Как рассчитать длину дуги арки для навеса

Содержание

Расчет арочной металлической фермы для навеса
Виды конструкций
Поликарбонатная ферма
Арочный каркас
3D Расчет навеса
Инструкция для онлайн калькулятора расчета односкатного навеса
Расчет арочного навеса из профильной трубы
Расчет снеговой и ветровой нагрузки на арочный навес
Снеговая нагрузка на арочный навес
Пример
Примечание
Пример
Ветровая нагрузка на арочный навес
Примечание
Пример
Расчет количества материала для арочного навеса
Онлайн-калькулятор для расчета длины дуги арочного навеса
Пример
Что в итоге

Расчет арочной металлической фермы для навеса

Строитель 4 разряда

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.

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:

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.

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:

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.

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:

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.

Необходимо чётко придерживаться инструкции постройки фермы навеса

Если длина пролета не превышает 6 метров, вместо сложных конструкций используют простую (одинарную или двойную балку). Для этого металлическую трубу изгибают под определенным углом. Расчета такой тип арочного каркаса не требует. А насколько крепким получится каркас — зависит от сечения профиля. Поэтому важно подобрать подходящий материал.

Чтобы правильно рассчитать длину дуги арки, ее центр обозначают точкой М. Эта точка располагается на перпендикуляре СМ. Перпендикуляр проведен к хорде АВ и в ее центре отмечен точкой С. Хорды АВ и АМ измеряют. Затем расчет ведется по формуле Гюйгенса: p = 2 l × 1/3 × (2 l – L). При этом хорда АВ — L, хорда АМ — l. Если дуга АВ согнута на 60 градусов, то погрешность формулы составляет 0,5%. Она намного уменьшается при снижении угловой меры. Если градус дуги составляет 45, то погрешность достигает 0,02%.

Источник статьи: http://zaborprofi.com/postrojki/raschet-arochnoj-fermy-dlja-navesa.html

3D Расчет навеса

Инструкция для онлайн калькулятора расчета односкатного навеса

Чтобы рассчитать козырек над входом (арочный навес) или плоский навес, необходимые размеры укажите в миллиметрах:

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. 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).

Нажмите «Рассчитать», чтобы получить расчеты и чертежи навеса.

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.

Источник статьи: http://perpendicular.pro/calc/kalkuljator-po-raschetu-razmera-kozyrka-nad-vhodom

Расчет арочного навеса из профильной трубы

Мало кто перед строительством небольших построек на участке делает все необходимые расчеты и, тем более, заказывает проект. Обычно просто берутся стандартные решения, надежности которых хватает с большим запасом. И это более чем рационально, когда речь идет о том же заборе из профнастила или небольшом хозблоке. Но расчет арочного навеса лучше сделать: все же, под кровлей постройки будут долго находиться люди или стоять автомобиль. Поэтому вы должны быть уверены в том, что крыша гарантировано выдержит даже сильные снегопады. А для этого нужно знать нагрузки.

Расчет снеговой и ветровой нагрузки на арочный навес

По правилам, чтобы рассчитать арочный навес, нужно не только сделать расчет нагрузки на кровлю и подобрать под нее марку профлиста или поликарбоната, но и посчитать стальной каркас навеса по СП 16.13330.2017 «Стальные Конструкции». На практике этого обычно не делают, поскольку стандартные опоры из круглой или профильной трубы 80×80 мм или 100×100 мм и профили 40×40 мм для каркаса самой арки выдерживают намного большую нагрузку, чем необходимо. Во всяком случае, для навесов во дворе частного дома в южных и центральных регионах. Любые конструкции для северных территорий, а также большие навесы нужно рассчитывать по всем правилам, поскольку типовые решения для них не подходят.

Другое дело — снеговая и ветровая нагрузка. Тем более что такой расчет арки навеса при простой сводчатой кровле несложен. Эти нагрузки считаются по СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия», а если точнее — по разделам 10 и 11 этого норматива.

Снеговая нагрузка на арочный навес

Снеговая нагрузка считается по формуле:

c_e — коэффициент сноса снега с крыш зданий, который для большинства некупольных крыш будет равен 1.

c_t — термический коэффициент, который для зданий без повышенных теплопотерь через крышу равен 1.

S_g — нормативное значение веса снегового покрова на 1 м², который зависит от места строительства, кг/м²:

μ — коэффициент, зависящий от формы крыши.

Для арочных кровель коэффициент μ рассчитывается по одной из двух схем:

Первая схема — для арок, в которые можно вписать окружность. Вторая — для стрельчатых арок.

Но не спешите ужасаться. Если вы делаете расчет арочного навеса из поликарбоната или профнастила ради выбора толщины и марки кровельного материала, коэффициент μ нужно просто взять равным 1. Не разбираясь с углами и касательными. Сейчас объясним почему.

Коэффициент μ для круговой арки считается для двух ситуаций:

при равномерно распределенном снеговом покрове: μ₁=cos(1,5α) по варианту 1;
при неравномерно распределенной нагрузке с образованием снеговых мешков: μ₂=sin(3α) по варианту 2.

