Как рассчитать снеговую нагрузку на навес из поликарбоната

Обновлено: 15.05.2024

Односкатные навесы довольно распространенный вид строительной конструкции, который встречается как в частном секторе (жилые строения, приусадебные участки, навесы для машины), так и в городской и промышленной инфраструктуре (навесы к зданиям, крытые площадки, автостоянки, остановочные комплексы и т.д.). Вариантов исполнения односкатных навесов огромное количество и ограничивается лишь фантазией заказчика.

Однако для простоты понимания данного типа конструкции, можно разделить односкатные навесы на несколько основных категорий.

По типу использованного материала:

Деревянные.
Металлические.
Комбинированные.

По типу монтажа основной конструкции:

По типу крепления элементов конструкции:

По типу крепления вертикальных стоек:

Классические навесы.
Консольные навесы.

Следует также разделить навесы по функциональному назначению:

А также по типу используемого кровельного материала:

Навесы из металлочерепицы.
Навесы из профнастила.

Конструкция односкатного навеса

Далее мы будем рассматривать конструкцию классического металлического навеса с покрытием из сотового или монолитного поликарбоната, так как данный вид конструкции является самым распространенным и часто используемым видом односкатных навесов.

Конструкция односкатного навеса

Конструкция классического односкатного навеса достаточно простая и состоит из:

металлических ферм;
вертикальных стоек;
горизонтальных стоек, удерживающих фермы;
верхней обрешетки в виде продольных стяжек (лагов);
непосредственно материала крыши - поликарбоната, профнастила или металлочерепицы.

Основой данной конструкции является металлический каркас. Он удерживает основные нагрузки в виде веса самого навеса, снега и ветровых нагрузок.

Металлический каркас односкатного навеса

Используемые материалы

Металлический каркас односкатного навеса, как правило, собирается из профильной трубы квадратной и прямоугольной формы (в разрезе). Для вертикальных и горизонтальных стоек используется труба размерами не ниже 80 мм x 80 мм. Для производства ферм используется труба размерами не меньше 40 мм x 20 мм.

Использование трубного профиля при производстве металлического каркаса навеса обусловлено техническими характеристиками этого материала:

трубный профиль выдерживает существенно большие нагрузки, чем, например, профиль в виде уголка;
трубный профиль пустотелый внутри и поэтому конструкция более легкая и менее дорогостоящая;
трубный профиль в вертикальном положении существенно усиливает устойчивость всей конструкции;
монтаж конструкции из трубного профиля намного быстрее и легче.

В зависимости от типа используемой стали может использоваться:

Эксплуатация конструкций из оцинкованной стали более долговечная, однако оцинковка может привести к существенному удорожанию металлического каркаса навеса в 2 и более раза. Поэтому для удешевления конструкции обычно используют обычный прокат и обрабатывают сталь перед монтажом покрытием с антикоррозийными свойствами.

Усиление конструкции металлических ферм

Усиление конструкции металлических ферм представляет собой решетчатую конструкцию правильной геометрической формы, привариваемую внутри основного каркаса фермы.

Различают следующие типы решеток ферм:

Простая вертикальная.
Треугольная.
Треугольная с вертикальным усилением.
Перекрестная.
Раскосная.
Ромбическая.
Полураскосная.
Крестовая.
Шпреньгельная.

В практике производства металлических навесов, как правило, используются первые три типа решеток: простая вертикальная, треугольная и треугольная с вертикальным усилением.

В первую очередь нужно разобраться, для чего нужно усиление и, исходя из этого, далее определиться с необходимым типом решетки фермы. Как мы уже ранее говорили, навесы выполняют две основные функции - защитную и декоративную. Как правило, заказчики всегда пытаются найти баланс между надежностью и эстетическим видом. Перегруженная решетка смотрится неэстетично, визуально превращает частный дом в объект промышленного назначения. Но с другой стороны навес из поликарбоната должен выдерживать базовые нагрузки - собственный вес, снег и ветер. Также нужно принимать во внимание тот факт, что чем больше элементов усиления металлической фермы, тем больше металла расходуется, и тем дороже становится каркас навеса.

Простая вертикальная форма решетки дешевая в исполнении, так как расходуется существенно меньшее количество металла. Однако выглядит она простенько и создает впечатление дешевого изделия. Надежность такой конструкции также уступает другим формам решетки для металлических ферм.

