Навес из поликарбоната: выбор, расчет и постройка Великого Неизвестного

Поликарбонат вполне заслуживает имени Великого Неизвестного. Он широко применяется для постройки легких, прочных и недорогих укрытий: навес из поликарбоната можно увидеть везде от центра Москвы до Таймыра, а в поликарбонатной теплице можно в Заполярье круглый год снимать урожай овощей и фруктов. В конструкциях из поликарбоната несложно и недорого сочетаются высокая функциональность с изысканной эстетикой (см. рис.) и вместе с тем большинство из них для домашнего употребления можно сделать своими руками, владея лишь начальными рабочими навыками.

{{img-0}}

Вместе с тем широко доступные источники сведений по применению поликарбоната информативны где-то на уровне инструкции, как сколотить скворечник. Действительно, плитный сотовый поликарбонат обладает замечательными свойствами и работать с ним легко. Но эта видимая простота базируется на весьма сложном научно-технологическом основании.

Прочность, надежность и долговечность построек из поликарбоната нельзя наращивать простым увеличением массы материала в конструкции, как каменных. И строить их, пользуясь усредненно-обобщенными параметрами, помноженными на «провсякслучные» коэффициенты запаса прочности, тоже нельзя. Нужно держаться в пределах некоего оптимума, иначе результат может оказаться обратным. Что это за оптимум, как в него попасть и удержаться там? Об этом и написана данная статья. В ней мы разберем вопросы:

• Что такое плитный сотовый поликарбонат как материал, чем он хорош и плох, что позволяет и чего не может.
• Как правильно работать с поликарбонатом.
• Как выбрать плиты для постройки по их размерам и структуре.
• Как самому попроще и подешевле, но вполне надежно, сделать разного рода конструкции; в первую очередь навес для машины из поликарбоната. Он должен быть абсолютно надежен, т.к. стоимость автомобиля несравнима с таковой укрытия для него.
• В каких случаях следует отдавать предпочтение заказным навесам, а когда имеет смысл взяться за самодельный.

Поликарбонат как есть

Как вещество поликарбонат – один из видов органического стекла, прозрачный полимер, в молекулах-цепочках которого регулярно чередуются атомы углерода с органическими радикалами, углеродные радикалы СО и бензольные кольца. Открыт от был случайно в Германии в 1898 г. при попытке улучшить только что синтезированное обезболивающее кодеин. Первые же исследователи обратили внимание на его хорошее, лучше, чем у силикатного стекла светопропускание, термостойкость и высокую, свыше 250 кДж/кв. м, ударную вязкость. Попросту говоря, поликарбонат очень плохо бьется и колется, а вне пламени самозатухает. Получается поликарбонат также не сложным путем, в результате одноступенчатой химической реакции без катализаторов, при нормальных температуре и давлении.

Однако в производство первыми, в 30-х годах прошлого века, пошли в производство оргстекла иного происхождения, плексиглас и родоплекс. Мешала специфическая реакция поликарбоната на ультрафиолетовое излучение (УФ, UV, ultraviolet). Под его действием материал не только быстро мутнел, но и растрескивался, теряя прочность. Промышленное производство массивного поликарбоната удалось наладить впервые только в 1953 г. тоже в Германии.

«Поликарбонатная революция» произошла в середине 70-х в Израиле. Там лихорадочно строили кибуцы на захваченных арабских землях, и поселенцам требовалось продовольствие, в т.ч. фрукты и овощи. Выращивать помидоры с капустой в открытом грунте в пустыне бесполезно, поэтому решено было строить теплицы с капельным орошением. Однако стеклянные оказались дороги, тяжелы, а ветры пустыни ломали их безо всякого участия обиженных мусульман.

Тогда-то израильтяне и придумали, первое, подвергнуть поликарбонат экструзии, т.е. продавливанию в размягченном состоянии сквозь профилированные сопла – фильеры. Это стабилизировало механические свойства поликарбоната и улучшило их на порядок. Второе – на внешнюю поверхность плит начали наносить двухслойное защитное покрытие от УФ: первый слой отражал большую его часть, а следующий поглощал остаток. Так и появился сотовый поликарбонат, см. рис. А листы массивного теперь стали тоже экструдировать или отливать под давлением, и также наносить на них UV-фильтр.

Общие следствия

Как и все сотовые материалы, поликарбонат имеет очень резкий порог усталости и разрушается катастрофически: внезапно и без предупреждающих признаков. Стоит себе и стоит сооружение, как влитое, а потом – трах! бах! – обрушилось. На новую машину или грядки с урожаем, доход с которого кормит всю семью.

Далее, сотовый поликарбонатный лист относится к числу работающих материалов. Т.е., он не просто лежит на каркасе и передает на него нагрузку, но и сам ее воспринимает и перераспределяет. Излишняя толщина и/или неправильно выбранная структура плиты (см. далее) не только утяжелят и удорожат конструкцию, но и придадут ей избыточную жесткость. Нагрузки будут плохо растекаться, и все сооружение быстро, но незаметно подберется к порогу усталости, со всем вытекающим.

Свести вероятность «трахбаха» к нулевой можно, если проектирование и строительство из поликарбоната вести не по наитию, а по результатам расчета, цель которого: а) выбрать оптимальный типоразмер плиты; б) разработать каркас под нее. В процессе расчета нужно добиваться оптимума прочности пошире, чтобы естественные и эксплуатационные воздействия заведомо не превзошли его.

Наконец, UV-защита плиты вступает в силу только под воздействием кислорода воздуха и солнечного света, причем поверхностная прочность плиты при этом падает. Ничего не поделаешь, лучшего UV-фильтра для поликарбоната пока не придумали.

