Перед тем как приступить к строительству навеса необходимо определиться с его функционалом, это поможет задать габариты постройки. Далее потребуется сделать чертеж, на котором будут отражены основные узлы и размеры конструкции. На этом основании рассчитываются нагрузки, задается форма, материал, размеры несущих элементов конструкции – опор, стропильной системы, кровли, определяется способ крепления.

От правильного расчета зависит прочность, безопасность, надежность сооружения. В статье расскажем поэтапно, как построить навес своими руками, фото, чертежи, формулы помогут наглядно объяснить важные моменты проектирования.

Как сделать навес из профнастила своими руками, чертежи с размерами основных элементов постройки

Что потребуется для чертежей и расчета навеса

Навес – простое архитектурное сооружение, состоящее из двух основных конструктивных элементов: опор (каркаса) и крыши. Для чертежей и расчетов потребуются следующие данные:

• форма опирания навеса;
• функционал, исходя из этого определяется размер постройки;
• материалы;
• таблицы ветровых и снеговых нагрузок в регионе;
• вид стропильной системы.

Чтобы не запутаться в формулах и инженерных вычислениях рекомендуется воспользоваться для расчета специальной программой или онлайн калькулятором.

Навес к дому, проекты-фото типовых металлоконструкций

Чертежи в зависимости от расположения навеса

Для составления чертежей и дальнейшего расчета, прежде всего необходимо определиться с местом строительства, от этого зависит форма опирания:

• Отдельно стоящее – на самостоятельном фундаменте с опорными вертикальными столбами по всему периметру.
• Балочно-опорное – пристройки к зданию: одна сторона навеса стоит на столбах, другая опирается на горизонтальную балку, закрепленную на стене для равномерного распределения нагрузок по несущей конструкции.
• Консольно-опорные – пристройки к зданию, но здесь опирание приходится на кронштейны или закладные, устроенные в несущей стене.
• Консольные – небольшие козырьки над входом в дом, поддерживаемые менсолами или закладными.

Чертеж навеса из профильной трубы, стоянка для автомобиля на самостоятельных опорах

Размеры и функционал

Функционал постройки очень важен для составления чертежей и грамотного расчета навеса. Рассмотрим типовые проекты разных видов конструкций.

Козырьки над входной дверью

Расчет консольных козырьков проводится, исходя из габаритов крыльца. По нормативам, верхняя площадка должна быть больше ширины двери в полтора раза, средняя ширина двери – 900 мм, делаем расчет: 900*1,5 = 1350 мм – оптимальная глубина крыши над входом. Ширина навеса зависит от ширины ступеней + 300 мм с каждого бока.

Чертеж козырька над входной дверью

Консольно-опорные навесы обычно устраиваются по площади всего крыльца и закрывают ступени. Глубина крыши рассчитывается, исходя из количества ступеней, средняя глубина которых по СНиП 250-320 мм, плюс верхняя площадка. Расчет ширины навеса над крыльцом регламентируется стандартной шириной ступеней – 800-1200 мм + 300 мм с каждой стороны.

Рассчитываем размеры:

• Стандартного консольного козырька – 900-1350 мм на 1400-1800 мм.
• Консольно-опорного навеса над крыльцом, пример расчета на 3 ступени и площадку: глубина (900/1350 + 3*250/320) = 1650 – 2410 мм, ширина 800/1200 + 300 + 300 = 1400-1500 мм.

Чертеж балочно-опорной постройки с ассиметричной крышей

Веранды и террасы – чертеж и расчет

Веранды и террасы располагают вдоль одной из стен дома, поэтому здесь актуальны балочно-опорные и консольно-опорные конструкции. Минимальная глубина – 1200 мм, оптимальная – 2000 мм, как раз на расстоянии установки опорного столба.

Чертеж пристраеваемого навеса с опорной балкой

Расчет крыши по перпендикуляру 2000+300 мм, но плоская кровля целесообразна исключительно для районов с минимальным количеством осадков, в остальных регионах рекомендуется сделать уклон 12-30 о. Чтобы рассчитать глубину крыши навеса потребуется теорема Пифагора: с 2 = а 2 + в 2 .

Пример расчета:

Если угол уклона = 30 о, прилегающий к нему катет (глубина крыши навеса по перпендикуляру) – 2300 мм, второй угол 60 о. Возьмем 2 катет за Х, он лежит напротив угла в 30 о, и по теореме равен половине гипотенузы, отсюда гипотенуза равна 2*Х, подставляем данные в формулу:

(2*Х) 2 = 2300 2 + Х 2

4*Х 2 = 5290000 + Х 2

4*Х 2 — Х 2 = 5290000

Х 2 (4-1) = 5290000

3*Х 2 = 5290000

Х 2 = 5290000: 3

Х 2 = 1763333, (3)

Х = √1763333, (3) = 1327 мм – катет, который будет прилегать к стене дома.

Расчет гипотенузы (длины крыши с уклоном):

С 2 = 1327 2 + 2300 2 = 1763333 + 5290000 = 7053333

С = √7053333 = 2656 мм, проверяем: катет, лежащий против угла 30 о равен половине гипотенузы = 1327*2 = 2654, следовательно, расчет верен.

Отсюда рассчитываем общую высоту навеса: 2000-2400 мм – это минимальная эргономичная высота, рассчитываем с учетом наклона: 2000/2400 + 1327 = 3327/3737 мм – высота стены навеса возле дома.

Как построить отдельно стоящий односкатный навес из металлопрофиля своими руками, чертежи каркаса и фермы

Стоянки для автомобилей – стандартный расчет и чертеж

Стоянки для автомобилей устраивают как отдельно стоящие постройки либо балочно (консольно)-опорного типа. Если планируется изготавливать навес для машины своими руками, чертежи делаются с учетом класса автомобиля. Габариты стоянки по ширине рассчитываются: размер автомобиля + 1,0 м с каждого бока, на 2 машины учитывается + 0,8 м между ними.