Треугольная форма решетки является самой распространенной и оптимальной в контексте надежности. Расход металла выше, чем у простой вертикальной формы, и при правильном монтаже продольных стяжек (лагов) на вершину треугольника, такая конструкция обеспечивает надежную и устойчивую опору для всех типов нагрузок.

Треугольная форма решетки с вертикальным усилением является самой надежной и прочной из трех вышеперечисленных видов и в основном используется в конструкциях с повышенными требованиями к нагрузке, однако несет в себе элемент "визуального перегруза" и с эстетической точки зрения уступает треугольной форме.

Все остальные формы решеток ферм используются в основном на объектах промышленного назначения, где требования к эстетике внешнего вида конструкции не являются критичными.

Особенности производства односкатных навесов

При производстве односкатных навесов необходимо ориентироваться на следующие строительные нормы, регламентирующие производство металлических конструкций:

Выбор металлического профиля

Выбор металлического профиля навеса является очень важным фактором устойчивости конструкции. Чем толще стенка металлического профиля, тем больше несущие способности металлического каркаса навеса. Также необходимо принимать во внимание антикоррозийные свойства материала. Оцинкованный профиль или профиль из нержавеющей стали будет более надежным и долговечным вариантом, но при этом приведет к существенному удорожанию конструкции навеса.

Для простоты восприятия мы предлагаем следующую классификацию усиления каркаса навеса в зависимости от толщины металлического профиля:

Усиление каркаса навеса в зависимости от толщины металлического профиля

Средняя
при правильной обработке поверхности

Выше средней
при правильной обработке поверхности

Выбор типа усиления ферм

Следующим шагом конфигурации односкатного навеса является выбор решетки или типа усиления ферм. Как мы уже говорили ранее - оптимальным вариантом является треугольная решетка. Однако можно пойти по пути упрощения - выбрать простое вертикальное усиление; и по пути усиления конструкции фермы - треугольная с вертикальным усилением. Чем сложнее рисунок решетки - тем дороже конструкция металлического каркаса навеса.

Для односкатного навеса также актуальным является форма фермы в виде нескольких сваренных между собой дуг. Такая конструкция менее перегружена визуально и легко воспринимается на глаз.

Шаг ферм и продольных стяжек (лагов)

Основным риском при эксплуатации навеса из поликарбоната является разрушение кровельного покрытия под воздействием внешних нагрузок. Хотя поликарбонат является достаточно прочным и гибким материалом, существенные нагрузки на прогиб могут привести к его разрушению или деформации. Чем длиннее пролет между металлическими опорами, на которых держится лист поликарбоната, тем сильнее нагрузки на прогиб как на металлическую обрешетку каркаса, так и на поликарбонат непосредственно.

Конструкция односкатного навеса также вносит свою лепту - лист поликарбоната выгибается по контуру арки, что несет в себе дополнительные нагрузки на изгиб для листа поликарбоната.

Вторым существенным ограничением является типовой размер поставляемого листа поликарбоната - 12 м x 2,1 м и 6 м x 2,1 м. То есть кровельный лист не может быть шире 2,1 м, а значит металлические опоры под ним должны также идти с шагом не больше 2,1 м. С учетом того, что для стыка двух листов используется полимерная прокладка, которая также занимает место, оптимальным шагом для металлической основы (т.е. ферм) для листа поликарбоната является диапазон 1,5-1,9 метра.

Те же соображения действуют и по отношению к продольным стяжкам. Учитывая то, что профильная труба для продольных стяжек прогибается существенно больше, чем усиленная конструкция фермы с решеткой, так как фермы выдерживают значительно большие нагрузки, шаг между лагами должен варьироваться в диапазоне 0,4-0,6 м и, как правило, синхронизируется с решеткой фермы, для того чтобы лаги попадали в самое усиленное место фермы - вершину треугольника решетки.

Выбор поликарбоната

Выбор поликарбоната - один из ключевых факторов, влияющих как на срок службы односкатного навеса, так и на его внешний вид. Существует огромное множество модификаций поликарбоната, варьирующихся по типу, цвету, плотности, толщине, защите от ультрафиолетового излучения и т.п.

