Расчет навеса из поликарбоната и профильной трубы: простые формулы

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.

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/м2 Размеры ячейки обрешетки при толщине поликарбоната, мм 6 8 10 16 100 1050х790 1200х900 1320х920 1250х950 900х900 950х950 1000х1000 1100х1100 820х1030 900х1100 900х1150 950х1200 160 880х660 1000х750 1050х750 1150х900 760х760 830х830 830х830 970х970 700х860 750х900 750х950 850х1050 200 800х600 850х650 950х700 1100х850 690х690 760х760 780х780 880х880 620х780 650х850 700х850 750х950

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

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.

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.

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.

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.

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 стали Прочность (R), кгс/см2 Ст3 2100 Ст4 2100 Ст5 2300 14Г2 2900 15ГС 2900 10Г2С 2900 10Г2СД 2900 15ХСНД 2900 10ХСНД 3400

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

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.

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!