Расчёт металлоконструкций стал камнем преткновения для многих строителей. На примере простейших ферм для уличного навеса мы расскажем, как правильно рассчитать нагрузки, а также поделимся простыми способами самостоятельной сборки без использования дорогостоящего оборудования.
Общая методология расчёта
Фермы применяют там, где использовать цельную несущую балку нецелесообразно. Эти конструкции отличаются меньшей пространственной плотностью, при этом сохраняют устойчивость воспринимать воздействия без деформаций благодаря правильному расположению деталей.
Конструкционно ферма состоит из внешнего пояса и заполняющих элементов. Суть работы такой решётки довольно проста: поскольку каждый горизонтальный (условно) элемент не может выдержать полную нагрузку ввиду недостаточно большого сечения, два элемента располагаются на оси главного воздействия (силы тяжести) таким образом, чтобы расстояние между ними обеспечивало достаточно большое сечение поперечного среза всей конструкции. Ещё проще можно объяснить так: с точки зрения восприятия нагрузок ферму рассматривают так, будто она выполнена из цельного материала, при этом заполнение обеспечивает достаточную прочность, исходя лишь из расчётного приложенного веса.
Конструкция фермы из профильной трубы: 1 — нижний пояс; 2 — раскосы; 3 — стойки; 4 — боковой пояс; 5 — верхний пояс
Такой подход крайне прост и зачастую его с лихвой хватает для сооружения простых металлоконструкций, однако материалоёмкость при грубом расчёте получается крайне высокой. Более подробное рассмотрение действующих воздействий помогает снизить расход металла в 2 и более раз, такой подход и будет наиболее полезным для нашей задачи — сконструировать лёгкую и достаточно жёсткую ферму, а потом собрать её.
Основные профили ферм для навеса: 1 — трапециевидный; 2 — с параллельными поясами; 3 — треугольный; 4 — арочный
Начать следует с определения общей конфигурации фермы. Обычно она имеет треугольный или трапециевидный профиль. Нижний элемент пояса располагают преимущественно горизонтально, верхний — под наклоном, обеспечивающим правильный уклон кровельной системы . Сечение и прочность элементов пояса при этом следует выбирать близкими к таким, чтобы конструкция могла поддерживать свой собственный вес при имеющейся системе опоры. Далее производится добавление вертикальных перемычек и косых связей в произвольном количестве. Конструкцию нужно отобразить на эскизе для визуализации механики взаимодействия, указав реальные размеры всех элементов. Далее в дело вступает её величество Физика.
Определение сочетанных воздействий и реакции опоры
Из раздела статики школьного курса механики мы возьмём два ключевых уравнения: равновесия сил и моментов. Их мы будем применять, чтобы вычислить реакцию опор, на которые положена балка. Для простоты вычислений опоры будем считать шарнирными, то есть не имеющими жёстких связей (заделки) в точке касания с балкой.
Пример металлической фермы: 1 — ферма; 2 — балки обрешётки; 3 — кровельное покрытие
На эскизе нужно предварительно отметить шаг обрешётки системы кровли, ведь именно в этих местах должны находиться точки сосредоточения приложенной нагрузки. Обычно именно в точках приложения нагрузки и размещаются узлы схождения раскосов, так проще выполнить расчёт нагрузки. Зная общий вес кровли и число ферм в навесе, нетрудно вычислить нагрузку на одну ферму, а фактор равномерности покрытия определит, равны ли будут приложенные силы в точках сосредоточения, или же они будут отличаться. Последнее, к слову, возможно, если в определённой части навеса один материал покрытия сменяется другим, имеется проходной трап или, например, зона с неравномерно распределённой снеговой нагрузкой. Также воздействие на разные точки фермы будет неравномерным, если её верхняя балка имеет скругление, в этом случае точки приложения силы нужно соединить отрезками и рассматривать дугу как ломанную линию.
Когда все действующие усилия проставлены на эскизе фермы, приступаем к вычислению реакции опоры. Относительно каждой из них ферму можно представить не иначе как рычаг с соответствующей суммой воздействий на него. Чтобы вычислить момент силы в точке опоры, нужно умножить нагрузку на каждую точку в килограммах на длину плеча приложения этой нагрузки в метрах. Первое уравнение гласит, что сумма воздействий в каждой точке и равняется реакции опоры:
- 200 · 1,5 + 200 · 3 + 200 · 4,5 + 100 · 6 = R 2 · 6 — уравнение равновесия моментов относительно узла а , где 6 м — длина плеча)
- R 2 = (200 · 1,5 + 200 · 3 + 200 · 4,5 + 100 · 6) / 6 = 400 кг
Второе уравнение определяет равновесность: сумма реакций двух опор будет в точности равна приложенному весу, то есть зная реакцию одной опоры, можно легко найти значение для другой:
- R 1 + R 2 = 100 + 200 + 200 + 200 + 100
- R1 = 800 - 400 = 400 кг
Но не ошибитесь: здесь также действует правило рычага, поэтому если ферма имеет существенный вынос за одну из опор, то и нагрузка в этом месте будет выше пропорционально разнице расстояний от центра масс до опор.