Остановимся на основных вариантах выбора:

По типу поликарбоната:

Монолитный поликарбонат - представляет собой сплошной прозрачный пластиковый лист без ячеек. Является прочным и одновременно гибким материалом. Поставляется листами разной толщины и цвета. Существенно дороже сотового поликарбоната.
Сотовый поликарбонат - представляет собой прозрачный пластиковый лист с ячейками (сотами). Уступает по прочности и гибкости монолитному поликарбонату, однако значительно дешевле. Совокупность свойств данного материала в сочетании с ценой делает его наиболее распространенным материалом для производства навесов.
Волнистый поликарбонат - или профилированный монолитный поликарбонат, является разновидностью монолитного поликарбоната, которому придали форму профиля - как правило трапецию. Используется для кровельных работ и является прозрачной пластиковой заменой таким материалам, как черепица и металлочерепица. Данный материал, как и монолитный поликарбонат, существенно дороже сотового поликарбоната.

По толщине листа:

Тонкие - листы от 4 мм до 6 мм. Данный материал в основном используется для монтажа рекламных конструкций и непригоден в качестве кровельного покрытия.
Средние - листы от 8 мм до 10 мм. Основной рабочий материал, который используется для монтажа парников, теплиц и навесов.
Прочные - листы от 16 мм до 25 мм. Крыши домов, имеющие прозрачные свойства.
Сверхпрочные - листы от 32 мм. Используются как кровельное покрытие с высокими требованиями к нагрузке.

По плотности материала:

стандарт - плотность пластика 1,0 кг/кв.м. для поликарбоната 10 мм.
премиум - плотность пластика 1,5 кг/кв.м. для поликарбоната 10 мм.

Окончательный выбор материала лежит на заказчике, однако мы не рекомендуем использовать поликарбонат тоньше 8 мм с низкой плотностью пластика. Оптимальным вариантом является толщина 10 мм с плотностью стандарт или премиум. Разница в цене для такого поликарбоната будет пропорциональна его плотности.

Покраска односкатного навеса

Покраска металлической конструкции является одним из важнейших этапов технологической цепочки производства односкатного навеса. Это прежде всего связано с особенностями эксплуатации изделия в агрессивной среде: атмосферные осадки, перепады температуры, ультрафиолетовое излучение. Для того чтобы конструкция навеса служила долго, необходимо, прежде всего, защитить ее от коррозии.

Антикоррозийная обработка металлического каркаса обязательно должна включать в себя следующие этапы:

предварительная обработка металлической поверхности и сварочных швов. Зачистка поверхности от неровностей, шероховатостей, очагов начавшейся ржавчины;
обработка поверхности антикоррозийным составом;
грунтование поверхности металла перед финишной покраской;
финишная покраска металла.

Покраска металлического каркаса односкатного навеса может отличаться в зависимости от выбранной технологии. В последнее время очень сильно распространены краски "три в одном", которые содержат в своем составе антикоррозийный материал, грунтовку и финишную краску. Использование таких красок существенно сокращает время и трудозатраты при покраске навеса.

Перед монтажом навеса у заказчика, предварительно подготовленные элементы конструкции тщательно обрабатываются и красятся в финишный слой. Далее необходимо выждать не менее суток для того, чтобы краска высохла и приобрела свои окончательные свойства.

Однако отдельные части навеса монтируются между собой уже на площадке заказчика, и поэтому отдельные места сварки обрабатываются и докрашиваются уже на месте.

Монтаж односкатного навеса

Монтаж односкатного навеса производится на ленточный фундамент, подготовленную бетонную поверхность, сваи либо винтовые сваи. Строительство ленточного фундамента под навес экономически неоправданно, поэтому, как правило, используются три последних варианта.

Монтаж на ленточный фундамент

Ленточный фундамент представляет собой замкнутый контур из бетонной полосы (ростверка), опирающийся на бетонные сваи, установленные по контуру ростверка с определенным шагом. Ленточный фундамент считается надежной конструкцией, которая выдерживает нагрузки конструкций в несколько этажей. Для целей монтажа навеса, ленточный фундамент является надежной, но дорогой и избыточной формой опоры. Мы рекомендуем использовать ленточный фундамент только при существенных нагрузках основной конструкции навеса.

Организация ленточного фундамента осуществляется в несколько этапов:

Рытье траншеи под ростверк.
Бурение отверстий под буронабивные сваи.
Подготовка подушки из песка и гравия для свай и ростверка.
Организация гидроизоляции при необходимости.
Выставление металлического каркаса из арматуры.
Заливка бетоном.

