Как рассчитать ферму для навеса?

Расчет и строительство ферм для навеса

Навесы давно и прочно вошли в нашу жизнь. Под навесом ваша семья собирается летним вечером, чтобы посидеть за чашкой чая, под навесом вы безбоязненно можете оставить свой автомобиль, под навесом ваш бассейн остается чистым.

Несмотря на то, что навес является простейшим архитектурным сооружением, их конструктивные особенности могут иметь большие отличия. Самый простой и легко монтируемый своими руками навес представляет собой конструкцию на четырех или более опорах, с верхней обвязкой и стропильной системой. Но такой навес подойдет только для того, чтобы защищать небольшое пространство. Для более массивных сооружений понадобятся, так называемые, фермы для навеса.

Что подразумевает под собой понятие ферма для навеса? Ферма — это каркасная конструкция из металла, у которого есть два пояса сверху и снизу. При помощи сварочного аппарата эти пояса соединяют, посредством вертикальных стоек и раскосов. Применение ферм в строительстве своими руками навесов помогает строению выдерживать повышенные нагрузки.

Готовые фермы вы можете купить, но можно сделать их своими руками. Чтобы навес или другая конструкция, построенная своими руками, получились крепкими и прочными вам понадобятся некоторые расчеты.

Чтобы рассчитать нагрузку на фермы, вам потребуется:

1. Калькулятор и специальные программы.
2. Документы СНиП 2.01.07-85 и СНиП П-23-81
3. Изобразите схематично конструкцию вашего будущего навеса. Это поможет вам определить не только форму навеса, но и те материалы. Которые будут применяться в создании строения.
4. Определитесь с габаритными размерами сооружения, его высота будет определяться материалами, применяемых в строительстве.
5. Для просчета угла ската вам потребуется сделать дополнительный расчет.
6. Измерьте панели навеса, они должны соответствовать расстояниям между соседними элементами.
7. Рассчитайте расстояние между соединениями, как правило, оно равно панели.

Чтобы правильно рассчитать нагрузку для фермы для навесов вы должны учесть следующие факторы:

• Форма кровли навеса. Для каждых форм, односкатных, арочных, двускатных, шатровых расчет будет производиться свой, так как вид пояса будет индивидуален.
• Еще одним важным фактором будет размер навеса. Помните, чем шире просвет между фермами, тем большую нагрузку, им придется выдерживать. Делая расчет определите у скатов крайние точки по вертикали. Чем более крутой угол ската, тем меньшее количество снега на нем останется.
• Зная размеры панелей сотового поликарбоната, проще сделать расчет расстояния между фермами.
• Сверяясь с картами, можно рассчитать предельную нагрузку от выпадающих осадков и ветра.

Вообще, сделать расчет ферм самостоятельно не так просто, если только вы не инженер. Не имея технического образования, вы можете, имея размеры навеса, найти подходящую схему и проект в интернете. Но все же наилучшим решением проблемы будет обращение к специалисту в строительной сфере. Он поможет вам составить расчет правильно, учитывая все допустимые нагрузки, а также проконсультирует, какие именно материалы подойдут для вашего типа навеса. Исходя из этого вы можете правильно рассчитать примерную стоимость навеса, а это один из основополагающих факторов, который всех интересует перед тем как начать изготовление навеса.

Лучшим материалом для изготовления ферм всегда считались профильные трубы. Профильные трубы из нержавеющей стали имеют свои преимущества:

1. Профильные трубы не деформируются при больших нагрузках.
2. Полость внутри снижает вес труб.
3. Дешевизна.
4. Возможность создавать прочные и долговечные сооружения.

Для кровли лучше применить один из видов поликарбоната – сотовый или литой. Листы поликарбоната крепят на саморезы. Покрытие из поликарбоната позволяет создавать кровлю не подверженную коррозии,

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:

1. 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.
2. 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

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.

Заключение

С помощью профильных стальных труб можно создать надёжные фермы для навесов, которые прослужат вам долго и качественно. Но при этом очень важно правильно рассчитать все параметры конструкции, чтобы она смогла успешно выдержать все атмосферные нагрузки. Далее дело обстоит только за сваркой.

Качественно сделанный железный навес – эталон надёжности и долговечности

Видео в этой статье предоставит вашему вниманию на рассмотрение дополнительные материалы, имеющие непосредственное отношение к изложенной теме. Подходите к выполнению задачи правильно, и вас ждёт успех.

