Предварительный расчет навеса из профильной трубы, инструкция по изготовлению ферм

В большинстве своем люди у себя на даче или во дворе частного дома возводят маленькие навесы, габаритами до 6х6 метров. На них нужно меньше материала, да и к тому же их часто оказывается достаточно для удовлетворения бытовых нужд. Но бывают случаи, когда приходится строить большие навесы. Вот тут-то и приходится поломать голову, чтобы разобраться и с чертежом, и с материалами, и с особенностями строительства. Ряд потенциальных вопросов, связанных с подобным строительством постараемся снять в рамках этой публикации.

Классификация односкатных навесов

Односкатные навесы довольно распространенный вид строительной конструкции, который встречается как в частном секторе (жилые строения, приусадебные участки, навесы для машины), так и в городской и промышленной инфраструктуре (козырьки к зданиями, крытые площадки, автостоянки, остановочные комплексы и т.д.). Вариантов исполнения односкатных навесов огромное количество и ограничивается лишь фантазией заказчика.

Однако, для простоты понимания данного типа конструкции, можно разделить односкатные навесы на несколько основных категорий.

По типу использованного материала:

1. Деревянные
2. Металлические
3. Комбинированные

По типу монтажа основной конструкции:

1. Отдельно стоящие
2. Пристенные

По типу крепления элементов конструкции:

1. Сварные
2. На болтовых соединениях

По типу крепления вертикальных стоек:

1. Классические навесы
2. Консольные навесы

Следует также разделить навесы по функциональному назначению:

1. Декоративные
2. Защитные

А также по типу используемого кровельного материала:

1. Навесы из поликарбоната
2. Навесы из металлочерепицы
3. Навесы из профнастила

Этап V. Обрешетка

Собрать деревянные стропильные фермы вы не можете при помощи гвоздей, современных металлических крепежных пластин, или уголков. Мы советуем вам использовать все-таки пластины, которые замечательно держат скрепляемые элементы и двускатная крыша получается очень прочной. Тем более что применять их несложно.

Там всего лишь нужен будет хороший пресс-станок или же обычный молоток, смотря какой крепежный элемент вы выберете. В коньке все эти строительные фирмы будут соединяться одним брусом, по которому выровняйте расстояние между стропильными фермами, чтобы оно было одинаковым.

Теперь переходим к монтажу перекладин. Первый способ это прикрепить опорную балку саморезами при помощи крепежных металлических уголков. Важно, чтобы между перекладинами было расстояние от 50 до 55 см.

Что же касается обрешетки и ее плотности, исходить в этом вопросе следует от того, какой кровельный материал вы будете использовать. Например, для такого тяжелого, как черепица, вам необходимо будет сделать практически сплошную обрешетку, чтобы она смогла выдержать вес покрытия. Причем порой приходится использовать OSB плиты. А вот для профнастила или фальцевой кровли вполне подойдет обрешетка с шагом 60 см. Сплошной обрешетка должна быть также для мягкой кровли, как рубероид или гибкая черепица.

Подробнее на видео:

Конструкция односкатного навеса

Далее мы будем рассматривать конструкцию классического металлического навеса с покрытием из сотового или монолитного поликарбоната, так как данный вид конструкции является самым распространенным и часто используемым видом односкатных навесов.

Конструкция односкатного навеса

Конструкция классического односкатного навеса достаточно простая и состоит из:

• металлических ферм
• вертикальных стоек
• горизонтальных стоек, удерживающих фермы
• верхней обрешетки в виде продольных стяжек (лагов)
• непосредственно материала крыши — поликарбоната, профнастила или металлочерепицы

Основой данной конструкции является металлический каркас. Он удерживает основные нагрузки в виде веса самого навеса, снега и ветровых нагрузок.

Металлический каркас односкатного навеса

Конструкция металлического каркаса односкатного навеса

Используемые материалы

Металлический каркас односкатного навеса, как правило, собирается из профильной трубы квадратной и прямоугольной фомы (в разрезе). Для вертикальных и горизонтальных стоек используется труба размерами не ниже 80 мм x 80 мм. Для производства ферм используется труба размерами не меньше 40мм x 20мм.