Чертеж небольшой конструкции для стоянки или хозблока

Пример расчета навеса для машины среднего класса, ширина – 1600 -1750 мм, длина – 4200-4500 мм:

1600 /1750 + 1000 + 1000 = 3600/3750 мм – ширина навеса;

4200/4500 + 300 +300 = 4800/5100 мм – эргономичная длина, чтобы осадки не заливали площадку.

Расчет ширины навеса на две машины:

3600/3750 + 800 = 4400/4550 мм.

Зачастую, для авто строится арочный навес из поликарбоната своими руками, чертежи удобной конструкции на свайном фундаменте представлены ниже.

Пример, как построить навес для автомобиля своими руками, чертеж арочной металлоконструкции с поликарбонатной крышей

Беседки

Навесы для отдыха обычно устраивают в глубине участка, это отдельно стоящие конструкции на свайном, столбчатом, ленточном, плитном фундаменте. Выбор основания зависит от габаритов строения и характера грунта, это необходимо отразить в чертежах.

Средний размер беседки 3*4, 4*4, 4*6 м. Чтобы самостоятельно рассчитать конструкцию и сделать чертеж, следует учесть параметры:

• Для комфортного отдыха 1 человека необходимо 1,6-2 м 2 площади по полу.
• Если под навесом располагается мангал, то между печью и зоной отдыха рекомендуется оставить свободную площадку шириной 1000-1500 мм.
• Удобная ширина сидушки 400-450 мм.
• Эргономичный размер стола 800/1200 на 1200/2400 мм, индивидуальный расчет делается с учетом 600-800 мм на 1 человека.

Чертеж отдельно стоящего навеса-беседки из дерева

Основные правила для чертежей навесов

Выполняя чертеж навеса, следует учесть, что минимальна высота конструкции (от земли до нижнего края ската крыши) – 2000-2400 мм, максимальная зависит от вида кровельной системы.

Крыша – что учесть в чертежах

Выше мы подробно разобрали, как сделать расчет односкатной кровли для навеса, двускатная крыша рассчитывается по такому же принципу. Угол наклона зависит от выбора кровельного материала и климата в регионе:

• 45-60 о – снежный районы;
• 9-20 о – ветреные местности;
• 15-30 о – универсальный наклон скатов, подходят практически все виды кровельных материалов: профнастил, рубероид, мягкая черепица, шифер, поликарбонат, оцинкованное железо, металлочерепица, ондулин и пр.

Одно- и двухскатные крыши оптимальны для всех видов навесов из дерева, кирпича, бетона, камня, для кованых изделий. Для сварных металлический конструкций, все больше, устраивают арочную кровлю. Чтобы грамотно рассчитать навес из металлопрофиля своими руками, чертежи должны отражать, помимо размеров постройки, радиус дуги крыши.

Справедливости ради, скажем, что сварные и сборные металлоконструкции венчает не только арочная кровля, но и другие виды ферм. Расчет фермы для навеса, расчет конструкции навеса зависят от общих размеров постройки. Самостоятельно вычислить стропильную систему очень сложно, поэтому лучше воспользоваться онлайн калькулятором, обратиться к специалистам или взять за основу готовый проект стандартной фермы, как на фото ниже.

Пример, как сварить ферму для навеса, чертежи типовых конструкций

Материалы

Приведем стандартные материалы, которые подходят для всех типовых чертежей. Для деревянных навесов:

• Опоры, обвязка по периметру – брус профилированный или клееный, 100*100, 150-150 мм, оцилиндрованное бревно диаметром 200 мм. Расстояние между столбами 1,5-2,0 м.
• Стропила – доска обрезная 150*40 мм.
• Обрешетка – рейка 15-20*40, доска необрезная, фанера влагостойкая, ОСБ.

Чертеж деревянного навеса с расчетными размерами основных узлов конструкции

Металлические навесы:

• Вертикальные стойки – круглая труба диаметром 100-150 мм, пофилированная труба 50*50, 80*80 – для маленьких до 6 м конструкций, 100*100, 150*150* — для больших построек.
• Ферма для навеса, каркас (верхний и нижний пояс) – профтруба 40*40, 40*60, 30*60 мм – в зависимости от размера конструкции, толщина стенки 2-3 мм.
• Укосы и ребра жесткости фермы – металлопрофиль 50*25, 40*20, 25*25 мм, толщина – 2 мм.
• Обрешетка – профтруба 20*25, 20*40 мм.

Чертеж стандартного козырька

Инструкция, как спроектировать навес из поликарбоната своими руками – чертежи, фото, расчеты частной автостоянки

Обычно под поликарбонатную крышу делается каркас для навеса из профильной трубы с ребром 100*100 мм. Для точного расчета следует учесть снеговые и ветровые нагрузки. Чтобы рассчитать фермы для навеса своими руками, потребуются следующие данные:

• размер пролета;
• чертеж с общими габаритами фермы;
• расчетное сопротивление металла, Ry= 2,45 T/см 2 ;
• тип крепления узлов (болтовой, сварной);
• 01.07-85 СНиП нагрузки и воздействия;
• П-23-81 СНиП стальные конструкции.

Расчет фермы из профильной трубы для навеса:

Арочная ферма для навеса из поликарбоната, радиус проще вычислить графическим путем

Пролет между опорными столбами 6000 мм, расстояние между крайними узлами – 6500 мм, между нижним и верхним поясом высота 550 мм, стрела f=1,62 м, радиус – 4100. Отсюда длина профильной трубы нижнего пояса:

MH = π*R: 180, где

MH -размер трубы пояса снизу,

R - радиус дуги,

MH = 3,14*4,1*93,7147: 180 = 6,73 м.

Длина трубы верхнего пояса:

MH = 3,141*4,1*105,9776180 = 7,61 м.

Длина стержней на нижнем поясе при 12 пролетах:

L = 6.73:12 (кол-во пролетов) = 0.56 м.

Согласно расчетам, так будет выглядеть проект навеса из металлических конструкций

Для кровли навеса из поликарбоната потребуется рассчитать расстояние между обрешеткой. Вычисления потребуют СНиП, закон теоретической механики и сопромат, поэтому предлагаем готовую таблицу с расчетами специалистов.

