Арочный навес из поликарбоната: радиус дуги, лист и снег

Арочный навес — это свод: дугообразные фермы из профтрубы, прогоны между ними и лист, согнутый по дуге. По сравнению с односкатным у него три особенности. Радиус дуги ограничивает лист: круче, чем разрешает производитель, его не гнут. Фермы гнут без заломов, потому что лист повторяет каждый изгиб каркаса. А снег на своде СП 20 распределяет по своей схеме, и её проверяют в двух вариантах.

Пролёт, подъём и радиус дуги

Арку задают два размера: пролёт — расстояние между опорами — и подъём — высота верха дуги над линией опор. Если дуга — часть окружности, её радиус находят так:

Радиус = (пролёт² ÷ 4 + подъём²) ÷ (2 × подъём)

Длина дуги — это радиус, умноженный на центральный угол в радианах. Вручную считать не обязательно: радиус и длину дуги по пролёту и подъёму покажет калькулятор навеса.

Чем ниже подъём, тем больше радиус и тем положе дуга у опор. Если подъём равен половине пролёта, арка становится полукругом и подходит к опоре вертикально.

Радиус дуги каркаса — это и радиус, по которому изогнут лист. Он должен быть не меньше минимального радиуса изгиба, который производитель указывает для выбранного листа. Если радиус выходит меньше, арку делают положе — с меньшим подъёмом при том же пролёте. От уклона дуги у опор зависит и то, как ляжет снег, — об этом ниже.

Фермы: дуга без заломов

Пояса арочных ферм гнут на трубогибе — плавно, без заломов и смятых стенок трубы, как описано в статье о фермах для навеса. Лист ложится на каркас и повторяет каждый его изгиб: в месте залома он изгибается круче расчётного радиуса. Дуги всех ферм должны совпадать — иначе лист ляжет неровно.

Арка давит на опоры не только вниз, но и в стороны — это распор. Его учитывают в расчёте стоек и опорных узлов.

Шаг ферм увязывают с шириной листа, чтобы стыки листов приходились на фермы, а шаг прогонов берут по таблице производителя под расчётный снег — об этом в статье о навесе из сотового листа.

Согнутый лист жёстче плоского, но каркас на это не рассчитывают. СП 386.1325800.2018 «Конструкции светопрозрачные из поликарбоната. Правила проектирования» требует считать каркас без учёта работы панелей (п. 4.10): снег и ветер держат фермы и прогоны.

Как гнут лист

Сотовый лист гнут так, чтобы каналы шли вдоль дуги: по п. 9.4 СП 386 рёбра листа должны быть параллельны плоскости, в которой лежит радиус изгиба. Гнут холодным способом и только в одной плоскости (п. 4.31) — изогнуть лист сразу по дуге и поперёк нельзя.

Минимальный радиус изгиба определяют расчётом или испытанием по ГОСТ Р 56712 — метод дан в его приложении Е, а значение для своего листа указывает производитель. Монолитный лист гнут по тому же методу (п. 10.10 ГОСТ Р 72007). Чем эти листы различаются, разобрано в статье о сотовом и монолитном поликарбонате.

Согнутый лист держат в профилях так, чтобы он мог двигаться от нагрева:

• край листа заходит в профиль не меньше чем на 20 мм (п. 4.24 СП 386);
• зазор на тепловое расширение задают расчётом, но не меньше 3 мм (п. 4.20) — поликарбонат удлиняется на 0,065 мм на метр на каждый градус;
• прижимной профиль давит на лист равномерно и не оставляет на нём вмятин (п. 4.23);
• крепление не мешает листу расширяться (п. 4.21).

Снег на арке по СП 20

Для сводчатых покрытий СП 20 даёт схему Б.2 приложения Б. Коэффициент формы μ переводит вес снега на земле в нагрузку на покрытие, и на своде он меняется вдоль дуги — в зависимости от уклона α в каждой точке.

