200 мм;
• 2 мм – R-200 мм;
• 3 мм – R-300 мм;
• 5 мм – R- 500 мм;
• 8 мм – R- 800 мм;
• 16 мм – R-1600 мм.

Толщина листа поликарбоната	Прочность при растяжении Rp	Модуль упругости
4 мм	630-640 кгс/см2	в пределах 20000 кгс/см2
6 мм	630-640 кгс/см2	в пределах 20000 кгс/см2
8 мм	653 кгс/см2	20400 кгс/см2
10 мм	658 кгс/см2	21300 кгс/см2
16 мм (трехполочный)	705 кгс/см2	22770 кгс/см2

кгс это килограмм сила

Приведенные значения можно использовать для самостоятельного проектирования конструкции теплицы из поликарбоната, но можно довериться опыту производителей. Сразу же стоить отметить, что большинство из них используют в качестве образца для конструкции уже имеющиеся схемы и самостоятельно расчетов на снеговую нагрузку не производят. Поэтому большинство реализуемых теплиц имеют повышенный запас по прочности, необоснованно увеличенную толщину покрытия из поликарбоната В результате – завышенную цену.

При выборе готового проекта теплицы или заказе у изготовителя заказчику, проживающему в средней полосе Европейской части России или в регионе Западной Сибири – основных регионах выращивания овощных культур в теплицах, следует помнить, что со снеговыми нагрузками успешно справляется поликарбонат толщиной 4-6 мм.

Если производитель предлагает покрытие большей толщины, то он — либо использует пиар-ход, рассчитанный на полную неосведомленность покупателя в физических свойствах материала, либо – умышленно делает ставку на удорожание, с целью извлечения необоснованной выгоды.

Снеговая нагрузка и каркас теплицы

Тут всё гораздо интереснее и не всё так однозначно как преподают нам продавцы теплиц из поликарбоната. Людям говорят, что вот мол есть усиленные и не усиленные, первые снег выдерживают, а вторые нет. В чём же заключается это усиление для каркаса? Конечно, об этом подробно написано в прошлой статье. Но если коротко, то всегда надо обращать внимание на металл из которого этот каркас изготовлен. При одинаковых условиях горячекатаный металл гораздо менее прочен, нежели холоднокатаный. Скорее всего, пока только на эту метрику и нужно ориентироваться, так как пока нет норм именно для теплиц., но если «копнуть» совсем глубоко можно изучить СНиП 2.01.07-85 (Нагрузки и воздействия).

Стоит сказать, что многие производители теплиц сами измерили такую нагрузку и публикуют её в аннотации к своей продукции.

В итоге

Тема снеговой нагрузки на теплицы складывается из нескольких параметров:

1. Снеговая нагрузка по регионам в кг. на кв.м. (карта опубликована выше)

2. Прочность при растяжении листов поликарбоната

3. Металл каркаса

Соблюдая баланс этих трёх моментов, можно выбрать теплицу, которая не развалится зимой

Источник статьи: http://teplica.tatar/snegovye-nagruzki-na-teplicu/

Каркас теплицы из поликарбоната

Каркас теплицы из поликарбоната является основой усиления. По большому счёту, именно он определяет класс прочности и уровень снеговой нагрузки. Многие, если не сказать что все, покупатели теплиц обращают внимание на так называемую толщину труб (20х20, 20х30, 20х40 и др.) в надежде, что это даст возможность теплице выдерживать большие «шапки» снега . Однако толщина труб – далеко не самое важное.

Здесь следует оговорится, что накопление и задержание снега происходит в коньке конструкции (по бокам снег всё-таки сходит сам), когда он начинает подтаивать и образовывать ледяную корку. Всю эту массу держат дуги из хорошего металла, а не их толщина. К примеру, что прочней – воздушный шарик (ведь он же толстый), либо струна (обратите внимание – она тонкая)?

