Расчет навеса: насколько нужен, рекомендации по расчету

 

После того, как на своём участке построен дом, многие начинают задумываться о пристанище для своего «железного коня». И тут выбор стоит обычно между двумя сооружениями: гараж или навес. Основное назначение у этих построек одно – защита автомобиля от атмосферных осадков. Но, чтобы защитное сооружение не превратилось в могилу для автомобиля, к выбору его конструкций нужно подходить также серьезно, как и в случае с домом.

В данной статье речь пойдёт о навесах. На её написание меня подтолкнула череда сообщений от моих заказчиков. Первое было от моего заказчика, которому я рассчитывал металлический навес для автомобиля.

Сообщение от первого заказчика

Мой же ответ ему по сути был следующий. Если конструкция возводилась без опоры на правильный расчёт, то это порождает 3 сценария:

1. Печальный – через какое-то время после строительства навеса он обрушится. Причём, это может сопровождаться дополнительными экономическими потерями, если во время обрушения под навесом стояла машина.

2. Удачный – принятое решение совпало бы с решением конструктора (инженера-проектировщика).

3. Затратный – вы на столько перезаложились, что навес точно будет стоять долго, но денег на его строительство было потрачено довольно много.

В свою очередь при подборе конструктивной схемы навеса и размеров профилей в зависимости от приложенных нагрузок ведёт лишь к одному сценарию – долгая и безопасная эксплуатация навеса при минимально возможных затратах на его строительство (удачный сценарий).

То есть для данного случая, который описал первый заказчик,  может быть ещё ни разу не сложилась та комбинация нагрузок, которая могла бы привести к обрушению навеса.

И так получилось, что спустя относительно непродолжительное время ко мне поступает 2 запроса на расчёт. Первый касался перекрытия террасы.

Фрагмент текста запроса на расчёт перекрытия террасы

А второй запрос был на расчёт сооружения, которое под единой крышей объединяет хозблок и навес на 2 автомобиля.

Запрос от второго заказчика

И что интересно в обоих запросах обращалось внимание на то, что они сталкивались со случаями обрушения навесов.

Поэтому мои советы всем, кто хочет возвести у себя на участке навес:

• Если обрушение конструкции может привести к заметным финансовым потерям, а тем более к травмам, то обязательно производите её расчёт.
• Желательно рассчитывать навес в сборе, а не элементы по отдельности. Так как работа одних элементов может влиять на работу других элементов. Например, неравномерная осадка стоек может влиять на несущую способность балок, которые опираются на них. В свою очередь прогиб балок может влиять на несущую способность стропил (ферм). А прогиб стропил уже влияет на несущую способность обрешётки (прогонов).

Если вы хотите рассчитать навес самостоятельно, то можете воспользоваться онлайн калькуляторами. Например, моими из раздела "Металлопрокат". Там вы найдёте калькуляторы по расчёту балок из профильной (прямоугольной, квадратной) трубы, двутавра, уголка и швеллера на изгиб и прогиб (по 1 и 2 группам предельных состояний). Эти калькуляторы рассчитывают поэлементно. Поэтому профили по ним рекомендую подбирать с 20% запасом. 

ЗАКАЗАТЬ РАСЧЁТ

Рекомендации по расчёту навеса

Лучше производить расчёт навеса в специальных расчётных программах, например, Лира или SCAD. В них полностью можно собрать сооружение и подобрать профили с учётом совместной работы конструкций. Но ими нужно ещё научиться пользоваться и хоть немного разбираться в конструкциях и нагрузках. Поэтому лучше в этом вопросе довериться специалисту. Стоит это не особо дорого, но зато вы точно будете спать спокойно.

Вариант со специалистом быстрее и надёжнее. И чем опытнее специалист, тем надёжность сооружения увеличивается, а расходы на его возведение сокращается. Вообще грамотный инженер-проектировщик зачастую больше экономит денег заказчика на возведении конструкции, чем берёт за свои услуги.

Если же вы решили посчитать самостоятельно или наняли мало опытного конструктора, то вот на что нужно обращать внимание при расчёте навесов.

1.    В случае, если расчёт фундамента не производится, лучше навес возводить на надёжном типе фундаментов.

Подход: я просто обетонирую стойки в земле – может аукнуться проблемами (от перекашивания навеса до его заваливания). Самыми надежными вариантами, принимаемые без расчёта, здесь будут:

• столбчатый фундамент;
• ленточный фундамент;
• монолитная железобетонная плита толщиной минимум 200 мм.

2. Вес фундамента должен быть таким, чтобы под самыми максимальными порывами ветра для вашего региона навес не вырвало из земли.

3. Если в качестве стропил (обычно это касается односкатных навесов) хотите использовать швеллер или двутавр, то рекомендую покрыть его профнастилом.

Надёжно прикреплённый профнастил к обрешётке сокращает расчётную длину профиля из плоскости (в горизонтальной плоскости) до шага этой обрешётки в случае, если последняя приваривается.