Исходя из всего этого, уже можно указать общие правила обращения с сотовым поликарбонатом:

1. Не хранить плиты на свету и не покупать, если есть подозрение, что условия хранения нарушались.
2. При покупке выборочно проверить 1-2 плиты скручиванием: 2 человека слегка, на 3-5 градусов, закручивают плиту винтом. Подпорченный материал при этом потрескивает. Добросовестные продавцы такую проверку разрешают и даже сами предлагают.
3. Не снимать защитную пленку с плит до полного окончания строительства. Из-под штатного крепежа она выдергивается без проблем.
4. Монтаж настила вести быстро. Желательно закончить его в течение одного рабочего дня. Если не вышло – защитную пленку с законченной части удалить, а работу прервать на 2-3 суток, пока UV-фильтр не въестся в материал. Остаток монтировать осторожно, т.к. ранее законченную поверхность теперь поцарапать легче.
5. Монтировать плиты только стойкой к UV стороной наружу. Лицевая сторона обозначена на защитной пленке.

Такие предосторожности необходимы потому, что UV-фильтр изначально представляет собой тонкий слой липкой желеобразной массы, вроде липучки на скотче. Если плиту под пленкой оставить на свету, то в UV-фильтре начнется фотохимическая реакция, он, пленка и плита слипнутся и все вместе придут в негодность.

Общие правила

Сотовый поликарбонат, кроме того, что сам работает в составе силовой схемы конструкции, в некоторых случаях пригоден для использования в предварительно напряженном состоянии. Что такое предварительно напряженные конструкции (ПНК), объяснять, наверное, не стоит. Останкинская телебашня всем известна.

Навес для машины

Навес для автомашины – строение весьма ответственное, особенно, если автомобиль находится под ним долгое время. Летом, кстати, машину лучше держать под навесом, а не в душном и пропеченном солнцем гараже. Поэтому в таком случае целесообразно будет использовать принципы ПНК. Это же позволит намного сократить расходы на металл для каркаса и бетонирование. Таким способом можно построить простые и недорогие, на абсолютно надежные навесы разной вместимости (поз. 1-3 на рис.)

Каким образом – посмотрим ниже, но для начала стоит обсудить распространенные ошибки. Первая, в местах с преобладающими ветрами одного направления автонавесы нередко делают наклонными к наветру, поз. 4. Для заправок и кафе/ресторанов, где главное – укрыть от непогоды вышедших из машины людей, это неплохо, но для длительной стоянки личной/семейной машины может оказаться просто опасным.

Дело в том, что в таких местах если уж задует с противоположной стороны, то сильно. И наклонный навес теперь работает как крыло, создающее огромную подъемную силу. Если навес на 2-х столбах (поз. 4; между прочим, он вдвое дороже такого же на 4-х по углам), то его просто снесет. А если на 4-х, то столб с бетонной «шишкой» может быть выдран из грунта о пойдет колотить по машине. Пардон, теперь уже не-страховому металлолому.

В ветреных местах наклонный навес для автомобиля хорош как пристройка к дому; все равно, в наветра или с подветра. По аэродинамике выполнять его лучше арочным (поз. 5). Конструкция типа крыла с выпущенным предкрылком/закрылком (поз. 6) оригинальнее, то требует больше материала, работы, а под загнутым краем в непогоду возникнет завихрение, в котором будет крутиться дождевая/снеговая морось.

Для свободно стоящего навеса оптимальна конструкция, показанная на поз. 7. Если преобладающие ветра слабые или умеренные, что и бывает в большинстве случаев, то на ветер ориентируют выпуклую часть навеса. Зимой это позволить уменьшить снеговую нагрузку, см. далее о расчете навесов. Если же «рванет» с обратной стороны, то давление ветра на плоскую часть только крепче прижмет навес к земле, а облако мороси будет отнесено далеко в сторону.

ПНК или ферма?

В спецификациях на сотовые плиты прямо говорится, что сгибать их (а не гнуть до необратимых деформаций!) можно только поперек, чтобы внутренние ребра жесткости располагались перпендикулярно изгибу, а не по нему. Но некоторые виды поликарбоната можно в небольших пределах сгибать и вдоль, как показано слева на рис. Тогда кровля настила и образует ПНК, очень прочную и жесткую; размер ячейки обрешетки можно в любых условиях (см. далее о расчете) сделать от 1,5х2 м. Арочный навес-ПНК для одного автомобиля размером в плане 3х4 м потребует минимального расхода материала и работы.

Примечание: о видах поликарбоната, его выборе и проектировании металлокаркаса далее будет рассказано подробнее.

ПНК из жесткого пластика и бетона имеют еще одно полезное свойство: со временем материал «устаканивается» в новом состоянии и техпараметры конструкции улучшаются. Вспомните, как повело Останкинскую башню во время памятного пожара. А заменили стягивающие канаты – и ничего, стоит, как и стояла, вещает. Что вещает – вопрос не к строителям, они телевизор смотрят как и все прочие.

Если навес – простой козырек, (слева на рис.) то и его хребет выполняют как простую рамку, крепящуюся к стене здания. Если же навес свободный на столбах в виде полной арки, то хребет следует делать ферменным с параметрами такими же, как для следующего случая.

При ширине навеса свыше 3,5-3,6 м, арочного или скатного, стропила крыши должны быть ферменными. Широко распространенные конструкции по расходу материала явно избыточны. Во вред прочности это не идет, т.к. каркас металлический или деревянный, но затрат денег и работы требует больше.