Таблица размеров обрешетки навеса из металлопрофиля для разных регионов

Видео о том, как пользоваться калькулятором:

Профиль столбов выбирается взависимости от ширины навеса (со стороны фермы, ниже на эскизе по размеру "В")

Для ширины навеса:

до 4000 мм профиль столбов 60х60х2,5

свыше 4000 мм до 6000 мм профиль столбов 80х80х3

свыше 6000 мм до 8000 мм профиль 100х100х3

свыше 8000 мм до 10000 мм профиль 120х120х4

Определение ригеля на прочность:

калькулятор покажет положительное число в процентах запаса прочности, если профиль подобран верно и отрицетельный запас прочности для профиля, который нельзя использовать.

Определение детали "лапша" на прочность:

деталь "лапша" прямоугольного сечения учтена в положении "плашмя", а не "на ребро"

Определение сложной фермы на прочность:

Самое слабое место фермы- это её середина, фермы ломаются посередине, когда навес не выдерживает снеговую нагрузку, поэтому, калькулятор покажет предел прочности фермы на излом посередине фермы. лабое место

Размер "А" для любой задуманной вами фермы, треугольной, квадратной и т.д., берется посередине общей длины фермы между верхней и нижней трубой.

Определение простой фермы на прочность:

Ферма навеса может быть выполнена из одного звена - профтрубы или двутавровой балки. Нагрузки на это звено приходятся колосальные от выпавшего снега. Проверка снеговой нагрузки здесь обязателена!

Двутавр будем рассматривать только в положении "как рельса к земле" его размеры согласно ГОСТ 26020-83 (двутавр №10 -высота его 100мм, №14- высота 140 и т.д.), а профтрубы рассмотрим как "плашмя" и "на ребро"

Угол наклона пренебрегается, можно вручную добавить процент от угла наклона, или оставить как есть, так как он влияет только на увеличение прочности.

Определение прочности системы

ригель + подригельная ферма

Часто бывает, что расстояние между столбами необходимо увеличить, а ригель, какой бы мощный не закладывался, не проходит расчета снеговой нагрузки. Эта задача решается установкой дополнительной подригельной фермы, причем трубы подригельной фермы могут быть выполнены из гораздо меньшего сечения профиля. Появляется задача - какой параметр профиля и какая должна быть ширина подригельной фермы, чтобы уложиться в достаточную прочность без переплат не создавая лишние нагромождения в навесе. Разумеется, речь идет о подригельной ферме, заполненной треугольными формами , как показано на рисунке, а не квадратиками. Калькулятор покажет прочность системы, складывая сопротивление на изгиб основного ригеля плюс сопротивление нижней трубы подригельной фермы до наступления предела текучести на растяжение, а не сопротивление подригельной фермы на изгиб, когда её неверно заполняют квадратными формами, в результате чего ферма становится бесполезной.

Примечание: в этом разделе уже учтен коэффициент запаса прочности (1,3), то есть, например, калькулятор показал запас прочности 0%, это значит, ферма рассчитана нормально, с коэффициентом запаса прочности (1,3). .

Без применения каких либо формул, инженерных расчетов, программ, таблиц!

Мы не морочим голову читателю фразами - "здесь надо учесть...", "рассчитать...", "подобрать из инженерных таблиц...", как это делают на всех сайтах! Все формулы, учёты, подборы, снипы, госты, сортаменты - скрыты внутри калькулятора.

Вот ваш навес - вот ваши планируемые размеры! Введите ваши желаемые размеры и калькулятор вам покажет в процентах запас прочности выбранных профтруб. При положительном значении запаса прочности деталь навеса будет считаться рассчитанной законами сопромата с использованием всех снипов, гостов, сортаментов, а при заказе изделия на нашем производстве мы подтвердим результаты этого калькулятора дополнительными с сылкой на ГОСТовские сортаменты профтруб.

​

Наш калькулятор ориентирован на клиентов садовых товариществ, коттеджных поселков, и других частных собственников, нуждающихся в быстром обоснованном подборе профтруб для навесов наддворных построек, автонавесов, пристроев к зданиям. Так как зачастую, за неимением такого калькулятора, отсутствием опыта, клиенты "Сада и Огорода" берутся за строительство вообще без какого либо обоснования, либо недозакладывая прочность, либо наоборот, тратя лишние средства, перезакладывая прочность. Поэтому, цель калькулятора - только сориентировать клиента в правильном направлении. Для постройки промышленных зданий и цехов, промышленных ангаров и других больших сооружений требуется более детальный расчет. Например, в промышленном сооружении каждое звено фермы должно быть рассчитано (кроме учета предела текучести на разрыв и изгиб в этом калькуляторе) на гибкость при сжатии и кручение, параметр которого учитывается до того, как это звено пошло в изготовление фермы, до прокатки на трубогибе и заполнения треугольными элементами и другие параметры с их расчетами. Но в любом случае, если вы хотите построить "что либо" полагаясь только на "опыт", а не на расчеты, то лучше воспользоваться этим калькулятором. Так же, на этом калькуляторе можно задать запас прочности самому, например 50%, 80%, выбрав самому прочность относительно своего бюджета. Например, фермы нашего производственного цеха имеют запас 80%, и выдерживают не только снег, но и кран балку, которая носит тяжелые грузы. В любом случае, конечно, нужно придерживаться элементарных правил при строительстве, например, нельзя использовать нагрузки поперек звеньев, только вдоль. Например, в ферме, местом, которым она ложится на ригель, не должно быть пустым, то есть без заполнения (то есть, над ригелем в ферме, обязательно должно быть звено заполнения фермы!, очень часто фермы по этой причине ломаются!). Для установки детали "лапша" лучше предусмотреть, под ней в ферме вертикальные звенья заполнения или пересечение треугольных заполнений. Лучше делать заполнения фермы из более тонкого профиля и чаще, чем из мощного и редко, так как не стоит забывать, что на звенья треугольного заполнения нагрузка приходится вдоль оси и она незначительна, а гоизонтальные трубы ферм имеют составляющую изгибающей нагрузки, и нагрузки на горизонтальные трубы огромные, посравнению с незначительными нагрузками труб заполнения фермы.

