Металлические фермы для навеса - одни из самых элементарных строений. Их часто возводят на дачных участках и территориях загородных домов. Это простые конструкции из каркаса, покрытия и дополнительных элементов. Из них можно сделать навес, закрывающий место, выделенное под хранение вещей, или создать мини-стоянку для автомобиля . Всю сборку можно сделать самостоятельно, но чтобы ферма получилась прочной и долговечной, необходимы правильные расчеты.
Навесы предназначены для обеспечения места под хранение вещей или возведения мини-стоянки для машины
Виды конструкций
Фермы изготавливают из профилей прямоугольной формы или металлических уголков. Материал выбирается в зависимости от типа конструкции и вида поясов. Пояса - это основа фермы, они располагаются снизу и сверху сооружения и формируют его пространственное очертание. Для изготовления маленьких конструкций используют профильные трубы .
Фермы имеют несколько форм:
- Полигональные. Этот тип ферм предназначен для установки на пролетах длиной от 10 метров и больше. Если устанавливать навес на маленьком участке, то конструкцию комплектуют дополнительными деталями, что усложняет ее сборку. Навесы, изготовленные на производстве и имеющие дугообразную форму, являются исключением.
- Треугольные. Это двускатный навес с уклоном 22-30 градусов. Его часто устанавливают в тех регионах, где выпадает большое количество снеговых осадков. Недостаток изделия - острый узел в основании конструкции и длинные опоры, расположенные в центре. Эти участки нужно правильно рассчитать и отметить на чертеже. Поликарбонатные фермы для навеса маленьких размеров имеют пропорции по отношению к высоте и ширине не более ¼, 1/5.
Существует множество видов ферм для каркаса, отличаются они сложностью постройки и имеют разный ряд преимуществ
- Параллельные. Согласно чертежу, уклон готового изделия составляет не более 1,5%. При этом соотношение высоты и длины варьируется от 1/6 до 1/8. Изделие используют для плоского навеса, который планируется отделывать рулонной облицовкой. Стержни поясов, создающие пространственную решетку, имеют равномерную длину, из-за этого получается минимум соединительных узлов.
- Арочные. Это самая удобная конструкция фермы. Она позволяет скрывать изгибающие линии в поперечных сечениях каркаса. К тому же материал арки испытывает постоянное сжатие. Поэтому все расчеты проводят по упрощенному шаблону, так как вес от кровли, монтажной обрешетки и снежной нагрузки будет одинаково распределяться по всему навесу.
- Трапециевидные. Угол наклона каркаса составляет от 6 до 150 градусов. При этом его высота и длина имеют пропорции 1/6. Изделие характеризуется жесткой рамой.
- Вся нагрузка воздействует на опоры конструкции и направляется вниз. Из-за этого происходит ее равномерное распределение. Следовательно, опорные столбы имеют хорошее сопротивление против сжатия. Это позволяет выдерживать дополнительный вес от снежного покрова.
- Так как дуги менее жесткие, нагрузка распределяется неравномерно. Из-за этого под воздействием нагрузки они разгибаются. В итоге появляется сила, которая воздействует на опоры, расположенные вверху конструкции.
- Длина каркаса должна точно совпадать с длиной пролета (интервал, перекрывающий профиль).
- В зависимости от разработанного угла и характеристик очертания определяют высоту конструкции. Если сооружение треугольное, то его высота варьируется от 1/5 или ¼ части длины. Соотношение кровли прямой формы составляет 1/8 часть.
- Угол наклона решетки к поясу варьируется от 35 до 50 градусов. Средняя величина составляет 45 градусов.
- Ширина панели поможет правильно рассчитать промежуток между узлами. Они всегда идентичны. Если каркас имеет большую длину пролета (25-30 метров и более), то для него требуется строительный подъем. Его рассчитывают дополнительно. Эти расчеты помогут определить уровень нагрузки и подобрать подходящую величину профильных труб.
- Чтобы сооружение имело красивый внешний вид и при этом выдерживало высокие нагрузки, расстояние между арками делают в 105 см. При этом высота конструкции будет составлять 150 см.
- Формула длины сектора π × R × α ÷ 180 поможет рассчитать длину профиля по нижнему поясу. По чертежу: R = 410 см, α ÷ 160°. Подставив числа, получается: 3,14 × 410 × 160 ÷ 180 = 758 (см).
- Узлы каркаса размещают на нижнем поясе. Расстояние между ними должно быть не менее 55 см. Для установки крайних узлов требуется индивидуальный расчет.
В этом видео показано как составить чертеж фермы для навеса:
Какой уровень нагрузки сможет выдержать сооружение - зависит от толщины профильной трубы. Чем она толще, тем крепче конструкция. Для больших конструкций лучше выбирать квадратный профиль с сечением 30-50×30-50 мм. Трубы с меньшим сечением применяют для маленького каркаса.
Металлический профиль обладает высокой прочностью и по сравнению с цельным металлическим бруском весит намного меньше. Материал легко сгибается, это позволяет создавать арочные и куполообразные конструкции.
Готовые фермы для навеса из металлопрофиля имеют доступную цену. Чтобы материал прослужил долго, его красят или покрывают грунтовкой, которая защитит его от коррозии.
Поликарбонатная ферма
Чтобы собрать ферму для навеса из поликарбоната, нужно составить подробную схему. Каждая деталь, указанная в схеме, должна иметь точные размеры. Детали со сложной конструкцией прорисовывают в дополнительном чертеже.
Чтобы выбрать тип конструкции и количество составляющих деталей, необходимо сделать расчеты. Дополнительно изучают уровень атмосферных осадков в своем регионе. Эти данные помогут создать конструкцию необходимой прочности. Самая упрощенная разновидность фермы - дуга (труба) с круглым или квадратным сечением. Несмотря на то что это самый дешевый вариант из всех, трубы из поликарбоната не очень надежные.
Распределение нагрузки:
Неправильный расчет фермы для навеса грозит тем, что основания столбов станут искривляться и деформироваться.