Дифференциальный расчёт усилий
Переходим от общего к частному: теперь необходимо установить количественное значение усилий, действующих на каждый элемент фермы. Для этого перечисляем каждый отрезок пояса и заполняющие вставки списком, затем каждый из них рассматриваем как сбалансированную плоскую систему.
Для удобства вычислений каждый соединительный узел фермы можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы воздействий пролегают по продольным осям элементов. Всё, что нужно для вычислений — знать длину сходящихся в узле отрезков и углы между ними.
Начинать нужно с того узла, для которого в ходе вычисления реакции опоры было установлено максимально возможное число известных величин. Начнём с крайнего вертикального элемента: уравнение равновесия для него гласит, что сумма векторов сходящихся нагрузок равна нулю, соответственно, противодействие силе тяжести, действующей по вертикальной оси, эквивалентно реакции опоры, равной по величине, но противоположной по знаку. Отметим, что полученное значение — лишь часть общей реакции опоры, действующая для данного узла, остальная нагрузка придётся на горизонтальные части пояса.
Узел b
- -100 + S 1 = 0
- S 1 = 100 кг
Далее перейдём к крайнему нижнему угловому узлу, в котором сходятся вертикальный и горизонтальный сегменты пояса, а также наклонный раскос. Сила, действующая на вертикальный отрезок, вычислена в предыдущем пункте — это давящий вес и реакция опоры. Сила, действующая на наклонный элемент, вычисляется по проекции оси этого элемента на вертикальную ось: из реакции опоры вычитаем действие силы тяжести, затем «чистый» результат делим на sin угла, под которым раскос наклонён к горизонтали. Нагрузка на горизонтальный элемент находится также путём проекции, но уже на горизонтальную ось. Только что полученную нагрузку на наклонный элемент мы умножаем на cos угла наклона раскоса и получаем значение воздействия на крайний горизонтальный сегмент пояса.
Узел a
- -100 + 400 - sin(33,69) · S 3 = 0 — уравнение равновесия на ось у
- S 3 = 300 / sin(33,69) = 540,83 кг — стержень 3 сжат
- -S 3 · cos(33,69) + S 4 = 0 — уравнение равновесия на ось х
- S 4 = 540,83 · cos(33,69) = 450 кг — стержень 4 растянут
Таким образом, последовательно переходя от узла к узлу, необходимо вычислить действующие в каждом из них силы. Обратите внимание, что встречно направленные векторы воздействий сжимают стержень и наоборот — растягивают его, если направлены противоположно друг от друга.
Определение сечения элементов
Когда для фермы известны все действующие нагрузки, пора определяться с сечением элементов. Оно не обязательно должно быть равным для всех деталей: пояс традиционно выполняют из проката более крупного сечения, чем детали заполнения. Так обеспечивается запас надёжности конструкции.
где: F тр — площадь поперечного сечения растянутой детали; N — усилие от расчётных нагрузок; R y γ с
Если с разрывающими нагрузками для стальных деталей всё относительно просто, то расчёт сжатых стержней производится не на прочность, а на устойчивость, так как итоговый результат количественно меньше и, соответственно, считается критическим значением. Рассчитать можно на онлайн-калькуляторе, а можно и вручную, предварительно определив коэффициент приведения длины, определяющий, на какой части общей протяжённости стержень способен изгибаться. Этот коэффициент зависит от метода крепления краёв стержня: для торцевой сварки это единица, а при наличии «идеально» жёстких косынок может приближаться к 0,5.
где: F тр — площадь поперечного сечения сжатой детали; N — усилие от расчётных нагрузок; φ — коэффициент продольного изгиба сжатых элементов (определяется по таблице); R y — расчётное сопротивление материала; γ с — коэффициент условий работы.
Также нужно знать минимальный радиус инерции, определяемый как квадратный корень из частного от деления осевого момента инерции на площадь сечения. Осевой момент определяется формой и симметрией сечения, лучше взять это значение из таблицы.
где: i x — радиус инерции сечения; J x — осевой момент инерции; F тр — площадь сечения.
Таким образом, если разделить длину (с учётом коэффициента приведения) на минимальный радиус инерции, можно получить количественное значение гибкости. Для устойчивого стержня соблюдается условие, что частное от деления нагрузки на площадь поперечного сечения не должно быть меньше произведения допустимой сжимающей нагрузки на коэффициент продольного изгиба, который определяется значением гибкости конкретного стержня и материалом его изготовления.
где: l x — расчётная длина в плоскости фермы; i x — минимальный радиус инерции сечения по оси x; l y — расчётная длина из плоскости фермы; i y — минимальный радиус инерции сечения по оси y.
Обратите внимание, что именно в расчёте сжатого стержня на устойчивость отображена вся суть работы фермы. При недостаточном сечении элемента, не позволяющем обеспечить его устойчивость, мы вправе добавить более тонкие связи, изменив систему крепления. Это усложняет конфигурацию фермы, но позволяет добиться большей устойчивости при меньшем весе.