​

В статье «Как определить нагрузку на крышу в вашем районе» мы определились с вариантом классической двухскатной крыши. Но очень часто бывают ситуации, когда к дому пристраиваются навесы, и не каждый знает, что эти навесы будут нагружены снегом значительно больше, чем сама крыша. При сборе нагрузок от снега есть такое понятие как снеговой мешок. Если на крыше есть перепады высоты, либо просто навес примыкает к высокой стене, то создаются благоприятные условия для наметания сугроба в этом месте. И чем выше стена, к которой примыкает крыша, тем больше будет высота этого сугроба, и тем больше нагрузка будет воздействовать на несущие конструкции. Иногда снеговой мешок способен увеличить стандартную снеговую нагрузку в несколько раз.

Разберем ситуацию на примере.

Дом с двускатной крышей. К нему с двух сторон пристраивается навес. Необходимо определить снеговую нагрузку на 1 м 2 крыши дома и двух навесов. Район строительства – Киевская область (160 кг/м 2).

1) Определим снеговую нагрузку на крышу дома.

Угол наклона крыши 35 градусов. Откроем схему 1 приложения Ж ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия».

Т.к. угол наклона крыши не вписывается в диапазон 20-30 градусов, и мостики с фонарями отсутствуют, то нам нужно взять схему нагрузки по варианту 1 – одинаковую для всей крыши.

По интерполяции определяем:

S e = γ fe S 0 C = 0,49*160*0,71 = 55,7 кг/м 2 ;

γ fe

S 0

С = μC e C alt = 0.71*1*1 = 0.71 – согласно п. 8.6 ДБН.

S m = γ fm S 0 C = 1.14*160*0,71 = 129.5 кг/м 2 ;

γ fm = 1.14 – согласно таблице 8.1 ДБН «Нагрузки и воздействия» при условии срока службы дома 100 лет (задается заказчиком),

S 0 = 160 кг/м 2 – согласно исходным данным,

С = μC e C alt = 0.29*1*1 = 0.71 – согласно п. 8.6 ДБН.

2) Определим снеговую нагрузку на навес, расположенный вдоль длинной (12-метровой) стороны здания.

Откроем схему 8 приложения Ж ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия».

Т.к. у нас навес, а не веранда со стенами, нам нужно остановиться на варианте «б».

h = 1 м > S 0 /2 h μ определять нужно. (В противном бы случае для всего навеса действовал бы один коэффициент μ 1).

Определим коэффициент μ для нашего случая:

μ = 1 + (m 1 L 1 " + m 2 L 2 " )/h = 1 + (0.3*9 + 0.19*2)/1 = 4,08,

при этом μ = 4,08 < 6 (для навесов) и μ = 4,08 > 2h / S 0 μ = 1.25.

m 1 = 0,3 – для плоского покрытия дома с уклоном более 20 градусов;

m 2 = 0,5k 1 k 2 k 3 = 0,5*0,46*0,83*1 = 0,19 (при длине навеса вдоль дома a < 21 м);

k 1 = √а /21 = √4,5/21 = 0,46 (здесь а

k 2 = 1 – β /35 = 1 – 6/35 = 0,83 (здесь β – угол уклона навеса);

k 3 = 1 – φ /30 = 1 – 0/30 = 1 > 0,3 (здесь φ

L 1 " = L 1 = 9 м – при отсутствии фонарей;

L 2 " = L 2

h

μ = 4,08 > 2 h / S 0 = 2*1/1.6 = 1.25 (здесь μ b по формуле:

b = 2h (μ – 1 + 2m 2 )/(2h / S 0 – 1 + 2m 2 ) = 2*1(4,08 – 1 + 2*0.19)/(2*1/1,6 – 1 + 2*0,19) = 11 м < 16 м.

Т.к. b = 11 м > 5h b = 5 м.

Сравним величины:

b = 5 м > L 2

Определим коэффициент μ 1 :

μ 1 = 1 – 2 m 2 = 1 – 2*0,19 = 0,62.

Эксплуатационная снеговая нагрузка на 1 м 2 горизонтальной проекции крыши дома определяется по формуле 8.2:

S e = γ fe S 0 C = 0,49*160*1,25 = 98 кг/м 2 ;

S e 1 = γ fe S 0 C 1 = 0,49*160*0,62 = 48,6 кг/м 2 ;

γ fe = 0,49 – согласно таблице 8.3 ДБН «Нагрузки и воздействия»,

S 0 = 160 кг/м 2 – согласно исходным данным,

С = μC e C alt =

С 1 = μ 1 C e C alt = 0,62*1*1 = 0,62 – согласно п. 8.6 ДБН.

Предельное расчетное значение нагрузки на 1 м 2 горизонтальной проекции крыши дома определяется по формуле 8.1:

S m = γ fm S 0 C = 1.14*160*1,25 = 228 кг/м 2 ;

S m 1 = γ fm S 0 C 1 = 1.14*160*0,62 = 113 кг/м 2 ;

γ fm

3) Определим снеговую нагрузку на навес, расположенный вдоль короткой (9-метровой) стороны здания.

Для этого навеса из-за формы фронтона величина перепада h будет разной, поэтому снеговая нагрузка будет переменной не только поперек, но и вдоль навеса.

a. Найдем значения снеговой нагрузки для максимального значения высоты перепада h = 4,5 м.

Проверим, нужно ли учитывать местную нагрузку у перепада (здесь и ниже величина S 0 берется в кПа):

h = 4,5 м > S 0 /2 h = 1.6/(2*4,5) = 0.17 м – учитывать местную нагрузку необходимо, коэффициент μ определять нужно.