При расчете фермы из поликарбоната учитывают высоту и длину каркаса, а также угол наклона решетки и расстояние между модулями. Пример расчета:
К примеру, расчет для односкатного каркаса размером 4×6 м происходит следующим образом. Конструкцию создают из профиля 3×3 см. Его толщина составляет 0,12 см. Длина нижнего пояса составляет 310 см, а верхнего - 390 см. Между поясами монтируют вертикальные опоры. Высота самой большой будет составлять 60 см, остальные три равномерно укорачивают. После установки опор появляются места, которые нужно укрепить. Их оснащают раскосыми перемычками (тонкий профиль с сечением 2×2 см). В местах, где соединяются пояса, стойки не устанавливают.
Если навес длинный (6-7 метров), то устанавливают 5 таких конструкций. Их располагают с расстоянием в 1,5 м. Каждый модуль закрепляют поперечными перемычками. В качестве перемычек применяют профиль с сечением 2×2 см.
Его располагают на расстоянии 50 см друг от друга и закрепляют на верхнем поясе. Обшивка из поликарбоната крепится к перемычкам.
Арочный каркас
Из-за особого строения арочная ферма для навеса также нуждается в точных расчетах. Они необходимы для того, чтобы действующая нагрузка распределилась равномерно по всей поверхности. А это возможно только благодаря правильной и ровной форме каркаса.
Изготовление каркаса по арочному типу длиной в 6 метров:
Здравствуйте, уважаемые читатели! В данной статье я решил использовать уже опубликованную ранее информацию и онлайн расчеты для расчета навеса из металлоконструкций .
Навес можно использовать для различных целей, но пусть это будет навес для автомобиля.
Исходные данные:
- город строительства – г. Гродно ( - Республика Беларусь, Гродненская область)
- размер в плане 3х6 метра
- несущие конструкции (стойка – профильная труба, балка – двутавр, прогоны – швеллер)
- высота до низа балки – 2,7 метра
- уклон кровли – 10%
- материал кровли – профлист НС35х1000х0.5 (масса 1 м2 – 5.4 кг)
- сталь класса С255
Итак, основная наша задача – это определиться в размере сечения наших несущих конструкций. На каждую конструкцию мы будем собирать нагрузки, и рассчитывать отдельно. Расчет будем вести сверху вниз , т.е. сразу прогоны, потом балки и стойки. Это делается для того, чтобы при расчете стоек мы уже знали вес вышележащих конструкций (балки и прогоны).
Расчет прогонов
Прогон будем рассчитывать на прочность и прогиб
Для расчета прогонов нам надо будет знать линейную равномерно распределенную нагрузку на него и расчетную схему.
Прогон будет привариваться в месте укладки к балке, значит, это будет шарнирное соединение и расчетная схема соответственно «шарнир-шарнир».
На прогон будут действовать нагрузки от веса профлиста, собственного веса прогона и снеговой нагрузки.
На рисунке показана грузовая площадь рассчитываемого прогона.
Для того, чтобы нагрузку на квадратный метр перевести в линейную, нам надо будет умножить ее на ширину грузовой площади. = 5,4 кг/м2 * 1,003 м = 5,42 кг/м
Для получения расчетной нагрузки – умножим нормативную на коэффициент безопасности по нагрузке (для металлических конструкций он равен 1,05). = 5,42 кг/м * 1,05 = 5,69 кг/м
Дальше таким же способом находим расчетную линейную нагрузку от снега (коэффициент надежности по снеговой нагрузке 1,4):
50 кг/м2 * 1,003 м * 1,4 = 70,21 кг/м
Итоговое значение линейной нагрузки будет следующее:
5,69 кг/м + 70,21 кг/м = 75,9 кг/м
Затем , подбирая то или иное сечение с небольшим запасом (в онлайн расчет уже входит нагрузка от собственного веса конструкции).
В итоге расчета на прочность у нас получился швеллер № 5П по ГОСТ 8240-89 .
Теперь рассчитаем данный прогон на прогиб. Заглянув в СП 20.13330.2016 "Нагрузки и воздействия", видим, что максимальный прогиб для нашего 3-ех метрового прогона рассчитывается как l/150=3000/150=20 мм.
Подставив все найденные величины в калькулятор по прогибу, видим, что прогиб получился 18,9 мм и он не больше нашего предельно допустимого прогиба 20 мм.
Значит делаем вывод - прогон из 5 швеллера устраивает нас как по прочности, так и по прогибу.
Расчет двутавровой балки
Балку будем рассчитывать ту, которая лежит на оси 2, потому что грузовая площадь, а, следовательно, и нагрузка у нее будет самая большая.
Опираться балка будет на накладку на конце стойки. Накладка приварена к стойке, а балка будет приварена к накладке. Значит опирание опять шарнирное и расчетная схема «шарнир-шарнир».
Нагрузки, которые будут действовать на балку :
- снеговая нагрузка = 50 кг/м2 * 3 м * 1.4 = 210 кг/м
- нагрузка от профлиста = 5,4 кг/м2 * 3 м * 1,05 = 17,01 кг/м
- нагрузка от веса прогонов (12 метров прогонов попадают в грузовую площадь, масса одного метра 8,59 кг) = 12 м * 8,59 кг/м * 1,05 = 108,23кг.Запишем эту нагрузку как линейно распределенную на 3 метра: 108,23 кг / 3 м = 36,08 кг/м.
- нагрузка от собственного веса балки (учитывается в онлайн расчете)
Итоговая нагрузка на балку будет:
210 кг/м + 17,01 кг/м + 36,08 кг/м = 263,09 кг/м
Далее опять по нашему подбираем сечение:
По расчету видим, что данная балка по прочности проходит с хорошим запасом. Теперь рассчитаем ее на прогиб (максимально допустимый прогиб для балки равной 3м опять же выходит 3000/150=20 мм).
Исходя из двух расчетов видно, что балка 10Б1 проходит с хорошим запасом. В целом сечение можно уменьшить, но в качестве примера оставим эту балку
Получился двутавр №10Б1 по СТО АСЧМ 20-93 .
