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

Как не «начудить» с планировкой

Введение. Навеяно одной из тем на форуме. Как многие знают, в каждой даме прячется дизайнер, и немного архитектор. Эти скрытые способности, неожиданно открываются, когда приходит время ремонтировать новостройку, или строить дом. Дама начинает во множестве рисовать варианты планировки, размещать «акцентные стенки», арки, фигурные стыки разнородных напольных покрытий, и всякое такое. Кажется, что ей все подвластно, тут можно сдвинуть стену на полметра, там запланировать просторную кухню-гостиную 5х6 метров и т. п. Потом, происходит столкновение с суровой правдой жизни: что сколько стоит, и насколько оно сложно реализуется (и реализуется ли вообще).
Есть и другой, скорее «мужской» вариант. Ввязаться в стройку, с мыслью «люди же и не такие дома строят» выстроить коробку из газобетона в 1.5 этажа, залить армопояс, а потом думать «а как сделать пол в комнате 5-метровой ширины, и как же все это крышей накрыть». Неожиданно выясняется, что в «нужных» местах не на что опереться, нет несущей стены, а под костыль (в виде дополнительного столба) не заложен фундамент. История строительства переходит в стадию подбора металлических двутавров, деревянных двутавровых балок перекрытия и коньковых балок из LVL эпического сечения.
Понятным образом, «свободных» планировок почти не бывает, они так или иначе должны быть увязаны с общей конструктивной схемой здания. У меня есть немного времени (выздоравливаю после болезни).
Я попробую сформулировать несколько вариантов, где (в заданных рамках) можно «чудить» с планировкой, как душе угодно, оставаясь в рамках простых конструктивных решений.

Речь пойдет про дома, со стропильной системой и перекрытиями из дерева, с максимальным сечением досок 200х50 (точнее, сухих 195х45), прямоугольные в плане, с двускатной крышей, шаг стропил около 63 см. Снеговой район – наиболее массовые III-IV. Оценки - грубые, цифры - примерные, мнение - частное.

Вариант 1. Одноэтажный дом с висячей стропильной системой.

Начнем снизу. Цокольное перекрытие, должно обеспечить нам комфортное пребывание в доме, без эффекта «батута», звона бокалов в буфете и прочих эффектов. При лагах 195х45, лучше расположить прогоны, на которые они опираются, с «классическим» шагом 2-2.4 м, максимум 3 м. При шаге прогонов меньше 2 м, можно использовать даже лаги 145х45. Собственно, вопрос комфортного пола решается за счет стоимости фундамента – добавкой дополнительных рядов свай, дополнительных ленты МЗЛФ и т. п.
Висячая стропильная система с нижней затяжкой. Тут несколько моментов:
1. Выбор угла ската. Усилие растяжения на затяжке, обратно пропорционально высоте конька. При небольшом угле ската (низком коньке), соединение затяжки со стропилом может потребовать по 20 и больше гвоздей. Тут уже, без кропотливой забивки по разметке, не обойдешься. К тому же, при угле ската больше 30°, уменьшается расчетная снеговая нагрузка. С точки зрения конструктива, лучше выбрать угол 40-45°, или даже больше. Но, на одноэтажном доме, крыша с таким углом может смотреться несуразно.
На рисунке, угол ската 30°, и предельные размеры (очень примерно, 8-7 м для III-IV СР) даны для этого угла.
2. Потолок и утепление. К нижней затяжке, обычно крепят потолок, оставлять затяжки открытыми - не очень эстетично. Наиболее естественное решение в этом случае – холодный, полностью необитаемый чердак, горизонтальное утепление по чердачному перекрытию. Отсюда, под собственным весом, весом потолка и утепления, затяжка становится растянуто- изогнутой, прогибаясь внутрь помещения. При пролете метров 5-6, прогиб становится достаточно заметен, к тому же, при длине больше 6 м, затяжку нужно делать уже из двух досок, и где-то стыковать. При достаточно большом пролете, лучше добавить бабку (подвес), превратив стропильную пару в элементарную ферму (king post).