Определим коэффициент μ :

μ = 1 + (m 1 L 1 " + m 2 L 2 " )/h = 1 + (0.4*12 + 0.25*2)/4,5 = 2,18,

при этом μ = 2,18 < 6 (для навесов) и μ = 2,18 < 2h / S 0 = 2*4,5/1.6 = 5,6 – окончательно принимаем μ = 2,18.

m 1 = 0,4 – для плоского покрытия дома с уклоном менее 20 градусов (в этом направлении уклона у крыши нет);

m 2 = 0,5k 1 k 2 k 3 a < 21 м);

k 1 = √а /21 = √7,5/21 = 0,6 (здесь а – длина навеса вдоль здания);

k 2 = 1 – β /35 = 1 – 6/35 = 0,83 (здесь β – угол уклона навеса);

k 3 = 1 – φ /30 = 1 – 0/30 = 1 > 0,3 (здесь φ – угол уклона навеса вдоль дома, его можно увидеть в варианте «в» схемы 8).

L 1 " = L 1

L 2 " = L 2 = 2 м – при отсутствии фонарей;

h = 4,5 м – величина перепада между крышей и навесом.

Найдем длину зоны повышенных снегоотложений. Проверим условие:

μ = 2,18 < 2 h / S 0 = 2*4,5/1.6 = 5,6, тогда находим b по формуле:

b = 2h = 2*4.5= 9 м < 16 м.

Сравним величины:

b = 9 м > L 2 = 2 м – расчет ведем по варианту 2 схемы 8.

Определим коэффициент μ 1 :

μ 1 = 1 – 2 m 2 = 1 – 2*0,25 = 0,5.

Эксплуатационная снеговая нагрузка на 1 м 2 горизонтальной проекции крыши дома определяется по формуле 8.2:

S e = γ fe S 0 C = 0,49*160*2,18 = 171 кг/м 2 ;

S e 1 = γ fe S 0 C 1 = 0,49*160*0,5 = 39,2 кг/м 2 ;

γ fe = 0,49 – согласно таблице 8.3 ДБН «Нагрузки и воздействия»,

S 0 = 160 кг/м 2 – согласно исходным данным,

С = μC e C alt = 2,18*1*1 = 2,18 – согласно п. 8.6 ДБН,

С 1 = μ 1 C e C alt =

Предельное расчетное значение нагрузки на 1 м 2 горизонтальной проекции крыши дома определяется по формуле 8.1:

S m = γ fm S 0 C = 1.14*160*2,18 = 398 кг/м 2 ;

S m 1 = γ fm S 0 C 1 = 1.14*160*0,5 = 91,2 кг/м 2 ;

γ fm = 1.14 – согласно таблице 8.1 ДБН «Нагрузки и воздействия» при условии срока службы дома 100 лет (задается заказчиком).

b. Найдем значения снеговой нагрузки для минимального значения высоты перепада h = 1,0 м.

Проверим, нужно ли учитывать местную нагрузку у перепада (здесь и ниже величина S 0 берется в кПа):

h = 1 м > S 0 /2 h = 1.6/(2*1) = 0.8 м – учитывать местную нагрузку необходимо, коэффициент μ определять нужно.

Определим коэффициент μ для нашего случая:

μ = 1 + (m 1 L 1 " + m 2 L 2 " )/h = 1 + (0.4*12 + 0.25*2)/1 = 6,3,

при этом μ = 6,3 > 6 (для навесов) и μ = 6.3 > 2h / S 0 = 2*1/1.6 = 1.25 – окончательно принимаем μ = 1.25.

m 1 = 0,4 – для плоского покрытия дома с уклоном менее 20 градусов (в этом направлении уклон крыши равен нулю);

m 2 = 0,5k 1 k 2 k 3 = 0,5*0,6*0,83*1 = 0,25 (при длине навеса вдоль дома a < 21 м);

k 1 = √а /21 = √7,5/21 = 0,6 (здесь а – длина навеса вдоль здания);

k 2 = 1 – β /35 = 1 – 6/35 = 0,83 (здесь β – угол уклона навеса);

k 3 = 1 – φ /30 = 1 – 0/30 = 1 > 0,3 (здесь φ – угол уклона навеса вдоль дома, его можно увидеть в варианте «в» схемы 8).

L 1 " = L 1 = 12 м – при отсутствии фонарей;

L 2 " = L 2 = 2 м – при отсутствии фонарей;

h = 1 м – величина перепада между крышей и навесом.

Найдем длину зоны повышенных снегоотложений. Проверим условие:

μ = 6.3 > 2 h / S 0 = 2*1/1.6 = 1.25 (здесь μ берем найденное в расчете, а не принятое окончательно), тогда находим b по формуле:

b = 2h (μ – 1 + 2m 2 )/(2h / S 0 – 1 + 2m 2 ) = 2*1(6.3 – 1 + 2*0.25)/(2*1/1,6 – 1 + 2*0,25) = 15.5 м < 16 м.

Т.к. b = 15,5 м > 5h = 5*1 = 5 м, окончательно принимаем b = 5 м.

Сравним величины:

b = 5 м > L 2 = 2 м – расчет ведем по варианту 2 схемы 8.

Определим коэффициент μ 1 :

μ 1 = 1 – 2 m 2 = 1 – 2*0,25 = 0,5.

Эксплуатационная снеговая нагрузка на 1 м 2 горизонтальной проекции крыши дома определяется по формуле 8.2:

S e = γ fe S 0 C = 0,49*160*1,25 = 98 кг/м 2 ;

S e 1 = γ fe S 0 C 1 = 0,49*160*0,5 = 39,2 кг/м 2 ;

γ fe = 0,49 – согласно таблице 8.3 ДБН «Нагрузки и воздействия»,

S 0 = 160 кг/м 2 – согласно исходным данным,

С = μC e C alt = 1,25*1*1 = 1,25 – согласно п. 8.6 ДБН,

С 1 = μ 1 C e C alt = 0,5*1*1 = 0,5 – согласно п. 8.6 ДБН.

Предельное расчетное значение нагрузки на 1 м 2 горизонтальной проекции крыши дома определяется по формуле 8.1:

S m = γ fm S 0 C = 1.14*160*1,25 = 228 кг/м 2 ;

S m 1 = γ fm S 0 C 1 = 1.14*160*0,5 = 91,2 кг/м 2 ;

γ fm = 1.14 – согласно таблице 8.1 ДБН «Нагрузки и воздействия» при условии срока службы дома 100 лет (задается заказчиком).