Изготовление деталей для фермы
Точность сборки фермы крайне важна, ведь все расчёты мы проводили методом векторных диаграмм, а вектор, как известно, может быть только абсолютно прямым. Поэтому малейшие напряжения, возникающие вследствие искривлений из-за неправильной подгонки элементов, сделают ферму крайне неустойчивой.
Сначала нужно определиться с размерами деталей внешнего пояса. Если с нижней балкой всё достаточно просто, то для нахождения длины верхней можно воспользоваться либо теоремой Пифагора, либо тригонометрическим соотношением сторон и углов. Последнее предпочтительно при работе с такими материалами, как угловая сталь и профильная труба. Если угол ската фермы известен, его можно вносить как поправку при подрезке краёв деталей. Прямые углы пояса соединяются подрезкой под 45°, наклонные — путём добавления к 45° угла наклона с одной стороны стыка и вычитанием его же с другой.
Детали заполнения вырезают по аналогии с элементами пояса. Основная загвоздка в том, что ферма — изделие строго унифицированное, а потому для её изготовления потребуется точная деталировка. Как и при расчёте воздействий, каждый элемент нужно рассматривать индивидуально, определяя углы схождения и, соответственно, углы подреза краёв.
Довольно часто фермы изготавливают радиусными. Такие конструкции имеют более сложную методику расчёта, но большую конструкционную прочность, обусловленную более равномерным восприятием нагрузок. Изготавливать скругленными элементы заполнения смысла нет, а вот для деталей пояса это вполне применимо. Обычно арочные фермы состоят из нескольких сегментов, которые соединяются в местах схождения заполняющих раскосов, что нужно учитывать при проектировании.
Сборка на метизах или сваривание?
В заключение было бы неплохо обозначить практическую разницу между способами сборки фермы свариванием и с помощью разъёмных соединений. Начать следует с того, что сверление в теле элемента отверстий под болты или заклёпки практически не влияет на его гибкость, а потому на практике не учитывается.
Когда речь зашла о способе скрепления элементов фермы, мы установили, что при наличии косынок длина участка стержня, способного изгибаться, существенно сокращается, за счёт чего можно уменьшить его сечение. В этом преимущество сборки фермы на косынках, которые крепятся сбоку к элементам фермы. В таком случае особой разницы в методе сборки нет: длины сварочных швов будет с гарантией достаточно, чтобы выдержать сосредоточенные напряжения в узлах.
Если же сборка фермы производится стыкованием элементов без косынок, здесь нужны особые навыки. Прочность всей фермы определяется наименее прочным её узлом, а потому брак в сваривании хотя бы одного из элементов может привести к разрушению всей конструкции. При недостаточном навыке ведения сварочных работ рекомендуется провести сборку на болтах или заклёпках с использованием хомутов, угловых кронштейнов или накладных пластин. При этом крепление каждого элемента к узлу должно осуществляться не менее чем в двух точках.
Предтечей строительства стационарного навеса являются расчеты. Расчет навеса необходим для того, чтобы конструкция была надежной, выдерживала собственный вес, а также нагрузки, создаваемыми ветром и снегом. В рамках данной публикации мы поговорим лишь о чертеже и расчетах различных частей конструкции на примере автомобильного навеса из поликарбоната. Весь пакет проектной документации куда больше и ему будет посвящена отдельная статья.
О чем нужно помнить, готовя проект?
Перед тем как изготовить чертеж навеса из поликарбоната, необходимо определиться с общей проектной и дизайнерской концепцией, а именно как будет выглядеть конструкция, какую она будет иметь форму, для чего будет предназначена. Далее нужно нарисовать эскиз сооружения, где указать общие размеры навеса из поликарбоната (длину, ширину и другие параметры) и его основных элементов. На следующем этапе можно готовить чертеж навеса для автомобиля из поликарбоната, при этом необходимо помнить.
К сведению! Готовя чертеж сооружения необходимо найти и приложить к нему технические данные об используемых материалах.
Рассчитываем ферму арочного типа
Мы имеем эскиз большого автомобильного навеса из металла, рассчитанного на 2 машины с крышей арочного типа (дуга) покрытой листами сотового поликарбоната. Ширина навеса от опоры до опоры составляет 5,8 метра, ширина арочной фермы (дуги) должна составлять 6 м. Давайте рассчитаем сечение профиля, который будет использоваться при изготовлении арочного перекрытия.
ɒ пр =(ɒ 2 +4t 2) 0,5 ≥R/2, расшифруем данную формулу:
- ɒ — нормативное напряжение;
- R – крепость железа С235, около 2440 кгс/см 2 ;
- t – напряжение по касательной.
Теперь последовательно подбирая показатели, мы можем вычислить профиль подходящего сечения, чтобы он мог выдержать искомые нагрузки. Берем квадратную профильную трубу 30х30х3,5 мм с сечением 35 мм 2 с моментом инерции 3.98 см 4 , коэффициентом сопряжения нагрузки 0,5, предполагаемая нагрузка на замковую часть арки 914,82 кгс.