Оптимизировать фермы можно по хорошо известному авиаторам принципу переменного шага подкосов. Для этого при проектировании фермы угол при вершинах ее ячеек держат постоянным, средняя поз. Типоразмер профиля подкосов берут в 1,5-2 раза меньше, чем на столбы, обвязку и дуги/плечи стропил.

Принцип ПНК можно использовать и в металлическом каркасе, справа на рис. Он позволит создать навес размерами в плане 4х6 м, обойдясь всего 4 столбами, 3 стропилами из сегментных арок с тетивой, одним коньковым прогоном, 3 подпорками и 2 диагональными связями половинного типоразмера, справа на рис. На кровлю пойдут 2 стандартных (2,1х6 м) листа поликарбоната, согнутых правильно, поперек.

Суть в том, чтобы под ветром и снегом не дать своду расползаться-съезжаться углами, их и держат диагональные связи. Чтобы они работали как надо, столбы нужно отодвинуть от самых углов на 1/3 шага стропил, а перекрестье диагоналей приварить к тетиве средней арки.

Но главный секрет – в туго натянутых стальных 4-6 мм стальных тросиках внутри диагональных связей. Они-то и придают каркасу отменную жесткость без ущерба для упругости. Натягивать тросы нужно винтами, никакая пружина не даст требуемого усилия. Дважды в год, весной и осенью, натяжку проверяют и тросы подтягивают. Тросы нужны только гибкие многожильные двойной спиральной свивки. Простые одножильные спиральные быстро ослабнут, а крестовые вовсе не годятся.

Крыльцо

Навес над крыльцом не столь ответствен, как автомобильный, меньше размером и прикреплен к стене здания над входом. Поэтому технические требования к нему ниже, а эстетические выше.

Техданные в любой климатической зоне РФ почти всегда обеспечивает простая, без стягивающей тетивы, радиусная арка с двумя подкосами, поз. 1 на рис. Возможно и применение описанной выше ПНК, тогда весь навес будет состоять всего лишь из 3-х деталей, поз. 2. Если вынос навеса более 1,5 м, то имеет смысл от подкосов отказаться, а по углам подпереть козырек столбами, поз. 3.

Вообще столбы подкосам не помеха, особенно если крыльцо высокое и с перилами, поз. 4. Но при низком крыльце с радиусными ступенями столбы только требуют лишней работы, мешают проходу и портят вид, поз. 5. Исключение – регионы с чрезвычайными снеговыми и ветровыми нагрузками, но показанный на поз. 5 дом явно не в таком.

Если козырек по дизайну требуется без подкосов, то его нужно сделать глубоким, как на поз. 6, чтобы крылья свода воспринимали те же нагрузки. Прочность и жесткость плитного сотового поликарбоната вполне позволяют использовать такое решение.

Однако вынос подкосов должен быть не менее чем на треть выноса навеса. Тут дело уже в стене здания и каркасе, они ведь не поликарбонатные. При слишком маленьких подкосах (поз. 7) само-то поликарбонат устоит, а вот ветром каркас может сломать или весь козырек из стены вывернуть.

Оригинальное, но аэродинамически неудачное решение показано на поз. 8. Ну кто где когда видал крыло на стойке только спереди или сзади? Его же вывернет на скорости; для крыльца – при сильном ветре. Стоек делают 2 по краям или одну посередине, но этот вариант для крыльца не подходит.

Вообще говоря, механические качества поликарбоната для козырька над дверью не столь уж важны. Более значимо, что этот материал позволяет получить красивый навес только за счет своих собственных декоративных качеств, не прибегая к услугам дизайнера.

Второе эстетическое достоинство поликарбоната – он, сам по себе гладкий и блестящий, зрительно отлично сочетается с металлом. Кровля из поликарбоната облагораживает даже обычную конструкционную сталь, крашеную кузнечной краской. Здесь работает т. наз. доминанта верха. Изделие, само по себе на вид грубоватое, под изящной крышей приобретает изысканность.

Для примера на рис. ниже – чертежи навеса над входом в дом. Его особенность, во-первых, в том, что боковые декоративные элементы не несут механической нагрузки и могут быть выполнены любыми на вкус мастера. Второе – чтобы их сделать, достаточно обычной слесарной мастерской, дорогая художественная ковка не требуется. А третье – благодаря правильно рассчитанной под поликарбонат обрешетке кровли трубостойки можно делать любого, от 30 мм, диаметра, из трубы обычной или нержавеющей, и менять их длину в широких пределах. Все это вместе придает навесу зрительную легкость.

Примечание: один из способов, как самому сделать навес над крыльцом из поликарбоната без применения сварки, см. видео ниже. Для начинающего мастера это существенно.

Видео: самодельный козырек из поликарбоната без сварки

Беседки

Чтобы понять, какой должна быть уютная и удобная беседка из поликарбоната, нужно разобраться в вопросе: а почему из него не строят жилых помещений? А поликарбонатные душевые и пляжные кабинки – большая редкость? Вы не задумывались над этим?

Дело в том, что поликарбонат, лучше, чем силикатное стекло, пропуская свет, в то же время лучше отражает тепловое (инфракрасное, ИК) излучение. Отсюда – сильный парниковый эффект. Видимый свет, попадая в помещение, в нем поглощается, отчего все внутри нагревается, излучая ИК. А оно опять отражается внутрь. Для создания микроклимата в теплицах это как раз то, что нужно. Но жилые помещения окажутся невыносимо паркими.