При организации ленточного фундамента под навес, буронабивные сваи выставляются в местах установки несущих вертикальных стоек навеса. В идеале вертикальные стойки навеса углубляются на 1-1,5 метра в середину буронабивной сваи и заливаются бетоном. Однако такой вариант монтажа не всегда удобный, и поэтому зачастую обходятся установкой металлических закладных - в буронабивную сваю устанавливают металлический профиль на глубину 1-1,5 метра и заливают бетоном. Далее при монтаже навеса вертикальные стойки привариваются к закладным.

Монтаж на бетонную поверхность

Монтаж навеса на бетонную поверхность является одним из самых распространенных вариантов установки навеса. При таком виде монтажа предполагается, что заказчик залил армированную бетонную плиту на всей площадке, под которую делается навес. Толщина бетона должна быть не меньше 10-15 см. При монтаже навеса используют металлические пластины и распорные анкеры, которые углубляются в бетон и фиксируются с четырех сторон пластинами. Далее вертикальная стойка навеса приваривается к металлической пластине.

Монтаж на буронабивные сваи

Вторым по популярности является монтаж с помощью буронабивных свай. Данный вид монтажа очень похож на монтаж на ленточный фундамент за исключением того, что отсутствует ростверк. Надежность такого монтажа ниже, чем в ленточном фундаменте, однако является достаточной для удержания конструкции навеса. Данный вариант монтажа является одним из самых бюджетных - не нужно заливать полноценный ленточный фундамент, не нужно заливать дорогостоящую бетонную плиту под навес.

Монтаж на винтовые сваи

Третьим по популярности является монтаж конструкции навеса на металлические винтовые сваи. Металлическая свая представляет собой трубу с зауженным конусовидным наконечником и приваренные к трубе лопасти либо резьбу.

С помощью специального оборудования - гидравлического сваекрута, либо вручную, в землю ввинчивается специальная металлическая свая на глубину 1 - 1,5 метра. Далее к верхней части металлической сваи приваривается вертикальная стойка навеса. Для усиления конструкции в полость трубы сваи обычно заливают бетон.

Вода следует за естественными изгибами. Застой осадков на кровле портит поверхность, поэтому все крыши и навесы делают под уклоном.

Навесы для машины устанавливают на улице, чтобы защитить автомобиль от дождя и снега и избежать гниения кузова и коррозии двигателя.

Когда речь идет о выборе навеса, мы стараемся учесть все: удобно заезжать и выезжать, подходит под цвет кровли и других построек, прослужит энное количество лет – не заржавеет и не рухнет под снегом, при этом не ударит по бюджету.

Помимо перечисленных критериев сталкиваемся с тем, что навесы отличаются по видам. Если полистать картинки Яндекса – то встретишь монолитные, многосекционные, дугообразные, в виде купола или парящего моста. Какой выбрать?

Чаще всего в качестве навеса используют односкатные, двускатные или арочные конструкции.

односкатные;
двускатные;
арочные.

Односкатные навесы под машину

Односкатный навес делают как пристройку к дому (хозблоку, к бане) так и отдельно. Это навес с уклоном в одну сторону.

Когда участок и место въезда ограничены– навес пристраивают к дому, делают наклон от стены, чтобы снег и вода уходили под наклоном.

Крепежного материала и опорных конструкций на такой навес уходит меньше, чем на двускатные или арочные навесы.

Односкатные навесы делают из любого материала. Как правило, подбирают в цвет крыши построек на участке.

Если навес с уклоном в одну сторону – отдельно стоящая конструкция – продумывают уклон в ту сторону, где нет садовых дорожек и тропинок, чтобы дождевая вода и сугробы не мешали проходу.

В нашем СНТ был случай, когда дачник без согласия другого соседа установил навес для машины и сделал уклон над их общим совместным забором. Весь снег падал через забор к соседу. Весной сугробы и сосульки, летом ручьи не просыхали – теневая сторона. Сосед год не ездил на дачу. Приехал в мае. Садовая дорожка из плитки, что проходит вдоль забора – позеленела и покрылась мхом, местами снег еще лежит. Началась междоусобица, на все участки мат-перемат. В итоге – навес пришлось убирать.