Процесс соединения отдельных элементов своими руками

Изготовление фермы из профильной трубы своими руками предполагает в процессе объединения всех составляющих использование таких соединительных элементов как спаренный уголок или прихватка.

При сборке верхнего пояса оптимальным соединительным элементом считается пара тавровых уголков, что соединяются друг с другом меньшей стороной. Нижний пояс соединяется уголками с ровными сторонами.

В случае соединения фермы больших размеров обязательно используются накладные пластины, а чтобы равномерно распределить давление по всей конструкции применяются двойные швеллеры.

Установка раскосов осуществляется под наклоном в 45 градусов, тогда как стойки монтируются перпендикулярно к основанию. Для установки фермы в качестве соединителей используются крестообразные или тавровые уголки, которые хоть и имеют ровные стороны, но дополнительно поддерживаются пластинами.

После того так конструкция собрана можно переходить к осуществлению сварочных работ. Как сварить ферму из профильной трубы? Приветствуется как использование ручной сварки, так и автоматической, а тут можете по видео урокам посмотреть как нужно варить профтрубы.

Размеры конструкции

В зависимости от места расположения фермы, ее формы и погодных условий проводится укрытие определенным материалом: металлический профиль, поликарбонат, профильный настил, асбестовые листы и др.

Каждый из материалов имеет свои стандартные размеры. Эти размеры могут служить основой при расчете общей длины конструкции, размеров между опорами. Для этого ширину и длину фермы надо сделать кратной размеру плит. Если размеры фермы рассчитывать под размеры плит, которыми она будет накрываться, то это уменьшит строительные отходы. Размер панели при расчете необходимо учитывать с учетом нагрузки, которую будет нести вся конструкция.

Характерным отличием может быть то, что в случае, когда общая длина фермы превысит 36 метров, необходимо выполнить строительный подъем.

Расчет высоты конструкции проводится исходя из того, для каких целей она изготавливается. Готовая конструкция не должна быть меньше 1.8 метра, средней высоты человека. Если конструкция монтируется под большой автомобиль (внедорожник, микроавтобус), то над крышей автомобиля должно быть вентиляционное пространство не менее 10 см.

Полезные советы по изготовлению своими руками ферм из профильных труб

• Для облегчения конструкций, используемых для устройства крыш с минимальным уклоном скатов, используют дополнительные решетки.
• Для снижения массы каркасов, устанавливаемых для организации скатов с диапазоном углов наклона 15-22°, нижний пояс изготавливают ломаным.
• При длине прогонов от 20 м применяют каркасы Полонсо, состоящие из двух треугольных конструкций, соединенных стяжкой. Такой конструктивный вариант позволяет избежать монтажа в раскос большой длины.
• Дистанция между ферменными конструкциями в общем случае не должна превышать 1,75 м.
• При выборе труб для сложных эксплуатационных условий необходимо учитывать марку стали, из которой они изготовлены. Для регионов с холодным климатом используют трубные изделия из низколегированных сталей, проявляющих высокую устойчивость к низким температурам. При высокой коррозионной опасности следует применять оцинкованную продукцию.

Для вычисления прочностных характеристик конструкций из любого пластиката необходимо знать:

• целевое назначение сооружения;
• место, где оно будет расположено;
• дизайн окружающего интерьера;
• габариты укрываемого объекта;
• снеговую нагрузку, силу ветра;
• габаритные величины, механические характеристики поликарбонатных панелей;
• форму каркаса;
• материал каркаса, стропил, опор, перемычек, обрешетки, крепежных изделий.

Перед монтажем поликарбонатного листа для создания навеса необходимо знать из какого материала сделан каркас

Вычисление прочности проводится как для всей конструкции, так и для отдельных элементов. Сложность подсчета требует применения специальных знаний по сопротивлению материалов, наличию справочных данных, необходимых для использования. На практике для возведения объектов индивидуального строительства более приемлемы данные, полученные эмпирическим путем.

Рекомендуется, чтобы длина козырька была кратной ширине панели, а ширина – кратной 2, 3, 4, 6, 12 м. Размеры кровли должны обеспечить защиту предмета укрытия от сильного ветра, наклонных лучей солнца. Высота сооружения должна быть больше высоты укрываемого предмета, но не меньше 180 см. Над машиной необходимо вентилируемое пространство до 10 см. Форма кровли навеса зависит от вкуса владельца.