Парниково-поликарбонантный эффект сказывается уже в беседках, особенно, если их обшивка изогнута и концентрирует ИК. К примеру, в творении украинских дизайнеров (поз. 5 на рис.) не только тревожный красный свет бьет по нервам, но и упаришься даже весной или осенью. Чтобы довести себя до нужного градуса перед очередным майданом, подходяще, особенно если и без того «оно по жизни колбасит». Но для душевных посиделок не годится. Если уж хочется всепогодного эксклюзива, то придется выложить 7-12 тыс. долл. за комфорт с престижем и заказать капитальный купол со сдвижными секциями, принудительной вентиляцией и кондиционированием, поз. 6.

Примечание: вследствие сильного парникового эффекта беседку из поликарбоната нежелательно делать с мангалом, он мощный источник ИК.

О вентиляции упомянуто не зря. В беседке с крышей из поликарбоната хотя бы 2 стены должны быть ажурными, обеспечивающими свободную циркуляцию воздуха, как на поз. 1 и 3. Если же ограждение сплошное, его нужно сделать высотой по пояс человеку и непременно с вентиляционным зазором внизу, поз. 2.

Следующий камень преткновения – согласование материалов по эстетике. У поликарбоната она исключительно хайтековая, поэтому с деревом его сопрячь трудно. Та же беседка на поз. 1 – хороший пример. В такой деревянный аквариум не очень-то хочется. Если уж делать деревянную беседку под поликарбонатом, то нужно или цвет плит взять теплым, в тон дереву, или беседку выкрасить под кровлю, сделать ее из тонких деталей и в лаконичном стиле, как на поз. 2.

Для бюджетных простеньких конструкций эффективен будет принцип цветового контраста эстетически тяготеющих частей. На поз. 4 естественно совмещающийся с поликарбонатом металл выкрашен в кричащий и контрастный кровле цвет. Поэтому части служебные как бы воюют друг с другом, а функционально главные – лавочки и столик – создают манящий островок уюта. Кто бы ни был автором этой беседки, художественным вкусом его природа не обделила.

От общего к частностям

Если вы устали от общих, но все-таки нужных, рассуждений, приготовьтесь получить массу конкретных указаний, численных данных и расчетов: мы начинаем разбираться, как происходит изготовление навеса. Пока из предыдущего нужно помнить, что поликарбонатная обшивка – работающая. О ПНК достаточно было сказано выше.

Еще о работающей обшивке

Возьмите одинаковых 4 кусочка реек, ну, скажет, 20х20, концы которых выбраны в четверть, и 4 гвоздика. Сбейте из реек квадрат, вогнав гвозди по углам, и оклейте его плотной бумагой. Теперь попробуйте перекосить. Перекашивается? Бумага морщится, рвется? Обшивка не работает.

А теперь возьмите рейки вдвое-вчетверо тоньше и кусок тонкого картона. Прежде чем сбивать в квадрат, наложите картон и сбейте прямо сквозь него, не приклеивая. Перекашивается? Куда там, можно на пол ронять. Это и есть работающая обшивка. А работать ее заставляет большая, чем у бумаги той же толщины и плотности, жесткость картона, он ведь прессуется в процессе изготовления.

Теперь возьмем прежние толстые рейки, а на покрышку вместо бумаги или картона – тоненькую жестянку. Уроним изделие на пол. Если пришлось на угол, разлетится на части: слишком жесткая обшивка отыграла до того, что разрушила каркас. Предыдущий вариант, дешевле и проще, при максимально возможном воздействии оказался прочнее.

Так же работает и поликарбонат, только его жесткость на единицу и толщины, и массы намного выше. Одно условие: если жесткость обшивки будет потеряна (например, вследствие чрезмерного прогиба листа), то она может не только сама разрушиться, но и потянуть за собой каркас. Это тоже нужно четко помнить.

Что будем делать?

Вопрос в заголовке на технический язык переводится: этап предварительного проектирования. В данном случае его цель:

• Выбрать тип навеса соответственно его назначению и применительно к личным требованиям.
• Выбрать общие принципы постройки.
• Выбрать способ крепления настила к каркасу.
• Выбрать тип панелей кровли для конкретных местных условий.
• Определить вид материала каркаса и требуемые его типоразмеры.
• Разработать способ установки/прикрепления каркаса к основанию.

Выбор навеса

Типовые конструкции навесов показаны на рис. Это не значит, что нельзя сделать другой; возможно, уникальный. Но для типовых конструкций в строительных руководствах (СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»; СП 20.13330.2011) приведены полные наборы расчетных параметров и коэффициентов к ним. Поликарбонат терпит многое, но перебора воздействия сверх меры не прощает. Поэтому оригинальный проект придется тщательно моделировать на компьютере и, поскольку свериться по опыту эксплуатации нельзя, задавать большие «провсякслучные» поправки. В силу особенностей материала, описанных выше, проектирование усложняется в разы и на порядки. Этим и объясняется запредельная стоимость эксклюзивных навесов.

При выборе нужно учитывать следующее:

1. Для российских условий (ветры в основном слабые, но снега много) лучшие варианты – купол, простая радиусная арка и маркиза.
2. Последние два в поликарбонатном исполнении по трудоемкости и расходу материала почти равны двухскатному навесу.
3. Вогнутый навес не рекомендуется; при снегонакоплении по 2-му предельному состоянию (см. далее) его надежность невысока, а создаваемая им травмоопасность – наоборот. Исключение – малоснежные места с сильными ветрами.
4. Простой односкатный навес из поликарбоната обязательно должен внешними углами опираться на столбы. Если их поставить невозможно, нужно делать навес с подзором или прямой коробчатый. Высота подзора не менее 12% длинной стороны; коробки – не менее 20% короткой.