На заметку! Если односкатный навес находится непосредственно под склоном крыши основного дома – не забудьте учесть усиленную снеговую нагрузку. С общей кровли на навес будут сходить пласты тяжелого снега.

Так, если в Московской области снеговая нагрузка на 1 квадратный метр = 180 кг, то при дополнительном скате снега с более высокой поверхности нагрузка увеличится до 300 кг на квадрат. Значит, надо выбирать либо более прочный материал, либо делать частую обрешетку.
При грамотном планировании – односкатный навес замечательно вписывается в пространство в качестве дополнительной или отдельной конструкции, прост в установке и экономичен.

Навес с двускатной крышей

Двускатные навесы словно мини-жилье для машины. Привлекательны внешне, особенно когда рядом красуется дом с кровлей из такого же материала и цвета. Двускатные крыши для навеса ставят там, где есть возможность разгуляться. Например, когда участок под навес далек от построек. Или, когда пристройка - навес делается в едином стиле с домом.

Два ската крыши крепят на прочную обрешетку, которую связывают по периметру. За счет усиления, конструкция становится прочной. Она жестче и крепче, по сравнению с односкатным навесом. Снег с двускатного навеса сходит быстрее, уменьшая нагрузку на опорные конструкции.

Двускатные навесы устанавливать сложнее, чем односкатные и времени это занимает больше. По сути – двускатный навес – это соединение между собой отдельных односкатных крыш. Соответственно, материала на них при идентичных размерах потребуется больше.

Арочные навесы

Навесы в виде арок и полуарок делают из гнущегося материала: поликарбоната, профнастила и мягкой кровли.

Поликарбонат

Самый распространенный вариант – арка из поликарбоната. Как завезли поликарбонат в 2002 году в Россию из Израиля, так и стал он излюбленным помощником дачников – заменил собой стеклянные теплицы, деревянные и металлические козырьки и навесы, и даже заборы.

Сотовый поликарбонат легко гнется, за счет чего конструкции приобретают плавность линий, на них не задерживается снег и осадки.

Поликарбонат бывает разным по толщине – чем тоньше, тем хуже гнется и наоборот. Тонкий двухмиллиметровый лист без повреждений можно согнуть лишь на 30 см в радиусе, а лист толщиной в 10 мм сгибается до полутора метров.

Для арочных навесов используют поликарбонат толщиной в 10-12 мм, чтобы выдержать снеговую и ветровую нагрузку.

Профнастил

Еще гнутые навесы делают из профнастила. Профнастил укладывают на радиусные дуги так, что за счет гофрированных полос он сгибается, создавая арку. В первый день такой навес смотрится нарядно и необычно, интереснее, чем прямой скат. Но со временем в пазах волн скапливается грязь и мусор, остаются потеки от дождевой воды.

Мягкая черепица

Мягкую кровлю обычно используют на купольных крышах беседок, и прочих декоративных сооружений, на арочных – реже. Как правило, навесы из битумной или мягкой черепицы делают, чтобы выдержать единый ансамбль построек.
Сам по себе мягкий материал прочный и долговечный, но бьет по карману. Под него нужно устанавливать подкладочный пирог из водостойкого материала - основания.

Для выстраивания радиусного навеса выполняйте расчёты нагрузок на кровлю от снега, ветра и учитывайте другие природные условия.

Арочные фермы для навеса

Каркас арочного навеса – это не просто профильные прямые трубы – это дуги, на которые крепится материал. Важно знать минимальный радиус изгиба кровельного материала, прежде чем выбирать каркас. На рынке стройматериалов можно купить готовые радиусные арочные фермы, можно заказать под размер по данным чертежа арочного навеса.

Арочные навесы среди автовладельцев очень популярны за счет привлекательного внешнего вида полусфер, закрывающих от косого дождя.

Если опираться на отзывы владельцев навесов – то мнения о том, какой навес лучше достаточно противоречивы. Каждый делает выводы опираясь лишь на индивидуальный опыт.

В одном только владельцы авто навесов сходятся: прежде чем устанавливать навес, надо сделать его чертеж и рассчитать нагрузки.

Далее исходя из наличия места на участке, с учетом выделенного бюджета – выбирать подходящий.

Перед строительством конструкции необходимо разработать проект, создающий образ объекта и его отдельных деталей. На чертеже указываются значимые параметры сооружения с размерами соединяемых элементов. Необходимо провести расчет навеса из поликарбоната для возведения прочного и надежного объекта и не совершить фатальных ошибок с дорогостоящими последствиями.

