Строительство забора из профлиста: расчеты нагрузок и особенности монтажа
Алгоритм выбора материалов и расчёт ветровой нагрузки действующей на забор из профлиста.
С началом нового строительного сезона многие застройщики озадачились вопросом, как и чем оградить участок. Наш портал уже рассказывал, как самостоятельно построить забор из необрезной доски, и выгодно ли делать монолитные бетонные столбы для забора. Сегодня мы расскажем о специфике строительства забора из профлиста.
1. Теоретическая часть
Ограждение участка из профлиста по праву считается «народным забором». Большинство застройщиков подкупает возможность установить такой забор самостоятельно, не прибегая к услугам профессиональных бригад. Помимо экономии средств, такой подход повышает качество работ, ведь делаешь забор для себя, а значит, лично отвечаешь за монтаж.
Несмотря на «разжеванность» технологии, неопытный заборостроитель может допустить ошибки. Их последствия плачевны: весной столбы выпирает, забор «гуляет», при сильном или ураганном ветре плохо прикрученные листы может сорвать, или забор и вовсе завалится.
Мне предстояло огородить периметр в 170 метров. Ставить забор решил самостоятельно, без помощников, как говорится, в «две руки». По времени это заняло два сезона, т.к. параллельно приходилось делать много другой работы на участке. За первый год я полностью установил все столбы и обварил лаги, сварил ворота и успел прокрасить одну сторону. Летом удавалось выкроить время только после работы, по вечерам, на 2-3 часа, и по выходным. В начале осени смог работать только по выходным. На второй год, летом, зачистил от ржавчины металлический каркас, покрасил его в три слоя и обшивал профлистом.
Забегая вперёд, покажем, что в итоге получилось у нашего пользователя.
Забор стоит, как влитой. Столбы не выперло силами морозного пучения, листы не сорвало сильным ветром и не покорёжило.
Всего было огорожено 145 метров капитального забора из профлиста и 25 временного. Интересен подход Палыча Р34 к строительству забора, который он разбил на ряд последовательных шагов, что и обеспечило качественный результат. Но, прежде чем перейти к ним, вместе с пользователем ответим на три «Почему».
Вопрос 1. Почему я ставлю забор сам?
Всё просто — бюджет ограничен, и ни одна из фирм, в которые я обращался, не соглашалась делать забор по моему тех. заданию, требованиям к материалам, способу монтажа забора, глубине установки столбов, качеству покраски, толщине профлиста и т.д. И главное — контролю с моей стороны — приступать к следующему строительному этапу только после того, как я приму сделанную работу.
Строителям оказался невыгоден тех. надзор со стороны заказчика. Подход, знакомый любому застройщику. «Профессионалам» от строительства проще снизить качество работ и гнать объём на время. Расчёт прост — условно говоря, выгоднее поставить три забора за неделю, чем возиться то же время с одним ограждением, делая всё «на совесть».
Но такой подход практикуют не все. Есть фирмы, делающие заборы качественно и, в отличие от шабашников, которых для исправления брака «днём с огнём не сыскать», дают гарантию на свою работу. Прежде чем думать, что если одна фирма за забор длиной в 100 м берёт 1000 руб. за погонный метр, а вторая за такую же работу – только 800 руб., а значит — это лучшее предложение, надо сравнить, а что они предлагают на самом деле. Может оказаться так, что за меньшие деньги и вроде бы за тот же периметр забора вы получите более низкое качество.
При строительстве забора есть множество возможностей для недобросовестных исполнителей нагреть руки на заказчике. Например, взять профильную трубу меньшего сечения (например, не 80х80 на въездную группу, а 60х60) с толщиной стенки не 3-4 мм, а 2 мм. «Забутить», залить бетоном, забить столбы не на расчётную глубину, а только на 0.5-0.7 метра, только по рукоятку мотобура. При этом сказать заказчику, что так и надо, и умолчать, что на самом деле бурить глубже (как требует расчёт!) означает ставить на бур удлинитель, а это потеря времени. Прикрутить плохо прокрашенный на заводе и дешёвый профлист толщиной не в 0.5 мм, а в 0.35 мм. Уменьшить количество крепёжных элементов. В результате профлисты при сильном ветре будут играть либо их вообще сорвёт.