• Вариант 1 — снег по всему пролёту: μ₁ = cos(1,5α). На гребне уклон нулевой и μ₁ = 1, а к опорам коэффициент убывает.
• Вариант 2 — несимметричный: на одной половине свода μ₂ = 2 sin(3α), на другой — половина этого значения. Наибольшее значение, 2,0, приходится на точку, где уклон дуги 30°. Для кругового свода μ₂ находят в точке с уклоном 30°, в точке с уклоном 60° и у опоры, а между ними — линейной интерполяцией.

При уклоне 60° и круче оба коэффициента равны нулю. А по п. 10.4 своды с наибольшим уклоном больше 20° проверяют ещё и со снегом на половине площади — вдоль пролёта.

Что это значит для навеса. У арки с подъёмом 1 м из таблицы выше уклон у опор около 53°, и μ₁ там всего 0,18: у опор снег почти не задерживается, и с высокой арки он сходит легче, чем с плоского ската. У арки с подъёмом 0,5 м уклон у опор около 28°, и μ₁ там 0,74. Но ветер наметает снег на одну половину свода, и там коэффициент второго варианта доходит до 2,0 — вдвое больше, чем на плоском покрытии. Поэтому каркас проверяют на оба варианта, а какой из них определяет сечения, показывает расчёт. Нагрузку в каждой точке находят по формуле СП 20 — как, разобрано в статье о снеговой нагрузке.

Ветер: давит сверху и снизу

У навеса без стен ветер действует на покрытие и сверху, и снизу. Для навесов СП 20 даёт аэродинамические коэффициенты в п. В.1.10, и в них учтено суммарное давление на верхнюю и нижнюю поверхности. А лист и узлы его крепления по п. 11.2 проверяют на пиковую ветровую нагрузку — и на давление, и на отрыв.

Поэтому лист крепят по схеме производителя, без пропусков, а фермы связывают в пространственный каркас прогонами и связями — об этом в статье о фермах.

Торцы и вода

У односкатного навеса один торец листа вверху, другой внизу. У арки оба торца сотового листа оказываются внизу, у опор. По п. 9.5 СП 386 каналы защищают от грязи и влаги так, чтобы они проветривались и конденсат из них уходил.

Поэтому на арке оба торца закрывают перфорированным материалом: он пропускает воздух и воду, но не пускает внутрь пыль и насекомых. Поверх ставят торцевой профиль с отверстиями для стока. Кромки листа защищает от повреждений каркас (п. 9.6).

Вода с арки стекает на две стороны. Её собирают водостоком или отводят так, чтобы она не попадала на дорожки и к фундаменту дома.

Где ошибаются

1. Выбирают подъём арки на глаз, и радиус дуги выходит меньше минимального радиуса изгиба листа.
2. Гнут пояса ферм с заломами — в этих местах лист изгибается круче расчётного радиуса.
3. Делают дуги ферм разными, и лист ложится неровно.
4. Кладут сотовый лист каналами поперёк дуги или пытаются гнуть его в двух направлениях.
5. Считают снег как на плоском покрытии и не проверяют несимметричный вариант схемы Б.2.
6. Не учитывают распор: стойки и опорные узлы рассчитаны только на вертикальную нагрузку.
7. Заклеивают нижние торцы глухо или оставляют каналы открытыми.
8. Заводят лист в профиль меньше чем на 20 мм или ставят его без зазора на расширение.
9. Сбрасывают воду с арки на дорожку или к фундаменту.

Чек-лист арочного навеса

1. Радиус дуги не меньше минимального радиуса изгиба листа из документов производителя.
2. Пояса ферм изогнуты плавно, без заломов, дуги всех ферм совпадают.
3. Распор учтён в расчёте стоек и опорных узлов.
4. Шаг ферм увязан с шириной листа, шаг прогонов взят по таблице производителя.
5. Снег посчитан по схеме Б.2 СП 20 в двух вариантах, а при уклоне больше 20° — ещё и на половине площади.
6. Каркас посчитан без учёта работы листа.
7. Лист согнут в одной плоскости, каналы идут вдоль дуги.
8. Край листа заходит в профиль не меньше чем на 20 мм, зазор на расширение — не меньше 3 мм.
9. Оба торца закрыты перфорированным материалом и профилем с отверстиями для стока, вода отведена от дорожек и фундамента.