Конечно же, для своих конкретных параметров нужно делать проверочный расчет, но в общем случае мы получим длинное прямоугольное помещение, шириной до 7-8 метров, в котором перегородки можно рисовать почти как угодно.
То есть, будут, конечно, некоторые ограничения, связанные с жесткостью стен. В срубах, на длинных стенах делают дополнительные перерубы. В каркасниках, хорошо бы иметь кое-где поперечные жесткие стенки. Но, если речь идет не об ангаре для сельхозтехники 25х7 метров, а о жилом доме – эти дополнительные перегородки появятся «естественным» путем, нужно только сделать их достаточно жесткими.

Вариант 2. Одноэтажный дом с центральной стеной.

С цокольным перекрытием, все точно так же.
Наслонная стропильная система из доски 195х45, позволяет перекрыть скаты где-то по 3.75-4.25 метра. Угол ската, можно сделать почти любой разумный, насколько позволяет выбранный кровельный материал. Например, гибкой черепицей – от 12°, рулонными материалами или фальцевой кровлей – еще меньше. Можно сделать горизонтальный потолок, можно утеплить по скату.
Если пролета 3.75-4.25 м совсем не хватает, и планируется горизонтальный потолок – можно поставить лаги чердачного перекрытия 195х45, и заставить их работать совместно со стропилами https://www.forumhouse.ru/posts/28462760/, увеличив доступную величину пролета где-то до 5.5-5 м (для III-IV СР).

Теперь, что же такое «центральная стена». Это может быть, действительно, сплошная несущая стена. Но вообще-то, в ней можно в произвольных местах делать не смежные проемы шириной 2-2.5 метра. «Не смежные» - значит, что между проемами должен быть короткий кусок стены, или хотя бы одиночная стойка. В пределе, «стена» - это ряд стоек с шагом до 2.5 метров.
2.5 метра – это пролет, который можно почти всегда перекрыть при заданной ширине кровли (5.5-5 м для III-IV СР) самодельной составной балкой из досок ходового сечения. Чем меньше снеговая нагрузка и чем уже дом – тем большие проемы можно сделать в стене, зачастую и 3, и 3.5 метра. Но это нужно считать и проверять.
Таким образом, планировка уже не вполне «свободная», но простор для рисования – достаточно большой. В конце концов, в квартире «свободной планировки» тоже зачастую стоит несущая стена или колонна, которые трогать категорически нельзя.

Вариант 3. Двухэтажный дом с висячей стропильной системой и центральной стеной на 1-м этаже.

Все как прежде, но добавилось межэтажное перекрытие. Как я уже упоминал, с доской 195х45, на пролеты больше 3 м замахиваться не стоит. Применив комплекс мер для повышения жесткости: перекрытие одной лагой нескольких пролетов, или соединение лаг соседних пролетов накладками или с большим «нахлестом» на опоре, сделав черновой пол из толстых листов фанеры или ОСП – сможем замахнуться, разве что, на 3.3-3.5 метра.
Замечу, что ограничение на ширину кровли – это исходя из соображений надежности и безопасности, а вот на пролеты лаг – из соображений комфортности проживания. Можно сделать пролеты и побольше, они не провалятся, но и должного комфорта уже не получится.
В итоге, у нас «свободная» планировка на 2-м этаже, и «полусвободная», с центральной стеной, на первом. На центральную стену, опирается уже не крыша, а межэтажное перекрытие, проемы в ней вполне могут достигать и 3-3.5 метров (а по расчету и 4+), в не очень большом доме может быть достаточно 1-2 стоек по центральной линии этажа, или 1-2 перегородок, пересекающих эту центральную линию.

Замечу, что речь сейчас шла об основной конструктивной схеме. Для удовлетворения страсти к дизайну, унылую двускатную прямоугольную коробку можно украсить кукушками, эркерами, крылечками, пристроенными террасками и прочим, по вкусу.