Последнее требование вызвано тем, что ветер может завернуть край навеса волной или «пропеллером». Отыграв, когда порыв стихнет, жесткий и упругий поликарбонат способен вывернуть каркас.

Особо следует сказать об автонавесах:

1. На большей части РФ оптимальная конструкция – арочная.
2. Для мест малоснежных, но ветреных (от Нижнего Поволжья и Дербента до российского Приазовья) более подходит навес двухскатный с углом наклона до 10-15 градусов; его аэродинамическое качество ниже, а трудоемкость меньше.
3. В совсем экстремальном климате: Южный Берег (Северного Ледовитого океана, это тюремный термин), Чукотка, Камчатка, горные районы, надежнее будет удлиненная пологая арка, низкий удлиненный купол или описанный далее простой комбинированный навес повышенной стойкости.

Как будем строить?

Здесь же на рис. с навесами показана общая технология сборки. Она несложна:

• Ставятся опорные столбы базового типоразмера, по их верху делается обвязка.
• Монтируется обрешетка под кровлю.
• В поперечную обрешетку из несущих балок (стропильных ног, дуг арок) ввариваются или врезаются заподлицо продольные опоры – прогоны, меньшего типоразмера. Коньковый прогон, если он есть, берется базового типоразмера.
• Стыки плит должны приходиться на поперечные балки; шаг поперечных связей мы еще рассчитаем.
• Плиты стыкуются с помощью специальных профилей или самодельных соединительных узлов, см. далее. Теперь конструкция способна держать вертикальные нагрузки.
• К прогонам плиты крепятся точечными креплениями с зазорами на температурные деформации и упругими прокладками, именно благодаря им обшивка работает.
• Оформляются торцы панелей и конек, как описано далее в разделе о сборке.

Выбираем панели

Какой поликарбонат выбрать для навеса? Его качество и эксплуатационные свойства, вопреки рекламным утверждениям, более зависят от структуры панели, чем от торговых марок и брендов производителей. Да будет известно читателю, что ситуация с поликарбонатом немного напоминает пивную: порошок (гранулированную массу) производят лишь несколько фирм во всем мире, а остальные его разводят, то бишь пропускают через экструдер, разливают (режут), капают капельку вкусовой добавки (наносят UV-фильтр), тоже покупной, налепляют свою этикетку и пускают в продажу.

Примечание: лучший в мире поликарбонатный гранулят – российский. Отечественная промышленность выпускает виды его, не имеющие аналогов. К сожалению, производители, как Соломон тайну своей печати, держат в секрете, чье сырье они используют. Впрочем, для бытового применения любые фирменные панели хороши.

Основные виды поликарбоната сотовой структуры показаны на рис. Символы [цифра]R обозначают количество продольных слоев, а Х – наличие диагональных ребер жесткости в сотах. Толщина листа и его структура не связаны прямо: панели одной и той же структуры могут быть разной толщины, и наоборот. Типичный продажный ассортимент показан на след. рис.

Как точно выбрать панель по толщине, мы разберемся в порядке расчета. Рекомендации по структуре можно дать следующие:

• 2R, минимально допустимый радиус изгиба (МРИ) 35 толщин – для козырьков над дверью, витриной, небольшим крыльцом или беседок в 1-2 ветровых и снеговых зонах, карты см. ниже.
• 3R, МРИ 45 толщин – то же для 3-4 климатических зон, а в тихих малоснежных местах для общего применения, кроме автонавесов долговременного пользования.
• 3RX, МРИ 55 толщин – для всего, что указано выше и навесов для машины в тех же местах.
• 5R, МРИ 75 толщин – то же, что и 3R, для 5-6 снеговых и 1-2 ветровых зон.
• 5RX, МРИ 120 толщин – то же, что и 5R, для 5-6 снеговых и 3-6 ветровых зон.
• 6RX, МРИ 300 толщин – в местах с очень суровым климатом преимущественно для теплиц. Для навесов не рекомендуется, очень жесткий.

Примечание: МРИ даны ориентировочные для изгиба поперек листа, уточняются по спецификации на конкретные панели. Продольный изгиб в составе ПНК допустим для 3RX и 5RX при условиях, описанных выше.

И снег, и ветер…

Уже теперь нам потребовались карты расчетного ветрового давления в РФ:

и снеговой нагрузки:

Численные значения параметров пока не нужны, но далее потребуются. К снеговой карте сразу же дадим пояснения:

Первый предельный случай – постепенной накопление снега тихой стабильно морозной зимой с обильными осадками. Снег, не успевая испаряться всухую (сублимировать), смерзается внизу в плотную зернистую массу – фирн. Весной снеговой пласт с фирновой подкладкой на гладком поликарбонате сначала держится на головках крепежа, а затем, подтаяв, съезжает вниз весь сразу.

Второй предельный случай – зима нестабильная, с оттепелями и/или сильными ветрами. Видимого накопления снега на крыше может не быть. Но он, съезжая по скату вниз, слипается в большие комки, сильно нагружающие свесы кровли и водостоки. Для гладкого поликарбоната, тем более для навеса без водостоков, это случай несуществен.

Примечание: слой снега в 5 см увеличивает ветровую нагрузку на 3 кг/кв. м; 10 см – на 10 кг/кв. м; 15 см – на 12 кг/кв. м; 25 см – на 15 кг/кв. м. Это ориентировочные значения для обычных навесов из поликарбоната, точный прирост, если нужно, считается по аэродинамике крыши.

О толщине панелей

Какой должна быть толщина поликарбоната для навеса? Не менее 10 мм, такой лист 3RX на ячейке обрешетки 1,5х2 м держит вес взрослого человека. Но вспомним опыты с рейками, картонкой и жестянкой: оптимальную толщину панели нужно определять комплексно, вместе с ее структурой. Мы это сделаем далее, в процессе расчета кровли.