Использование трубного профиля при производстве металлического каркаса навеса обусловлено техническими характеристиками этого материала:

• трубный профиль выдерживает существенно большие нагрузки, чем, например, профиль в виде уголка
• трубный профиль пустотелый внутри и поэтому конструкция более легкая и менее дорогостоящая
• трубный профиль в вертикальном положении существенно усиливает устойчивость всей конструкции
• монтаж конструкции из трубного профиля намного быстрее и легче

В зависимости от типа используемой стали может использоваться

• оцинкованная сталь
• обычная сталь

Эксплуатация конструкций из оцинкованной стали более долговечная, однако оцинковка может привести к существенному удорожанию металлического каркаса навеса в 2 и более раза. Поэтому для удешевления конструкции обычно используют обычный прокат и обрабатывают сталь перед монтажом покрытием с антикорозийными свойствами.

Усиление конструкции металлических ферм

Усиление конструкции металлических ферм представляет собой решетчатую конструкцию правильной геометрической формы, привариваемую внутри основного каркаса фермы.

Различают следующие типы решеток ферм:

1. Простая вертикальная
2. Треугольная
3. Треугольная с вертикальным усилением
4. Перекрестная
5. Раскосная
6. Ромбическая
7. Полураскосная
8. Крестовая
9. Шпреньгельная

В практике производства металлических навесов, как правило, используются первые три типа решеток: простая вертикальная, треугольная и треугольная с вертикальным усилением.

В первую очередь нужно разобраться для чего нужно усиление и, исходя из этого, далее определиться с необходимым типом решетки фермы. Как мы уже ранее говорили, навесы выполняют две основные функции — защитную и декоративную. Как правило, заказчики всегда пытаются найти баланс между надежностью и эстетическим видом. Перегруженная решетка смотрится неэстетично, визуально превращает частный дом в объект промышленного назначения. Но с другой стороны наш навес из поликарбоната должен выдерживать базовые нагрузки — собственный вес, снег и ветер. Также нужно принимать во внимание тот факт, что чем больше элементов усиления металлической фермы, тем больше металла расходуется, и тем дороже становится каркас навеса.

Простая вертикальная форма решетки дешевая в исполнении, так как расходуется существенно меньшее количество металла. Однако выглядит она простенько и создает впечатление дешевого изделия. Надежность такой конструкции также уступает другим формам решетки для металлических ферм.

Треугольная форма решетки является самой распространенной и оптимальной в контексте надежности. Расход металла выше чем у простой вертикальной формы, и при правильном монтаже продольных стяжек (лагов) на вершину треугольника, такая конструкция обеспечивает надежную и устойчивую опору для всех типов нагрузок.

Треугольная форма решетки с вертикальным усилением является самой надежной и прочной из трех вышеперечисленных видов и в основном используется в конструкциях с повышенными требованиями к нагрузке, однако несет в себе элемент «визуального перегруза» и с эстетической точки зрения уступает треугольной форме.

Все остальные формы решеток ферм используются в основном на объектах промышленного назначения, где требования к эстетике внешнего вида конструкции не являются критичными.

Этап I. Проектирование

Навес с односкатной крышей – это самая простая конструкция, с которой справится даже новичок. Чаще всего навесы устраивают с северной стороны дома, которая обычно не пригодна для чего-то большего: растить возле нее что-либо бесполезно, а из-за падающей тени там всегда будет прохладно.

Итак, разместите угловые точки будущего навеса прямо на земле. Для удобства используйте два кола, которые соединены между собой рейкой. Всего таких вам понадобится около 10 штук, и они и помогут вам заложить верную разметку будущего навеса.

А теперь перейдем к выбору наклона кровли. Давайте уточним, что любая кровля больше всего страдает от таких двух факторов: ветер и нагрузка от осадков, и чем меньше угол наклона односкатной кровли, тем меньше на нее воздействует ветер, но чем круче крыша, тем хуже на ней задерживается снег и вода.