При этом учитывается наибольшая нагрузка.

Коэффициент μ₁ вычисляют в каждой точке кровли, выбирая наибольший. Для арочных кровель с круговым сечением (когда в свод можно вписать окружность, даже если крыша будет лишь небольшой ее частью) μ₂ вычисляют в точках, где α=30° и α=60°, а также в крайнем сечении покрытия. Порядок расчета стрельчатых арочных крыш отличается, но принцип такой же: вычисляют несколько значений μ и выбирают наибольшее.

Все это важно только в тех случаях, когда речь идет о проектировании зданий, ангаров и других крупных сооружений с арочными кровлями. Ну и для тех, кто делает расчет арочных навесов не только ради выбора марки профнастила, но и для подбора сечения профиля и структуры фермы. Для этого нужно знать нагрузку в каждой точке кровли.

Пример

Покажем, как рассчитать полукруглый навес из профнастила с шириной кровли 4 м, в свод которой можно вписать окружность радиусом 2,5 м. В этом случае точки с α=60° нет, в крайнем сечении этот угол равен 53,13°.

По коэффициенту μ₁ все очевидно — наибольшее значение у косинуса при угле, равном 0°, то есть в вершине дуги, где касательная совпадает с осевой линией. В этом случае μ₁=cos(1,5×0°)=1. В крайних точках μ₁ будет наименьшим и равно μ₁=cos(1,5×53,13°)=0,179.

Коэффициент μ₂ считаем в двух точках — крайней и при α=30°:

Итого, независимо от метода расчета и радиуса арки, коэффициент μ все равно берем равным 1.

Проще говоря, когда мы делаем расчет арочного навеса для установки его во дворе дома, то приходим к частному случаю, при котором S₀=S_g. Нормативный вес снегового покрова по районам приведен в таблице ниже.

Нормативные значения веса снегового покрова на 1 м²

Снеговые районы	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Sg, кН/м²	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0

Примечание

Чтобы перевести кН/м² в кг/м², нужно умножить на коэффициент 101,97. Или просто умножить на 100, если сильная точность расчетов не важна.

Причина выбора наибольшего коэффициента μ, несмотря на то что его значения в разных точках арки отличаются в несколько раз, проста: на кровлю обычно укладывают один и тот же материал, и он должен держать нагрузку в любой точке. Поэтому его подбирают по самой большой нагрузке, даже если она возникает всего в одном месте крыши. А вот когда нужно сделать расчет арки навеса из профтрубы, разница в нагрузке в разных точках кровли приобретает большое значение. От этого зависит толщина стенок и сечение профильных труб, а также конфигурация ферм. В этом случае их тоже можно взять с запасом, и для небольших построек так и делают. Но для промышленных и коммерческих строений, вроде ангаров или складов, такой подход значительно, в 1,5–2 раза увеличивает себестоимость строительства.

Пример

Снеговая нагрузка на полукруглый навес из профнастила, который устанавливают во дворе дома в Подмосковье (III снеговой район), будет равна 1,5×101,97=152,955 кг/м².

Ветровая нагрузка на арочный навес

Ветровую нагрузку рассчитывают по общей формуле:

где w₀ — нормативная ветровая нагрузка, зависящая от района строительства, кПа:

Нормативные значения ветрового давления

Ветровые районы	Ia	I	II	III	IV	V	VI	VII
w₀, кПа	0,17	0,23	0,30	0,38	0,48	0,60	0,73	0,85

k(z_e) — поправочный коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления в зависимости от высоты z_e, который берется по таблице:

Значения коэффициента k в зависимости от высоты местности z_e

Высота z_e, м	Коэффициент k для типов местности
Высота z_e, м	А	В	С
≤ 5	0,75	0,5	0,4
10	1,0	0,65	0,4
20	1,25	0,85	0,55
40	1,5	1,1	0,8
60	1,7	1,3	1,0
80	1,85	1,45	1,15
100	2,0	1,6	1,25
150	2,25	1,9	1,55
200	2,45	2,1	1,8
250	2,65	2,3	2,0
300	2,75	2,5	2,2

Примечание

Местность типа А: открытые побережья морей, озер, водохранилищ, сельские местности при высоте построек менее 10 м, пустыни, степи, лесостепи, тундра.
Местность типа В: город, лес и другие местности, которые равномерно покрыты препятствиями высотой более 10 м.
Местность типа С: плотно застроенные городские районы со зданиями высотой более 25 м.

с — аэродинамический коэффициент.