Неудивительно, что наши пользователи предпочитают делать многие строительные работы самостоятельно и охотно делятся своим опытом с начинающими застройщиками.
Вопрос 2. Почему я выбрал забор из сплошного профлиста?
Нужно было оградиться от любопытных глаз. Т.е требовался непрозрачный забор. Поэтому вариант с сеткой-рабицей однозначно отпадал. Делать бетонный или кирпичный забор и сложно, и очень дорого. Никакого бюджета не хватит на периметр в 170 метров. Деревянный не решился, т.к. его придётся периодически подкрашивать. Тем более, у меня рядом с участком поле с травой. Если она загорится, то пламя может перекинуться на забор.
Итак, из доступных материалов, используемых для строительства забора, остался профлист.
Вопрос 3. Почему ставлю забор в одиночку?
Ответ также прост — у участника нашего портала нет помощников. Так что Палычу Р34 не оставалось ничего другого, как закатать рукава и сделать всё самому. И, как показал его опыт, это возможно.
2. Подготовительная часть
Итак, мы определились — ставим забор из профлиста. При этом важно не идти по пути «делаем, как все» или «как у соседа», а оценить условия эксплуатации ограждения и грунт именно на своем участке.
В самом начале необходимо оценить условия, в которых будет эксплуатироваться забор. Т. к. условия из-за огромной территории нашей страны могут радикально отличаться друг от друга. И то, что в одном регионе избыточно, в смысле конструктива забора и его прочностных характеристик, в другом может оказаться недостаточным.
О том, как установить заборные столбы, чтобы их не выпирало при морозном пучении, мы уже рассказывали в одной из наших прошлых статей. Поэтому сейчас мы сделаем упор на влияние ветра на сплошной забор.
Расчёт ветровой нагрузки, действующей на забор
Зачастую многие упускают это фактор из вида, полагая: что может случиться с металлической трубой, не сломает же её при сильном ветре? Однако такой подход может сыграть злую шутку. От региона, места застройки (открытая местность, т.е. забор стоит на хорошо продуваемом поле, или ставится в уже застроенном посёлке) во многом зависит, какие нагрузки будет испытывать сплошное полотно забора. Профлист обладает большой парусностью. Если пренебречь расчётом, и подует сильный или штормовой ветер (что в последнее время не редкость в разных регионах), то можно будет увидеть улетевший или сложившийся забор. Поэтому трубу под столбы (её сечение и толщину стенки) выбираем не «на глазок», а на основании расчёта.
Я проанализировал погодные отчёты метеостанции за прошедшие периоды и увидел, что ветра с силой в 18-20 м/с повторяются весьма часто. И изредка фиксируются ветра с силой в 24-28 м/с. Т.е. я, фактически, живу в регионе, где возможно прохождение ураганных ветров.
Для уточнения нагрузок пользователь провёл предварительный расчёт на изгиб столбов при ветровой нагрузке в 30 м/с и высоте листа 1.8 м. На основании этого расчёта, по прочностным нагрузкам прошёл (и то по min) вариант столба из профтрубы сечением 60х60х3мм.
Исходя из этого, возникает вопрос – как произвести такой расчёт. Итак, мы планируем поставить сплошной (а значит, непродуваемый) забор из профлиста. Мысленно смоделируем ситуацию, когда в полотно дует сильный ветер. Соответственно, на заборный столб будет воздействовать сила, стремящаяся его согнуть, т.е. изгибающий момент. Если представить, что столб жёстко защемлён с одного конца (тот, который заглублён в землю), то максимальное усилие на изгиб возникнет в месте его выхода из почвы. Для упрощённого расчёта нам надо узнать, с какой силой ветер давит на площадь в 1 кв.м., и труба какого профиля выдержит эту нагрузку.
Для этого мы воспользуемся следующей формулой:
F = 0.61V2/9.8,
где:
F - сила в кгс;
0.61 - 1/2 плотности воздуха (в нормальных условиях);
V - скорость ветра в м/с.