Итак, если сравнить результаты для трех частей примера, мы получаем следующее:

На рисунке графически показано соотношение проекций эксплуатационных снеговых нагрузок для дома и двух навесов. Для дома наименьшая снеговая нагрузка 55,7 кг/м 2 (показана синим). Для первого навеса (вдоль 12-метровой стены дома) уже получается огромный «сугроб», нагрузка от которого составляет 98 кг/м 2 у стены дома и 48,6 кг/м 2 на краю навеса (показано розовым). Для второго навеса, расположенного у высокого фронтона дома (вдоль 9-метровой стены дома), ситуация ухудшилась в разы: сугроб достигает максимальных размеров у стены в районе самой высокой точки конька и дает нагрузку 170 кг/м 2 , затем его «высота» падает к краям дома до 98 кг/м 2 с одной стороны и до 122 кг/м 2 с другой (находим интерполяцией), а к краю навеса нагрузка снижается до 39,2 кг/м 2 (показано зеленым).

Обратите внимание, на рисунке даны не размеры «сугробов», а величина нагрузки, которую будут давать наметаемые сугробы. Это важно.

В итоге, наш анализ на примере показал, что пристраиваемые навесы несут в себе опасность значительного перегруза конструкций, особенно те, которые примыкают к высокой вертикальной стене дома.

Напоследок дам один совет: чтобы максимально облегчить нагрузку на навес, пристраиваемый к стене, параллельной коньку дома, нужно воспользоваться условием из схемы 8 приложения Ж к ДБН «Нагрузки и воздействия» (мы это условие проверяли в самом начале расчета):

Если бы в нашем примере высота перепада была не 1 м, а 0,7 м, то выполнялось бы следующее условие:

h = 0,7 м < S 0 /2 h = 1.6/(2*0,7) = 1,14 м – и как написано в п. 3, местную нагрузку у перепада учитывать уже не нужно. Что это означает? Когда местную нагрузку учитывать надо, возле перепада снеговая нагрузка определяется с коэффициентом μ , а у края навеса – со значительно меньшим коэффициентом μ 1 . Если же местную нагрузку учитывать не надо, то нагрузка на всем навесе определяется с коэффициентом μ 1 . В нашем примере соотношение μ/ μ 1 = 1,25/0,62 = 2, т.е. подняв навес на 30 см, мы можем понизить снеговую нагрузку для него в два раза.

В данной статье примеры считались по украинским нормам (ДБН «Нагрузки и воздействия»). Если вы считаете по другим нормам, сверяйте коэффициенты, в остальном схемы снеговых нагрузок ДБН и СНиП одинаковы.

X

Y

Z

Ширина материала козырька – позволяет определить ширину необходимого покровного материала для накрытия полукруглого козырька или навеса. С помощью функции расчета этого параметра можно подобрать оптимальные размеры козырька для максимального использования материала заводских размеров. Зная площадь козырька, Вы сможете приобрести ровно столько материала для накрытия конструкции сколько нужно и не переплачивать за излишки. Обратите внимание, что калькулятор подсчитывает параметры только кровельного материала для козырька и не рассчитывает чего и сколько нужно для изготовления каркаса и его крепления (металлопрофиль, доска, бетон, метизы).

X – ширина козырька – это расстояние между его крайними точками по фасаду. Для защиты от осадков ширину козырька необходимо выбирать немного больше размера входной двери. Если есть возможность, следует делать козырек на всю ширину крыльца с запасом по 500 мм с каждой стороны. Однако следует помнить, чем больше поверхность навеса, тем больше зимой на ней будет снега, а значит, конструкция должна быть надежной. Выбирая ширину козырька необходимо учитывать СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».

Y – высота козырька (имеется ввиду значение высоты сегмента полукруглого козырька, а не уровень установки относительно порога дома), чем больше этот параметр, тем больше расход материала для накрытия.

Z – длина козырька – расстояние от фасада может быть разным, в зависимости от Ваших пожеланий и архитектуры дома. Минимальное значение длины для защиты от осадков составляет 700 мм. Можно ориентироваться на размеры крыльца с небольшим запасом. Обратите внимание, если длина навеса превышает 2000 мм, то под свободный край необходимо ставить дополнительные опоры.

Отметив пункт «Черно-белый чертеж» Вы получите чертеж, приближенный к требованиям ГОСТ и сможете его распечатать, не расходуя зря цветную краску или тонер.

Результаты расчета и их использование:

Ширина материала козырька – позволяет определить ширину необходимого покровного материала для накрытия полукруглого козырька или навеса. С помощью функции расчета этого параметра можно подобрать оптимальные размеры козырька для максимального использования материала заводских размеров. Рассчитав площадь козырька, Вы сможете приобрести ровно столько материала для арки навеса, сколько нужно и не переплачивать за излишки. Обратите внимание, что калькулятор подсчитывает параметры только кровельного материала для дуги навеса и не рассчитывает чего и сколько нужно для изготовления каркаса и его крепления (металлопрофиль, доска, бетон, метизы). При желании можно указать высоту равную маленькому числу, что позволит рассчитать плоский навес.

Расчёт металлоконструкций стал камнем преткновения для многих строителей. На примере простейших ферм для уличного навеса мы расскажем, как правильно рассчитать нагрузки, а также поделимся простыми способами самостоятельной сборки без использования дорогостоящего оборудования.

Общая методология расчёта

Фермы применяют там, где использовать цельную несущую балку нецелесообразно. Эти конструкции отличаются меньшей пространственной плотностью, при этом сохраняют устойчивость воспринимать воздействия без деформаций благодаря правильному расположению деталей.