Но вернёмся к нашей теме… Да, конечно, при прочих равных толщина — это тоже один из показателей. Попробуем разобраться, что же действительно важно для каркаса теплицы.
Если посмотреть на вопрос более широко, то порой, в зависимости от каркаса теплицы им дают названия: деревянная, полиэтиленовая, металлическая. Поэтому, далее так и будем рассматривать.

Типология каркасов теплиц

Стоит начать вообще с видов каркасов, дабы представлять разницу. Глобально, в зависимости от типа теплиц можно выделить следующие виды каркасов:

1. деревянный
2. из полиэтиленовых труб (по большому счёту одноразовый вариант для тех, у кого вообще стеснения со средствами. Как в народе говорят- скупой платит дважды)
3. металлический каркас:

• алюминиевый (применяется, в основном для дорогих стеклянных теплиц)
• стальной, который в свою очередь, в зависимости от обработки, тоже делится на
  • горячекатаный и
  • холоднокатаный,

• оцинкованный (тоже разных видов и классов оцинкования)
• не оцинкованный

Вот такая получилась типология на бытовом уровне и из житейского опыта, а мы тут и не претендуем на научность. Как можно увидеть здесь немало тонкостей. Приходится даже в этом разбираться, так как стоит данный товар не мало. Мы даже вещи более дешёвые выбираем, что уж говорить про теплицы Поэтому, идём далее…

Стальной каркас теплицы

Как правило для поликарбонатных теплиц используется стальной каркас. И вот тут начинаются фокусы от продавцов. Простые покупатели ведь не разбираются и при выборе ориентируются только на то, что видят, а воочию оценить каркас теплицы они могут лишь по толщине (сечению) трубы, о чём и писалось выше. Обработан ли и как обработан металл будет влиять на себестоимость, а конечном счёте на цену. В итоге получается такая картина:

Покупатель, естественно, ищет где дешевле и находит горячекатаную трубу, оцинкованную методом холодного оцинкования… Более того, толщина у её профиля каркаса 20х40 да и вообще он положен на ребро (ещё один маркетинговый ход производителей). Кажется что уж прочная, прям танком проезжай и ничего не будет. Так что, супротив таких видимых аргументов люди ничего сказать не могут ну и цена конечно же привлекательна, ведь отличается на 5-7 тысяч от других. Потом, некоторые, чтоб оправдать перед собой своё стремление сэкономить ходят по местам где продаются теплицы и доказывают, что толщина профиля это, дескать, самое главное. Только получается, не сэкономили, а продешевили.

Именно материал каркаса, является тем основным параметром, который отвечает за прочность всей конструкции теплицы. Кто сталкивался с первичной обработкой на сталелитейных предприятиях знает, что если взять простой лист горячекатаного металла и «встряхнуть» его, то можно увидеть, что он гибок, весь извивается (как если простынь встряхнуть). Менее того, горячекатаный при сильном сгибании может сломаться. Холоднокатаный наоборот – цельный никуда не гнётся. У него только один недостаток – он немного дороже.
Далее по важности «идут» следующие факторы прочности каркаса теплицы.

Стенка каркаса теплицы

Если говорить о толщине, то именно тут он важен. В горячекатаном или необработанном цинком каркасе толщина должна быть не менее 1,5 мм., иначе для снеговых нагрузок нашей полосы такой каркас непригоден. И тут, кстати горячий прокат может подвести…. Даже если вы ходите и замеряете стенки штангенциркулем надо помнить, что горячекатаный металл имеет неоднородную структуру, которая в некоторых местах может показать толщину в один мм., а вы этого даже не заметите. Как известно рвётся там, где тонко.

У каркасов из стали холодного проката толщина стенки может быть 1-1,2 мм. Таких цифр вполне достаточно, чтоб обеспечить спокойствие за теплицу зимой. Более того холодный прокат однороден и никаких перепадов толщин быть не может.