Опоры рекомендуется выполнять из следующих материалов:

• круглой стальной трубы диаметром 100 мм;

Для монтажа навеса из поликарбоната советуется устанавливать опоры из стальных труб диаметром 100 мм

• профилированной стальной трубы размерами 80×80 мм;
• деревянного бруса 150×150 мм;
• бревна диаметром 150–200 мм.

Обрешетка в продольном направлении выполняется шагом до 70 см, в поперечном – до 100 см.

Подсчет прочности конструкции сооружения зависит от вида крыши (односкатная, двускатная, арочная).

Для односкатной кровли

Различают две разновидности односкатной кровли:

• с креплением к стене здания;
• без крепления к стене здания или отдельно стоящая постройка.

Способ крепления каркаса к опорам фундамента – главное различие между разновидностями односкатного козырька.

Существует два вида односкатной кровли: с креплением к стене или как отдельная постройка

Козырек, крепящийся к стене здания, представляет собой сооружение, преимущество которого в том, что количество опорных стоек у него в два раза меньше, т. к. функцию опор с одной стороны навеса выполняет стена дома. В данном случае ферма в форме вытянутого треугольника устанавливается торцом своей короткой стороны на балку, прикрепленную к стене дома. Вторым концом ферма опирается на несущую опору.

Элементы каждой разновидности козырьков подсчитываются по такой схеме:

1. Зная габариты укрываемого объекта, ведется вычисление параметров козырька (длина, ширина, высота). Зная габариты укрываемого объекта можно начинать расчёт размеров навеса
2. Расстояние между стойками, закрепленными в фундаменте, не должно быть более 3 м.
3. На стойки укладываются, крепятся в первом случае одна продольная балка, во втором – две.
4. Изготовляется консоль треугольной формы с углом 30°.
5. При установке консолей на балки применяется шаг равный 2–3 м.
6. К консолям крепится обрешетка шагом 60–70 см или специальные профили, установленные вдоль поперечной кромки плит.
7. Укладка полимерных панелей выполняется, соблюдая температурный зазор диапазоном 3–4 мм.
8. Крепление пластиковых листов ведется шагом в 50–70 см.

Для двускатной крыши

Подсчет характеристик сооружения, имеющего двускатную крышу, аналогичен вычислению прочности односкатного навеса.

Расчёт размеров односкатного навеса аналогичен расчёту размеров для двускатного

Имеются три отличия:

• консоль, напоминающая формой равнобедренный треугольник, – может быть как цельной, так и составной;
• из-за увеличения веса консолей для более равномерного распределения их массы рекомендуется увеличивать количество вертикальных опор;
• необходима установка коньковой балки и конька.

Для арочного навеса

Элементы конструкции арочной формы подсчитываются так же, как и для односкатной.

Экономия применяемого материала обеспечивается снижением его стоимости из-за дополнительной прочности, достигаемой за счет конструктивной особенности:

• изгиба панелей из полимера, т. к. сама форма способствует повышению прочности;

За счёт своей конструктивной особенности арочный навес получается очень крепким сооружением

• арочной формой ферм, что позволяет за счет уменьшения толщины стенки металлического профиля или поперечного сечения бруса снизить расход материала.

Для отдельно стоящей постройки

При расчете навеса во дворе необходимо учитывать не только размеры, но и количество осадков зимой, так как снег оказывает сильную механическую нагрузку. По этой причине треугольник – оптимальный вариант для придания каркасу жесткости. К тому же, это единственная геометрическая фигура, которая не предусматривает люфт.

Для расчетов берется условная ширина крыши в 6 м, а длина – 10,6 м. Поликарбонат понадобится шириной 2100×600 мм. Стропила можно делать как из трубного профиля (60×40 мм), так и из деревянной доски (100×50 мм). Безусловно, металлический профиль предпочтительнее, ввиду его весьма длительного срока эксплуатации.