Конструкционно ферма состоит из внешнего пояса и заполняющих элементов. Суть работы такой решётки довольно проста: поскольку каждый горизонтальный (условно) элемент не может выдержать полную нагрузку ввиду недостаточно большого сечения, два элемента располагаются на оси главного воздействия (силы тяжести) таким образом, чтобы расстояние между ними обеспечивало достаточно большое сечение поперечного среза всей конструкции. Ещё проще можно объяснить так: с точки зрения восприятия нагрузок ферму рассматривают так, будто она выполнена из цельного материала, при этом заполнение обеспечивает достаточную прочность, исходя лишь из расчётного приложенного веса.

Конструкция фермы из профильной трубы: 1 — нижний пояс; 2 — раскосы; 3 — стойки; 4 — боковой пояс; 5 — верхний пояс

Такой подход крайне прост и зачастую его с лихвой хватает для сооружения простых металлоконструкций, однако материалоёмкость при грубом расчёте получается крайне высокой. Более подробное рассмотрение действующих воздействий помогает снизить расход металла в 2 и более раз, такой подход и будет наиболее полезным для нашей задачи — сконструировать лёгкую и достаточно жёсткую ферму, а потом собрать её.

Основные профили ферм для навеса: 1 — трапециевидный; 2 — с параллельными поясами; 3 — треугольный; 4 — арочный

Начать следует с определения общей конфигурации фермы. Обычно она имеет треугольный или трапециевидный профиль. Нижний элемент пояса располагают преимущественно горизонтально, верхний — под наклоном, обеспечивающим правильный уклон кровельной системы . Сечение и прочность элементов пояса при этом следует выбирать близкими к таким, чтобы конструкция могла поддерживать свой собственный вес при имеющейся системе опоры. Далее производится добавление вертикальных перемычек и косых связей в произвольном количестве. Конструкцию нужно отобразить на эскизе для визуализации механики взаимодействия, указав реальные размеры всех элементов. Далее в дело вступает её величество Физика.

Определение сочетанных воздействий и реакции опоры

Из раздела статики школьного курса механики мы возьмём два ключевых уравнения: равновесия сил и моментов. Их мы будем применять, чтобы вычислить реакцию опор, на которые положена балка. Для простоты вычислений опоры будем считать шарнирными, то есть не имеющими жёстких связей (заделки) в точке касания с балкой.

Пример металлической фермы: 1 — ферма; 2 — балки обрешётки; 3 — кровельное покрытие

На эскизе нужно предварительно отметить шаг обрешётки системы кровли, ведь именно в этих местах должны находиться точки сосредоточения приложенной нагрузки. Обычно именно в точках приложения нагрузки и размещаются узлы схождения раскосов, так проще выполнить расчёт нагрузки. Зная общий вес кровли и число ферм в навесе, нетрудно вычислить нагрузку на одну ферму, а фактор равномерности покрытия определит, равны ли будут приложенные силы в точках сосредоточения, или же они будут отличаться. Последнее, к слову, возможно, если в определённой части навеса один материал покрытия сменяется другим, имеется проходной трап или, например, зона с неравномерно распределённой снеговой нагрузкой. Также воздействие на разные точки фермы будет неравномерным, если её верхняя балка имеет скругление, в этом случае точки приложения силы нужно соединить отрезками и рассматривать дугу как ломанную линию.

Когда все действующие усилия проставлены на эскизе фермы, приступаем к вычислению реакции опоры. Относительно каждой из них ферму можно представить не иначе как рычаг с соответствующей суммой воздействий на него. Чтобы вычислить момент силы в точке опоры, нужно умножить нагрузку на каждую точку в килограммах на длину плеча приложения этой нагрузки в метрах. Первое уравнение гласит, что сумма воздействий в каждой точке и равняется реакции опоры:

• 200 · 1,5 + 200 · 3 + 200 · 4,5 + 100 · 6 = R 2 · 6 — уравнение равновесия моментов относительно узла а , где 6 м — длина плеча)
• R 2 = (200 · 1,5 + 200 · 3 + 200 · 4,5 + 100 · 6) / 6 = 400 кг

Второе уравнение определяет равновесность: сумма реакций двух опор будет в точности равна приложенному весу, то есть зная реакцию одной опоры, можно легко найти значение для другой:

• R 1 + R 2 = 100 + 200 + 200 + 200 + 100
• R1 = 800 - 400 = 400 кг

Но не ошибитесь: здесь также действует правило рычага, поэтому если ферма имеет существенный вынос за одну из опор, то и нагрузка в этом месте будет выше пропорционально разнице расстояний от центра масс до опор.

Дифференциальный расчёт усилий

Переходим от общего к частному: теперь необходимо установить количественное значение усилий, действующих на каждый элемент фермы. Для этого перечисляем каждый отрезок пояса и заполняющие вставки списком, затем каждый из них рассматриваем как сбалансированную плоскую систему.

Для удобства вычислений каждый соединительный узел фермы можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы воздействий пролегают по продольным осям элементов. Всё, что нужно для вычислений — знать длину сходящихся в узле отрезков и углы между ними.

Начинать нужно с того узла, для которого в ходе вычисления реакции опоры было установлено максимально возможное число известных величин. Начнём с крайнего вертикального элемента: уравнение равновесия для него гласит, что сумма векторов сходящихся нагрузок равна нулю, соответственно, противодействие силе тяжести, действующей по вертикальной оси, эквивалентно реакции опоры, равной по величине, но противоположной по знаку. Отметим, что полученное значение — лишь часть общей реакции опоры, действующая для данного узла, остальная нагрузка придётся на горизонтальные части пояса.

Узел b

• -100 + S 1 = 0
• S 1 = 100 кг

Далее перейдём к крайнему нижнему угловому узлу, в котором сходятся вертикальный и горизонтальный сегменты пояса, а также наклонный раскос. Сила, действующая на вертикальный отрезок, вычислена в предыдущем пункте — это давящий вес и реакция опоры. Сила, действующая на наклонный элемент, вычисляется по проекции оси этого элемента на вертикальную ось: из реакции опоры вычитаем действие силы тяжести, затем «чистый» результат делим на sin угла, под которым раскос наклонён к горизонтали. Нагрузка на горизонтальный элемент находится также путём проекции, но уже на горизонтальную ось. Только что полученную нагрузку на наклонный элемент мы умножаем на cos угла наклона раскоса и получаем значение воздействия на крайний горизонтальный сегмент пояса.