Расчет стойки из профильной трубы
Со всех стоек рассчитывать мы будем самую неблагоприятную (самая высокая и самая нагруженная). Это будет стойка 2-Б. Ее высота составит 2700 мм, а грузовая площадь будет 3 м * 1,5 м = 4,5 м2.
На данную грузовую площадь будут действовать сосредоточенные расчетные нагрузки от:
- профлиста = 5,4 кг/м2 * 4,5 м2 * 1,05 = 25,52 кг
- массы прогонов = 6 м * 8,59 кг/м * 1,05 = 54,12 кг (6 метров прогонов попадают в грузовую площадь)
- массы балки (ее можно рассчитать в , учитывая тот факт, что в грузовую площадь попадает 1,5 метра балки) = 11,92 кг * 1,05 = 12,52 кг
- снеговой нагрузки = 50 кг/м2 * 4,5 м2 * 1,4 = 315 кг
- нагрузка от собственного веса стойки (примем 3% от общей нагрузки на стойку)
Итоговая нагрузка на стойку будет следующей:
(25,52 кг + 54,12 кг + 12,52 кг + 315 кг) * 1,03 = 419,4 кг
Переведем в килоньютоны: 419,4 кг * 10 Н/кг /1000 = 4,194 кН.
Снизу стойка приварена к пластине, которая на 4 анкерах крепится к бетону, поэтому соединение будет шарнирное, и сверху, как мы уже выяснили, тоже шарнирное соединение с балкой. Значит, расчетная схема будет «шарнир-шарнир».
Далее на нашем рассчитаем сечение стойки из профильной трубы, к примеру, 40х1.5:
Исходя из расчет видно, что стойка 40х1.5 не проходит по гибкости (формула гибкости=расчетная_длина / радиус_инерции), а значит надо либо уменьшить расчетные длины стойки путем добавления связей в двух плоскостях, либо увеличить радиус инерции путем увеличения поперечного сечения. Мы же увеличим поперечное сечение до 50х2.
Как видно на рисунке, принята профильная труба сечение 50х50 и толщиной стенки 2 мм .
Пространственная жесткость
Даже если наш каркас не будет обшиваться со всех сторон, а, следовательно, и не будет существенных ветровых нагрузок, то мы все равно должны позаботиться о пространственной жесткости навеса .
Для этого в обоих направлениях расставим связи из профильной трубы (такой же, как применялась для стоек). По осям А и Б будет крестовая связь, а по осям 1, 2 и 3 поставим горизонтальную связь, для нормального проезда автомобиля.
Для упрощения понимания многих расчетов мы пренебрегали следующими вещами:
1. Нагрузка от ветра: при отсутствии зашивки навеса по бокам, нагрузка от ветра будет действовать только на кровлю навеса, но при небольшом уклоне она будет незначительна.
2. При расчете прогонов и балки на прогиб задавать надо было нормативную нагрузку, но и от расчетной хуже не будет.
Если вам понравилась эта статья – пишите комментарии, делитесь ей с друзьями и мы обязательно напишем еще!
Поликарбонат - идеальный материал для Он позволяет получить легкое сооружение с прозрачной кровлей, через которую проникает солнечный свет. Как правило, каркас выполняют из профилированных труб. Чтобы все сооружение было долговечным, необходимо правильно произвести расчет
Из чего состоит каркас
Перед началом расчета навеса необходимо четко понимать, из каких элементов он состоит. А их всего несколько.
Стойки, как уже понятно из названия, являются теми элементами, на которых лежит весь навес. Как правило, это высотой 2,2-2,8 метра. Высота ее зависит от способа крепления. Если она крепится анкерами к закладной, забетонированной в земле, то высота ее берется 2,2 метра. В случаях если стойка забетонирована или закопана, то высота берется 2,8 метра.
Для укрепления навеса служат арки и фермы. Последних чаще всего устанавливают две. А вот точное количество арок подскажет только проведенный расчет навеса. Данное значение зависит от габаритов сооружения.
Ферма - элемент конструкции, соединяющий и лаги.
Листы поликарбоната крепятся к элементам конструкции, которые называются направляющими. Для этого используются термошайбы. Их расположение и частота шага зависят от расстояния между несущими опорами и (его толщины).
Этапы монтажа навеса
Для того чтобы правильно провести расчет навеса из профильной трубы, нелишним будет понимание всего процесса в целом. Состоит он из нескольких этапов. На закрепленные стойки крепятся арки. При этом угол между ними должен быть точно девяносто градусов. Образующиеся в результате этого секции крепятся к закладным анкерами. К этим же опорам крепятся фермы. Угол между фермами и арками также прямой (то есть девяносто градусов). Заключительный этап изготовления каркаса - фиксация направляющих. Они крепятся к верхней части арок. На этом каркас готов. После его покраски можно закреплять поликарбонатные листы.
Ошибки строительства, которые следует учитывать при расчете
Строительство навесов зачастую выполняют с ошибками. Они затрагивают не только выбор типа конструкции, но и проведенный вследствие этого расчет
Распространенная ошибка - выбор наклонного навеса. Зачастую делают сооружение на двух столбах и наклонненное в наветренную сторону. Это далеко не самый лучший вариант для постоянного пользования (к примеру, для стоянки автомобиля). Опасность поджидает в том случае, если ветер изменит направление. Навес в таком случае можно сравнить с крылом самолета. Между ним и землей образуется подъемная сила, которая с легкостью может снести навес. Даже если будет четыре столба, это не всегда спасет.
Наклонные навесы подходят для ситуаций, когда конструкция пристраивается к зданию. Свободно стоящие наклонные навесы необходимо делать с закруглениями. Причем выпуклую часть ориентируют «навстречу» ветру.
Виды навесов
В зависимости от опорных элементов выделяют несколько видов навесов:
- Стоящие отдельно. У них по всему периметру устанавливают вертикальные опоры.
- Балочно-опорные, которые по одной стороне крепятся к зданию. У них одна сторона держится за счет опорных столбов. Вторая же ложится на балку, прикрепленную к стене здания.
- Консольно-опорные. Отличаются от предыдущего вида тем, что здесь к стене крепятся кронштейны или закладные.