Параметры и правила расчета

Чтобы определить объём необходимого материала и не переплачивать за лишние комплектующие, нужно правильно рассчитать габариты обрешетки. Параметры панелей обеспечивают общую прочность поликарбонатной кровле при нагрузке, создаваемой снегами и ветрами.

Во время строительства сооружения своими руками проводится не только общий расчет нагрузки на навес из поликарбоната, но и вычисляются параметры его отдельных деталей:

высота сооружения – не меньше 1,8 м,
длина кратна ширине листа, а показатель ширины можно разделить на 2 и 3,
над объектом обозначается пространство для вентиляции шириной около 0,1 м.

Конфигурацию крыши выбирает владелец участка.

Простой метод расчета конструкции

Работы выполняются поэтапно:

характер почвы и общий вес сооружения учитываются для разметки фундамента,
расчет числа и расстояния между опорами с учетом параметров и вида сотового поликарбоната,
по размерам будущей атмосферной нагрузки можно выбрать односкатную или двускатную крышу.

Правила расчета опоры

Наилучшим материалом для производства опорных столбов считают стальную профильную трубу, а дополнительную устойчивость создают при помощи уголков. Рассчитывать объект нужно по расстояниям между частями обрешетки, на которых закреплены кровельные листы.

Чтобы понять, как рассчитать навес из поликарбоната арочный, нужно определить возможные реакции опор горизонтального и вертикального типа. Для арки симметричного типа реакции вертикального типа с обеих сторон имеют одно и то же значение. Показатели поперечных сечений металлоконструкции определяют по начальным параметрам реакций.

Диаметр опорных труб выбирают, когда уже известны будущие нагрузки поперечного и продольного направления – силы, которые создают момент изгиба в местах, где арки прикреплены к опорным трубам. Нужно выбрать материал с учетом общей величины самых больших возможных нагрузок по данным о толщине снегового покрова для российских регионов.

Как рассчитать параметры козырька

На основании данных производителя, указанных в техусловиях для поликарбонатных листов, радиуса кровельного купола и угла наклона скатов, выбирается толщина поликарбоната – расчет навеса выполняют по нагрузке, действующей на покрытие навеса сверху массами снега и с двух сторон ветрами.

Затем рассчитывают максимальный изгибающий момент с сопротивлением листа и максимальный прогиб до проявления факторов разрушения с учетом расстояния между фермами навеса из поликарбоната. К расчетной схеме арки или системы стропил каркаса привязывают расчет деталей обрешетки.

Планируя строить арочные навесы из поликарбоната, расчет фермы выполняют по геометрии конструкции и инженерных особенностей. Вместо точечных креплений специалисты рекомендуют применять ленты, обладающие большим запасом прочности, чтобы сделать перекрытия еще более надежными.

Чтобы мастеру было легче рассчитать навес из поликарбоната, проектировщики составили расчетную схему, рекомендующую подбор материалов по размерам navesa. Она поможет сделать конкретные вычисления с внесением исправлений для линейных размеров. Для сооружения с расстоянием между фермами 3 м и длиной поперечной опоры 8 м понадобится 13 м 2 поликарбоната, 8 м профиля UP, 4 м профиля HP и около 70 штук специальных креплений.

При шаге обрешетки 0,7 м длина горизонтальных опор составит 21,5 погонных метра. Соответственно, при 1,05 м — 15,3 м, а при 2,1 м — 9,2 м.

На профильных сайтах давно и активно функционирует популярный сервис – онлайн-калькулятор для вычисления параметров обрешетки сооружений из сотового поликарбоната. Он поможет правильно спроектировать арочный навес из поликарбоната – расчет количества листов и комплектующих.

Выбор толщины поликарбонатного листа варьируется в пределах 0,6-1 см, в зависимости от расстояния между деталями обрешетки и размеров каждого пролета. Цвет покрытия навеса выбирают в соответствии с особенностями ближайших сооружений.

Расчет величины термического расширения листов

Чтобы поликарбонат на навесе не начал трещать, при высчитывании диаметра отверстий для крепления листов и усилия для затягивания термошайбы нужно учитывать величину температурного расширения материала. Самым неприятным последствием станет нарушение герметичности крепежных соединений или деформация панелей.