Конструкция каркаса теплицы для прочности

Арочный тип теплиц является самым распространённым среди всех. Поэтому его и будем рассматривать

Для понимания вопроса прочности каркаса, следует всегда обращать внимание на два момента:

Элементы конструкции, а именно:

Дуги. В этом элементе радиус, загиб и другие моменты должны быть просчитаны профессионалами для той или иной необходимой снеговой нагрузки, а не просто загнуты по лекалам, сделанными на «глазок» в гараже на простых трубогибах.

Частота дуг. Сейчас в нашем регионе многие предлагают теплицы с шириной дуг 0,65-0,67 см. Это уже стандарт прочности каркаса. Частота дуг в один метр подойдёт для южных регионов, либо для тех, кто имеет возможность периодически сметать снег с теплицы.

Направляющие (стрингеры) должны помогать плотному прилеганию поликарбоната и дополнительно скреплять конструкцию.

Крепления. На рынке встречаются болтовые соединения, краб системы, составные, сплошные конструкции с минимумом соединительных узлов. Последний вариант наиболее крепок. Его и нужно выбирать, только опять же немного вырастает итоговый ценник за доставку, ведь такие длинные элементы надо перевозить в пригодных для этого автомобилях (как правило это малотоннажные грузовики с 4-6 метровыми кузовами со специальным выносом).

Изображения креплений сверху вниз: сплошное, болтовое, краб система, составное.

Тех, кто выбрал вариант с фундаментом можно поздравить, ведь они получают кроме защиты от коррозии, дополнительное усиление всего каркаса. Правда, это касается только тех, у кого фундамент жёстко скреплён каркасом.
Стоит сказать, что любые другие элементы дающие прочность и усиления будут дополнительным плюсом, только не дайте себя ввести в заблуждение насчёт того, что является основным, а что так, как говорится «в довесок».
Итак, «набегает» немало моментов, которые стоит учитывать при оценке теплицы из поликарбоната. В связи с этим проще спрашивать сертификат (как раз он выдаётся за верный конструктив)

Оцинкованная профильная труба для теплицы

Помимо типа стали сама обработка цинком даёт дополнительное усиление. Но опять же, всё зависит от класса оцинкования и способа. Если металл каркаса теплицы холоднокатаный, то и оцинковка будет с обеих сторон листа, который после проката цинкуют и нарезают на заготовки профиля, а эти заготовки формируют в трубы. Налицо ещё один плюс холодного проката! Горячекатаный просто вытягивают в трубу и после его можно обработать цинком только снаружи. А двусторонняя оцинковка также влияет на прочность, ведь при оцинковании только снаружи внутри от коррозии сталь быстро истончается.

Изображение оцинкования заготовок каркаса теплиц

К сожалению, внутрь труб каркаса не заглянешь и не выяснишь – есть ли оцинкование внутри.
Видите как можно легко пустить «пыль в глаза» покупателю показывая ему только толщину и замалчивая про действительно решающие моменты. Тем не менее, о толщине трубы мы тоже скажем.

Размеры профильных труб

На этот параметр не стоит особо ориентироваться, так как в нём больше маркетинга, чем обоснованных доводов за прочность. Тем не менее, мы напишем и о толщине (сечении) профиля.
Вот только на этом этапе, когда есть два одинаковых варианта можно смотреть толщину труб (профилей) каркаса. Допустим вы выбрали …. И смотрим, вот у одного варианта сечение 20х20, а у другого 20х30 или даже 20х40, всё остальное одинаково. Конечно в данном случае имеет смысл сравнить толщину, только имейте ввиду что толщина сильно влияет на ценник, хотя не столь сильно определяет качество. А зачем платить больше?

Итоги

Давайте сведём все эти моменты в таблицу, ориентируясь на которую и делая пометки можно оценить каркас теплицы из поликарбоната арочного типа и выбрать верный вариант:

Источник статьи: http://teplica.tatar/karkas-teplicy-iz-polikarbonata/