- Консольные, которые держатся полностью за счет закладных. Обычно это небольшие козырьки над дверью.
Расчет навеса каждого вида проводится по разным схемам.
Типы навесов
По своей конструкции навесные сооружения могут быть трех типов:
- Односкатные, у которых кровля наклонена в одну сторону.
- Двускатные с двумя направлениями ската.
- Арочные, у которых кровля выполнена в форме полукруга (дуги).
Сбор данных
Расчет навеса из профильной трубы необходимо начинать со сбора необходимой информации. Она должна включать в себя следующие данные:
- Характеристики материала.
- Назначение сооружения.
- Форма конструкции.
- Данные о ветровых и снеговых нагрузках (они представлены в специальных таблицах для каждого конкретного региона).
Расчет навеса проводится с учетом описанных выше сведений. Он включает формулы и вычисления. Разобраться в них не каждый сможет. Оптимальный вариант - воспользоваться специальными программами и калькуляторами. На сегодняшний день их предостаточно в сети Интернет.
Козырьки над входом консольные
Навесы консольного типа зависят от размеров крыльца. В соответствии с требованиями нормативных документов, площадка перед дверью должна быть больше ширины двери в полтора раза. Средняя ширина двери составляет 0,9 метра. Получается, что минимальный размер верхней площадки равен 1,35 м (0,9 х 1,5 = 1,35). Это значение приравнивается к рекомендуемой глубине навеса.
Что касается ширины козырька, то здесь все просто. Она делается на 0,6 метра больше, чем ширина двери. С каждой стороны козырек должен выступать по 0,3 метра.
Таким нехитрым способом рассчитываются навесы. Расчет конструкции при стандартных значениях приводит к следующему результату: глубина - 0,9-1,35 м, ширина - 1,4-1,8 м.
Консольно-опорные навесы над дверью
Данные виды козырьков устраиваются над всей площадкой с захватом ступенек. Расчет глубины навеса над площадкой рассчитывается аналогично предыдущему варианту. К нему добавляется часть, находящаяся над ступенями. Она напрямую зависит от их количества. Для каждой ступеньки добавляется порядка 0,25-0,32 м.
Ширина зависит от ширины лестницы, по обе стороны от которой добавляется по 0,3 метра. Если стандартная ширина ступеней перед дверью 0,8-1,2 метра, то получаем ширину навеса 1,1-1,5 метра.
Рассмотрим вариант с лестницей из трех ступеней и площадки стандартных размеров. Глубина будет составлять порядка 1,65-2,31 метра (0,9 + 3 х 0,25 или 1,35 + 3 х 0,32). Ширина при тех же условиях - 1,4-1,8 метра. Рассчитывается она так: 0,8 + 0,3 + 0,3 или 1,2 + 0,3 + 0,3. Два варианта расчетов рассматривают минимальное и максимальное значение стандартных параметров.
Односкатные навесы, примыкающие к зданию
Расчет односкатного навеса, который одной стороной прилегает к дому, проводится с минусом половины вертикальных опор. Еще один важный момент: стыки листов должны быть над профилем. Это значит, что между профилями должно сохраняться расстояние 1260, 2050 или 2100 миллиметров, соответствующее размеру листа поликарбоната. Средняя ширина навеса составляет три метра. При таком размере достаточно места даже для автомобиля. На поликарбонат на такой ширине будет прогибаться. Ему необходима стропильная система.
Для начала проводится расчет материала. Навес, пристроенный к дому, при таких размерах будет иметь шесть вертикальных стояков. Они все расположены будут по одной стороне. Если сооружение будет отдельно стоящим, то опор необходимо в два раза больше (то есть двенадцать, по шесть с каждой стороны). Для каждой стропильной ноги устанавливается опора.
Односкатный отдельно стоящий навес
Расчет отдельно стоящего сооружения должен учитывать нагрузку, которую несут осадки. Конструкция будет максимально жесткой, если она выполнена в форме треугольника.
Расчет навеса проводится с учетом условно принятых значений. При 2,1 х 0,6 м, ширину кровли принимают равной шести метрам, а длину - 10,6 метра. Наиболее оптимальный вариант: высота ската 2,4 метра и 11 стропильных секций. В такой ситуации потребуется шесть профилей (стандартной длиной по шесть метров). Можно вместо одиннадцати сделать всего два треугольника. Это позволит сократить количество израсходованных материалов. Данный вариант подходит для регионов со средним количеством осадков.
Расчет двухскатного навеса
Принцип расчет аналогичен односкатным сооружениям. Главное - добиться жесткости конструкции. И делается это за счет тех же треугольников. Их оптимальное количество рассчитывается следующим образом. Каждый погонный метр навеса делится вертикальным профилем. Получившийся прямоугольник делится на два треугольника.
Расчет арочных конструкций
Навесы арочного типа являются наиболее сложными сооружениями. Потребность в материале находится в прямой зависимости от выпуклости крыши. Это значит, что чем круче выпуклость, тем больше материалов придется потратить.
Сэкономить в данном случае можно только на стропильной системе. При рассмотренных ранее размерах навеса (10,6 х 6 метров) достаточно будет двух-трех систем (две по краям, одна посередине). Остальные «ноги» будут представлять собой дуги. Их концы соединять необязательно. Металлический профиль, который используется для изготовления фермы, достаточно прочен. Его будет достаточно для обеспечения необходимой жесткости. Главное, чтобы ферма прочно крепилась к стоякам.
Если с такими размерами делать арочный навес (к примеру, для автомобиля), то понадобятся следующие материалы:
Шесть профилей, изогнутых в форме дуги, с длиной шесть метров. Концы трех из них соединяются перемычкой. Рекомендуется их также разделить на несколько треугольников для увеличения жесткости конструкции.
Для каждой дуги необходимо по две опоры (под каждый край). То есть всего их нужно двенадцать (2 х 6).
По краям, по столбам и вдоль кровли крепятся продольные балки. Всего их потребуется шесть.
