Ветровая нагрузка на забор, как рассчитать парусность забора

Основные способы установки заборных столбов бетонированием

Существует несколько способов, как бетонировать столбы для забора. К распространенным относятся следующие варианты бетонирования:

•  сухое;

•  частичное;

•  полное;

•  фундаментное;

•  Финский метод.

Почему бетонирование лучший способ монтажа заборных столбов

Выбор типа заборных столбов основывается на воспринимаемых нагрузках, месте монтажа, ветровых нагрузках, типе наполнителя пролета и высоты забора. Зная, как правильно забетонировать столбы для забора, сделать это можно для любого типа опор. Для бетонирования подходят стойки:

•  металлические;

•  деревянные;

•  из бетона;

•  из асбестобетона.

Металлические столбы для забора обеспечивают высокую прочность. Оптимальными для строительства ограждений считаются стойки с круглым или профильным сечением. Независимо от размеров и формы профиля, такие опоры под воздействием влаги грунта со временем будут ржаветь.

Деревянные столбы выбирают при обустройстве простых или, наоборот, элитных ограждений. Природная текстура способна подчеркнуть эстетику конструкции. Однако дерево является материалом, который наиболее подвержен губительному влиянию влаги. В течение нескольких лет после установки в грунт оно попросту сгниет. Заливка бетоном является одновременно защитой и укреплением таких опор.

Бетонные столбы являются одним из самых прочных, долговечных и выносливых типов опор для забора. К нюансу их эксплуатации относится большой вес. Вертикально направленная сила будет способствовать постепенному проседанию стойки в грунт. Ограждение утратит первичную геометрию и даже сможет разрушиться. Для недопущения подобного исхода лучше решение — бетонирование столбов для забора.

Асбестоцементные трубы – это полый материал. При попадании влаги внутрь полости трубы и последующем промерзанием почвы, тонкие стенки асбестоцемента с высокой вероятности потрескаются и разрушаться. Забор, естественно, упадет. Не допустить это позволяет внутренне бетонирование заборного столба.

Ветровая нагрузка на забор

Ветровая нагрузка – это переменное влияние ветра. Ветер воздействует на все здания и сооружения, в том числе и на заборные конструкции. Влияние ветра зависит от скорости, порывов и направления ветра.

Парусность забора

Парусность забора, как принято считать — это площадь полотна, нагрузка которого приходится на один заборный столб. Другими словами ветровая нагрузка  более широкое понятие, а парусность — это та же нагрузка, только конкретная, на единицу измерения.

Чем площадь полотна забора больше, тем, соответственно давление ветра на эту площадь будет сильнее.

Парусность сплошного забора из профнастила увеличивается за счет высоты листа. Так, ветровая нагрузка на забор трехметровой высоты будет в полтора раза больше, чем нагрузка на забор высотой два метра. Но если вместо профлиста использовать штакетник, тогда забор становится продуваемым, следовательно, парусность забора уменьшается в разы.

Прежде чем выбрать опорные столбы – рассчитайте парусность/ветровую нагрузку в своем регионе с учетом габаритных размеров заборного полотна!

Полное бетонирование заборного столба

При полном бетонировании заборного столба нужно залить всю полость скважины цементным раствором. Это один из надежных способов монтажа, если правильно все сделать. Он рекомендован для стоек из дерева, асбестоцемента и других типов опор.

Этапы полного бетонирования столбов для забора следующие:

• Выкапывается яма на глубину от 1,2 метров. Диаметр ямы должен быть в 2-2,5 раза больше размера сечения стойки.
• На дне ямы организовывается подушка. Для этого подойдет песок и щебень мелкой фракции. Подушка нужна для безбаръерного прохождения дождевых вод в нижние слои почвы.
• В отверстие на подушку устанавливается столб. Его нужно зафиксировать.
• Производится заливка под столбы забора цементным раствором. Заливать следует постепенно, вытесняя воздух из раствора.

Классическое бетонирование столбов имеет ряд преимуществ. Одно из них – универсальность метода. С его помощью можно произвести установку любого забора с применением нужного типа столбов. Построенные таким способом ограды будут иметь стабильную геометрию на протяжении всего срока службы. Главное – идеально выставить, закрепить и забетонировать стойки.

Есть у этого способа и минусы. К ним относятся высокая трудоемкость, необходимость в выверенной геометрии при установке, правильный расчет глубины вкапывания. Если заложить опору не слишком глубоко, она может деформироваться от сильных боковых нагрузок. Это важно учитывать при сооружении заборов из профлиста и других конструкций с глухими секциями.

Расчет ветровой нагрузки на забор

Ветер влияет на все постройки, причем по-разному. Давление ветра меняется в зависимости от скорости, направления, плотности воздуха, влажности и т.д. Чрезмерная сила порывистого ветра может вмиг завалить забор, а может постепенно расшатывать до критической точки.

Стоит понимать, что максимальная ветровая нагрузка давит на столбы в том месте, где появляется возможность его согнуть, а именно – там, где столб зафиксирован в земле. То есть, максимальный изгибающий момент находится в точке выхода опоры из земли.

Если опоры будут сделаны из неподходящего материала по толщине металла или по диаметру (сечению), тогда из-за высокой парусности они погнутся и деформируются. Выбрать подходящие опоры вам поможет статья: «Как выбрать правильные столбы для забора»

В целях установки устойчивого к ветровым нагрузкам забора, надо взять опоры потолще да побольше и закопать их как можно глубже.

Чтобы выяснить, какими должны быть эти параметры (толщина металла, диаметр, сечение, заглубление) надо рассчитать ветровую нагрузку.

При вычислениях учитываются следующие факторы:

• высота забора;
• расстояние между пролетами;
• ветровой район;
• тип местности;
• ветровое давление.

Помимо этих основных моментов, для расчета берется еще множество показателей, которые сливаются в единую сложную инженерную формулу.

Но так как забор — это не небоскреб, требующий основательных проектных решений, то вычисления можно упростить.

Расчет ветровых нагрузок – упрощенная формула

Для упрощенного расчета вычислим с какой силой происходит давление ветра на 1 квадратный метр площади забора. После этого мы поймем какой стоит выбирать профиль трубы, чтобы эту нагрузку выдержать.

Воспользуемся формулой:

F = 0,61*V2/9,8

где:

F — сила в кгс;

0,61 — 1/2 плотности воздуха (в нормальных условиях);

V — скорость ветра в м/с.

Итак, поправочный коэффициент плотности воздуха умножаем на среднюю скорость ветра, возведенную в квадрат и все это делим на ускорение свободного падения.

Для того, чтобы вычислить нагрузку на квадратный метр нашего забора нам надо знать среднюю скорость ветра в нашем регионе.Узнаем, какая нагрузка будет на забор при урагане, когда скорость ветра достигает 30 м/с:

0,61*302/9,8 = 56 кгс

Таким образом, при ураганном ветре, нагрузка на 1 кв.м нашего забора согласно расчетам по формуле будет составлять 56 кг.

Что нам дает это вычисление?

Далее, зная площадь забора и расстояние между пролетами мы вычисляем какова будет нагрузка на одну опору.

Предположим, что наш забор высотой 2 м, а длина пролета 2,5 м.

Значит площадь одной секции будет:

S = 2 * 2,5 = 5 м2

5 кв/м*56 кгс = 280 кг

Таким образом, при урагане парусность одного заборного листа (действующая сила ветра) достигает 280 кг.

Далее необходимо найти изгибающий момент, действующий на опору, по формуле:

М = F*L*k,

где:k – коэффициент запаса прочности =1,5;L – точка приложения нагрузки. Считаем, что она приходится на середину профлиста, прибавляем к ней расстояние от земли до нижнего края листа около: 0,3 м. Итого: 1 м 0,3 м = 1,3 м.F — сила в кгс,

Изгибающий момент М в нашем случае получается:

М = 280*1,3*1,5 = 546 кгс·м

Зная изгибающий момент в сечении, можно определить нормальное напряжение в его конкретной точке и исследовать ее напряженно-деформированное состояние. Определение изгибающих моментов является неотъемлемой частью любого прочностного расчета деталей, работающих на изгиб.

Расчет сечения и диаметра опор для заборов из профнастила

Итак, мы получили данные о ветровой нагрузке при урагане и теперь должны выбрать опору, которая выдержала бы данную нагрузку.

Для этого надо определить максимальный изгибающий момент для опорной трубы (заборного столба). И здесь вновь нужно использовать формулу для выполнения расчетов:

М = σW/1000,

где:

σ – предел текучести материала, кгс/мм2 (для стали — 20 кгс/мм2);W – момент сопротивления сечения (мм3).

Момент сопротивления рассчитывается при помощи формул. Также в интернете в свободном доступе есть калькуляторы расчётов. Предположим, у нас труба диаметром 80 мм, и толщина металла – 4 мм – в этом случае момент сопротивления изгибу будет 17 286 мм3, вычислим М по вышеприведенной формуле:

М= 20*17286/1000=346 кгс·м

Таким образом, мы выяснили, что максимальный изгибающий момент нашей трубы составляет 346 кг, а значит данная труба не выдержит нагрузку при ураганном ветре и столб деформируется.

Ниже приведены примеры с уже вычисленными максимальными изгибающими моментами при использовании наиболее часто встречающихся опор. Среди них, как видно из табличных значений, ураганный ветер выдержит круглый столб диаметром 108 мм, а также квадратные столбы 80*80 и 100*100 при толщине металла 4 мм. Столбы меньших диаметров и сечений погнутся.

Стоит понимать, что указанные нагрузки предполагают, что ветер дует прямо перпендикулярно поверхности. На практике, эта ситуация возникает достаточно редко. Чаще ветер дует под определенным углом, проходит по касательной, и при «скольжении» по плоскости забора нагрузка снижается.

Если параметры выбранных вами столбов отличаются от тех, что приведены в таблице, используя вышеприведенные формулы, не сложно будет вычислить самостоятельно максимальный изгибающий момент. 

Примечание. Взятые для примера цифры скорости ветра слишком велики, ведь ураганные ветры на территории России бывают крайне редко. Когда будете выполнять собственные расчеты, учитывайте критерии района и типа местности, а также не забывайте рассчитывать площадь забора исходя из своих личных параметров заборных конструкций. Профессионалы для расчета используют среднюю силу ветра.

Также, при выборе опорных столбов не стоит забывать о глубине промерзания грунта и правилах установки. Подробности здесь.

Сухое бетонирование – бутование

Суть метода заключается в том, что выкопанная яма после установки опоры наполняется сухой бутовой смесью из песка и камня (гравий, щебень). Далее все уплотняется.

Этапы бетонирования столбов для забора сухим способом следующие:

• В намеченном месте на участке выкапывается яма. Глубина должна быть от 1,2 до 1,5 м, не меньше. Ширина ямы равняется двум диаметрам опорного столба.
• В нижней части ямы делается небольшое расширение, чтобы форма напоминала конус. Расширение позволяет усилить основание, повысить устойчивость столба к расшатыванию.
• На дно и стенки крепят гидроизоляционный материал. Подходит еврорубероид, обычный рубероид.
• В яму ставят столб.
• Производится засыпка оставшегося пространства составом из песка и щебня (гравия).
• Осуществляется трамбовка. В процессе смесь можно дополнительно смачивать, просто поливая ее водой. Это позволит лучше уплотнить материал.

Преимущества бутования:

•  простота метода;

•  идеальное решение для установки заборов под сетку рабицу;

•  лучший способ установки временных ограждений;

•  отличное решение на глинистых грунтах;

•  невысокие трудовые и финансовые затраты;

•  высокая скорость работ.

Недостатки сухого бетонирования:

•  не подходит для заборов с глухими секциями;

•  не рекомендован, если монтаж производится в местности с частыми порывами ветра и повышенным воздействием горизонтальных (боковых) нагрузок.

Установка забора на ленточный фундамент.

Самым надежным, хотя трудоемким и дорогим способом установки заборных столбов, является заливка ленточного фундамента. Вариант выбирают при необходимости сооружения тяжелых оград с глухими секциями из профнастила толщиной 0,5-0,7 мм, и высотой 2-2,5 метра.

Прочный ленточный фундамент обеспечивает восприятие усиленных поперечных нагрузок. У заборов высоких с глухими секциями будет присутствовать эффект парусности. Ленточный фундамент лучше чем что-либо другое справиться с ним.

Заливка фундамента позволяет поднять высоту забора до 40 см над уровнем почвы. Это исключит попадание внутрь территории грызунов, животных, мусора и прочего.

Как правильно бетонировать столбы для забора ленточным способом:

•  По предварительно сделанной разметке выкапывается траншея на глубину не менее 35-45 см. Ширина для забора из профнастила может составлять от 10 до 20 см.

•  С намеченным шагом бурятся скважины под стойку. Глубина 20-40 см. Она нужна для фиксации столбика во время заливки и твердения фундамента.

•  В траншее укладывается временная или постоянная опалубка.

•  По всей длине ставят арматуру в виде связанных арматурных прутов. Она является дополнительным креплением, упрочняет бетон от растягивающих нагрузок вследствие пучинистости земли.

•  В скважины устанавливают столбики, которые нужно прочно зафиксировать.

•  На последнем этапе необходимо залить в опалубку цементную смесь со щебнем. Также можно использовать бетон марки М400-500.

После заливки и полного твердения (по технологии 28 дней) можно снимать опалубку и навешивать секции.

Установка заборного столба методом частичного бетонирования

Под частичным бетонированием заборного столба понимают заливку ямы раствором не на полную, а наполовину глубины. Способ позволяет в два раза уменьшить количество цемента. Полученная конструкция будет достаточно прочной, чтобы нести поперечные нагрузки.

Этапы частичного бетонирования столбов для забора следующие:

• Выполняется выкопка ямы, на глубину от 1,2 м. Ширина скважины должна быть от 2 диаметров используемой опоры.
• На дне и стенках следует закрепить гидроизоляцию.
• В отверстие устанавливается столб, который требуется зафиксировать.
• Пространство вокруг опоры засыпается грунтом или песчано-каменной смесью. все это плотно утрамбовывается.
• В оставшуюся пустую половину скважины заливается цементный раствор со щебнем до уровня земли.

Преимущества половинного бетонирования заключаются в следующем:

•  экономия на расходных материалах;

•  скорость выполнения работ;

•  невысокая трудоемкость процесса.

К недостаткам можно отнести недостаточно высокую прочность конструкции, относительно описанных ниже методов. Также данный способ не подойдет при установке забора на участке с высоким уровнем залегания грунтовых вод или на пучинистом грунте.

Финский метод установки заборных столбов

Данный способ бетонирования столбов для забора из профнастила практически идентичен с предыдущим (полным). Главная тонкость – перед установкой опоры и заливкой раствора, в яме нужно закрепить пластиковую водосточную трубу. Ее длина должна быть не ниже уровня земли. Диаметр – в 1,5-2 раза больше, чем размер сечения стойки. Далее нужно установить стойку и залить бетон.

Финский метод лучше за счет пластиковой трубы. Она позволяет защитить фундамент от влаги. Также пластик способствует распределению нагрузки по всему объему затвердевшего цемента. Это снижает вероятность разрушения бетона от воздействия поперечных нагрузок. Такие достоинства делают метод бетонировать цементом по-фински одним из самых востребованных.

Фотоотчет 1: обычный забор из досок (штакетник)

Эту ограду ставили с периодической помощью — то нанятых, то добровольных помощников, но большая часть забора собрана своими руками хозяином. Доски сначала обработали, затем завезли на участок уже готовые к использованию.

Основная работа была проделана под зиму — были вырыты мотобуром, взятым в аренду, ямки. Главное смотрите, чтобы бур был несточеным. Тогда процесс идет тяжело даже на нормальном грунте. У нас так и было: первый день пробурили только 6 лунок и приуныли: это сколько все остальное делать?

Хорошо сосед подсказал заменить лезвие. С новой режущей частью все остальные сделали за световой день. Бурили немного ниже глубины промерзания грунта. Промерзает на 1,2 метра, глубина лунок — 1,3 метра ( перестраховка «на всякий случай»), расстояние между лунками 3 м. Натянули шнур между угловыми отметками, разметили 3 м участки (доску кидали). В результате получилось ровно.

После в лунки насыпали по ведру щебня, вставили гильзу из свернутого в два слоя рубероида. В эту гильзу вставляли столбы 60*60 мм со стенкой 3 мм. К ним предварительно внизу были наварены отрезки арматуры — чтобы лучше держались, а еще уголок «сороковку» под крепление будущих лаг. Столбы перед установкой, вернее задолго до нее, ошкурены и покрыты сначала антиржавчиной, потом двумя слоями краски.

Самое важное правильно выставить столбы. Делали это тоже при помощи шнура. Выставили угловые столбы строго по уровню. Сначала один выставили, чтобы он торчал на 1,8 метра, потом его перенесли при помощи лазерного уровня на второй, который стоит на таком же уровне.

Эту операцию повторяли со всеми «ступеньками». Раскосы и упоры помогли удержать ключевые столбы пока, заливали бетон марки М 200. После того как раствор схватился, между столбами натянули нити — одна вверху, отмечала верхушки столбов, вторая посередине высоты — по ней ориентировались при выставлении остальных столбов.

После того, как залили бетоном (за несколько дней) все столбы, приступили к заливке цоколя. Сделали переносную опалубку из сосновых досок. Переставляя ее, постепенно залили цоколь. Глубоко не закапывались — сняли только дерн. В результате получили столбы, между которыми залита бетонная лента.

О том, какой лучше делать фундамент для забора читайте тут.

Древесина была сухая, покрашена антисептирующим составом, который цвет немного осветлил. Получились светлые доски. К установленным столбам прикрепили опорные бруски — лаги — сечением 50*100 мм. По верху пустили планку сознательно. Во-первых, внешне так больше нравится, во-вторых, торцы досок с открытыми порами защищены.

При монтаже штакетника важно установить первую доску строго вертикально. Проверяли отвесом (пару раз обманул уровень, так теперь везде, где важна вертикаль, проверяем отвесом). Дальше дело техники. Монтировали доски не вплотную, а с зазором 1,2 см. Чтобы зазор был выдержан стабильно, найдена такой толщины доска (вагонка) и отрезан кусок той же длины, что и забор — 1,8 м.

Работа идет так: берем готовую штакетину и полосу вагонки. К уже прибитой прикладываем вагонку, ее подпираем штакетиной, выравниваем верх, затем крепим двумя саморезами к каждой лаге. В результате зазор получается одинаковый. Но такой фокус возможен, если доска имеет идеальную геометрию.

Относительно зазора. Размер (1,2 мм) оказался идеальным. Если смотреть снаружи — ничего не видно, а изнутри улица неплохо просматривается.

Насчет преимуществ деревянного забора: соседи, у которых забор из профнастила обзавидовались: летом у меня во дворе было прохладно, у них — как в духовке, под забором погорели все цветы. У нас — буйство красок до самой поздней осени.

Фотоотчет 2: горизонтальный забор из необрезной доски «шахматка»

Этот забор, как из сказки. Он частично собирался самостоятельно владельцем участка. Нанятые работники копали ямы, ставили столбы. Работы по металлу — резка столбов и заваривание верхушек — заслуга друга. Все остальное, включая обработку доски и сборку секций забора, сделано руками хозяина и его жены (покраска).

Необрезная доска использовалась толщиной 20 мм, ровные грани отшлифовали на лисопилке (по договоренности), обзол снимали самостоятельно и потом шлифовали машинкой, после чего покрыли антисептиком «Дюфа» на водной основе, цвет тик. Наносили широкой кистью в два слоя. Вот результат трудов.

На столбы использованы металлические профилированные трубы квадратного сечения: 60*60 мм, толщина стенки 3 мм. В ним с двух сторон прикреплены обрезные доски 150*30 мм. Крепили на расстоянии 10 см от верха, потом на 100 см и 190 см. Складывался «бутерброд из двух досок, сверлился насквозь, все скреплялось болтом с самоцентрирующейся шайбой.

Столбы общей высотой 3 м на 1 м забетонированы  в грунт. Выставлены по шнуру, натянутому между предварительно установленными контрольными столбами. Процедура стандартная, необычно только то, что верхушка (2 метра, которые остаются над землей) замотана пленкой.

Порядок сборки такой:

• Выбираем первую доску с ровным нижним краем.
• Измеряем расстояние между столбами, отпиливаем от доски кусок на 1 см короче измеренного расстояния (чтобы нормально становились).
• Промазываем отпиленный торец антисептиком.
• Устанавливаем первую доску на 5 см выше грунта, фиксируем струбцинами. В каждый край изнутри закручиваем два самореза (45 мм).
• Установка вертикали. Находим середину, вставляем планку, в землю не упираем, край висит. Фиксируем двумя шурупами в верхней части установленной доски.
• Установка новой планки. Она перекрывать должна даже самый большой выступ нижней. Также она закрывает шурупы, которые держат среднюю планку.

Эта последовательность сохраняется до самого верха. Так постепенно набирается прогон. Обратите внимание, что бывшие обзолы имеют скошенные края, они все смотрят «на улицу»: чтобы капли дождя скатывались наружу.

Чтобы получить ровную верхнюю кромку, их выбирали, обрезали, прокрашивали антисептиком, а крепили уже потом — под финал, выравнивая все верхушки в одну линию.

Фотоотчет 3: забор плетенка из дерева

Еще один вариант выполнен практически «соло». Плетеный деревянный забор своими руками собран почти без постороннего участия. Иногда в помощниках — на покраске столбов — работала жена, второй помощник — собака.

Для горизонтального забора из гнутых досок, который еще называют плетенкой, иногда — австрийской плетенкой, использованы следующие материалы:

• для столбов профильная труба 60*60 мм, шаг установки 2,7 м;
• доска обрезная, строганная 100*20 мм, длиной 6 м;
• промежуточный брус 50*50 мм, но лучше брать меньше — удобнее гнуть;

Доски решено красить антисептиком с темным пигментом, столбы — светло-серым. Издали на темном фоне как стежки. Кому не нравится — красьте в тон с досками.

Основное время отнимает покраска и сушка досок. Если они готовы, собирается все довольно быстро: крепеж минимальный, крепится только первая доска в уровень, остальные выставляются на нее. Доски шестиметровые, заплетаются вокруг трех столбов. Между столбами расстояние получается порядка 5,4 -5,5 м, остаток торчит, но результат смотрится оригинально.

Основной фокус — сплести первые три доски. Без промежуточных брусков они просто укладываются: две с одной стороны на ребро, одна с другой. Потом их нужно так расположить, чтобы они находились одна над другой. Если есть два помощника — они держат доски у двух ближайших столбов, а третий человек гнет доски и вставляет промежуточный брус.

Если делаете плетеный деревянный забор из досок своими руками, при сборке удобнее не складывать пролетами, а идти горизонтально. Сначала заплели во всю длину нижние три доски, выставили уровень и закрепили. Потом собирали остальные — по мере высыхания краски.

Более простой вариант — только три столба и более короткие доски — показан в видео. Тут столбы сделаны из древесины, показана технология их установки. Неплохое видео — весь процесс монтажа понятен.

Выводы

На всех трех примерах явно прослеживается два этапа, которые, если деревянный забор делать своими руками, отнимают много времени. Первый — установка столбов и заливка фундамента или цоколя. Вторая — работа по подготовке древесины. Если участок новый, не обжитой, возникают проблемы с сохранностью, а процесс покраски, и, тем более, шлифовки — длительный.

Если все материалы будут готовы, деревянный забор своими руками вы сделать сможете довольно быстро. Сам монтаж древесины занимает не очень много времени. Из всей длительности строительства 40% времени уходит на подготовку досок, еще 20% — на подготовку столбов, если они металлические и 10% — если деревянные, еще 20% на их установку (столбов). Соответственно, на сборку приходится не так много времени.