Расчеты деревянных элементов беседки, крыльца, навеса: стропила, опорные балки, опоры, подкосы

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

@Valcon, Идёте в калькулятор перекрытия https://mycalcs.ru/floor/, ставите пролет 5,6м, сечение 260х90 (это с поправкой на более высокую жёсткость LVL) и смотрите, что получится.
Ставим нагрузку от конструкций 50, нормативную для жилого помещения 153, для вещи хранить 71,5.

Нужно было сразу делать схему с "центральным коридором", тогда было бы проще и с крышей, и с перекрытием. Можно ли сейчас сделать несущую стену из перегородки, я не знаю.

 

Спасибо.
Ввел значения.
Везде стоят зеленые галочки, кроме нижней строки в колонках
Прогиб
Физиологические требования (СП 20.13330.2016)
Зыбкость (СП 29.13330.2011)

Это что означает?

 

@Valcon, Это значит, что не провалится, но будет несколько "зыбким". Но это, без нагрузки от крыши.

Теперь идём сюда https://mycalcs.ru/truss/a-frame и смотрим, какое будет усилие растяжения на нижней затяжке и какое нужно сечение стропил. Высота нижней затяжки 0, высота верхней затяжки (скорее, ригеля) 0 (если её нет) или фактическая высота.

 

Вот, что получилось.
Один красный крестик.

 

@Valcon, 1450 кг - это примерно 27 гвоздей 4х100 - 4х125 в соединении стропил с нижней затяжкой и двух частей затяжки друг с другом. Или 6 болтов М12.
В принципе, подъемный вариант.
Посмотрите ещё, что будет без верхнего ригеля, с одной нижней затяжкой.
Стропило с затяжкой, лучше соединять над мауэрлатом, а не как на рисунке, на вынесенном за периметр конце балки перекрытия.
Если уж разошлись на LVL, может цельным брусом оба пролёта перекрыть, без лишних стыков? Заодно, у 2-пролетной балки зыбкость будет поменьше.
В итоге получим:
- висячая стропильная система, без всяких добавок, безопасная для хрупких стен.
- балки перекрытия из LVL, с опорой на промежуточную стену, одновременно являющиеся затяжками. На растяжение уйдёт в пределах 10% несущей способности балок, такой запас у нас есть.
- над левой частью здания, не делать эксплуатируемую часть чердака, опереть или подвесить балки перекрытия (затяжки) на поперечную балку или на пару поперечных балок.
Если крыть гибкой черепицей, с основанием из ОСП, крыша будет достаточно жёсткой сама по себе. Если чем-то другим, то не пожалеть ветровых связей, чтобы не давила на слабые фронтоны.

 

Допустимо ли опирание затяжки на центральную стену?

Вчера, в который раз, прозвучал этот вопрос (@MaxG2012, привет!). Откуда он взялся?
Многие знают, что нижний пояс ферм, посчитанных как фермы с двумя опорами, недопустимо опирать на промежуточные стены, нужно оставлять между фермой и стеной зазор, позволяющий ферме свободно прогибаться.
Это потому, что при появлении дополнительной опоры, ферма начинает работать совсем не по той схеме, на которую была рассчитана. Растянутые элементы могут стать сжатыми, возрастут нагрузки на отдельные элементы и т. п.
Например, если нижний пояс даже такой простой фермы, как king post (она же, висячая система с бабкой) опереть на промежуточную стену слишком близко к середине, бабка непринужденно превратится в стойку.
Висячую стропильную систему (два стропила и затяжка) тоже можно рассматривать как простейшую ферму с двумя опорами, отсюда и периодически возникающий вопрос.

Сосредоточимся на варианте висячей системы с нижней затяжкой, на уровне мауэрлатов. Чаще всего, в этом случае затяжки стропильной системы одновременно являются и балками чердачного перекрытия. Трудно придумать комбинацию нагрузок, при которой в затяжке появилось бы сколько-нибудь заметное сжимающее усилие. Она всегда остается растянутой, а если точнее - растянуто-изогнутой. Изгибаться ее заставляет собственный вес, вес потолка, утеплителя (если чердак холодный) и т. п.
Как мы считаем растянуто-изогнутые балки? СП 64 по этому поводу говорит:

Немного переиначим формулу:
То есть, нужно посчитать задействованную долю допустимой нагрузки на растяжение и прибавить долю допустимой нагрузки на изгиб. Если получилось меньше 100%, то и славненько.