Чтобы вода полностью стекала с односкатной крыши навеса, угол наклона следует делать не менее 15 градусов. И для этого срежьте под таким углом оба края досок. В общем же угол наклона односкатной крыши навеса подбирайте в соответствии с условиями вашего региона. Для подобной постройки обычно рекомендуется уклон в 15-20 градусов.

Вот, к примеру, как строится самый простой навес с односкатной крышей:

И такая же стандартная крыша со стандартным наклоном для подобной постройки.

Особенности производства односкатных навесов

При производстве односкатных навесов необходимо ориентироваться на следующие строительные нормы, регламентирующие производство металлических конструкций:

1. СНиП П-23-81 — Стальные конструкции
2. СНиП 2.01.07-85 — Нагрузки и воздействие
3. ГОСТ 23118-99 — Конструкции из стали
4. ГОСТ 27579-88 Фермы стальные стропильные из гнутосварных профилей прямоугольного сечения. Технические условия
5. ГОСТ 23119-78 Металлические фермы со сваркой профильных труб

Выбор металлического профиля

Выбор металлического профиля навеса является очень важным фактором устойчивости конструкции. Чем толще стенка металлического профиля, тем больше несущие способности металлического каркаса навеса. Также необходимо принимать во внимание антикоррозийные свойства материала. Оцинкованный профиль или профиль из нержавеющей стали будет более надежным и долговечным вариантом, но при этом приведет к существенному удорожанию конструкции навеса.

Для простоты восприятия мы предлагаем следующую классификацию усиления каркаса навеса в зависимости от толщины металлического профиля:

Усиление каркаса навеса в зависимости от толщины металлического профиля

Выбор типа усиления ферм

Следующим шагом конфигурации односкатного навеса является выбор решетки или типа усиления ферм. Как мы уже говорили ранее — оптимальным вариантом является треугольная решетка. Однако можно пойти по пути упрощения — выбрать простое вертикальное усиления и по пути усиления конструкции фермы — треугольная с вертикальным усилением. Чем сложнее рисунок решетки — тем дороже конструкция металлического каркаса навеса.

Шаг ферм и продольных стяжек (лагов)

Основным риском при эксплуатации навеса из поликарбоната является разрушение кровельного покрытия под воздействием внешних нагрузок. Хотя поликарбонат является достаточно прочным и гибким материалом, существенные нагрузки на прогиб могут привести к его разрушению или деформации. Чем длиннее пролет между металическими опорами, на которых держится лист поликарбоната, тем сильнее нагрузки на прогиб как на металлическую обрешетку каркаса, так и на поликарбонат непосредственно.

Вторым существенным ограничением является типовой размер поставляемого листа поликарбоната — 12м x 2,1м и 6м x 2,1 м. То есть кровельный лист не может быть шире 2,1 метра, а значит металлические опоры под ним должны также идти с шагом не больше 2,1м. С учетом того, что для стыка двух листов используется полимерная прокладка, которая также занимает место, оптимальным шагом для металлической основы (т.е. наших ферм) для листа поликарбоната является диапазон 1,5 — 1,9 метра.

Те же соображения действуют и по отношению к продольным стяжкам. Учитывая то, что профильная труба для продольных стяжек прогибается существенно больше чем усиленная конструкция фермы с решеткой, так как фермы выдерживают значительно большие нагрузки, шаг между лагами должен варьироваться в диапазоне 0,4-0,6м и как правило синхронизируется с решеткой фермы, для того чтобы лаги попадали в самое усиленное место фермы — вершину треугольника решетки.

Выбор поликарбоната

Выбор поликарбоната — один из ключевых факторов, влияющих как на срок службы навеса, так и на его внешний вид. Существует огромное множество модификаций поликарбоната, варьирующихся по типу, цвету, плотности, толщине, защите от ультрафиолетового излучения и т.п.