Расчет основных элементов конструкции
Расчет сечения трубы для навеса зависит от высоты самой конструкции и количества столбиков. Если размер сооружения не превышает пяти метров, труба выбирается с сечением 6-8 сантиметров. При больших размерах количество стояков должно быть увеличено. Чтобы этого не делать, можно выбрать профиль с большим сечением. К примеру, 10 сантиметров.
Размер обрешетки будет зависеть от толщины поликарбоната и размера навеса. Если лист пластика имеет толщину один сантиметр, а навес имеет размеры 6 х 8 метров, то обрешетка будет собираться с шагом в один метр. Данные значения находятся в соответствии с нагрузками. Для этого существуют специальные таблицы, которые учитывают величину нагрузки и толщину поликарбоната. Пример данной таблицы можно посмотреть на фотографии ниже. Она разработана для поликарбоната с толщиной шесть, восемь, десять и шестнадцать миллиметров.
Расчет арочного навеса предполагает вычисление ферм и их количества. Именно размеры ферм определяют ширину всего навеса. Для их определения необходимо знать следующую информацию:
- Размеры фермы.
- Размер материала (поликарбоната).
- Сопротивление металла.
- Способ крепления элементов (сваркой, болтовой и так далее).
- Значение нагрузок (в соответствии с нормативными документами).
- Стальные конструкции по СНиП.
Размер навеса выбирают в соответствии с размером материалов. Если лист поликарбоната имеет шесть метров в длину, то его либо используют целиком, либо режут на две части. Конечно, порезать можно и на большее количество частей. Но это приведет к образованию отходов. Таким образом, крыша будет либо шестиметровой, либо трехметровой. Длина может выбираться любая, в зависимости от личных предпочтений.
Навес является простой архитектурной конструкцией, которая применяется в самых различных целях. В большинстве случаев его изготавливают при отсутствии гаража с накрытием на даче или для того, чтобы защитить площадку для отдыха от сильных лучей солнца. Для обеспечения надежности и прочности подобной постройки небольших размеров понадобится произвести расчет навеса. В конечном итоге можно будет получить данные, которые смогут показать, какие фермы будут использоваться и как их нужно будет варить.
Схему закрепления профильных труб можно увидеть на рис. 1.
На рисунке 1 изображена схема закрепления труб
Как рассчитать фермы для навеса своими руками?
Для того чтобы произвести расчет подобной конструкции для навеса, понадобится подготовить:
- Калькулятор и специальное программное обеспечение;
- СНиП 2.01.07-85 и СНиП П-23-81.
При проведении расчетов надо будет выполнить следующие действия:
- Прежде всего понадобится выбрать схему фермы. Для этого определяются будущие контуры. Очертания нужно выбирать исходя из основных функций навеса, материала и других параметров;
- После этого надо будет определить габариты изготавливаемой конструкции. Высота будет зависеть от типа кровли и используемого материала, веса и других параметров;
- Если размеры пролета превышают 36 м, понадобится произвести расчет для строительного подъема. В данном случае имеется ввиду обратный погашаемый изгиб от нагрузок на ферму;
- Необходимо определить размеры панелей сооружения, которые должны соответствовать расстояниям между отдельными элементами, которые обеспечивают передачу нагрузок;
- На следующем этапе определяется расстояние между узлами, которое чаще всего равняется ширине панели.
При произведении расчетов следуйте таким советам:
- Понадобится все значения высчитать в точности. Следует знать, что даже малейший недочет приведет к ошибкам в процессе произведения всех работ по изготовлению конструкции. Если нет уверенности в собственных силах, то рекомендуется сразу же обратиться к профессионалам, которые имеют опыт в проведении подобных расчетов;
- Для облегчения работы можно использовать готовые проекты, в которые останется лишь подставить имеющиеся значения.
На этом фото изображено металлическое укрытие В процессе выполнения расчета фермы следует помнить, что в случае ее увеличивающейся высоты будет увеличиваться и несущая способность. В зимнее время года снег на подобном навесе практически не будет накапливаться. Для того чтобы увеличить прочность конструкции, следует установить несколько прочных ребер жесткости.
Для сооружения фермы лучше всего использовать трубу из железа, которая имеет небольшой вес, высокую прочность и жесткость. В процессе определения размеров для подобного элемента понадобится учитывать следующие данные:
- Для конструкций небольших размеров, ширина которых составляет до 4,5 м, понадобится использовать трубу из металла 40х20х2 мм;
- Для конструкций, ширина которых составляет менее 5,5 м, нужно использовать трубу с размерами 40х40х2 мм;
- Если ширина фермы составит более 5,5 м, лучше всего применить трубу 60х30х2 мм или 40х40х3 мм.
В процессе планирования шага ферм следует учитывать, что максимально возможное расстояние между трубами навеса составляет 1,7 м. Только в таком случае можно будет сберечь надежность и прочность конструкции.
Пример расчета ферм для навеса
- В качестве примера будет рассмотрен навес шириной 9 м уклоном в 8°. Пролет сооружения составляет 4,7 м. Нагрузки снега для региона находятся на уровне 84 кг/м²;
- Вес фермы составляет приблизительно 150 кг (следует взять маленький запас на прочность). Вертикальная нагрузка составляет 1,1 т на стойку с высотой 2,2 м;
- Одним концом ферма будет опираться на стенку постройки из кирпича, а вторым - на колонну для опоры навеса с помощью анкерных болтов. Для изготовления фермы используется квадратная труба 45х4 мм. Следует заметить, что с подобным приспособлением достаточно удобно работать;
- Лучше всего изготавливать фермы с параллельными поясами. Высота каждого из элементов составляет 40 см. Для раскосов используется труба сечением 25х3 мм. Для нижнего и верхнего пояса применяется труба 35х4 мм. Козырьки и другие элементы нужно будет сварить друг с другом, потому толщина стенки будет 4 мм.
В конечном итоге можно будет получить следующие данные:
- Расчетное сопротивление для стали: Ry = 2,45 T/см²;
- Коэффициент надежности - 1;
- Пролет для фермы - 4,7 м;
- Высота фермы - 0,4 м;
- Число панелей для верхнего пояса конструкции - 7;
- Углы нужно будет варить через один.