Все необходимые данные для вычисления собраны, формула есть, теперь остается подставить данные в формулу и получить расчет нагрузки на арочную ферму (дуга) автомобильного навеса из поликарбоната.
ɒ пр =((914,82/3,5) 2 +4(919,1*1,854/((0,35+0,35)3,98) 2)0,5 =1250,96 кг/см 2 .
Что это значит? А это значит, что если мы сварим или скрутим шестиметровую арку из профиля 30х30х3,5 мм, она вполне выдержит собственный вес и вес кровельного материала, то есть сотового поликарбоната. Даже имеется приличный запас.
Рассчитываем опорную часть конструкции
Далее необходимо рассчитать какими будут опоры у автомобильного навеса из поликарбоната. Существует специальная методика, по которой принято рассчитывать стальные колонны, без нее адекватный расчет навеса невозможен. Применим формулу:
F=N/ϕR у. Расшифруем формулу:
- F – сечение квадратной трубы, которую можно использовать в качестве опоры;
- ϕ — коэффициент, определяющий продольный изгиб;
- R у – значение сопротивления материала.
Для того чтобы произвести расчеты, придется найти данные о сопротивлении материалов. В нашем случае сопротивление стальных квадратных труб 70х70, 80х80, 100х100 мм, найденные значения нужно будет сравнить с результатами вычислений и сделать выводы. Производим расчеты:
F=3000/(0,599*2050)
В результате получаем значение 2,44 см 2 , которое необходимо округлить в большую сторону. В итоге, значение на которое нам следует опираться при поиске подходящего профиля 2,5 см 2 . Этим показателям соответствует квадратная стальная труба 70х70х2 мм, даже имеется небольшой запас.
Нагрузки на крышу от снега и ветра
Ответить на вопрос, как рассчитать навес для авто можно только если произвести расчет несущих конструкций сооружения и нагрузки на крышу от снега и ветра. С расчетом несущих конструкций мы в общих чертах разобрались. Теперь нужно решить проблему с нагрузками от ветра и снега.
Чтобы получить необходимые для вычисления данные, нужно обратиться к показателям средней нагрузки от ветра и снега в вашем регионе. Найти такие сведения можно в соответствующем СНиПе.
Для примера возьмем значение ветровой нагрузки 23кг/м 2 . Но в нашем случае данная величина не подойдет потому что 23кг/м 2 определена для зданий и сооружений у которых есть стены. У автомобильного навеса есть опоры, дуги, перемычки, прогон и кровля, поэтому давление будет оказываться лишь на них. Определяем среднее ветровое воздействие на навес получаем 0,34 при высоте опор свыше трех метров значение от 0,34 до 0,75 кг/м 2 . Вычисляем максимальную нагрузку создаваемую ветром на всю конструкцию: дуги, опоры, прогон, кровлю.
W m =23*0,75*0,34. В результате получаем значение равное 5,9. Теперь вычислим нагрузку создаваемую снежным покровом. Эти нагрузки в разных регионах страны отличаются, причем отличаются значительно. В горных районах такая нагрузка может составлять более 600 кг/м 2 , но мы в качестве примера возьмем более скромный показатель 180 кг/м 2 (Московская область).
Чтобы вычислить максимальную нагрузку на навес нужно 180 умножить на значение коэффициента перехода, которое еще предстоит получить. На рисунке ниже представлен расчет нагрузки снега на навес.
Максимальную нагрузку снега на навес вычислили. Теперь нам остается узнать показатель инерции для выбранного нами кровельного материала. Такие данные в обычном коммерческом описании материала не возьмешь, но в техническом описании это есть. Например, у сотового поликарбоната толщиной 12 мм, инерция 3,41 см 4 . Найдите материал с расчетным значением или больше такового и можете смело пускать его на кровлю автомобильного навеса. Подробнее о том из чего можно сделать кровлю для навеса вы можете прочитать в статье .
В заключение, отметим, конструкции навесов для автомобилей не так уж сложны, тем не менее, вольно к строительству подобных сооружений относиться нельзя. Вначале общее устройство навеса нужно нарисовать на эскизе, указав длину элементов конструкции, их диаметр и другие простые параметры. После этого можно приступать к расчетам и изготовлению чертежа. В процессе работы придется рассчитать параметры арочной фермы (дуги) и многое другое. Если вы чувствуете, что данная работа вам не по силам обратитесь к специалисту. Удачи!
Чтобы разобраться, как рассчитать навес из поликарбоната, нужно четко представить себе конструкцию и составить план или чертеж постройки. По большому счету поликарбонатные панели – это всего лишь покрытие, определяющее общую площадь, но, помимо этого, еще есть стойки и стропильная система. Кроме того, в числе необходимых материалов будут соединительные, угловые и торцевые профили, крепежный материал и (возможно) освещение. Важно просчитать каждую деталь, чтобы получить прочное и долговечное строение.