Еще 4 схемы, я дам без комментариев – надеюсь, все уже более или менее понятно. В трех схемах, можно сделать дом в «полтора» этажа.

 

@SergeChe, давайте я Вас спрошу, дизайнерский зуд покоя не дает.
На перспективу отрисовываю себе домик на основе проекта Калевала (сам он мне велик, но очень нравится). Там стена со спальнями 6 метров (красным на картинке). Сильно ли будет удорожание и усложнение, если стеночка будет 7 метров ? Спасибо.

 

Вообще, в таких случаях нужно сразу планировку прикладывать. Дьявол, как известно, в деталях.

Если это та самая планировка, то

В основном, пролеты по 3 метра, один пролет 3.9 метра.
Если стеночка будет 7 метров, и все изменится пропорционально: пролеты будут по 3.5, один так и останется 3.9.
Ну, будет некоторое удорожание, в связи с изменением общих размеров. К примеру, 6 метров, можно было бы перекрыть одной доской, а 7 - уже двумя досками по 3.5 (или по 4 метра, "с нахлестом"). Но, в каркасном строительстве, всегда найдется место, приткнуть обрезок доски 1.5-2-2.5 метра. А вот перехода к двутаврам, фермам и т. п. - не просматривается.
Вывод: заметного удорожания и усложнения не будет.

 

Дай Вам Бог здоровья!

Собрал Вашу памятку в pdf-файл. Надеюсь, не возражаете?

 

@SergeChe, спасибо большое !
Вот как раз о шестиметровых досках и думала, но там же есть свесы крыши и они не нулевые, как в барне. Значит доска шесть, плюс на уклон, плюс свес - больше выходит.
Значит расширю на полметра в длину .

 

Спасибо, просто ОРЗ.

А зачем? Дамам раздавать? Мне кажется, ссылки на форум вполне достаточно.

Тогда, можно детализировать Вариант 2а, что бы не ходить по ссылкам.

Между лагой и стропилом, равномерно ставятся стойки, не меньше двух. На предельных по ширине размерах 10-11 м:
- потолочные лаги, прогибаются под нормативной нагрузкой (150-200 кг/м2 снеговой нагрузки) на пару сантиметров, не всякая отделка потолка это выдержит;
- свес, под нагрузкой, может отклоняться вверх чуть больше, чем на 1/75 своей длины. Это эстетика, плюс крепление водостоков;
- на центральной стене, проемы не должны превышать 2.5 м (и то, это при их перекрытии счетверенными балками 195х180);
- на центральной стене, собирается нагрузка с 5-5.5 м ширины скатов, нагрузки на нее очень большие, до 1600 кг/м. Здесь нужно тщательно обдумывать конструкцию фундамента, проверять несущую способность одиночной сваи (для свайного фундамента) и т. п.

Пролет 4 метра, в Подмосковье можно перекрыть доской 200х50, с шагом под утеплитель.
Можно сделать ширину обеих спален по 3.5, а можно одну 3, а другую 4.
Можно было бы увеличить пролет центрального холла, но непонятно зачем, там сплошные двери. Я бы, наверное, увеличил глубину санузла, и отрезал от него еще один, с унитазом, все-таки 3 спальни.

 

Вот рисунок прямо для меня (чтобы кухня только моя, неубранную посуду я не видела, крошки всякие). И только спальни чуть маловаты, ну и санузел с коридором. Теперь я раздвину на полметра и отдам по 25 см спальням и санузлу с коридором. Нам на двоих с дочкой хватит.