Посмотрим на ситуацию из предыдущих сообщений. Я грубо нарисую.

Предположим, у нас висячая система с нижней затяжкой. Стропила из досок 250х50, затяжка цельная из LVL 260х75. Утепление по скатам, шаг стропил 64 см пц. Стропила получаются длиннее 6 м (малиновая стрелка), но пока про это забудем.
Идем в калькулятор висячих систем https://mycalcs.ru/truss/a-frame, пытаемся посчитать. Натыкаемся на странное ограничение ширины фермы 10285 мм. Тогда, идем по подобию: масштабируем все размеры так, чтобы ширина стала 10 метров, потом корректируем результат на коэффициент подобия.
В результате, получаем усилие на нижней затяжке около 1200 кг.
Гвозди 100-120-125х4 в межэтажном перекрытии держат около 60 кг, то есть в соединении стропило-затяжка требуется около 20 таких гвоздей.
Много или мало 1200 кг на растяжение балки LVL 260х75? Допустимая нагрузка на растяжение (LVL 2/К40) около 35 тонн, мы используем в пределах 3.5%.

Переходим к изгибу. Мы задумали разместить на чердаке жилое помещение. Расчетная нагрузка на перекрытие, около 250 кг/м2 (160 кг/м для балки перекрытия), нормативная около 200 кг/м2.
Проверяем:
- прочность, запас 3.29 раза, то есть использовали около 30.5% несущей способности балки. Вместе с растяжением, мы задействовали около 34% несущей способности.

- прогиб 1/360 при нормативной нагрузке - запас 2.21 раза
- прогиб, эстетические требования - запас 7,3 раза.
- прогиб, физиологические требования - не знаю, как тут считать.
- зыбкость. Если "пошарить" вправо от середины большого пролёта, то найдется точка максимального прогиба под нагрузкой 200 кг. Это будет прогиб 4.54 мм. Конечно, это не требуемые 2 мм, но кое-что можно исправить, постелив на балки толстую фанеру.

Будет продолжение, для затяжки из 2-х частей, с соединением на промежуточной опоре.

 

Переходим к частому случаю, когда ширина дома больше, чем ходовая длина пиломатериала. Затяжку придется стыковать или в пролёте, или на одной из промежуточных опор (если они есть).
Выбор иногда непростой: варианты разные по трудоёмкости, по использованию имеющегося материала и его остатков и т. п. Для некоторых вариантов есть калькуляторы (пункт 1.8 в первом сообщении темы)

К сожалению, я поторопился с обещанием дописать вторую часть, так как для случая @Valcon, эти калькуляторы могут не подойти. Из контекста можно предположить, что он уже заказал балки LVL 260х75 на большой пролёт, и тогда наиболее разумный вариант - соединение затяжки на опоре накладками.

А я забыл, что такой вариант я на форум не выкладывал. Калькулятор с накладками на опоре у меня был почти сделан, но я его тогда не стал выкладывать по причине некоторой "замудрённости". Сейчас покажу, в чём дело.
Ставим на большой пролет LVL 260х75 (её деревянный эквивалент по жёсткости 260х90). На меньший пролёт, доску 250х50 (она подешевле), стыкуем накладками из обрезков доски 200х50, длиной по 1.2 метра, с двух сторон. Центры групп гвоздей находятся в 10 см и 50 см от места стыка, что дает необходимый отступ от торца досок.
Нагрузка (как на балку перекрытия) расчетная, 160 кг/м, сама накладка не нагружена.
Случай А. Накладка приподнята над опорой, на опору опираются только концы частей балки

Пунктирной линией - прогиб цельной балки из LVL.

Случай Б. Только накладка опирается на стену, концы двух частей балок немного приподнимаются над опорой.

Ближайшие к стыку соединения резко, в 2-2.5 раза, "разгружаются".

А если пофантазировать, то, наверное, в результате неравномерной усушки элементов, при сильно разных пролётах и неравномерной нагрузке, можно заставить опираться одной частью балки и накладкой, или еще как-нибудь Вот поэтому, я назвал ситуацию "замудрённой".

Или можно не пытаться увеличить жёсткость перекрытия длинной накладкой, а поставить короткую, с одной группой гвоздей с каждой стороны от стыка.
Но тут, другая проблема: под расчетной нагрузкой, угол наклона (на опоре) балки LVL над большим пролетом - около 10.5 мм/м, балки 250х50 над меньшим пролётом - около 6 мм/м. Нарисовав гвоздевую группу, мы увидим, что она будет "скручиваться" относительно своего центра, давая смещение на самых дальних от центра гвоздях порядка 1 мм (что соответствует тому, что гвоздь будет полностью нагружен, или даже перегружен.