Подробнее в видео:

4.    Для экономии металла типоразмеры элементов навеса должны быть такими, чтобы обрезков оставалось по минимуму.

Так, металлопрокат продаётся максимальной длиной 12 м. Отсюда выгодные типоразмеры элементов: 1 м, 1,5 м, 2 м, 3 м, 4 м, 6 м, 12 м. Также сэкономить металл можно и в случае с другими размерами, если обрезки пойдут в дело. Например, когда для возведения конструкции нужны балки 8 м и 4 м того же профиля.

5.    При частой установке опор профили могут получаться настолько маленькими, что будет выгодно применять прямоугольные и квадратные трубы.

Например, вы решили поставить стропила с шагом 1 м и у вас небольшая нагрузка на крышу навеса. В этом случае даже минимальные по сортаменту швеллер и двутавр будут давать большую массу металла, чем минимальные профилированные трубы. У труб более широкий сортамент профилей небольшого сечения.

Подробнее в видео (выводы):

6.    Количество опор уменьшает общую металлоёмкость вышележащих конструкций.

Например, частая установка стоек уменьшает общую массу балок, которые опираются на эти стойки. В свою очередь частая установка балок уменьшает общую массу стропил (ферм). Далее, частая установка стропил уменьшает общую массу обрешётки. Таким образом достигается наименьшая металлоёмкость навеса, а, следовательно, и его стоимость. Что касается обрешётки, то её шаг влияет уже на кровельный материал.

Но также здесь не нужно забывать, что частая установка стоек может увеличить затраты на фундаменты (это практически не касается фундаментных плит).

7.    Одна неразрезная балка, которая перекрывает сразу 3-4 пролёта, может иметь меньший профиль по сравнению со случаями, когда балки перекрывают 1-2 пролёта.

Например, вам нужно перекрыть 4 пролёта по 3 м. Если вы это сделаете одной 12-ти метровой балкой, то для этого потребуется двутавр 20Б1. А если пролёты будут перекрывать 4 балками по 3 м, то нужен будет для этого уже двутавр 25Б1.

Но в этом случае неравномерные осадки фундаментов должны быть такими, чтобы на опорах не сильно возрастал момент. В идеале при использовании неразрезных балок прогибы (осадки) на опорах должны быть одинаковыми. Поэтому при конструировании навеса желательно стремиться к этому идеалу.

Что касается фундаментов, то здесь на крайние опоры нагрузки приходят меньше, чем на средние и, следовательно, может потребоваться под средние опоры сделать фундаменты по массивнее, чем на крайних. Меньше на это нужно обращать внимание, если в основании фундаментов навеса залегают пески или, если он опирается на монолитную железобетонную плиту.

Подробнее в видео (выводы):

8.    Если навес примыкает к сооружению, то не забывайте про снеговой мешок, который может скопиться на его крыше.

В этом случае снеговая нагрузка с учётом снега с крыши сооружения, к которому примыкает навес, в месте примыкания может возрастать в несколько раз от обычной нагрузки для вашего региона. Подробнее об этом см. СП 20.13330.2016 "Нагрузки и воздействия" раздел 10 и приложение Б.

9.    В расчёте необходимо учитывать, что обрешётка (прогоны) находятся под углом к приложенной к ней нагрузке.

То есть если угол наклона крыши составляет 10°, то и прогоны нужно поворачивать вокруг своей оси в расчётной схеме на 10°. В реальности обрешётка так и будет смонтирована. А в этом случае нагрузка воспринимается профилем по-другому, чем если бы профиль лежал горизонтально под углом 0 градусов. И здесь, либо профили нужно поворачивать на угол наклона крыши навеса, либо брать запас по профилю 10-20%.

Правильная ориентация прогонов (обрешётки) в расчётной схеме

10.    Не забывайте помимо ветровой нагрузки прикладывать и пульсационную составляющую.

Подробнее о том, как она считается описано в СП 20.13330.2016 "Нагрузки и воздействия" раздел 11 и приложение В. Если нет желания разбираться в этом, то ветровую нагрузку прикладывайте с запасом от 10% для первого ветрового района. А дальше, чем выше ветровой район, тем больше должен быть запас. Так вы хоть как-то перестрахуетесь.

Также серьезно нужно относиться к ветру, если есть зашитые вертикальные участки у навеса.

11.   Если навес имеет всего 4 стойки и при этом все соединения выполняются на сварке, то не желательно для фундамента выбирать винтовые и буровые сваи.

В этом случае распирающее усилие, которое образуется на опоре, может сдвинуть стойку. А это уже путь к потере её устойчивости.

Также, если к стойкам балки крепятся на сварке, то стойки должны подбираться не только по устойчивости и гибкости, но и по максимальному моменту.

Подробнее в видео:

12.    При выборе фундамента не забывайте про пучение грунтов.

Здесь могут помочь большой вес фундамента, обратная засыпка непучинистым грунтом, покрытие боковой поверхности фундамента специальными составами, которые снижают негативный эффект от пучения грунтов, заглубления фундамента ниже глубины промерзания, правильное утепление фундамента.