Какие параметры учесть при расчете поликарбоната для навеса
Гнутая крыша на садовом участке
Обратите внимание, что по прочности поликарбонат намного превышает аналогичные характеристики стекла (в 200 раз), пластика и поливинилхлорида. Но не все панели можно гнуть, поэтому следует учитывать их структуру (листы с треугольными ячейками не гнут).
Выбор поликарбоната по толщине
Прежде всего, чтобы сделать расчет навеса из поликарбоната, нужно учитывать возможную механическую нагрузку (снег, ветер), от которой зависит толщина панелей. Для монолитных панелей толщина составляет 2, 3, 4, 5, 6. 8, 10 и 12 мм, их называют «антивандальными», так как листы сложно разбить механическим способом.
Разница в структуре ячеистого поликарбоната
Сотовая структура подразумевает не только толщину, но и конфигурацию ячейки:
- SX – это пятислойный 25-миллимнетровый лист с наклонными ребрами жесткости. Толщина также может быть 32 мм. Панели с треугольными ячейками не подходят для гнутых крыш;
- SW – лист тоже состоит из пяти слоев, только соты имеют вид прямоугольника (ребра расположены вертикально). Толщина составляет от 16 до 20 мм;
- 3X – лист имеет 3 слоя, толщина составляет 16 мм, а ребра жесткости регулируются по плотности:
- 3H – делают из 3-х слоев с прямоугольной структурой. Панель выпускают по 6, 8 и 10 мм;
- 2H – самый простой лист с квадратными ячейками. Листы делают по 4, 6, 8 и 10 мм.
Монолитный стандартный лист поликарбоната
Толщина поликарбоната сотовой структуры изменяется только по 2 мм. То есть, если самый тонкий ячеистый лист имеет 4 мм, а самый толстый 32 мм, то все промежуточные размеры будут кратными двум.
Размеры листового поликарбоната по периметру
Стандартный расчет навеса из поликарбоната монолитного типа делают по размерам 3050×2050 мм. При желании можно договориться с производителем об изменении периметра панели, но спецзаказ, как правило, стоит дороже.
Стандартный размер ячеистого поликарбоната
Стандарты для ячеистого поликарбоната варьируются по двум параметрам, это 210×600 см и 210×1200 см. Длинные листы удобно использовать для широких навесов, например, на коллективных автостоянках с гнутыми крышами, где стыки делаются только по боковым граням. Также по заказу на заводе нарезают от 1 м до 9 м, но это только для цветных панелей.
Существует также профилированный лист, где толщина не превышает 1,2 мм, но, благодаря волне, высота которой достигает 5 см, увеличивается прочность и легко осуществляется сток осадков. Стандартная ширина составляет 126 см, а длина – 224 см.
Профилированные (волнистые) листы поликарбоната
Расчет материалов по видам навесов и типам крыш
Чтобы сделать расчет навеса из профнастила, поликарбоната или любого другого материала, нужно учесть конфигурацию крыши и вид поддерживающего каркаса. Такие навесы делают трех видов – односкатные, двускатные и гнутые (овальные). Наиболее сложный – гнутый тип, но вся проблема заключается только в изготовлении, но не в эксплуатации.
Односкатные навесы с примыканием к дому
В тех случаях, когда одна сторона каркаса держится на стене дома, расчет навеса из прямоугольной трубы будет с минусом половины вертикальных опор. То есть, одна сторона обрешетки держится на стене здания. В любом случае на стыках листов должен быть профиль, следовательно, расстояние между ними выдерживают 126 см, 210 см или 205 см, но это не означает, что вся обрешетка состоит только из этих профилей.
Одна сторона прикреплена к стене дома
В любом случае ширина крыши должна соответствовать параметрам автомобиля и это не менее 3 м, чтобы оставался свободный проход. Но такая длина профиля вызовет его деформацию (прогиб), а этого следует избегать, следовательно, для навеса придется сделать стропильную систему.
При расчете навеса к дому понадобится 6 вертикальных опор – только с одной стороны, если же конструкция будет автономной, то стояков потребуется в два раза больше – 12 штук. Принцип здесь заключается в следующем – для каждой стропильной ноги следует устанавливать опоры с двух сторон, но если одна сторона крепится к зданию, то и стояки там не нужны.
Кроме того, по длине устанавливают балки, и для 6-метровой ширины их понадобится 6 штук – 2 по краям свесов, 2 по столбам и 2 в средине крыши. Если длина навеса составляет 10,5 м, то 10,5*6=63 м или 63/6=11 штук профилей. Торцы сотового поликарбоната глушат торцевым профилем.
Чертеж с размерами для односкатной постройки
Расчеты отдельно стоящего навеса
Чтобы рассчитать навес во дворе, следует учесть не только его ширину и длину, но и количество осадков, выпадающих зимой. Дело в том, что снег оказывает сильную механическую нагрузку и ее придется каким-то способом сдерживать. Наиболее оптимальным вариантом для придания жесткости каркасу является треугольник – это единственная геометрическая фигура, не предусматривающая люфта.
Для расчетов берут условную ширину крыши 6 м, длину 10,6 м и поликарбонат шириной 2100×600 мм. Стропила можно делать из трубного профиля 60×40 мм или из деревянной доски 100×50 мм. Конечно, металлический профиль лучше древесины и срок его эксплуатации практически не имеет ограничений в обозримом будущем.