Узел a

• -100 + 400 - sin(33,69) · S 3 = 0 — уравнение равновесия на ось у
• S 3 = 300 / sin(33,69) = 540,83 кг — стержень 3 сжат
• -S 3 · cos(33,69) + S 4 = 0 — уравнение равновесия на ось х
• S 4 = 540,83 · cos(33,69) = 450 кг — стержень 4 растянут

Таким образом, последовательно переходя от узла к узлу, необходимо вычислить действующие в каждом из них силы. Обратите внимание, что встречно направленные векторы воздействий сжимают стержень и наоборот — растягивают его, если направлены противоположно друг от друга.

Определение сечения элементов

Когда для фермы известны все действующие нагрузки, пора определяться с сечением элементов. Оно не обязательно должно быть равным для всех деталей: пояс традиционно выполняют из проката более крупного сечения, чем детали заполнения. Так обеспечивается запас надёжности конструкции.

где: F тр — площадь поперечного сечения растянутой детали; N — усилие от расчётных нагрузок; R y γ с

Если с разрывающими нагрузками для стальных деталей всё относительно просто, то расчёт сжатых стержней производится не на прочность, а на устойчивость, так как итоговый результат количественно меньше и, соответственно, считается критическим значением. Рассчитать можно на онлайн-калькуляторе, а можно и вручную, предварительно определив коэффициент приведения длины, определяющий, на какой части общей протяжённости стержень способен изгибаться. Этот коэффициент зависит от метода крепления краёв стержня: для торцевой сварки это единица, а при наличии «идеально» жёстких косынок может приближаться к 0,5.

где: F тр — площадь поперечного сечения сжатой детали; N — усилие от расчётных нагрузок; φ — коэффициент продольного изгиба сжатых элементов (определяется по таблице); R y — расчётное сопротивление материала; γ с — коэффициент условий работы.

Также нужно знать минимальный радиус инерции, определяемый как квадратный корень из частного от деления осевого момента инерции на площадь сечения. Осевой момент определяется формой и симметрией сечения, лучше взять это значение из таблицы.

где: i x — радиус инерции сечения; J x — осевой момент инерции; F тр — площадь сечения.

Таким образом, если разделить длину (с учётом коэффициента приведения) на минимальный радиус инерции, можно получить количественное значение гибкости. Для устойчивого стержня соблюдается условие, что частное от деления нагрузки на площадь поперечного сечения не должно быть меньше произведения допустимой сжимающей нагрузки на коэффициент продольного изгиба, который определяется значением гибкости конкретного стержня и материалом его изготовления.

где: l x — расчётная длина в плоскости фермы; i x — минимальный радиус инерции сечения по оси x; l y — расчётная длина из плоскости фермы; i y — минимальный радиус инерции сечения по оси y.

Обратите внимание, что именно в расчёте сжатого стержня на устойчивость отображена вся суть работы фермы. При недостаточном сечении элемента, не позволяющем обеспечить его устойчивость, мы вправе добавить более тонкие связи, изменив систему крепления. Это усложняет конфигурацию фермы, но позволяет добиться большей устойчивости при меньшем весе.

Изготовление деталей для фермы

Точность сборки фермы крайне важна, ведь все расчёты мы проводили методом векторных диаграмм, а вектор, как известно, может быть только абсолютно прямым. Поэтому малейшие напряжения, возникающие вследствие искривлений из-за неправильной подгонки элементов, сделают ферму крайне неустойчивой.

Сначала нужно определиться с размерами деталей внешнего пояса. Если с нижней балкой всё достаточно просто, то для нахождения длины верхней можно воспользоваться либо теоремой Пифагора, либо тригонометрическим соотношением сторон и углов. Последнее предпочтительно при работе с такими материалами, как угловая сталь и профильная труба. Если угол ската фермы известен, его можно вносить как поправку при подрезке краёв деталей. Прямые углы пояса соединяются подрезкой под 45°, наклонные — путём добавления к 45° угла наклона с одной стороны стыка и вычитанием его же с другой.

Детали заполнения вырезают по аналогии с элементами пояса. Основная загвоздка в том, что ферма — изделие строго унифицированное, а потому для её изготовления потребуется точная деталировка. Как и при расчёте воздействий, каждый элемент нужно рассматривать индивидуально, определяя углы схождения и, соответственно, углы подреза краёв.

Довольно часто фермы изготавливают радиусными. Такие конструкции имеют более сложную методику расчёта, но большую конструкционную прочность, обусловленную более равномерным восприятием нагрузок. Изготавливать скругленными элементы заполнения смысла нет, а вот для деталей пояса это вполне применимо. Обычно арочные фермы состоят из нескольких сегментов, которые соединяются в местах схождения заполняющих раскосов, что нужно учитывать при проектировании.

Сборка на метизах или сваривание?

В заключение было бы неплохо обозначить практическую разницу между способами сборки фермы свариванием и с помощью разъёмных соединений. Начать следует с того, что сверление в теле элемента отверстий под болты или заклёпки практически не влияет на его гибкость, а потому на практике не учитывается.

Когда речь зашла о способе скрепления элементов фермы, мы установили, что при наличии косынок длина участка стержня, способного изгибаться, существенно сокращается, за счёт чего можно уменьшить его сечение. В этом преимущество сборки фермы на косынках, которые крепятся сбоку к элементам фермы. В таком случае особой разницы в методе сборки нет: длины сварочных швов будет с гарантией достаточно, чтобы выдержать сосредоточенные напряжения в узлах.

Если же сборка фермы производится стыкованием элементов без косынок, здесь нужны особые навыки. Прочность всей фермы определяется наименее прочным её узлом, а потому брак в сваривании хотя бы одного из элементов может привести к разрушению всей конструкции. При недостаточном навыке ведения сварочных работ рекомендуется провести сборку на болтах или заклёпках с использованием хомутов, угловых кронштейнов или накладных пластин. При этом крепление каждого элемента к узлу должно осуществляться не менее чем в двух точках.