Каркас

Поликарбонат по параметрам прочности ближе к металлу, чем к дереву. Поэтому, увы, получить работающую обшивку на деревянном каркасе не выйдет. Поликарбонатные панели для дерева все равно что шифер, кровельное железо или ондулин. Как все-таки уложить поликарбонат на дерево, вкратце рассмотрим в конце, а пока займемся более подходящим металлом.

Металл – материал массивный. Это значительно упрощает расчет каркаса, можно воспользоваться обобщающе-усредняющими методиками. Оптимальный профиль несущего элемента – квадратная со скругленными углами стальная профтруба. По соотношению прочности к материало-, трудоемкости и общей стоимости она оказывается, что называется, на круг впереди прочих.

Расчетные соотношения также выходят простыми:

• 1-2 ветровая и снеговая зоны – базовый типоразмер, при толщине стенки от 2 мм, от 10 мм на 1 м наибольшего размера навеса в плане, но не менее 40 мм.
• 3-4 зоны, те и те – база для навесов общего назначения та же, а для автонавесов от 15 мм/м.
• 5-6 ветровые и 5 снеговая зона – общая база от 15 мм/м, авто – от 20 мм/м.
• 7 ветровая, 6 и 7 снеговые зоны – общая база от 20 мм/м, авто – от 30 мм/м.

Выбор зоны делаем по наихудшему. Т.е., если мы в 1 ветровой и 5 снеговой зоне, то ветер игнорируем и считаем по снегу. Точно так же, кстати, и во всех последующих расчетах, если не используются параметры и ветра, и снега. Профиль из ряда типоразмеров выбираем ближайший больший.

В базовом типоразмере выполняем столбы, их верхнюю обвязку (опорную раму) и основные несущие элементы:

1. Ноги стропил.
2. Их полные нижние балки – затяжки.
3. Дуги арок; если арка из двух дуг (двойная, «лунная») – обе дуги.
4. Тетивы сегментных арок.
5. Коньковый прогон.
6. Срединные подпорки стропил и арок – бабки.
7. Подкосы столбов, верхние и нижние.

Вспомогательные несущие элементы – прогоны, раскосы ферменные арок и стропил и пр. – выполняем из профиля половинного типоразмера. Увеличить его до базового не повредит.

К примеру, в Воронежской обл. на садовую беседку и автонавес для бюджетной малолитражки размером 3х4 м пойдет одна только 40 мм профтруба. В Подмосковье каркас беседки останется тем же, но на навес для той же машины нужна труба как минимум 60 мм, а для солидного Лексуса – 80 мм. А вот на восточном побережье Камчатки для беседки (кто там в ней усидит?) нужна труба 80 мм, а для любого автонавеса – от 120 мм.

Забивать, вкапывать, бетонировать?

Теперь разберемся, как производится установка столбов, руководствуясь принципом: дешево и сердито. Для беседки и крыльца оптимальный вариант – винтовые сваи диаметром в базовый размер, самых дешевых хватит с избытком. Глубина заворачивания – не менее 1200 мм.

Тут дело не только в том, что обойдутся они вряд ли дороже профиля с бетонированием. И даже не в простоте и скорости вворачивания: винтовая свая передаст в грунт любые нагрузки, в т.ч. боковые. Навес их даст будь здоров, а бетон таких не любит.

Если беседка цельнодеревянная, столбы можно просто врыть в землю на 600-900 мм. Это надежнее, чем забивать в грунт обрезки трубы, а в них – корни столбов. Но предварительно участок столба, который будет в земле, нужно хорошенько пропитать кипящим битумом. Если размер битумной посудины позволяет (скажем, варится в обрезанном промышленном газовом баллоне или в заваренной снизу трубе), то сунуть деревяшку туда и подержать 1-5 мин, пока битум вокруг дерева не перестанет пузыриться. Это значит, что из древесины испарилась вода и вышел воздух, а вместо них вошел битум. Когда пропитка остынет до отлипа, земляной конец столба обертывают рубероидом и тут же закапывают в предварительно пробуренную яму.

Для навеса над машиной важнее всего общая устойчивость, и по размерам он больше. Тут уже без бетонирования не обойтись. Но каждый столб будет расшатывать бетонную пробку сам по себе, не то что в заборе. И знакопеременных вертикальных нагрузок забор почти не дает, а навес – создает большие.

Типовая схема бетонирования столбов под навес предусматривает установку специальных закладных деталей (анкеров), слева на рис., преобразующих все нагрузки в привычное для бетона сжатие. С точки зрения массового производства для широкой продажи это оптимально – к анкеру можно привинтить любой столб. Но по прочности выходит не ахти: пучности нагрузок на столб (места их сосредоточения) приходятся, как раньше говорили, в аккурат, на разъемные соединения.

Если делать навес самому, то можно и на анкерах немало сэкономить, и прочность каркаса увеличить в 1,5-2 раза. Для этого (справа на рис.):

1. На расстоянии 600-900 мм от нижних концов столбов привариваем к ним плиты от 350х350 мм, толщиной от 8 мм.
2. По углам плит, в 40-50 мм от краев, должны быть вварены насквозь отрезки стального прута диаметром от 16 мм и длиной 350-400 мм.
3. С внешней стороны каждый столб подкрепляется одним подкосом.
4. Глубина ямы под столб – на 300 мм больше глубины его заделки в бетон (по плиту), из которых 100-120 мм придется на песчаную подушку.