Принцип стропильной конструкции
На чертеже вверху показана конструкция, где верхняя часть ската имеет 240 см, а стропильное устройство состоит из 11 треугольников – это самый оптимальный вариант. Учитывая тот факт, что металлические профили обычно имеют 6 м в длину, ширина получится немного меньше, но для каждой стропильной ноги потребуется 6 профилей с учетом вертикальных и наклонных перемычек. Всего понадобится 6 стропил и 5 листов поликарбоната.
Конечно, можно сэкономить на металле и сделать всего 2 треугольника, как это показано на верхней фотографии. В таком случае расчет каркаса навеса сократится как минимум на 2 профиля для каждой стропильной ноги, но если их 6 штук, то это уже 12 профилей. Впрочем, для среднего количества осадков этого вполне достаточно – рассчитать односкатный навес можно и в бюджетном режиме, экономя на металле.
Односкатная автономная конструкция
Двускатные навесы для автомобилей
Для двускатных крыш расчет металлического каркаса навеса очень похож на односкатные, то есть, жесткость создается теми же треугольниками. Такие навесы, как правило, делают для больших автостоянок, ширина которых превышает 6 м, то есть, там есть возможность для парковки нескольких автомобилей или автобусов.
Принцип установки поликарбоната не изменяется – на каждом стыке должен быть профиль и в данном случае это стропильные ноги. Количество треугольников напрямую влияет на жесткость конструкции – чем их больше, тем лучше. Наиболее оптимальный вариант заключается в следующем – каждый погонный метр разделяется вертикальным профилем, и эта фигура делится по диагонали на два треугольника.
Принцип монтажа двускатного навеса
Чтобы сделать расчет металлического навеса, нужно сразу определить размеры крыши, и для примера можно рассмотреть такой же вариант 10,6×6 м. Для покрытия здесь тоже потребуется 5 листов, но их придется резать пополам, соединяя в центре коньковым профилем. Количество металлических вертикальных опор в два раза больше количества стропил, если их 6 штук, то стояков потребуется 12.
Продольных балок здесь нужно больше – 7 штук – добавляется коньковая балка. Итого:
- 2 профиля по краям свесов;
- 2 по столбам;
- 2 между опорами и коньком;
- 1 – на конек.
Схема двускатной постройки
Если перевести продольные балки в штуки, то 10,5*7/6=12,25 или 13 шестиметровых профилей. Сечение для таких балок одинаковое со стропилами (обычно, это 60×40 мм), а вот для стояков используют трубу 80-100 мм или трубный профиль аналогичного сечения.
Преимущество для двускатной крыши заключается в том, что расчет металлоконструкций навеса получится более экономным. Две стропильные ноги с перемычкой уже представляют собой треугольник, который можно разделить на две части посредине. В результате подучатся две фигуры с горизонтальными (нижними) сторонами по 3 м.
Расчет материалов на изогнутый навес
Расчет навеса с изогнутой крышей своими силами сделать сложнее, так как здесь многое зависит от ее выпуклости, то есть, чем круче изгиб, тем больше расходуется материалов. Но исходить можно из тех же размеров: 10,5 м в длину и 6 м в ширину, хотя ширина здесь сократится за счет изгиба.
Изогнутый навес для автомобиля
Явное преимущество такой конструкции заключается в экономии материала при сборке стропильной системы. Для заданных размеров можно обойтись только двумя или тремя стропильными системами, по краям и посредине – все остальные ноги просто делают в форме дуги без нижней перемычки, как на фотографии. Изогнутый металлический профиль, закрепленный на двух опорах, сам по себе представляет жесткую фигуру и вопрос здесь только в хорошем креплении стояков.
В данном случае расчет навеса для автомобиля будет состоять из 6 гнутых шестиметровых профилей, два или три из которых снабжаются перемычкой и делятся на несколько треугольников. Опоры тоже потребуются под каждую дугу, значит, их будет 12 штук. Продольных балок достаточно 6 штук:
- 2 по краям свесов;
- 2 по столбам;
- 2 вдоль крыши.
Четеж арочного навеса
В общей сложности получится 12*10,5/6=21 и еще 4 профиля для перемычек.
Вполне естественно, что для более узких навесов материала расходуется меньше, но здесь важно учитывать длину поликарбоната. То есть, если работать с 6-метровыми листами, то их следует использовать либо целиком, либо резать пополам, чтобы не было отходов. В таком случае крыша получится 6 м или 3 м шириной, а длину уже корректируют по необходимости.
В итоге можно сказать, что самый экономный расчет навеса получится с крышей гнутого типа, хотя это наиболее сложный вариант. Тем не менее, в таких конструкциях можно сэкономить на металлических профилях, так что выгода здесь очевидна.
При возникновении сложностей в процессе расчетов можно воспользоваться специальными программами и услугами профессионалов.