При постройке навеса как отдельного сооружения необходимо учесть количество выпавшего снега зимой

Оптимальным вариантом считается конструкция, где верхняя часть ската – 240 см, а стропильное устройство состоит из одиннадцати треугольников. Принимая во внимание тот факт, что металлические профили, как правило, имеют длину 6 м, ширина будет немного отличаться в меньшую сторону, однако для каждой стропильной ноги потребуется шесть профилей с учетом вертикальных и наклонных перемычек. Таким образом, понадобится шесть стропил и пять листов поликарбоната.

В принципе, можно сэкономить на металле, сделав только два треугольника. Тогда расчет каркаса навеса сократится, как минимум, на два профиля для каждой стропильной ноги, но если их шесть, то это уже двенадцать профилей. Впрочем, для среднего количества осадков этого вполне достаточно.

Какой бы вы навес ни построили, правильный расчет обеспечит его долгую безупречную эксплуатацию.

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/м 2 вместо определенных СНиПом реальных 25 кг/м 2 .

Распределение снежной массы по арочной крыше преимущественно сводится к нагрузке вертикальных стоек, поэтому нет смысла рассчитывать представленную арку на прогиб под давлением снега.

Если использовать односкатный или плоский вариант крыши, то нужно будет рассчитать несколько проверочных характеристик навеса из поликарбоната:

1. Прочность вертикальных опор на сжатие;
2. Устойчивость опорных стоек;
3. 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.

Для установки конструкции важно рассчитать толщину и шаг обрешетки. Например, в том случае, если мы планируем сделать навес и шириной 8 метров и длиной 6 метров, то выбирать придется шаг в один метр, а пластик заказываем толщиной в 10 мм

Расстояние между профилями обрешеточного полотна рассчитывается из параметров нагрузки и подбора сечений.

Расчет нагрузки на фермы каркаса и опорную конструкцию поможет вам сделать ваш навес более устойчивым даже в зимний период, когда нагрузка от мокрого снега может достигать в 3, 5 тонн.

Расчет нагрузок на стропила и кровлю складывается из двух слагаемых:

• Постоянная нагрузка. Это — собственный вес стропил и кровельного покрытия, утеплителя и гидроизоляции, всех элементов крыши.
• Временная нагрузка. Учитываются длительные или кратковременные усилия разной направленности, вызываемые весом снега в зимний период, воздействием ветра и т.п.

Постоянная нагрузка определяется суммированием веса всех элементов, присутствующих на крыше, причем учитывается и полезная нагрузка — вес расширительных баков, обшивки чердака, окон или иных предметов, нагружающих крышу и подкровельное пространство.

Если для постоянных нагрузок расчет не выглядит чем-то сложным, то учесть природные факторы будет сложнее. Потребуются данные о преобладающих направлениях и силе ветра, случаях ураганных шквалистых проявлений, количество снега в зимнее время, его качественные показатели — сухой снег намного легче, чем мокрый.

Расчет снеговой нагрузки производится по формуле:

S = Sg * µ

где Sg — вес снега на 1 кв м плоскости, выпадающий в данной местности.

µ — поправочный коэффициент, учитывающий угол наклона кровли (для плоских крыш до 25° он равен 1, для более крутых — 0,7).

При наклоне кровли от 60° и выше вес снега не учитывается.

Ветровая нагрузка вычисляется так:

W = Wo * k

Wo — нормативный показатель силы ветра для данной местности.

k — поправочный коэффициент, учитывающий тип местности и высоту над землей.

Обе формулы показывают нагрузку на 1 кв.м., для получения полного значения надо результат умножить на площадь крыши.

Следует также понимать, что данные расчеты не всегда учитывают предельные нагрузки или частные случаи — например, скопления снега или единичные сильные порывы ветра, нетипичные для данной местности, но иногда случающиеся. Для того, чтобы иметь гарантию прочности, надо принимать нагрузку с запасом в 15% — 20% от расчетной.

Важные моменты

Перед началом работ надо определиться с размерами конструкции, профиля и необходимым количеством материала. Сварка навеса из профильных труб ведется ручным дуговым аппаратом. Обязательно надевают защитную одежду и маску.

Не следует торопиться при сварке, надо обеспечить надежный провар металла. Электроды лучше использовать МР-3, или АНО-21. Надо правильно располагать детали при стыковке и сварке конструкции.

При эксплуатации навеса и образовании на нем ржавчины, поврежденное место зачищают наждачкой и окрашивают грунтом. При обильных снегопадах с крыши навеса убирают снег.