Все нужные данные для расчетов можно будет найти в специальных справочниках. Однако профессионалы рекомендуют производить расчеты подобного типа с помощью использования программного обеспечения. Если будет допущена ошибка, то изготавливаемые фермы сложатся под воздействием нагрузок снега и ветра.
Как рассчитать ферму для навеса из поликарбоната?
Навес является сложной конструкцией, поэтому перед приобретением определенного количества материала понадобится смета. Каркас для опоры должен иметь возможность выдерживать любые нагрузки.
Для того чтобы произвести профессиональный расчет конструкции из поликарбоната, рекомендуется обратиться за помощью к инженеру с опытом подобной работы. Если навес являет собой отдельную конструкцию, а не пристройку к частному дому, то расчеты усложнятся.
Уличная кровля состоит из столбиков, лаг, ферм и покрытия. Именно эти элементы и нужно будет рассчитывать.
Если планируется изготовить навес из поликарбоната арочного типа, то не получится обойтись без использования ферм. Фермы являются приспособлениями, которые связывают лаги и опорные столбики. От подобных элементов будут зависеть размеры навеса.
Навесы из поликарбоната, в качестве основы которых применяются металлические фермы, изготавливать достаточно сложно. Правильный каркас сможет распределять нагрузку по опорным столбикам и лагам, при этом конструкция навеса не будет разрушаться.
Для монтажа поликарбоната лучше всего использовать профильные трубы. Основной расчет фермы - учет материала и уклона. К примеру, для односкатной навесной конструкции с маленьким уклоном применяется неправильная форма фермы. Если конструкция имеет маленький угол, то можно использовать металлические фермы в форме трапеции. Чем больше радиус структуры арки, тем меньше существует возможностей задержки снега на кровле. В данном случае несущая способность фермы будет большой (рис. 2).
На рисунке 2 изображен будущий навес покрытый поликарбонатом Если используется простая ферма домиком размерами 6х8 м, то расчеты будут такими:
- Шаг между столбиками для опоры - 3 м;
- Количество металлических столбиков - 8 шт;
- Высота ферм под стропами - 0,6 м;
- Для устройства обрешетки крыши понадобится 12 профильных труб с размерами 40х20х0,2 см.
В некоторых случаях можно сэкономить путем уменьшения количества материала. К примеру, вместо 8-ми стоек можно установить 6. Можно также сократить обрешетку каркаса. Однако не рекомендуется допускать потерю жесткости, так как это может привести к разрушению сооружения.
Подробный расчет фермы и дуги для навеса
В данном случае будет производиться расчет навеса, фермы которого устанавливаются с шагом 1 м. Нагрузка на подобные элементы от обрешетки передается исключительно в узлах фермы. В качестве материала для кровли используется профнастил. Высота фермы и дуги может быть любой. Если это навес, который примыкает к основной постройке, то главным ограничителем является форма кровли. В большинстве случаев сделать высоты фермы больше 1 м не получится. С учетом того, что понадобится делать ригеля между колоннами, максимальная высота составит 0,8 м.
Схему навеса по фермам можно увидеть на рис. 3. Голубым цветом обозначаются балки обрешетки, синим цветом - ферма, которую нужно будет рассчитывать. Фиолетовым цветом обозначаются балки или фермы, на которые будут опираться колонны.
В данном случае будет использоваться 6 ферм треугольной формы. На крайние элементы нагрузка будет в несколько раз меньше, чем на остальные. В данном случае металлические фермы будут консольными, то есть их опоры располагаются не на концах ферм, а в узлах, которые изображены на рис. 3. Такая схема позволяет равномерно распределять нагрузки.
На рисунке 3 изображена схема укрытия по фермам Расчетная нагрузка составляет Q = 190 кг, при этом снеговая нагрузка равна 180 кг/м². Благодаря сечениям возможно произвести расчет усилий во всех стержнях конструкции, при этом нужно учитывать тот факт, что ферма и нагрузка на данный элемент является симметричной. Следовательно, понадобится рассчитывать не все фермы и дуги, а лишь некоторые из них. Для того чтобы свободно ориентироваться в большом количестве стержней в процессе расчета, стержни и узлы промаркированы.
Формулы, которые понадобится использовать при расчете
Понадобится определить усилия в нескольких стержнях фермы. Для этого следует использовать уравнение статического равновесия. В узлах элементов шарниры, потому значение моментов изгиба в узлах фермы равно 0. Сумма всех сил по отношению к оси x и y тоже равна 0.
Понадобится составить уравнение моментов по отношению к точке 3 (д):
М3 = -Ql/2 + N2-a*h = 0, где l - расстояние от точки 3 до точки приложения силы Q/2, которое составляет 1,5 м, а h - плечо действия силы N2-a.
Ферма имеет расчетную высоту 0,8 м и длину 10 м. В таком случае тангенс угла a составит tga = 0,8/5 = 0,16. Значение угла a = arctga = 9,09°. В конечном итоге h = lsina. Из этого следует уравнение:
N2-a = Ql/(2lsina) = 190/(2*0,158) = 601,32 кг.
Таким же образом можно определить значение N1-a. Для этого понадобится составить уравнение моментов по отношению к точке 2:
М2 = -Ql/2 + N1-a*h = 0;
N1-a = Q/(2tga) = 190/(2*0,16) = 593,77 кг.
Проверить правильность вычислений можно путем составления уравнения сил:
EQy = Q/2 - N2-asina = 0; Q/2 = 95 = 601,32 * 0,158 = 95 кг;
EQx = N2-acosa - N1-a = 0; N1-a = 593,77 = 601,32 * 0,987 = 593,77 кг.
Условия статистического равновесия выполнены. Любое из уравнений сил, которые использовались в процессе проверки, можно использовать для того, чтобы определить усилия в стержнях. Дальнейший расчет ферм производится таким же образом, уравнения не изменятся.
Стоит знать, что расчетную схему можно составить, так чтобы все продольные силы направлялись от поперечных сечений. В таком случае знак «-» перед показателем силы, который получен при расчетах, покажет, что подобный стержень будет работать на сжатие.