Для обустройства навеса над крыльцом, зоной отдыха, игровой площадкой или стоянкой нередко используют конструкции из профильных труб. Каркасы из профтрубы просты в изготовлении, эстетичны и подходят для возведения малых архитектурных форм различного назначения и размера. Для устройства долговечного и надёжного навеса своими руками необходимо правильно рассчитать конфигурацию каркаса.
Навес – это малая архитектурная форма, часть крытой площадки, имеющей функциональное или декоративное назначение. Основная функция этой конструкции – защита площадки от осадков и солнца.
Металлопрофиль выгодно отличается от других материалов устойчивостью к биологическому, химическому, механическому воздействию. Профтрубы с квадратным или прямоугольным сечением просты в проектировании и монтаже. Одинаково хорошо они подходят для монтажа небольшого козырька для крыльца и устройства просторной крытой площадки.
Навес состоит из:
- фундамента;
- опор или подвесов – вертикальных и наклонных несущих элементов каркаса;
- боковых соединительных элементов – откосов и ферм;
- стропильной системы, состоящей из стропильных ног, ферм, обрешётки;
- кровли.
В случае возведения навеса над небольшой площадкой, например, крыльцом или песочницей, можно обойтись без ферм – конструкция вполне выдержит снег и ветер, так как в ней не будет горизонтальных участков большой протяжённости.
Если же планируется оборудовать навес над местом парковки или бассейном, горизонтальные перекрытия и стропильные ноги будут иметь большую длину. Такие протяжённые элементы уязвимы перед нагрузкой. Чтобы её распределить и придать конструкции жёсткость, на этих участках используют не отдельные трубы, а фермы (усиленные детали конструкции, состоящие из двух труб и соединяющих их вертикальных и наклонных элементов – стоек и раскосов).
Фундамент для навеса чаще всего делают столбчатым, так как его оборудование не требует больших землеройных работ. Кровлю выполняют из поликарбоната, профлиста, ондулина и других листовых материалов.
Сфера применения
Простота монтажа и надёжность конструкции обеспечила навесам из профильной трубы широкую сферу применения – их возводят для затенения и защиты от дождя и снега:
- автостоянок,
- детских и спортивных площадок,
- отдельных игровых и спортивных снарядов,
- летних кафе,
- зон отдыха,
- входных групп жилых домов и нежилых зданий,
- мест хранения оборудования и инвентаря на приусадебных участках.
Типы навесных строений
Навесы из профтрубы классифицируют по типу опорной и стропильной систем.
Тип опорной системы зависит от места расположения навеса относительно других строений. Разделяют пристроенные, консольные и отдельностоящие конструкции.
Навес из профильной трубы – это очень распространенная конструкция, которую можно встретить едва ли не в каждом дворе. Из профильных труб можно сделать как небольшой навес над крыльцом, так и большую крышу для автомобильной стоянки – и конструкция в любом случае будет достаточно крепкой, красивой и простой в обустройстве. В данной статье будет рассмотрен расчет навеса из профильной трубы и его монтаж.
Расчет и чертеж навеса
Грамотный расчет и создание хорошего чертежа подразумевают соблюдение ряда стандартов и требований, предъявляемых к конструкциям из профильных труб. Впрочем, маленькие односкатные навесы не нужно рассчитывать так уж точно – небольшой козырек из профильной трубы большим весом не отличается, поэтому никакой опасности такого рода конструкции не представляют. Крупногабаритные навесы для стоянок или бассейнов нужно обязательно рассчитать, чтобы избежать проблем.
Чертеж навеса из профтрубы всегда начинается с эскиза – простого наброска, на котором указан тип конструкции, ее основные особенности и примерные габариты. Чтобы точно определить размеры будущего навеса, стоит провести замеры на участке, где конструкция и будет располагаться. В том случае, если навес будет пристраиваться к дому, то необходимо также измерить стену, чтобы точно знать размеры профильной трубы для навеса.
Можно рассмотреть методику расчета на примере конструкции, расположенной на площадке 9х7 м, расположенной перед домом с размерами 9х6 м:
- Длина навеса вполне может равняться длине стены (9 м), а вылет конструкции на метр короче ширины площадки – т.е. 6 м;
- Нижний край вполне может иметь высоту 2,4 м, а высокий стоит поднять до 3,5-3,6 м;
- Угол наклона ската определяется в зависимости от разницы высот нижнего и верхнего краев (в данном примере получается около 12-13 градусов);
- Для расчета нагрузок на конструкцию нужно найти карты, отображающие уровень атмосферных осадков в данном регионе, и отталкиваться от них;
- Когда размер конструкции и предполагаемые нагрузки рассчитаны, остается составить подробный чертеж, подобрать материалы и приступить к сборке навеса.
Чертежи ферм из профильной трубы для навеса должны отображаться отдельно со всеми подробностями. Также стоит помнить, что минимальный уклон навеса составляет 6 градусов, а оптимальное значение – 8 градусов. Слишком малый наклон не позволит снегу сползать самостоятельно.