Остановимся на основных вариантах выбора:

По типу поликарбоната:

1. Монолитный поликарбонат -представляет собой сплошной прозрачный пластиковый лист без ячеек. Является прочным и одновременно гибким материалом. Поставляется листами разной толщины и цвета. Существенно дороже сотового поликарбоната.
2. Сотовый поликарбонат — представляет собой прозрачный пластиковый лист с ячейками (сотами). Уступает по прочности и гибкости монолитному поликарбонату, однако значительно дешевле. Совокупность свойств данного материала в сочетании с ценой делает его наиболее распространенным материалом для производства навесов и козырьков.
3. Волнистый поликарбонат — или профилированный монолитный поликарбонат, является разновидностью монолитного поликарбоната, которому придали форму профиля — как правило трапецию. Используется для кровельных работ и является прозрачной пластиковой заменой таким материалам как черепица, металлочерепица. Данный материал, как и монолитный поликарбонат существенно дороже сотового поликарбоната.

По толщине листа:

1. Тонкие — листы от 4мм до 6мм. Данный материал в основном используется для монтажа рекламных конструкций и непригоден в качестве кровельного покрытия.
2. Средние — листы от 8мм до 10 мм. Основной рабочий материал, который используется для монтажа парников, теплиц и навесов.
3. Прочные — листы от 16мм до 25 мм. Крыши домов, имеющие прозрачные свойства.
4. Сверхпрочные — листы от 32 мм. Используются как кровельное покрытие с высокими требованиями к нагрузке.

По плотности материала:

• стандарт — плотность пластика 1,0 кг/кв.м. для поликарбоната 10мм
• премиум — плотность пластика 1,5 кг/кв.м. для поликарбоната 10мм

Окончательный выбор материала лежит на заказчике, однако мы не рекомендуем использовать поликарбонат тоньше 8мм с низкой плотностью пластика. Оптимальным вариантом является толщина 10мм с плотностью стандарт или премиум. Разница в цене для такого поликарбоната будет пропорциональна его плотности.

Покраска односкатного навеса

Покраска металлической конструкции является одним из важнейших этапов технологической цепочки производства навеса. Это прежде всего связано с особенностями эксплуатации изделия в агрессивной среде: атмосферные осадки, перепады температуры, ультрафиолетовое излучение. Для того, чтобы конструкция навеса служила долго, необходимо прежде всего, защитить ее от коррозии.

Антикоррозийная обработка металлического каркаса обязательно должна включать в себя следующие этапы:

• предварительная обработка металлической поверхности и сварочных швов. Зачистка поверхности от неровностей, шероховатостей, очагов начавшейся ржавчины
• обработка поверхности антикоррозийным составом
• грунтование поверхности металла перед финишной покраской
• финишная покраска металла

Покраска металлического каркаса односкатного навеса может отличаться, в зависимости от выбранной технологии. В последнее время очень сильно распространены т.н. краски «три в одном», которые содержат в своем составе антикоррозийный материал, грунтовку и финишную краску. Использование таких красок существенно сокращает время и трудозатраты при покраске навеса.

Перед монтажом навеса у заказчика, предварительно подготовленные элементы конструкции тщательно обрабатываются и красятся в финишный слой. Далее необходимо выждать не менее суток для того, чтобы краска высохла и приобрела свои окончательные свойства.

Однако отдельные части навеса монтируются между собой уже на площадке заказчика, и поэтому отдельные места сварки обрабатываются и докрашиваются уже на месте.

Этап VI. Устройство кровельного пирога

Что представляет собой изоляция? Прежде всего, это – гидроизоляционная пленка, которая находится прямо под кровельным покрытием. Главная задача – не дать попасть влаге после дождя или от талого снега через проблемные места в кровельном покрытии.

