Как рассчитать навес из поликарбоната
Содержание
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 5-7о, что позволяет не учитывать наличие ската и, соответственно, рассчитать конструкцию по «плоской» схеме.
Рассчитать навес из деревянных клееных балок вручную намного сложнее, чем для стальных каркасов, сваренных из профилированной трубы. Кроме того, использование металла позволяет рассчитать конструкцию навеса максимально точно, без поправок на качество и неоднородность деревянных стройматериалов.
Что и как считать
Из всех перечисленных конструкций навесов наиболее устойчивой к внешним воздействиям является арочная система.
Устройство арки таково, что даже при очень сильных нагрузках от ветра и снега несущие элементы арочных ферм работают на сжатие. Относительное удлинение единичного силового элемента стальной фермы, за исключением самих арочных дуг, не превышает 10. Что это значит?
В этом случае запас прочности и устойчивости арочной фермы самой арки, даже при использовании самого распространенного профиля 50х50х2 мм или 25х50х2 мм, будет значительно больше, чем это требуется по условиям прогиба или предельного состояния. Для проверки можно рассчитать любой из популярных вариантов арочной крыши из поликарбоната с помощью специальной программы проектирования.
Кроме того, если посмотреть на эпюры нагрузки арки от ветра и снега и рассчитать влияние здания, то становится понятным, что для конструкций навесов из поликарбоната, расположенных в непосредственной близости к дому, ветровая нагрузка из-за «затенения» сводится к 4-5 кг/м2 вместо определенных СНиПом реальных 25 кг/м2.
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/м2. 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.
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/см2, для «десятки» — 658 кг/см2, для удвоенной 16-миллиметровой плиты с тройной полкой -700 кг/см2.
Модуль упругости составляет 2*104 кг*с/см2.
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*F2. Для одной мини-балки I= 0.01561 см4. Для всего метрового листа Iz =1.376 см4.
Зная момент инерции для покрытия шириной в 1 м, можно рассчитать прогиб поликарбоната, уложенного на 2 опоры, по формуле f = 5ql4/384EI. 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.
Сергей Новожилов - эксперт по кровельным материалам с 9-летним опытом практической работы в области инженерных решений в строительстве.
(No Ratings Yet)
Загрузка...