 

Зачем ввязываться в стройку, планируя заведомо неудобные клетушки? Не понимаю

Вот смотрите:

- сейчас, стропила можно сделать даже из 150х50.
- какое Вы планировали утепление кровли, это дом постоянного проживания? Если 150 мм утепления достаточно, то можно расширить спальни где-то до 340 см. Со стропилами 200х50 - хоть до 4х метров каждую, и даже несколько больше.
- длинная зеленая линия - это аналог "центральной стены" из сообщения про конструктивные схемы. Пока проемы в ней небольшие, перегородки, с двух сторон от нее, можно двигать как угодно. Главное, не трогать ширину гостиной, там (в возможном варианте конструкции) по красной линии должна стоять пара солидных балок, одна над другой.
- после расширения спален, я бы добавил дому метра 1.5 длины (не меняя длину спален), и спокойно разместил бы и прихожую, и санузел, и кухню попросторнее. Перегородку между кухней и санузлом, как я сказал, можно свободно двигать в любую сторону, она не обязана продолжать стену гостиной

 

Пока держит школа (минимум пять лет) - это планируемая дача, но все выходные, все каникулы и всю удаленку, например, мы были на даче. Потом, в мечтах сразу туда на ПМЖ .
Раздувать дом не хочется - деньги на строительство и потом на содержание.
Утепление 200 стены и 250 по крыше (если над гостиной получится второй свет).
Почему-то не нравятся плитные фундаменты, сейчас под домиком (на блоках) я могу пролезть с инспекцией.
Кухня в закутке у меня была в квартире - очень нравилась, сейчас в другой квартире совмещенная с гостиной - поняла не моё совсем.
Спасибо, поняла в какую сторону могу безболезненно двигаться !

 

@SergeChe, огромное Вам спасибо !
Отрисовала в расширенном размере и домик получился роскошным для меня .
Стена со спальнями 7м, где гостиная вместо 9 - 9.5 метров, в длину не стала раздвигать, 11 метров в самый раз и уменьшила террасу до 6.5 х 2.5. Весь верхний ряд помещений стал на порядок удобнее !
Еще раз благодарю !

 

@SergeChe, а не подскажите, нет ли у Вас калькулятора фанерных накладок при сдваивании доски по вертикали?
А то стоит задача перекрыть пролёт 5400мм в 4ом снеговом, а под рукой только доска и фанера. А время закупать и привозить двутавр или ЛВЛ нету(

 

Есть, но чужой, взят на форуме.
Код я когда-то просматривал, вроде правильно. Единственное: если балка вне отапливаемого контура (например, стропила) - хорошо бы поставить не только расчетное сопротивление дерева 130*0,9=117 кг/см2, но и скорректировать расчет гвоздей, а там этого нет.

 

@SergeChe, правильно ли я понимаю, что потребуются накладки 200х350мм 4 штуки с каждой стороны, т. е. всего 8 накладок?
Правильно ли я понимаю расположение накладок - по паре на опорах стропил и по паре ... где? Не могу найти значение. Или предполагается что просто делим стропило на 3 части по длине?
Очень буду благодарен за ответ.

 

Что я смотрел:
- суммарное сдвигающее усилие в шве - считается правильно;
- допустимая нагрузка на гвоздь, в двухсрезном соединении - считается правильно.

В "фасонки", и их расстановку, честно говоря, не вникал. Сейчас посмотрел.
Что смущает, в расчете фасонок.
- шаг между гвоздями. Получается, что в фанере горизонтальные ряды можно забивать через 4d. Раньше было через 6d, сейчас этот вопрос обходят. То, что Вы оставили 20 мм между рядами - это хорошо.
- число гвоздей, определяется делением сдвигающего усилия на допустимую нагрузку на гвоздь. Так не должно быть. Это возможно в идеальном случае, когда (например) гвозди расставляются с переменным шагом, с сильным сгущением к концам.
Когда гвозди или фанерные накладки расставляются равномерно - есть пункт 7.11 в СП 64.13330.2017 (формула 25). Можете подставить допустимую нагрузку на 2-стороннюю накладку, в которой по 24 гвоздя сверху и снизу (допустимая нагрузка 24*58.66). Получится явно больше двух накладок на половину балки, у меня получилось по 3, причем впритык (2.97 штуки). То есть, в 1.5 раза больше.
"Предки" пытались уйти от этого 1.5-кратного перерасхода при равномерной расстановке, "зонными" расстановками гвоздей. Например, в справочнике, который обсуждали на этой странице https://www.forumhouse.ru/posts/25376340/, использовалось деление балки на 3 зоны равной длины, с разной частотой забивки гвоздей. Там же, было описано, как сдвигающее усилие аппроксимируется ступенчатой функцией.