Если таковая планируется, делать вы все будете в такой последовательности:

• Шаг 1. На готовые лаги навеса настелите пароизоляционную пленку и прибейте ее при помощи гвоздей или строительного степлера.
• Шаг 2. Уложите на пленку теплоизоляцию.
• Шаг 3. Накройте все это еще одной пленкой – гидроизоляционной. Также прибейте ее к лагам.
• Шаг 4. Поверх прибейте контобрешетку и кровельное покрытие.

Вентиляция такой крыши обязательна. Принудительная, если вы установите специальный вентилятор или же естественная, если правильно расположить слуховое окошко или оставив обязательный промежуток между гидроизоляционной пленкой и утеплителем для того, чтобы воздух забирал из него капельки влаги.

Монтаж односкатного навеса

Монтаж односкатного навеса производится на ленточный фундамент, подготовленную бетонную поверхность, сваи, либо винтовые сваи. Строительство ленточного фундамента под навес экономически неоправдано, поэтому как правило используются три последних варианта.

Монтаж на ленточный фундамент

Ленточный фундамент представляет собой замкнутый контур из бетонной полосы (ростверка), опирающегося на бетонные сваи, установленные по контуру ростверка с определенным шагом. Ленточный фундамент считается надежной конструкцией, которая выдерживает нагрузки конструкций в несколько этажей. Для целей монтажа навесе ленточный фундамент является надежной, но дорогой и избыточной формой опоры. Мы рекомендуем использовать ленточный фундамент только при существенных нагрузках основной конструкции навеса.

Организация ленточного фундамента осуществляется в несколько этапов:

1. Рытье траншеи под ростверк
2. Бурение отверстий под буронабивные сваи
3. Подготовка подушки из песка и гравия для свай и ростверка
4. Организация гидроизоляции при необходимости
5. Выставление металического каркаса из арматуры
6. Заливка бетоном

При организации ленточного фундамента под навес, буронабивные сваи выставляются в местах установки несущих вертикальных стоек навеса. В идеале вертикальные стойки навеса углубляются на 1-1,5 метра в середину буронабивной сваи и заливаются бетоном. Однако такой вариант монтажа не всегда удобный, и поэтому зачастую обходятся установкой металлических закладных — в буронабивную сваю устанавливают металлический профиль на глубину 1 -1,5 метра и заливают бетоном. Далее при монтаже навеса вертикальные стойки привариваются к закладным.

Монтаж на бетонную поверхность

Монтаж навеса на бетонную поверхность является одним из самых распространенных вариантов установки навеса. При таком виде монтажа предполагается, что заказчик залил армированную бетонную плиту на всей площадке, под которую делается навес. Толщина бетона должна быть не меньше 10-15 см. При монтаже навеса используют металлические пластины и распорные анкеры, которые углубляются в бетон и фиксируются с четырех сторон пластины. Далее вертикальная стойка навеса приваривается к металлической пластине.

Монтаж на буронабивные сваи

Вторым по популярности является монтаж с помощью буронабивных свай. Данный вид монтажа очень похож на монтаж на ленточный фундамент за исключением того, что отсутствует ростверк. Надежность такого монтажа ниже чем в ленточном фундаменте, однако является достаточной для удержания конструкции навеса. Данный вариант монтажа является одним из самых бюджетных — не нужно заливать полноценный ленточный фундамент, не нужно заливать дорогостоящую бетонную плиту под навес.

Монтаж на винтовые сваи

Третьим по популярности является монтаж конструкции навеса на металлические винтовые сваи. Металлическая свая представляет собой трубу с зауженным конусовидным наконечником и приваренные к трубе лопасти либо резьбу.

С помощью специального оборудования — гидравлического сваекрута, либо вручную, в землю ввинчивается специальная металлическая свая на глубину 1 — 1,5 метра. Далее к верхней части металлической сваи приваривается вертикальная стойка навеса. Для усиления конструкции в полость трубы сваи обычно заливают бетон.