В разных регионах суточные температурные колебания зависят от местоположения. Иногда изменения достигают большого диапазона перепадов, достигающего 20 °С. При таком перепаде погонный метр поликарбоната уменьшается или удлиняется на 0,13 см.

Величину теплового расширения поликарбоната определяют по специальной формуле, исходя из длины панели, изменения температуры и коэффициента термического увеличения. Треск появляется из-за трения листов друг с другом и с деталями конструкции.

Поликарбонат может издавать щелчки из-за неустойчивости всего сооружения. Величина ветровых нагрузок изменяется, и вся конструкция начинает расшатываться. Поэтому внутри узлов начинаются перемещения, а листы соприкасаются поверхностью с ближайшими частями. Этот фактор создает значительную опасность и поэтому требует быстрого устранения. Он обычно возникает вследствие серьезных ошибок при расчете дуги для навеса из поликарбоната или нарушение технологических правил монтажа конструкции.

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.

Важно! Использование поликарбоната позволяет уменьшить негативное влияние от налипания снега, снежный покров на поликарбонатных листах удерживается в разы хуже, но тем не менее специалисты рекомендуют рассчитывать конструкцию навеса на давление ветра и вес снежного покрова.

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.

Важно! Чтобы рассчитать параметры арки навеса ручным способом, требуется хорошее знание основ сопротивления материалов и методики расчета.

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:

Прочность вертикальных опор на сжатие;
Устойчивость опорных стоек;
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.

Именно этот тип навесов нам предстоит обсудить.

Что вычисляем

Нам предстоит научиться рассчитывать:

Толщину поликарбоната и шаг обрешетки в зависимости от предполагаемой снеговой нагрузки на квадратный метр.
Размеры покрытия арки (что с точки зрения геометрии сводится к расчету длины дуги).

Уточним: мы исследуем способы расчета дуги для известных радиуса и угла сектора, а также для случая, когда нам известны лишь расстояния между крайними точками поверхности арки.

Минимальное сечение трубы при известной нагрузке на изгиб.

В этом порядке и двинемся дальше.

Обрешетка и толщина покрытия

Начнем с расчета на снеговую нагрузку.

Прежде, чем выяснить, как рассчитать навес из поликарбоната, мы сформулируем пару допущений, на которых основан расчет.

Приведенные данные актуальны для качественного материала без признаков разрушения ультрафиолетом. Поликарбонат без УФ — фильтра становится хрупким уже через 2-3 года эксплуатации на свету.

Мы сознательно пренебрегаем ограниченной деформационной устойчивостью обрешетки, считая ее абсолютно прочной.

А теперь — таблица, которая поможет подобрать оптимальную толщину поликарбоната и шаг обрешетки.

Нагрузка, кг/м2	Размеры ячейки обрешетки при толщине поликарбоната, мм
Нагрузка, кг/м2	6	8	10	16
100	1050х790	1200х900	1320х920	1250х950
	900х900	950х950	1000х1000	1100х1100
	820х1030	900х1100	900х1150	950х1200
160	880х660	1000х750	1050х750	1150х900
	760х760	830х830	830х830	970х970
	700х860	750х900	750х950	850х1050
200	800х600	850х650	950х700	1100х850
	690х690	760х760	780х780	880х880
	620х780	650х850	700х850	750х950

Расчет по радиусу и сектору

Как рассчитать арку для навеса в том случае, если нам известны радиус изгиба и сектор дуги?

Арочный навес.

Формула будет иметь вид P=pi*r*n/180, где:

Р — длина дуги (применительно к нашему случаю — длина листа поликарбоната или профильной трубы, которая станет элементом каркаса).
pi — число «пи» (в расчетах, в которых не требуется крайне высокая точность, обычно принимаемое равным 3,14).
r — радиус дуги.
n — угол дуги в градусах.

Давайте в качестве примера вычислим своими руками длину арки навеса с радиусом 2 метра и сектором 35 градусов.

P = 3,14*2*35/180=1,22 метра.

В процессе работы нередко возникает обратная ситуация: необходимо подогнать радиус и сектор дуги под фиксированную длину арки. Причины понятны: цена поликарбоната достаточно велика для того, чтобы количество отходов хотелось минимизировать.

Очевидно, в этом случае произведение сектора и радиуса будет равным P/pi*180.