Выполняем расчёт при скорости ветра в 15 м/с:
F = 0.61 * 15 * 15/9.8 ≈ 14 кгс на 1 кв.м
Воспользовавшись данной формулой, можно самостоятельно рассчитать силу, действующую на 1 кв.м. площади при скорости ветра в 5, 10, 20 и 25 м/с. При этом стоит заметить, что ветер, скорость которого составляет от 20.8 до 24.4 м/с, считается «сильным и штормовым». От 24.5 до 28.4 м/с — «штормовой» или «буря». От 28.5 м/с до 32.6 м/с — «от штормового до ураганного».
Это позволит нам избежать ситуации, при которой, если внезапно случится штормовой ветер (нетипичный для местности, но возможный раз в 10-15 лет), забор ляжет.
Идём дальше. Мы планируем построить стандартный забор высотой в 2 м и длиной пролёта в 2.5 м. Примечание: из-за увеличения нагрузки не рекомендуется делать 1 пролёт забора длиной свыше 3 метров. Это приведёт к необходимости увеличения сечения каждого столба из-за повышения нагрузки.
Находим площадь 1 секции:
S = 2 * 2.5 = 5 кв.м
Подставляем значение в формулу:
F = 5 * 14 = 70 кгс
Находим изгибающий момент, действующий на опору по формуле:
М = FLk,
где:
F - сила в кгс;
L – точка приложения нагрузки. Считаем, что она приходится на середину профлиста выстой в 2 м, прибавляем к ней расстояние от земли до нижнего края листа. Например, 0.3 м. Итого: 1 + 0.3 = 1.3 м.
к – коэффициент запаса прочности = 1.5.
М = 70 * 1.3 * 1.5 = 136.5 кгс·м
Теперь нам надо подобрать трубу, которая выдержит данную нагрузку.
Для этого воспользуемся формулой, по которой определим максимальный изгибающий момент.
М = σW/1000,
где:
σ – предел текучести материала (кгс/мм2);
W – момент сопротивления сечения (мм3);
Предел текучести для стали - 20-21 кгс/ мм2.
Теперь нам нужно найти осевой момент сопротивления при изгибе – W.
Находим его по формулам:
W=π (D4-d4)/32D - круглая труба.
W=(H4-h4)/6H - квадратная труба.
Для примера возьмём круглую трубу внешним диаметром 60 мм, толщиной стенки 2 мм, и квадратную трубу 60 мм, с толщиной стенки 2 мм. Чтобы не считать «вручную» моменты сопротивления изгибу сечения трубы, (W) рассчитаем в специализированном онлайн калькуляторе, подставив в него вышеприведённые значения сечений труб.
Итого:
Для квадратной трубы W = 8682.0 мм3
Для круглой трубы W = 5114.1 мм3
Подставляем значения в формулу:
М = 20 * 8682.0/1000 = 173.64 кгс·м — разрушающий изгибающий момент для квадратной трубы.
М = 20 * 5114.1/1000 = 102.28 кгс·м — разрушающий изгибающий момент для круглой трубы.
Теперь смотрим, удовлетворяют ли выбранные нами трубы ветровой нагрузке.
Как мы ранее высчитали, изгибающий момент в месте выхода столба из земли (М) = 136.5 кгс·м.
Сравниваем:
Квадратная труба — 173.64 кгс·м > 136.5 кгс·м.
Круглая труба — 102.28 < 136.5 кгс·м.
Итак, квадратная труба удовлетворяется нагрузке, возникающей при ветре силой 15 м/с, а круглая – нет. Воспользовавшись этим упрощённым алгоритмом расчёта ветровой нагрузки, можно самостоятельно подобрать сечение и профиль трубы в зависимости от условий эксплуатации забора и доступности металлопроката в вашей местности.
Теперь, определив сечение труб, переходим к следующим этапам: выбору способа установки столбов в землю, подбору необходимых инструментов, расчёту сметы и монтажу забора. Об этом будет рассказано во второй части материала.