О количестве столбов

Сколько нужно столбов под навес? Трудоемкие они, поменьше хочется, только без потери надежности. Что ж, для забетонированных столбов можно дать рекомендации по ветру; снеговую нагрузку выдержат любые:

• 1-3 зоны – максимальный шаг 6 м.
• 4 и 5 зоны – шаг до 4 м.
• 6 и 7 зоны – шаг до 2,5 м.

Минимально допустимый шаг столбов для всех зон – 1,7 м. Если ставить чаще, сильный ветер натолкнется на них, как на сплошную стену. Тогда и навес нужно рассчитывать не как навес, а как крышу здания, а это совсем другая тема.

Как крепить панели?

Еще совсем недавно соединительные профили для поликарбоната собирались на саморезах или винтах, слева вверху на рис. Здесь:

{{img-13}}

1. Декоративная накладка.
2. Верхний удерживающий профиль.
3. Уплотнитель обычный.
4. Поликарбонатная панель.
5. Уплотнитель самоклеющийся.
6. Саморез.
7. Антипыльная лента с микрофильтрами в перфорации.
8. Торцевой профиль.
9. Несущий элемент каркаса.

Примечание: антипыльная лента совершенно необходима. Без нее панели не только пачкаются изнутри, но и растрескиваются оттуда же.

Самодельщики, используя для уплотнения силикон или, для мест слабоветренных, микропористую резину, а для крышек – обрезанные ПВХ-короба, с успехом обходились без дорогих фирменных соединителей, справа вверху на рис. Если выходы каналов панели находились на разных уровнях (напр. в ПНК), антипыльной лентой оклеивали только нижний торец, а верхний – более дешевой алюминиевой самоклейкой, слева внизу на рис.

Для точечных креплений в любом случае требуются специальные термошайбы, внизу в центре и справа на рис. Успешные попытки заменить их собственными изобретениями неизвестны. Дело в том, что при малейшем рассогласовании параметров теплового расширения плиты и термошайбы панель коробится, настил теряет прочность и в его каналы проникают пыль и грязь.

Вообще, точечные крепления – слабое место поликарбоната. Термошайбы следует покупать рекомендованные производителем панелей, или наоборот. Можно и другие, но тогда нужна проба: шайбу затягивают, не доводя ее крышку до панели на 1 мм. Прокладка при этом должна стать вровень с краем крышки или не доходя до него тоже 1 мм, но ни в коем случае не выпирать.

Сейчас «винтовая» технология стыковки плит отживает свое. Ее по всем параметрам, включая эстетические, превосходят соединительные профили на защелках, рис. ниже. Сравните, например, коньковый стык на винтах (рис. справа выше), и с помощью профиля RP. А стоимость цельных пластиковых соединителей упала настолько, что и городить самоделки потеряло смысл.

О резке панелей

Производители рекомендуют резать панели на специальном станке или, вручную, монтажным ножом с выдвижным лезвием. Последнее утомительно, а обычная циркулярка или электролобзик создают в материале микротрещины.

Лучший вариант резки вручную – дисковая ручная пила с кругом «чистый рез». Такими пользуются паркетчики, работающие с ламинатом; внешне похож этот инструмент на машинку для стрижки волос.

Для поликарбоната непременное условие – пила должна быть с системой отвода опилок (попросту, с отсосом). Только при этом рез жесткого пластика будет действительно чистым, а мелкие зубья специального профиля ему только способствуют.

Шаг вправо, шаг влево…

Вот теперь мы подошли к тому, чтобы, наконец-то, закончить расчет навеса. Нам осталось определить:

1. точную толщину и структуру панелей;
2. шаг установки стропил или арок;
3. шаг установки прогонов;
4. расположение точечных креплений на прогонах.

Для того, чтобы найти все это, нужно сначала определить общую (сводную, сборную) нагрузку на крышу. Для навеса это не так-то просто, т.к. ветер свободно поддувает под него.

Нагрузка

Из карт зонирования России по ветровой и снеговой нагрузке видно, что на большей части ее территории снег давит куда сильнее. Отсюда для навеса следует полезное обстоятельство: варьируя параметры выбранной конструкции (или выбирая другую, если не сходится), нужно добиться некоторой «отрицательной» ветровой нагрузки.

«Отрицательной» взято в кавычки потому, что на самом деле эта нагрузка положительная: ветер стремится оторвать крышу, это разгрузит ее от снега и позволит лучше согласовать параметры прочности каркаса и настила, что упростит и удешевит постройку. Для сотового поликарбоната, который при толщине 16 мм не ломается под ступнями здорового мужика, такой подход вполне правомерен.

Тут уместно вспомнить суворовский принцип: тяжело в ученье, легко в походе. Не в бою, Суворов так не говорил. Он знал, что в бою легко никогда не бывает. Расчет ветровой нагрузки несложен, но трудоемок.

Воздействие ветра на крышу рассчитывается следующим образом:

• Пользуясь строительными руководствами (напр., теми, что указаны выше) для выбранного типа кровли находим расположение зон действия ветра, их размеры и расчетные коэффициенты для конкретных параметров навеса. Пример для дома под двухскатной крышей см. на рис.

{{img-19}}

• Для каждой зоны действия (приложения силы) находим величину ветрового давления, помножив его расчетное значение по карте на площадь зоны и ее коэффициент.
• Суммируем их и делим на площадь навеса в плане. Работающая поликарбонатная обшивка вытерпит такое с запасом.
• Изменяя параметры крыши, добиваемся возможно более полной компенсации снегового давления, пользуясь картами зонирования нагрузок. Не забываем проверять на выдергивание опор, зная, что 1 столб сидит в обычном грунте с силой 1,2 т!
• Если нужно, берем другой вид навеса, добавляем столбы.
• Не забываем учитывать, что снег усиливает действие ветра, см. выше!
• Добившись оптимума, переходим к выбору панелей и шага стропил.

