Добавить в закладки

Расчет навеса из поликарбоната и профильной трубы: простые формулы

X

Тема этой статьи — расчет навеса из поликарбоната своими руками. Нам предстоит научиться вычислять основные параметры конструкции, связанные с ее прочностью и размерами. Итак, в путь.

Именно этот тип навесов нам предстоит обсудить.

Именно этот тип навесов нам предстоит обсудить.

Что вычисляем

Нам предстоит научиться рассчитывать:

  • Толщину поликарбоната и шаг обрешетки в зависимости от предполагаемой снеговой нагрузки на квадратный метр.
  • Размеры покрытия арки (что с точки зрения геометрии сводится к расчету длины дуги).

Уточним: мы исследуем способы расчета дуги для известных радиуса и угла сектора, а также для случая, когда нам известны лишь расстояния между крайними точками поверхности арки.

  • Минимальное сечение трубы при известной нагрузке на изгиб.

В этом порядке и двинемся дальше.



 

Обрешетка и толщина покрытия

Начнем с расчета на снеговую нагрузку.

Прежде, чем выяснить, как рассчитать навес из поликарбоната, мы сформулируем пару допущений, на которых основан расчет.

  1. Приведенные данные актуальны для качественного материала без признаков разрушения ультрафиолетом. Поликарбонат без УФ — фильтра становится хрупким уже через 2-3 года эксплуатации на свету.
Отсутствие ультрафиолетового фильтра вызывает ускоренное разрушение поликарбоната.

Отсутствие ультрафиолетового фильтра вызывает ускоренное разрушение поликарбоната.

  1. Мы сознательно пренебрегаем ограниченной деформационной устойчивостью обрешетки, считая ее абсолютно прочной.

А теперь — таблица, которая поможет подобрать оптимальную толщину поликарбоната и шаг обрешетки.

Нагрузка, кг/м2Размеры ячейки обрешетки при толщине поликарбоната, мм
681016
1001050х7901200х9001320х9201250х950
900х900950х9501000х10001100х1100
820х1030900х1100900х1150950х1200
160880х6601000х7501050х7501150х900
760х760830х830830х830970х970
700х860750х900750х950850х1050
200800х600850х650950х7001100х850
690х690760х760780х780880х880
620х780650х850700х850750х950

Арка

Расчет по радиусу и сектору

Как рассчитать арку для навеса в том случае, если нам известны радиус изгиба и сектор дуги?

Арочный навес.

Арочный навес.

Формула будет иметь вид P=pi*r*n/180, где:

  • Р — длина дуги (применительно к нашему случаю — длина листа поликарбоната или профильной трубы, которая станет элементом каркаса).
  • pi — число «пи» (в расчетах, в которых не требуется крайне высокая точность, обычно принимаемое равным 3,14).
  • r — радиус дуги.
  • n — угол дуги в градусах.

Давайте в качестве примера вычислим своими руками длину арки навеса с радиусом 2 метра и сектором 35 градусов.

P = 3,14*2*35/180=1,22 метра.

В процессе работы нередко возникает обратная ситуация: необходимо подогнать радиус и сектор дуги под фиксированную длину арки. Причины понятны: цена поликарбоната достаточно велика для того, чтобы количество отходов хотелось минимизировать.

Очевидно, в этом случае произведение сектора и радиуса будет равным P/pi*180.

Попробуем подогнать арку под стандартный лист длиной 6 метров. 6/3,14*180=343,9 (с округлением). Дальше — простой подбор значений с калькулятором в руках: к примеру, для сектора дуги в 180 градусов можно взять радиус равным 343,9/180=1,91 метр; при радиусе в 2 метра сектор будет равен 343,9/2=171,95 градусов.

Расчет по хордам

Как выглядит расчет конструкции навеса из поликарбоната с аркой в том случае, если мы располагаем лишь информацией о расстоянии между краями арки и ее высоте?

В этом случае применяется так называемая формула Гюйгенса. Чтобы воспользоваться ей, мысленно поделим хорду, соединяющую концы арки, пополам, после чего проведем в середине перпендикуляр к хорде.

Точка С расположена точно в середине отрезка АВ. Точка М находится в месте пересечения перпендикуляра к отрезку АВ, проведенного из точки С, с линией дуги.