Закончив с чертежами, подбирается соответствующий материал и его количество. Расчет нужно проводить точный, а перед приобретением стоит добавить около 5% допуска – при работе очень часто происходят небольшие потери, да и брак встречается нередко. По подобным расчетам можно сделать и каркас гаража из профильной трубы , что достаточно востребовано.
Создание навеса из профильной трубы
Конструкция навеса особой сложностью не отличается. Если чертеж навеса и необходимые для его сборки материалы уже есть, то можно приступить непосредственно к обустройству конструкции.
Изготовление навеса из профильной трубы осуществляется по следующему алгоритму:
- Сначала размечается и подготавливается участок под навес. Нужно подобрать место для фундаментных ям и выкопать их, а потом засыпать дно всех ям щебнем. В ямах устанавливаются закладные элементы, после чего фундамент заливается цементным раствором.
- К нижним частям стоек навеса привариваются стальные детали квадратной формы, размер которых совпадает с габаритами закладных деталей, как и диаметр отверстий под болты. Когда раствор застынет, столбы для навеса из профильной трубы прикручиваются к закладным деталям.
- Следующий шаг – сборка каркаса. Профильная труба на этом этапе размечается и разрезается на необходимые куски, и только после этого может осуществляться изготовление ферм из профильной трубы для навеса. Сначала при помощи болтов крепятся боковые фермы, потом фронтальные перемычки, а последними при необходимости обустраиваются раскосные решетки. Собранный каркас устанавливается на стойки и фиксируется выбранным способом.
Перед монтажом кровли навес нужно покрасить или покрыть антикоррозионным составом, чтобы предотвратить возможное разрушение материала – во время сборки базовое покрытие повреждается, и металлические детали в результате теряют сопротивляемость коррозии. Кроме того, нужно понимать, что внешняя обработка не защищает конструкцию от разрушения изнутри, поэтому края труб необходимо закрыть заглушками.
Виды креплений элементов навеса и их размеры
Для сборки элементов навеса из профильной трубы могут использоваться разные способы:
- Одним из наиболее распространенных способов фиксации навесов из профтруб является болтовое соединение. Качество такого соединения достаточно высокое, при этом сложностью оно не отличается. Для работы потребуется дрель со сверлом по металлу, а также болты или саморезы, диаметр которых зависит от сечения трубы.
- Еще один способ, которым крепятся элементы навеса – сварное соединение. Сварочные работы требуют определенных навыков, да и оборудование потребуется более дорогое, чем для болтового соединения. Впрочем, результат того стоит – сварка обеспечивает высокую прочность конструкции без ее ослабления.
- Для фиксации небольших навесов из труб диаметром до 25 мм можно использовать систему краб, которая представляет собой специальные хомуты разной формы (детальнее: " "). Чаще всего при монтаже навесов применяются Т-образные и Х-образные хомуты, обеспечивающие соединение трех или четырех труб соответственно. Для стяжки хомутов требуются болты с соответствующими гайками, которые часто приходится докупать отдельно. Главный недостаток краб-систем – возможность сборки конструкции только под 90-градусным углом.
Выбор профильных труб для изготовления ферм
Подбирая трубы для обустройства крупногабаритного навеса из профильной трубы, необходимо изучить следующие стандарты:
- СНиП 01.07-85, в котором описана зависимость между степенью нагрузок и весом составляющих элементов конструкции;
- СНиП П-23-81, описывающий методику работы со стальными деталями.
Можно рассмотреть обустройство конструкции на примере пристенного навеса размерами 4,7х9 м, опирающийся на наружные стойки спереди, а сзади прикрепленный к зданию. Подбирая угол наклона, лучше всего остановиться на 8-градусном показателе. Изучив стандарты, можно узнать уровень снеговой нагрузки в регионе. В данном примере односкатная крыша из профильной трубы будет подвергаться нагрузке, составляющей 84 кг/м2.
Одна 2,2-метровая стойка из профильной трубы имеет вес около 150 кг, а степень нагрузки на нее получается около 1,1 тонны. Учитывая степень нагрузки, придется подбирать прочные трубы – стандартная круглая профильная труба с 3-мм стенками и диаметром 43 мм здесь не подойдет. Минимальные размеры круглой трубы должны составлять 50 мм (диаметр) и 4 мм (толщина стенки). Если в качестве материала используется труба диаметром 45 мм и толщиной стенки 4 мм. Используя такой материал, может быть сделана и калитка из профильной трубы своими руками , которая будет достаточно надежной и долговечной.
Выбирая фермы, стоит остановиться на конструкции из двух параллельных контуров с раскосной решеткой. Для фермы высотой 40 см можно использовать профильную трубу квадратного сечения с диаметром 35 мм и толщиной стенки 4 мм (прочитайте также: " "). На изготовление раскосных решеток хорошо пойдут трубы диаметром 25 мм и толщиной стенки 3 мм.
Заключение
Собрать навес из профтрубы своими руками не так уж сложно. Для успешной работы необходимо грамотно спроектировать будущую конструкцию и ответственно подойти к каждому этапу реализации проекта – и тогда в результате получится надежная конструкция, способная простоять долгие годы.