Этап III. Строительство фундамента

Итак, с материалом определились – самое время приступать непосредственно к строительству:

• Шаг 1. Итак, выкапываем цилиндрические ямы. Глубину делаете от 60 сантиметров до 90. Всего для этого варианта нам понадобится 6 ям.
• Шаг 2. Отдельно готовим бетон, например, в старой ванне, где легко ли смешивать цемент и песок с гравием. Пропорции берите 1:3:5. Добавьте воды.
• Шаг 3. Хорошо вымешайте и набросайте в ямы такой слой бетона, чтобы получилась толщина 5 сантиметров, и опускаем туда трубы. Они прослужат опалубкой для фундамента.
• Шаг 4. Теперь закрепляем трубы с внешних сторон. Заполняем бетоном.
• Шаг 5. Выровняйте трубы по уровню и сделайте для них под полки из досок.
• Шаг 6. Вот теперь ожидаем три дня, чтобы застыла смесь. Самый простой способ установить деревянные стойки на такой фундамент – это анкер, который устанавливается уже на полностью застывший бетон.
• Шаг 7. Теперь связываем с этим столбом опорные балки. Прикручиваем саморезами доски так, чтобы они выступали около 3 сантиметров за края каждого столба. А сбоку эти выступы будут нужны для крепления перекладины обрешетки.
• Шаг 8. Чтобы придать всей конструкции большую жесткость, особенно если отошли анкеры, используйте распорки. Распорки обрезается под углом 45 градусов и прикручивается саморезами.

Вот и все! Самое сложное – позади.

Расчетные параметры

Для обеспечения общей прочности конструкции важную роль играют габариты панелей: толщина, длина, ширина.

За прочность панели напрямую отвечают габариты поликарбонатного листа+

Чтобы крыша, кровля которой построена из поликарбонатных плит, обладала необходимой прочностью, необходимо, учитывая снеговую, а также ветровую нагрузки, подобрать оптимальную толщину панелей.

Монолитные листы выпускаются толщиной 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 и 12 мм.

Сотовые листы имеют следующие параметры толщины:

• до 32 мм – пятислойные с наклонными перегородками ячеек, имеющие обозначение SX;
• 16–20 мм – пятислойные, у которых ячейка в виде прямоугольника, обозначенные SW;
• до 16 мм – трехслойные, имеющие прямоугольную структуру ячеек, а также регулируемые ребра жесткости – 3X;
• 6–10 мм – трехслойные, структура ячеек которых прямоугольная – 3H;
• 4, 6, 6, 10 мм – с квадратными ячейками – 2Н.

Существует различные виды сотового поликарбоната
Полимер монолитного типа имеет параметры 3050×2050 мм.

Торговая сеть рекомендует сотовый полимер двух типоразмеров: 2,1×6 м и 2,1×12 м.

Виды ферм для разных задач

Вы удивитесь, насколько много видов металлических ферм:

Давайте рассмотрим внимательные самые популярных формы металлических ферм, которые чаще всего производят на российских заводах:

• Параллельные – самые простые и экономичные, для изготовления которых используются одинаковые детали.
• Классические арочные, в которых нижний и верхний пояс имеют вид дуги, а пояса соединены между собой ребрами жесткости. Разные виды такой арки отличаются между собой радиусом. А сам радиус определяют такими внешними ограничителями, как размеры стропильной системы, запланированный вами дизайн крыши и сложность ее конструкции.
• Треугольные односкатные, которые чаще всего используются для устройства крыши с крутыми скатами.
• Треугольные двускатные, более подходящие для крыш с крутыми скатами, но оставляющие после производства немалую долю отходов.
• Полигональные, которые хорошо подходят для кровли из тяжелого настила, но отличаются сложностью в монтаже.
• Трапецеидальные, подобные полигональным, но с более упрощенной конструкцией.
• Сегментные, подходящие для зданий со светопропускающей кровлей, но самые сложные в производстве. Чтобы их изготовить, делают дугообразные элементы с точной геометрией, которая позволяет равномерно распределять нагрузку.

А вот популярные и малоизвестные виды ферм для навеса из металла:

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 профилированная труба 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 опорные столбы 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 вида поликарбоната (его толщины).