Если с первыми двумя значениями все понятно, то с аэродинамическим коэффициентом возникают проблемы, поскольку в своде правил нет схемы для навеса с арочной кровлей. Поэтому ветровую нагрузку для таких конструкций считают, как для зданий с арочной кровлей. Для них аэродинамический коэффициент с будет равен:

Пример

Продолжим предыдущий расчет арочного навеса. Ширина l навеса равна 4 м, высота опор h₁ — 2 м, высота арки f — 1 м. Для определения с_е1 и с_е2 по графику посчитаем коэффициенты: f/l=1/4=0,25, h₁/l=2/4=0,5. Следовательно, с_е1 будет равен либо −0,8, либо примерно 0,13 (нагрузку считают с каждым коэффициентом и выбирают наибольшую), а с_е2 — 0,95. Рассчитаем аэродинамический коэффициент:

Больший коэффициент с_е2 берем для расчетов. Поскольку Подмосковье относится к первому ветровому району, w₀=0,23 кПа. Так как навес меньше 5 м высотой, а пригород относится к территории типа В, k(z_e) равен 0,5.

Как видно из примера, для арочных навесов, которые ставятся на неветренных территориях, расчетом ветровой нагрузки часто можно пренебречь.

Суммарная нагрузка на кровлю арочного навеса будет равна 152,955+0,0782≈153 кг/м². Профнастил С21 выдерживает до 195 кг/м² при схеме опирания 4 и шаге 1,8 м, поэтому для перекрытия навеса оптимально выбрать эту марку профлиста.

Расчет количества материала для арочного навеса

Посчитать количество кровельного материала для арочного навеса сложнее, чем для обычного укрытия с односкатной или двускатной крышей. Для таких кровель расчет материала начинают с вычисления площади ската. Для арочной крыши это не первый этап — сначала ее нужно «развернуть» на плоскость, чтобы получился прямоугольник, площадь которого нас и интересует. Одна сторона этого прямоугольника известна — это длина навеса. Вторая сторона — это длина дуги арки, и ее нужно рассчитать.

Если арочная кровля — часть окружности, то рассчитать дугу арки для навеса можно по формуле:

L — длина дуги, м;

α — угол сегмента, рад;

R — радиус окружности, м.

Обычно угол сегмента и радиус окружности неизвестен. Зато можно напрямую измерить высоту арки h и хордуl — ширину навеса. Тогда:

Сложновато выглядит, не правда ли? Особенно пугающе смотрится арксинус, с которым и ученики выпускных классов не так часто встречаются. Поэтому мы решили облегчить вам задачу и сделали онлайн-калькулятор, который за вас рассчитает длину дуги арки для навеса:

Онлайн-калькулятор для расчета длины дуги арочного навеса

Просто введите высоту арки и ее ширину и нажмите на кнопку «Рассчитать», а остальное программа сделает за вас. Калькулятор считает только простые арки, высота которых меньше или равна половине ширины. Если у вас арочный навес с вертикальными участками по бокам, то считайте длину самой арки и длину этих стенок отдельно.

Теперь наконец, о непосредственном расчете материала на арочный навес из металлопрофиля. Рассчитанную длину дуги нужно умножить на длину навеса. Так мы получим площадь поверхности навеса, которую и будем застилать кровельным материалом. Дальше ее просто нужно разделить на полезную площадь листа выбранной марки профнастила. В отличие от полной площади, которую получают простым перемножением ширины листа на его длину, для расчета полезной площади используют размеры с учетом боковых нахлестов. Но если будут еще и поперечные нахлесты, то количество материала нужно будет увеличить на 15%.

Пример

Продолжим расчеты. Ширина нашего навеса — 4 м, высота арки — 1 м, следовательно, длина дуги равна 4,64 м. При длине навеса 6 м площадь поверхности кровли будет равна 4,64×6=27,84 м. Допустим, для перекрытия навеса будет использоваться профнастил С21. Длину листа берем с небольшим запасом — 4,7 м. Поскольку полезная ширина выбранной марки профнастила ровно 1 м, для навеса понадобится 6 таких листов.

Количество профильных труб для навеса зависит от проекта. Как правило, это:

4–6 опорных труб 80×80 или 100×100 мм;
профиль 40×40 мм для дуг по одной штуке на каждый метр длины навеса;
профиль 60×30 мм или 40×40 мм для раскосов и боковых ферм.

Советуем считать профильные трубы в штуках, а не в метрах — так меньше вероятность ошибиться. Кроме того, при заказе готового комплекта профилей, вам не нужно будет тратить время на разметку труб и самостоятельную резку. Нужно будет просто собрать каркас навеса как конструктор.

Что в итоге

Расчет арочных навесов редко делают полностью — фермы считают только для ответственных или крупных объектов, но никак не для небольших построек во дворах частных домов. Для таких строений достаточно посчитать снеговую и ветровую нагрузки. Это нужно, чтобы выбрать подходящую марку профлиста или вид сотового/профилированного поликарбоната.

Кроме того, делают расчет материалов для арочных навесов из металлопрофиля. Он не так прост, как для обычных односкатных и двускатных кровель, поскольку скругленную поверхность нужно «развернуть» на плоскость. Но это не невыполнимая задача: нужно просто подставить значения в формулу или воспользоваться нашим онлайн-калькулятором.

Полезная статья? Сохраните ее в соцсетях, чтобы не потерять ссылку!

Источник статьи: http://oprofnastile.ru/postrojki-iz-profnastila/raschet-arochnogo-navesa-iz-profilnoj-truby.html