Точка С расположена точно в середине отрезка АВ. Точка М находится в месте пересечения перпендикуляра к отрезку АВ, проведенного из точки С, с линией дуги.

Сама формула имеет вид Р=2l+1/3*(2l-L), где l — хорда АМ, а L — хорда АВ.

Важно: расчет дает приблизительный результат. Максимальная погрешность составляет 0,5%; чем меньше угловой сектор арки, тем меньше погрешность.

Давайте выполним расчет длины арки для случая, когда АВ = 2 м, а АМ — 1,2 м.

P=2*1,2+1/3*(2*1,2-2)=2,4+1/3*0,4=2,533 метра.

Расчет сечения при известной нагрузке на изгиб

Вполне жизненная ситуация: часть навеса представляет собой козырек известной длины. Мы можем приблизительно оценить пиковую снеговую нагрузку на него. Как подобрать для балок профильную трубу такого сечения, чтобы она не согнулась под нагрузкой?

На фото - последствия неправильного расчета.

На фото — последствия неправильного расчета.

Обратите внимание! Мы намеренно не затрагиваем то, как рассчитать нагрузку на навес. Оценка снеговой и ветровой нагрузки — вполне самодостаточная тема для отдельного материала.

Для расчета нам понадобятся две формулы:

  1. М=FL, где М — изгибающий момент, F — приложенная к концу рычага сила в килограммах (в нашем случае — вес снега на козырьке), а L — длина рычага (длина балки, на которую приходится нагрузка от снега, от края до точки крепления) в сантиметрах.
  2. M/W=R, где W — момент сопротивления, а R — прочность материала.

И чем нам поможет это нагромождение неизвестных значений?

Само по себе — ничем. Для расчета недостает некоторых справочных данных.

Марка сталиПрочность (R), кгс/см2
Ст32100
Ст42100
Ст52300
14Г22900
15ГС2900
10Г2С2900
10Г2СД2900
15ХСНД2900
10ХСНД3400

Справка: для профтрубы обычно используются стали Ст3, Ст4 и Ст5.

Состав и области применения некоторых марок стали.

Состав и области применения некоторых марок стали.

Теперь на основе имеющихся у нас данных можно вычислить момент сопротивления изгибу профильной трубы. Давайте так и сделаем.

Предположим, что на двухметровом козырьке навеса с тремя несущими балками из стали Ст3 скапливается 400 килограммов снега. Для упрощения расчетов условимся, что вся нагрузка приходится на край козырька. Очевидно, нагрузка на каждую балку составит 400/3=133,3 кг; при двухметровом рычаге изгибающий момент будет равным 133,3*200=26660 кгс*см.

Теперь вычислим момент сопротивления W. Из равенства 26660 кгс*см/W=2100 кгс/см2 (прочность стали) вытекает, что момент сопротивления должен быть равен как минимум 26660кгс*см/2100 кгс/см2=12,7 см3.

Каким образом значение момента сопротивления приведет нас к размерам профтрубы? Через таблицы сортамента, содержащиеся в регламентирующих размеры квадратной и профильной труб ГОСТ 8639-82 и ГОСТ 8645-68. Для каждого размера в них указан соответствующий ему момент сопротивления, причем для прямоугольного сечения — по каждой из осей.

Сверившись с таблицами, мы выясним, что минимальный размер квадратной трубы с нужными характеристиками — 50х50х7,0 мм; прямоугольной (при вертикальной ориентации большей из сторон) — 70х30х5,0 мм.

Альтернативное решение - сварка ферм из трубы меньшего размера.

Альтернативное решение — сварка ферм из трубы меньшего размера.

Заключение



Надеемся, что не переутомили читателя обилием сухих цифр и формул. Как всегда, дополнительную информацию о методиках расчета и конструирования навесов из поликарбоната можно почерпнуть в видео в этой статье. Успехов!

Добавить в избранное Версия для печати
Поделитесь:
Автор: Виталий
Опубликовано: 01.07.2017


Задайте вопрос эксперту

Обязательно приложите ФОТОГРАФИЮ проблемы! Чем яснее проблема - тем проще ответить эксперту









Удалить

Удалить

Удалить

Удалить

Добавить файл

Ответ эксперта придет вам на почту. Обычно время ответа от 30 минут до 2 суток