Теперь рассчитываем действительную снеговую нагрузку как P = p*cos α, где p — расчетная нагрузка в нашей зоне; P — действительная нагрузка; α — угол ската крыши. Для невысоких радиусных арок α — угол наклона линии от конька к мауэрлату. Снеговую нагрузку складываем с ветровой алгебраически, с учетом знаков. Для гладкого поликарбоната коэффициентом сцепления снега с крышей можно пренебречь.

Панели, стропила, арки

Теперь возьмем на вооружение табл. на рис. справа. По ней, зная совокупную нагрузку на крышу (ветер + снег), можно сразу найти шаг стропил, толщину и структуру панели.

{{img-20}}

Нужно только придерживаться следующих условий:

• Шаг стропил выбирать кратным стандартной ширине панели в 2,1 м или целым ее частям: 1/2, 1/3, 1/4.
• Соединение панелей должно приходится только на основные несущие элементы, висячие стыки недопустимы.
• Необходимо учитывать рекомендации по выбору структуры панелей, приведенные выше.

Примечание: в зонах, начиная с 5-й, использовать панели слабее 5RX 16 мм нельзя. Вообще, для оптимизации под отрицательную нагрузку нужно подбирать панели, каркас тут мало чем поможет.

О креплении соединителей

О шаге крепления соединительных профилей к стропилам думать не нужно: он кратен шагу крепежных отверстий в них. Стандартная величина – 300, 450, 600 мм, смотря по климату.

Прогоны

С прогонами дело обстоит проще: их шаг равен полуторному от стропил. Скажем, если стропила через 1 м, то прогоны – через 1,5 м. Если на плечо крыши приходится меньше одного прогона, то из продольных связей достаточно продольной балки обвязки (мауэрлата) и конька.

Здесь, используя работу обшивки, можно применить интересный прием: находим по таблице шаг стропил, считаем шаг прогонов и вычисляем площадь ячейки обрешетки. Затем, выдерживая ее, ставим стропила чаще, пока прогоны вовсе не уйдут. Получим «воздушный» навес, а своих внутренних прогонов в каждой панели предостаточно.

Точечные крепления

Минимальный шаг «точек» – 300 мм. Если ставить их чаще, общая прочность панелей ослабнет из-за отверстий в них. Для сводной нагрузки менее 100 кг/кв. м на прогон ставим по 3 «точки»: по одной в 15-20 см от стыков и одну посредине. Для больших – шаг «точек» берем приблизительно равным половинному шагу стропил для структуры 3R 6 мм, это верхняя строка в таблице, но соблюдаем ту же тройственность: обязательно по одной с краев и одна посредине.

Крепкий эконом (пример для машины)

В соответствии со всем вышеизложенным была разработана довольно хорошо известная конструкция экономного, но прочного навеса для машины, см. рис.

Авторы, помимо принципов ПНК для каркаса, нашли еще 2 изюминки:

• Конфигурация кровли такова, что снег на ней не залеживается в любом климате: сверху его сдувает самый слабый ветер, а с боковин он сам сваливается и без ветра, настил-то гладкий. А при длительном безветрии с обильными снегопадами вес снега на площадке вверху распределяется по всей площади опоры крыши и общая нагрузка падает вдвое.
• Для «дорог ветров», узких долин и ложбин, разработан вариант крыши, показанный справа на рис. Гребни ее фонарей ориентируют по преобладающему ветру. Дунет обратно – ничего страшного, продует точно так же.

Поликарбонат на дереве

Как уже сказано, поликарбонатная кровля на деревянной основе – просто настил. Устройство кровли на дереве – отдельная тема. Здесь мы только приводим на рис. основные их виды и конструкции стропил.

{{img-17}}

Примечание: опечатки на рис. нет. Наслонные значит, что они наслонены на стены сверху, а не прислонены к ним сбоку. Думаете, зря филологи считают русский язык не имеющим себе равных по выразительности?

На след. рис. – чертежи деревянных стропил для односкатных навесов у стены здания. Опорные столбы, где показано, обязательны! На дереве прочность и жесткость поликарбоната позволяет только уменьшить сечение основных несущих элементов (см. выше) до 60х100 мм, а вспомогательных – до 40х60 мм.

Делать или покупать?

Но что мы выгадаем, уразумев все эти сложности и применив их на практике? Сравним: стоимость панелей 2R 4 мм в РФ колеблется от 1600 до 2200 руб./кв. м; за 1 квадрат 5RX 16 мм – в пределах 3900-4200 руб./кв. м. За готовый простой, арочный на 4-х столбах, навес для машины с установкой на месте просят 2200-4500 руб./кв. м. Самому делать явно невыгодно, для профи тут действуют оптовые цены и дилерские скидки.

Не так давно появился вообще интересный вариант: готовые комплекты деталей под сборку без сварки. Самому ничего считать не нужно, придется только поставить столбы и собрать всю конструкцию. Цены – от 1700 руб./кв. м.

Но если речь идет о навесе пусть типовом, но нестандартного размера или конфигурации (напр., комбинации одного ската и полуарки, как на поз 7 рис. с автонавесами), цены взлетают за облака: ниже 12 000 руб. за квадрат найти трудно, и фирмы местные-неизвестные без гарантии. Вот за такой навес стоит взяться самому. А мучения с расчетами потом позволят со знанием дела браться за постройки посерьезнее, методики схожи.