Возвращаясь к соединению затяжки длинной накладкой. Проще всего реализовать случай А, взяв накладки уже балки и приподняв их над опорой. Там у нас было 80 гвоздей, по 40 с каждой стороны балки, по 40 с каждой стороны стыка, всего 8 групп по 10 гвоздей.
Вертикальная нагрузка на 2 гвоздевых группы, была 860-865 кг, до 432.5 на каждую.
Разделим горизонтальную нагрузку на 4 группы, получим по 300 кг на группу.
Вроде бы, нормы этого не требуют, но я бы использовал коэффициент совместной работы 0.9, и поставил нагрузку на группу 333 кг. Получим примерно такую картину:

При изменении нагрузки на перекрытие, от нуля до расчетной, и нагрузки на стропильную систему от собственного веса до расчетной, суммарные векторы нагрузки будут попадать в одну из точек внутри серых прямоугольников.
Максимальная нагрузка на гвоздевую группу (при сочетании расчетной на перекрытие и расчетной на стропильную систему) будет 546 кг, что потребует как раз по 9-10 гвоздей на группу.

 

Как-то выглядит сомнительным нахлест накладок на балки с разной толщиной - 75 и 50 мм. Или это пока только теория?

 

Спасибо, Максим, хоть один внимательный нашелся.

Хотел @Valcon, денег сэкономить. Заодно, показать, что можно считать соединения разнородных материалов, а про толщину-то и забыл. .
Значит, придется стыковать 2 куска LVL, если 6-метровые уже куплены. Или затейничество, типа накладок переменной толщины. Лучше всего, конечно, получится с цельными балками из LVL.

А если на доски 250х50 перейти, с теми же накладками, перекрытие получится не очень. Или, если делать из досок, добавить между каждой парой затяжек промежуточную "просто балку".

В общем, с самого начала шла речь о том, что ситуация довольно тухлая.

 

В случае если в ферме присутствуют стойки и раскосы да. Но ведь в случае простейшей стропильной системы с затяжкой на уровне маурлата их нет и сама затяжка испытывает растяжение.

Если таки упереть насколько изменится ситуация

 

Об этом и речь. Простейшая "ферма", которую можно безбоязненно подпереть снизу.

На том примере с цельной затяжкой из LVL, который рассматривался, если убрать стену:
- напряжение в затяжке вырастет в 3,83 раза
- прогиб увеличится в 19,7 раз.
Или я не понял вопроса.

 

Извиняюсь за молчание, забегался...
Спасибо за развёрнутый ответ.
LVL уже на участке, но как и писал ранее - только на пролет 5,8 метра.
Я не пытаюсь экономить, это мои друзья ерундой занимаются, я лишь пытаюсь помочь им найти решение в их бюджете.
Когда выгружали LVL, хозяйка сказала - и вот за это я отдала такие деньги...
Больше мне таких вариантов не предлагай...

Теперь о еще одном варианте, который мне предложил один строитель, он сказал, что они так делали, все стоит как надо.
Попробовал показать на рисунке.

 

Художник из меня не очень, попробую объяснить.
Каждые 2-3-4 метра (точно не знаю сколько) ставится опора, на нее кладется сшитый из 2-3 досок 50х250 прогон во всю длину дома - 14 метров, один ряд по оси внутренней несущей стены, а второй на LVL над коридором, по перегородке 150мм делаем армопояс для распределения нагрузки.

 

Насколько я помню, система на картинке, которую считает калькулятор Вадима - она распорная. Это плохо, для хрупких стен.
Есть другая система такого типа, которую делали в настоящем ДубльДоме. В центре, на два прогона опирается треугольная "крышка". По скатам, наслонные стропила. Если под прогонами есть стены и стойки стоят достаточно часто, то система безраспорная. И длина стропил укладывается в 6 метров. И пролёты перекрытия поменьше.

Но я, вроде, писал, что можно было сразу делать систему с "центральным коридором", с двумя несущими стенами по центру дома.
Не знаю, можно ли из перегородки сделать несущую стену, я больше деревом интересуюсь.

Кстати, какой снеговой район? Севернее и восточнее СПб - 4й, южнее и западнее - 3й. И какой угол ската у крыши?

 

Примерно так они (прогоны) пойдут в плане.