А еще я думаю, что стропила нужно считать несколько по другому, не как горизонтальную балку. Помимо сдвигающего усилия, возникающего при изгибе, будет еще продольная сила, сдвигающая верхнюю доску относительно нижней. Для Вашего случая, угол небольшой, продольная сила около 300 кг на стропило, это примерно по 1 гвоздю на 6 фанерок. С другой стороны, поперечная сила процента на 4 меньше, чем у горизонтальной балки, но длина балки на 4% больше.
Кстати, в 7й строке, коэффициент надежности было бы логично поставить 1.1
То есть, вроде бы, должно хватать 6 равномерно расставленных двухсторонних накладок по 25 гвоздей (5 колонок по 5 гвоздей). Фанерки, например 240х300. Или другая подходящая конфигурация фанерок.

P. S. Пример расчета по формуле (25) https://www.forumhouse.ru/posts/29323024/

 

"Проект 3+"

Давненько я не брал в руки шашек. ..
Если серьезно, то полгода не писал ничего серьезного, то доделка пристройки https://www.forumhouse.ru/posts/30276926/, то внука на даче выпасаем. Смотрю на файл, над которым работал весной - тут помню, а тут уже не помню.
Нужно как-то восстанавливаться.

Начнем восстанавливаться с простой игрушки. Дело в том, что файл "Стропила" не покрывает всех потребностей пользователей. То кому-то нужна односкатная крыша с двумя свесами, то двух пролетов не хватает. К тому же, существующий файл иногда, в сложных конфигурациях, дает не вполне корректные результаты по прогибам (когда внутри одного пролета у линии прогиба 3 экстремума).

"Проект 3+" задуман, как универсальная добавка к файлу "Стропила", считающая наслонное стропило, с числом пролетов до 3-х, и двумя возможными свесами. Поэтому, по входным параметрам он совместим с означенным файлом, и считает не в ньютонах и мегапаскалях, а в килограммах и кг/см2.
Длину любого пролета или свеса, можно приравнять к нулю, главное - чтобы в конструкции остался хотя бы один пролет. В принципе, ничто не мешало сделать 4+ или 5+ пролета, техника решения была бы единообразная. Вот только параметров стало бы побольше, результат труднее помещался бы на лист, неудобно было бы его разглядывать. Но если есть внятное обоснование, зачем это нужно - можно и переделать.
Если перемотать лист вниз, будут видны графики поперечной силы, изгибающего момента, изгиба, напряжения, а также сопутствующие значения - точки нулевого момента, точки экстремумов изгиба и т. п.

Если сравнивать результаты старых и новых расчетов, нормальное напряжение будет получаться поменьше. Почему:
1) в старых версиях, величина добавочного момента, при одновременном изгибе и сжатии, оценивалась по величине максимального момента и максимальной продольной силы. Очевидным образом, это "оценка сверху", так как оба максимума могут находиться в разных местах пролета.
2) несколько уменьшилась гибкость. Вместо значения коэффициента μₒ=1 (коэффициент пересчета в расчетную длину элемента), я счел возможным взять значение 0.73 из п. 7.23 СП 64.13330.2017.

Я выкладываю файл в надежде, что кто-то из участников найдет время погонять его на своих задачах. На что следовало бы обратить внимание при тестировании:
1) отработка "обнуления" отдельных пролетов или свесов.
2) сооответствие характера поведения линии изгиба, и точек экстремумов на ней. Я опасаюсь, что при численном решении, когда вместо нуля стоит что-то вроде 1Е-14, могут быть сбои в поиске корней кубического уравнения по формуле Виета.