Попробуем подогнать арку под стандартный лист длиной 6 метров. 6/3,14*180=343,9 (с округлением). Дальше — простой подбор значений с калькулятором в руках: к примеру, для сектора дуги в 180 градусов можно взять радиус равным 343,9/180=1,91 метр; при радиусе в 2 метра сектор будет равен 343,9/2=171,95 градусов.

Расчет по хордам

Как выглядит расчет конструкции навеса из поликарбоната с аркой в том случае, если мы располагаем лишь информацией о расстоянии между краями арки и ее высоте?

В этом случае применяется так называемая формула Гюйгенса. Чтобы воспользоваться ей, мысленно поделим хорду, соединяющую концы арки, пополам, после чего проведем в середине перпендикуляр к хорде.

Точка С расположена точно в середине отрезка АВ. Точка М находится в месте пересечения перпендикуляра к отрезку АВ, проведенного из точки С, с линией дуги.

Сама формула имеет вид Р=2l+1/3*(2l-L), где l — хорда АМ, а L — хорда АВ.

Важно: расчет дает приблизительный результат. Максимальная погрешность составляет 0,5%; чем меньше угловой сектор арки, тем меньше погрешность.

Давайте выполним расчет длины арки для случая, когда АВ = 2 м, а АМ — 1,2 м.

Расчет сечения при известной нагрузке на изгиб

Вполне жизненная ситуация: часть навеса представляет собой козырек известной длины. Мы можем приблизительно оценить пиковую снеговую нагрузку на него. Как подобрать для балок профильную трубу такого сечения, чтобы она не согнулась под нагрузкой?

На фото — последствия неправильного расчета.

Обратите внимание! Мы намеренно не затрагиваем то, как рассчитать нагрузку на навес. Оценка снеговой и ветровой нагрузки — вполне самодостаточная тема для отдельного материала.

Для расчета нам понадобятся две формулы:

М=FL, где М — изгибающий момент, F — приложенная к концу рычага сила в килограммах (в нашем случае — вес снега на козырьке), а L — длина рычага (длина балки, на которую приходится нагрузка от снега, от края до точки крепления) в сантиметрах.
M/W=R, где W — момент сопротивления, а R — прочность материала.

И чем нам поможет это нагромождение неизвестных значений?

Само по себе — ничем. Для расчета недостает некоторых справочных данных.

Марка стали	Прочность (R), кгс/см2
Ст3	2100
Ст4	2100
Ст5	2300
14Г2	2900
15ГС	2900
10Г2С	2900
10Г2СД	2900
15ХСНД	2900
10ХСНД	3400

Справка: для профтрубы обычно используются стали Ст3, Ст4 и Ст5.

Состав и области применения некоторых марок стали.

Теперь на основе имеющихся у нас данных можно вычислить момент сопротивления изгибу профильной трубы. Давайте так и сделаем.

Предположим, что на двухметровом козырьке навеса с тремя несущими балками из стали Ст3 скапливается 400 килограммов снега. Для упрощения расчетов условимся, что вся нагрузка приходится на край козырька. Очевидно, нагрузка на каждую балку составит 400/3=133,3 кг; при двухметровом рычаге изгибающий момент будет равным 133,3*200=26660 кгс*см.

Теперь вычислим момент сопротивления W. Из равенства 26660 кгс*см/W=2100 кгс/см2 (прочность стали) вытекает, что момент сопротивления должен быть равен как минимум 26660кгс*см/2100 кгс/см2=12,7 см3.

Каким образом значение момента сопротивления приведет нас к размерам профтрубы? Через таблицы сортамента, содержащиеся в регламентирующих размеры квадратной и профильной труб ГОСТ 8639-82 и ГОСТ 8645-68. Для каждого размера в них указан соответствующий ему момент сопротивления, причем для прямоугольного сечения — по каждой из осей.

Сверившись с таблицами, мы выясним, что минимальный размер квадратной трубы с нужными характеристиками — 50х50х7,0 мм; прямоугольной (при вертикальной ориентации большей из сторон) — 70х30х5,0 мм.

Альтернативное решение — сварка ферм из трубы меньшего размера.

Заключение

Надеемся, что не переутомили читателя обилием сухих цифр и формул. Как всегда, дополнительную информацию о методиках расчета и конструирования навесов из поликарбоната можно почерпнуть в видео в этой статье. Успехов!

Читайте также: