Проектирование перголы

Проектирование деревянной перголы с волнообразной крышей для приусадебного участка.

Год реализации: 2023

Продолжительность: 13 дней

Стоимость: 52 600 ₽

1. Разработка концепта

Классическая пергола представляет собой решетчатый навес, который со временем обрастает вьющимися растениями. Пергола защищает от прямых солнечных лучей, а также выполняет декоративную функцию в садах и парках.

Пергола, как правило, имеет простую конструкцию — обрешетку на опорах. Однако, встречаются и достаточно сложные конструкции, которые зачастую используются без вьющихся растений.

В ответ на запрос необычной перголы, мы предложили использовать волнообразную крышу.

Конструктивное решение оказалось достаточно универсальным и гармонично вписалось в различные экстерьеры приусадебных участков.

2. Технологическая проработка

Изящные формы, как правило, сложны в производстве и монтаже. Разработанный концепт не был исключением. Далее кратко рассмотрим основные сложности реализации задуманного концепта.

2.1. Узлы соединения

Соединение элементов деревянной перголы может быть выполнено контактным или механическим способом. Контактные соединения всегда выполняют "впритык", при этом удерживаются они исключительно трением материала. Механические соединения предполагают использование шурупов, шпилек, нагелей (шкантов) и другого крепежа.

Контактные соединения изящны, но чрезвычайно сложны в выполнении и часто требуют усиления в виде скоб или накладок.

Для садовых конструкций из дерева часто используют специальные кронштейны. Они позволяют ускорить монтаж и снизить требования к подгонке торцов соединяемых элементов. Очевидно, что такие кронштейны стандартны и для нашей конструкции перголы не подходят из-за кривизны продольных мауэрлатов, но могут быть взяты за основу.

Наша пергола предполагает четыре вида кронштейнов для соединения опор и мауэрлатов, а также 26 видов кронштейнов для крепления обрешетки (точное количество кронштейнов было определено на этапе моделирования). Точки засверливания под шурупы были вынесены на верхние грани кронштейнов, чтобы они были незаметны.

Откуда такое разнообразие кронштейнов для обрешетки? Все дело в вертикальном расположении бруса обрешетки и взаимном расположении волн (в противофазе). Для правильной ориентации бруса необходимо деформировать прямоугольный профиль кронштейна в параллелограмм, углы которого определяются положением точки соединения на мауэрлате. Каждый гребень (период) содержит по 2⨯5 уникальных параллелограммов и еще три вида на опорах. Итого, с учетом противофазы: (2⨯5 + 3)⨯2 = 26 уникальных кронштейнов.

Для крепления обрешетки кронштейнов вполне достаточно, т.к. нет большой нагрузки. А вот соединение мауэрлатов с опорами следует усилить дополнительными контактами со стягивающими шурупами.

2.2. Мауэрлаты

Продольные мауэрлаты у нашей перголы имеют форму волны, которую удобно делить на сегменты (полупериоды). Каждый такой мауэрлат будет состоять из шести сегментов четырех видов.

Профиль мауэрлатов квадратный — 90⨯90 мм, но за счет изгибов криволинейные сегменты нужно будет выпиливать из брусков 200х100 мм. Длина каждого криволинейного сегмента не более 1500 мм.

2.3. Обрешетка

Профиль бруса обрешетки прямоугольный — 90⨯40 мм. Даже с учетом нормированных торцов (горизонтальные участки), легко выпиливаются из бруса 120х50. От варианта без нормирования торцов пришлось отказаться, т.к. в этом случае количество уникальный форм кронштейнов увеличится в два раза.

Как и с кронштейнами, имеем 13 уникальных положений бруса.

2.4. Устойчивость конструкции

Пергола может стоять "голой", а может быть объята всевозможными вьюнами. Плотно обвитая обрешетка может накапливать снежный настил не хуже обычной крыши. Поэтому важно учесть не только ветровую, но и снеговую нагрузки. Следует помнить, что даже "голая" конструкция может накапливать внушительное количество снега.

Пергола предполагалась к установке в г. Самаре, что соответствует IV снеговому району. Это означает, что масса снегового покрова может достигать 9 т на всю поверхность обрешетки. Также необходимо учесть неравномерность распределения нагрузки по опорам, которая в рассматриваемом случае составляет порядка 18%.

Если пергола будет выполнена из лиственницы, то минимальный предел механической прочности на сжатие вдоль волокон составляет 255 кг/см². То есть будет достаточно опор-реек, сечением 20⨯20 мм. Разумеется, еще нужно учесть вес конструкции и ветровую нагрузку, что увеличит сечение до 45⨯45 мм. Увеличим сечение до 90⨯90 мм, иначе опоры будут выглядеть сюрреалистично.

Однако, слабыми местами конструкции являются не опоры, а узлы соединения мауэрлатов и кронштейны обрешетки. Контактные соединения в Т-образном кронштейне сокращают сечение мауэрлата вдвое, а остальные кронштейны большей частью держатся на стягивающем усилии шурупов. Кронштейны обрешетки одни из самых нагруженных, поскольку должны выдерживать до 120 кг каждый.

Чтобы исключить крушение перголы, можно сделать 3-кратный запас по толщине металла, либо выполнить прочностной расчет. Металла нам не жалко, но эстетика требует умеренности в его использовании. Поэтому делаем расчет.

Деформацию нам важно держать в пределах текучести металла, поэтому линейного анализа будет вполне достаточно. Результаты показывают, что с нагрузкой справятся даже кронштейны из низкоуглеродистой стали толщиной 2 мм.

3. Проектирование

3.1. BIM-модель

Геометрическая модель перголы была выполнена с уровнем детализации LOD400, что позволяет использовать ее как для выпуска конструкторской документации, так и для непосредственного изготовления на станках с ЧПУ.

Все кронштейны выполнены из листового металла. Раскрой минималистичный, но с обязательным соблюдением симметрии. Например, Т-образный тройник можно было раскроить одним листом, но тогда гибы были бы не симметричны, и это бы бросалось в глаза даже после шлифовки.

3.2. Выпуск конструкторской документации

С документацией правило одно: хозяин — барин. По идее здесь конечно СПДС, но бывает, что хочется ЕСКД или вообще ASME(ANSI). Это все допустимо и практически не влияет на трудоемкость выполнения. Если не считать эмпирических единиц измерения (английские меры), то работать по таким чертежам достаточно легко, многих даже не смущает третий угол проекций.