Для того чтобы определить усилие в стержне з-и, понадобится первым делом определить значение угла у: h = 3siny = 2,544 м.
Ферма для навеса своими руками рассчитывается несложно. Понадобится лишь знать основные формулы и уметь их использовать.
Прежде чем приступать к созданию навеса своими руками, необходимо сделать чертеж и рассчитать все элементы и узлы крепления, это позволит возвести надежное сооружение при минимальных финансовых и трудовых затратах. Чертеж и проект навеса из металлических конструкций поможет в решении целого ряда вопросов, начиная от номенклатуры и количества закупаемых стройматериалов и заканчивая экстерьером здания и общим дизайном участка.
В статье будет предоставлен список требований к сооружению, примеры расчетов наиболее распространенных конструкций и общие рекомендации по проектированию навеса для автомобиля своими руками, чертежи и схемы.
Что должен содержать проект навеса
- Расчет прочности несущих конструкций – опор и ферм;
- Расчет парусности крыши (сопротивление ветровой нагрузке);
- Расчет снеговой нагрузки на кровлю;
- Эскизы и общие чертежи навеса;
- Чертежи основных конструкционных элементов с указаниями габаритных размеров;
- Проектно-сметная документация, включающая расчет количества строительных материалов каждого вида и их стоимости. В зависимости от опытности разработчика могут учитываться нормы на расход (обрезки при монтаже) или просто добавляется 10-15% к метражу металлопроката.
Навес к дому – проекты, фото конструкций выполняющих различные функции
Общие требования к навесу для автомобиля
Сооружения, которые возводятся для защиты автомобиля, должны следующим отвечать эксплуатационным и техническим требованиям:
- Размеры навеса по чертежу должны быть достаточными для свободного размещения авто;
- Форма навеса, обеспечивающая защиту от попадания влаги, по возможности в расчетах учитывается преобладающий ветер;
- Конструкция предохраняет от воздействия прямых солнечных лучей на протяжении всего светового дня;
- Беспрепятственный, достаточной ширины подъезд к навесу, по возможности без поворотов на всем пути следования;
- К машине должен быть обеспечен свободный доступ со всех сторон;
- Достаточная простота чертежа, несущих конструкций и каркаса для навеса из профильной трубы или другого материала;
- Гармоничное сочетание с домом и сооружениями на приусадебном участке;
- Минимизация затрат на приобретение стройматериалов и проведение монтажных работ.
Наиболее простой для устройства односкатный навес из металлопрофиля своими руками, чертеж с основными размерами
Разновидности форм навесов и их эксплуатационные особенности и чертежи
Основной пространственной конструкцией навеса, в соответствии с чертежом, является стропильная ферма. Расчет ее формы, толщины и сечения металла, а так же чертеж размещения откосов вызывает наибольшие сложности.
Главными конструкционными элементами фермы для навеса являются верхний и нижний пояс, которые образуют пространственный контур. Материалами для сборки могут служить прокатные или сварные двутавры, уголки, швеллера или профтрубы квадратного и круглого сечения. Сборка фермы для навеса своими руками может производиться по следующим формам:
- Параллельные пояса. Уклон готового навеса в соответствии с чертежом не превышает 1,5%, подходят для плоских кровель с рулонным покрытием. Соотношение высоты и длинны от 1/6 до 1/8. Каркас такого типа имеет несколько преимуществ:
- Все стержни поясов для пространственной решетки имеют одинаковую длину;
- Минимальное количество соединительных узлов;
- Простой расчет сопряжения конструкций.
Создание беседки – навеса из поликарбоната своими руками, чертеж, фото готового сооружения
- Трапециевидные (односкатные). Угол уклона по чертежу составляет от 6-15 0 . соотношение высоты и длины в центре изделия 1/6. Обладает повышенной жесткостью рамы
- Полигональные – используются исключительно для удлиненных пролетов на 10 м и более, их применение для небольших навесов нерационально в связи с неоправданным усложнением чертежа и самого изделия. Исключения могут составлять навесы с изогнутыми (дуговыми) фермами заводского изготовления.
Устройство консольного, полигонального навеса из металлопрофиля своими руками, чертеж
- Треугольные. Применяются при увеличенных снеговых нагрузках, уклон двускатного навеса составляет 22-30 0 . Основным конструктивным недостатком является сложность чертежа и выполнения острого узла в основании изделия, а так же слишком длинные стержни в центре. Соотношение высоты с шириной в небольших фермах для навеса из поликарбоната, по чертежу не превышает 1/4, 1/5.
Монтаж треугольного навеса из профнастила своими руками, чертеж конструкции с указанием основных размеров
- Арочные балки. Наиболее эргономичный вид фермы. Ее особенностью является возможность минимизировать изгибающие моменты в поперечных сечениях конструкции. При этом материал арки подвергается воздействиям на сжатие. То есть чертеж и расчеты фермы для навеса, расчет конструкции навеса допускается производить по упрощенной схеме, при которой нагрузка от кровельного покрытия, крепежной обрешетки и снега будет приниматься, как равномерно распределенная по всей площади.
Пример расчета навеса для автомобиля
При проектировании навеса и создании его чертежа необходимо рассчитать:
- Горизонтальные и вертикальные опорные реакции фермы, определить действующие напряжения в поперечных направлениях и на основании полученных данных осуществить подбор величины сечения несущего профиля;
- Снеговые и ветровые нагрузки на кровельное покрытие;
- Величину сечения внецентренно сжатой колонны.
Расчет арочной фермы
Чертеж расчета фермы из профильной трубы для навеса оптимальной – арочной формы
Для примера принимаем расстояние между опорами 6м, а высота арки 1,3 м. На перекрытие навеса действуют поперечные и продольные силы, которые формируют касательные и нормальные напряжения. Расчет сечения профильной трубы использующейся в конструкции производим по формуле:
σ пр = (σ 2 +4τ 2) 0.5 ≥ R/2, где
R – прочность стали марки С235 — 2350 кгс/см 2 ;
σ – нормальное напряжение, рассчитывающееся по формуле:
σ = N/F, где
F – искомая площадь поперечного сечения трубы.
N – сосредоточенная нагрузка на замок арки (принимаем 914,82 кгс из таблицы нагрузок строительных конструкций «Справочником проектировщика» под ред. А.А. Уманского).
τ – касательное напряжение, которое рассчитывается по формуле:
τ = QS отс /b×I, где
I – момент инерции;
b – ширина сечения (принимается равной по всей рассчитываемой высоте);
QS отс – статический момент, который определяется по формуле:
S отс = ∑у i F i .
Используя метод аппроксимации (последовательного подбора показателей из имеющегося массива данных), выбираем сечения из сортамента стройматериалов имеющихся у реализаторов металлопроката. Используем наиболее ходовой профиль – металлическую трубу квадратного сечения 30х30х3,5 мм. Следовательно, поперечное сечение равняется F = 3.5 см 2 . А момент инерции I = 3.98 см 4 . ∑у i – показатель рассчитываемой отсекаемой части (чем больше данных показателей в различных точках конструкции рассчитывается, тем точные получаемые показатели прочности всего изделия) для упрощения принимаем коэффициент 0,5 (вычисления производятся для средины арки – места наибольшего сопряжения нагрузок).
Подставляем данные в формулу:
S отс = 0,5х3,5=1,75см 3 ;
Первичная формула после подстановки будет иметь следующий вид:
σ 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
Следовательно, выбранного сечения трубы квадратного профиля 30х30х3,5 мм из стали марки С235, вполне достаточно для устройства 6 м арочной фермы покрытой поликарбонатом, профнастилом, металочерепицей или металооприфилем.
Расчет колонн
Расчет производится согласно СНиП II-23-81 (1990). Согласно методики расчета металлических колонн, при устройстве навеса для машины своими руками, чертежи должны учитывать, что приложить сосредоточенную нагрузку точно к центру поперечного сечения фактически невозможно. Поэтому формула определения площади опоры будет иметь следующий вид:
F = N/ φR y , где
F – искомая площадь сечения;
φ – коэффициент продольного изгиба;
N – сосредоточенная нагрузка прилагаемая к центру тяжести опоры;
R у – расчетное сопротивление материала, определяется по справочникам.
φ — зависит от материала (марки стали) и гибкости конструкции – λ, определяющееся по формуле:
λ = l ef /i, где
l ef – расчетная длина колоны, зависящая от способа закрепления концов, определяется по формуле:
l ef = μl , где
l – реальная длина колонны (3м);
μ – коэффициент из СНиП II-23-81 (1990), учитывающий способ закрепления.
Коэффициент закрепления колонны согласно, чертежа навеса из профильной трубы
Подставляем данные в формулу:
F = 3000/(0,599·2050) = 2,44 см², округляем до 2,5 см².
В таблице сортамента профильных изделий ищем значение радиуса инерции больше полученного. Необходимым показателям соответствует стальная труба с поперечным сечением 70×70 мм и толщиной стенки 2 мм, которая имеет радиус инерции 2,76.
Снеговые и ветровые нагрузки на кровельное покрытие
Усредненные данные ветровой и снеговой нагрузки по регионам берутся из СНиПа «Нагрузки и воздействия». Возьмем для примера максимальное значение для Москвы и Московской области, оно составляет 23кг/м 2 . Однако это ветровая нагрузка на сооружение, которое имеет стены. В нашем случае несущими конструкциями выступают колонны, следовательно, коэффициент положительного ветрового давления на внутреннюю поверхность крыши будет составлять 0,34. При этом, показатель, учитывающий изменения ветровой нагрузки по высоте здания для навесов 3 м составляет 0,75. Подставляя данные в формулу, получим:
W m = 23·0.75·0.34 = 5.9 кг/м 2 .
Максимальная снеговая нагрузка для того же региона составляет Sg = 180 кг/м 2 , но для арки необходимо рассчитывать распределенную нагрузку по формуле:
S = S g ·μ, где
μ – значение коэффициента перехода, которое принимается отдельно для центра арки и крайних опор.
Расчет снеговой нагрузки при создании навеса из поликарбоната своими руками, чертежи направления воздействия давления в двух позициях
Значение коэффициента µ для центра арки, согласно чертежу, равно µ 1 = cos1.8·0 = 1, а для крайних опор µ 2 = 2.4sin1.4·50 = 2,255. Подставляя рассчитанные данные в формулу получаем совокупную нагрузку на кровельное покрытие:
q = 180·2.255·cos 2 50 о + 5.9 = 189.64 кг/м 2 = 1,8964 кг/см 2 .
Согласно полученных данных толщина кровельного материала вычисляется по формуле:
I тр = ql 4 /(185Ef), где
l – длина пролета;
Е – модуль упругости при изгибе (для поликарбоната он составляет 22500 кгс/см 2);
f – коэффициент прогиба при максимальной нагрузке (согласно данным производителей поликарбоната составляет 2 см);
Подставив данные в формулу, получим допустимое значение инерции:
I тр = ql 4 /(185Ef) = 1.8964·63 4 /(185·22500·2) = 3,59 см 4
При этом, из данных производителей поликарбоната показатель момента инерции для сотового поликарбоната шириной 1м и толщиной 0,8 мм составляет 1,36 см 4 , а для толщины 16 мм 9,6 см 4 . Методом корреляции определяем необходимое значение 3,41см 4 для сотового поликарбоната толщиной 12 мм.
Методика расчета справедлива для любого листового кровельного материала: профлиста, металлочерепицы, шифера и т.п. Но при этом следует учитывать крайне ограниченный сортамент указанных изделий.
Подводя итоги
Производить указанные расчеты и создавать чертеж вручную имеет смысл, если возводимый навес должен соответствовать уникальным условиям эксплуатации и оригинальной планировке. Для проверки элементов типовых металлоконструкций на соответствие и создания чертежей конструкций существует множество программ: Astra WMs(p), SCAD Offise 11, ArkaW, GeomW и многие другие или онлайн калькуляторы. Правила работы с таким ПО достаточно подробно описывают различные видео инструкции, к примеру, расчет и чертежи арки в SCAD:
