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

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Берем свежую версию файла про стропила https://www.forumhouse.ru/posts/30907521/
1. Сбор нагрузок. Заполняем лист "Нагрузки".
Утепления нет, снеговая 1.3 кН/м2, клик-фальц около 5 кг/м2, обрешетка с просветом 4 см (то есть, шаг по осям 19 см). Шаг стропил по осям 63 см (просвет 58 см).

2. Стропила 2-пролетные со свесом. Воспользуемся "универсальным" модулем "Стропила 3 + +".
Шаг прогонов возьмем примерно по 1/4 ширины дома. Размеры сечения, взяты после усушки.

Цельной доски 200х50, длиной 8.72 м, вполне хватило бы, с запасом 2.17 раза. Но вряд ли мы ее такую найдем
Какие есть варианты:
- разрезные стропила со стыком на среднем прогоне.
- "как бы неразрезные" стропила, соединенные на среднем прогоне с большим нахлестом.
В первом случае, возле среднего прогона, под нагрузкой на кровельном материале будет возникать "перегиб". Но небольшой.
В этом случае, считаем отдельно стропила с пролетом 3.42 и с пролетом и свесом 3.42+1,5.

Во втором случае, в зависимости от выбранной величины нахлеста, подбираем требуемое число гвоздей, вот этим https://www.forumhouse.ru/posts/30752776/ Распределение нагрузки по прогонам, будет примерно как для целой доски.

Итого, получим, нагрузка от каждого стропила (мауэрлат-средний прогон-коньковый прогон):
1. Разрезные стропила 471,2 - 411,6 (=183,9+227,7) - 227,7
2. Неразрезные стропила 425,2 - 503,5 - 181,7

3, Снегонакопление. При угле ската от 15 до 40 градусов, положено проверять вариант накопления снега на одном из скатов. Снеговая нагрузка при этом, берется 75% на одном скате и 125% на другом.
Поставим на листе "Нагрузки" величину снеговой нагрузки 133*1.25 кг. Нагрузка на стропило, увеличится на 22% (на другом скате, она уменьшится на 22%)
С точки зрения имеющихся запасов прочности стропил, нам это ничем не грозит. Грозит увеличением нагрузки на средний прогон, под скатом со снегонакоплением. На коньковом прогоне, увеличение-уменьшение нагрузок от стропил взаимно компенсируется.

Дальше, мы пересчитаем погонную нагрузку от стропил на прогоны, разделив нагрузку от одного стропила на их шаг 63 см, и можно переходить к подбору сечения прогонов.

@ДмитрийВ80, надо бы определиться, какие считаем стропила, разрезные или нет.

 

Благодарю!

Я все-таки более склоняюсь к неразрезному стропилу (lvl-брус 200х51 мм), но хватит ли запаса прочности при выборе цементно-песчаной черепицы (45кг/кв.м.), хотя там потребуется меньше материала для обрешетки, даже если взять брусок не 40х40 а 60х50 мм.

 

Запаса прочности хватит.
Впрочем, можете сами проверить, поставив и 45 кг/м, и снеговую 133*1.25, и обрешетку, какую хочется.

LVL, конечно, можно поставить, но мне кажется, что доской дешевле.

Вы немного поздно задали свой вопрос, вот бы на день раньше. Я уже уехал на природу, где нет нормального компьютера. Дней через 5-6 продолжим, если не срочно.
Подумайте пока, какой будет окончательный вариант по стропилам.

 

Добрый день,
если берем сухую доску 200х50, какой длины (1-1,5м?) должен быть нахлест и какое минимальное количество шпилек диаметром 12 мм (5-6шт) понадобится для надежной скрепки обеих отрезков?

 

Значит, у нас сейчас 2 задачи:
- соединение стропил на среднем прогоне с большим нахлестом
- подбор сечения прогонов (конькового и бокового).
Начнем, пожалуй, со второй.

Поставим вес ЦПЧ, обрешетку из 60х50. Получим погонную нагрузку на метр горизонтальной проекции стропила 158,4 кг.

Это даст нам нагрузку на коньковый прогон 216.1*2=432.2 кг, от каждой стропильной пары.

Если аппроксимировать нагрузку от множества стропильных пар равномерной нагрузкой, то получим 432.2/0,63 = 686 кг/м.
Предположим, что на одном из скатов происходит снегонакопление. Увеличим снеговую нагрузку в 1.25 раза, получим, что нагрузка на боковой прогон от стропила составит 709,8 кг, или 1126,7 кг/м.
Нормативная нагрузка составит 75.7% от расчетной, это потом понадобится.
Судя по картинке, пролеты у конькового и одного из боковых пролетов - одинаковы. Но расчетная нагрузка на боковой прогон в 1.64 раза больше, что потребует и большего сечения.
Можно, конечно, подвигать боковой прогон, поближе или подальше от конька. Но, как следует из диаграммы вот тут https://www.forumhouse.ru/posts/27657615/, уравнять нагрузки не удастся. Так как на диаграмме случай без снегонакопления, разрыв будет еще больше.

Итак, нам нужно узнать сечение прогона, общей длиной 12.5 м, со следующей конфигурацией пролетов:
свес 1525, стена 375, пролет 2696, внутренняя стена 250, пролет 5754, стена 375, свес 1525.

Я воспользуюсь вот этим калькулятором https://www.forumhouse.ru/posts/31176765/ просто чтобы кое-что показать, применять его в данном случае не обязательно.
Формально, я могу поставить края всех стен в качестве опор, получим 6 опор.

Получим странный результат: три отрицательные опорные реакции, достигающие величины в несколько тонн. С чем это связано?

При опирании балки на толстую стену, наиболее характерный случай - это когда балка опирается на один край стены, и приподнимается над другим ее краем. Если попытаться "удержать на месте" эту стремящуюся приподняться балку, возникают эти самые отрицательные опорные реакции.
"Отпустив" балку в этих точках, мы увидим, на какие края стен она реально опирается, а где приподнимается над опорой.

Можно было бы сделать и по-другому. Поставить опоры в середине стен и посмотреть, куда в точке опоры наклонена линия изгиба. В зависимости от угла наклона, сдвинуть опору на левый или правый край стены.

Итак, наша конфигурация превратилась в следующую:
свес 1525, пролет 3321, пролет 5754, свес 1900
Можем продолжить в этом же калькуляторе:

Для получения величины прогиба (при нормативной нагрузке), нужно взять 75.7% от отображаемой величины.
Можем считать в том же файле "Стропила". Угол ската 0, расчетная нагрузка 1126.7 кг/м, нормативная - 75.7% от расчетной.

Здесь, пересчитывать больше ничего не нужно.

Дальше - вопрос скорее технико-экономический.
Из дерева, я бы сказал, что требуется сечение 350х140.
Смотрим, какие сечения доступны в своем регионе, что сколько стоит. Как удобнее смонтировать - одной балкой или пакетом из 2-4 штук. При необходимости, подставляем характеристики от производителя соответствующих балок. Например, для LVL увеличиваем модуль упругости в 1.2 раза, а расчетное сопротивление изгибу ставим в соответствии с сортом материала.
Для конькового прогона, заменяем расчетную нагрузку с 1126.7 кг на 686 кг.

Кстати, обратите внимание на расчетные нагрузки от прогона на опоры, по 5+ тонн. Над этим, Вам следовало бы поразмыслить. .. .

 

Благодарю Вас, да надо ещё поразмышлять. Конечно можно какую-то часть нагрузок перекинуть на потолочное перекрытие над местом максимального пролета.

Вчера наткнулся на интересное видео, в котором измеряют сосредоточенную нагрузку на удвоеную балку размером 120*120*3750 мм, в начале просто положив одну на другую, а потом соеденив их специальными саморезами. Ролик на немецком!

 

А что интересного? Обычная составная балка на нагелях.
Полюбопытствуйте, например тут https://www.forumhouse.ru/posts/25290381/ Отечественный справочник 85-летней давности.
На форуме, чуть ли не раз в месяц, кому-то приходит в голову сделать балку двойной высоты, на саморезах или даже на толстых гвоздях. Приходится объяснять, сколько саморезов нужно, и про строительный подъем. Обычно, запал пропадает.
Тут, 96 8-мм саморезов, расставлены (мне кажется) неравномерно, строительный подъем 30 мм.
Завинчиванием под 45 градусов, и специально спроектированными саморезами, они что-то сэкономили, например стало 96 саморезов вместо 150. Но цена, боюсь, как за 300 обычных.

При доступности клееного бруса, все это смысла вообще не имеет, что брус высотой 120, что 240, будет примерно в одну цену за куб.

Кстати, модуль упругости у балок высотой 120 и балки высотой 240 - разный. Специально, что ли, выбирали для демонстрации, одно получше, а другое похуже?

 

Осталась еще одна задача - соединение стропил на среднем прогоне с нахлестом.

Начнем с нагелей (гвоздей, саморезов, болтов и т. п.). Идем вот сюда https://mycalcs.ru/nails/index.html и считаем допустимую нагрузку на разные типы нагелей. Толщину досок я возьму 48 мм, после усушки.
Для болта/шпильки М12, это 134.1 кг

В тех же условиях, для гвоздя 4х100 допустимая нагрузка 55,5 кг, для гвоздя 3.5х90 - 41.2 кг.

При расчете стыковки стропил, у нас две (решаемые) проблемы:
1. Имеющаяся программа (исправленная версия тут https://www.forumhouse.ru/posts/30770216/) ориентирована на расчет горизонтальной балки. У нас, угол ската 17 градусов, соответственно стропило длиннее горизонтального пролета в 1/cos (17) раз, а суммарная нагрузка, перпендикулярная стропилу, в cos (17) раз меньше, чем суммарная вертикальная нагрузка на него. Соответственно, погонная нагрузка на метр длины стропила в cos² раз меньше, чем у нас было в горизонтальной проекции (на метр длины пролета).

2. Расчет нахлеста, работает для 2-пролетной балки, а у нас 2 пролета с большим свесом.

Итак, снова берем ЦПЧ и снегонакопление на скате:

В нашем предыдущем расчете было так:

Примем cos (17)=0.9563, поставим угол ската 0, увеличим пролеты в 1/cos раз, уменьшим нагрузки в cos² раз.


Можем сравнить, как изменились момент и прогиб. Сверху - что было, снизу - что стало.

Изменились координаты точек экстремумов (мы ведь перешли в другую систему координат), сами значения экстремумов остались неизменными.

Следующая проблема: нам нужна 2-пролетная балка, "эквивалентная" 2-пролетной балке со свесом.
Для этого, нам нужно поставить дополнительную опору в точке нулевого момента (координата 2.517), и отбросить все, что слева от нее.

Полученная 2-пролетная балка (теоретически) полностью совпадает с исходной по величине поперечной силы, моментам, линии изгиба.

Но эта дополнительная опора (в точке нулевого момента) должна была бы быть еще и смещена по вертикали так, чтобы стоять на линии изгиба балки. В данном случае, смещение должно быть на 0.1 мм вниз. Этой десятой миллиметра придется пренебречь, что внесет небольшие отклонения в параметры балки, на уровне десятых долей процента.

Ну вот, балка для расчета готова: переведена в другую систему координат, и заменена на "эквивалентную", с минимальными отличиями. Можно переходить к расчету нахлеста.

 

Добрый! Подскажите, жизнеспособная стропилка в таком исполнении или что-то необходимо изменить? Необходимо ли сделать опорные стеночки из доски 150 для большего отпирания стропил вместо 100 мм, или может сделать одну стеночку по несущей стене и стянуть доской с хлыстами по длиньше, а может вообще убрать стеночку. Стропилка на баню из КББ. Буду благодарен за оказанную помощь.

 

Стоп-стоп-стоп.
Давайте, с предыдущим закончим, а дальше - по наличию времени.

@ДмитрийВ80, Проектируем нахлест.
Длина свеса и нижнего пролета стропила, 5.145 м, от 6-метровой доски остается 85.5 см. Доску нужно отторцевать, плюс сделать необходимый отступ от торца до болтов/шпилек или гвоздей.
Для гвоздей, отступ 15 диаметров, для болтов/шпилек, при толщине пакета меньше 10 диаметров (для М12 - 120 мм) - 6 диаметров.
Положим, для определенности, что после торцовки и необходимого отступа, от середины опорной площадки до болтов или гвоздей будет 70 см. Может, получится немного больше, но это только в плюс.
С другой стороны, сделаем такой же нахлест. Подставим допустимую нагрузку на болт 134.1 кг и податливость соединения 2 мм (по нормам СП).

По 2 болта М12 с каждой стороны, вполне хватает.
Почему по 2? Ставить нагели по одному, не очень хорошо, плюс возможны варианты с дополнительным человеком на крыше, и разные прочие неравномерности нагрузки.

Можем соединить доски гвоздями. Достаточно по 4 гвоздя 4х100, с каждой стороны.

На основании экспериментальных данных, я склонен полагать, что податливость гвоздей порядка 1 мм, а вот для болтов у меня таких данных нет.

P. S. Нужно иметь в виду, что калькулятор нахлеста показывает прогиб при расчетной нагрузке. При нормативной нагрузке (при которой положено считать прогиб), нужно взять те самые 75.7% от показанного результата.

 

Посмотрел, одни вопросы.
1. Где? Ханты-Мансийск, или что-то другое?


2. Зачем "это всё"?
Зачем шаг 404 мм, зачем опирание стропил на чердачное перекрытие? Зачем эта накладка, связывающая 3 доски? Какие у Вас были резоны?

С обычным шагом 63 см

Обычных стропил 200х50, с опиранием на среднюю стену (пролет около 3 м, плюс свес 0.4 м)

Мне кажется, вполне достаточно, коэффициент запаса 1.6 очень неплох.

Какой, кстати, точный угол ската? Лень считать.

 

Да, Ханты-Мансийск. Угол 12 градусов. Но сращивать же надо как-то же? Длины палки в 6 метров не хватает опереть стропила

 

Про длину доски, и так понятно.
Но зачем опирать на чердачное перекрытие, а не на среднюю стенку? Опирание подпорной стенки на перекрытие, нужно считать. Вообще, считается, но непросто. Даже если по прочности и прогибам все нормально, зачем чердачному перекрытию дополнительный "зимний" прогиб?
Второй вопрос: зачем вообще сращивать?
В чем разница между разрезным и неразрезным стропилом, то есть между двумя досками, состыкованными на опоре и целой доской (или двумя досками, срощенными нахлестами или накладкой)?
Смотрим картинку (разрезное стропило показано малиновым):

По прочности, примерно одинаково, только в одном случае максимальный момент на средней опоре, а в другом - в середине пролетов.
Зачем вообще может потребоваться сращивать? Например, прогибы слишком большие, тогда соединение нахлестом или накладкой может уменьшить прогибы в 2-2.5 раза. Но у Вас и так, прогиб 1/568 от пролета, очень и очень приличный (1/568, было в расчете в предыдущем сообщении).
Вторая возможная причина: чтобы ликвидировать небольшой "излом" на стропиле, возникающий под нагрузкой. Например, кровельный материал к этому особо чувствителен.
Посмотрим крупнее, что там будет:

Серый прямоугольник - условная опора шириной 10 см. Да, концы досок немного топорщатся над опорой, порядка 0.2 мм. Возникает небольшой "излом": угол уклона в одну сторону 3.7 мм на метр, в другую - 4 мм на метр. Если это почему-то критично - нужно сращивать. Если не критично, то зачем?

Минус сращивания (помимо того, что его нужно проверить расчетом) - перераспределение нагрузок. При разрезных стропилах с примерно равными пролетами, на среднюю стену приходится ориентировочно 50% нагрузки. При неразрезных - уже больше 60%. Кстати, если бы @ДмитрийВ80, выбрал разрезные стропила, нагрузка на средний прогон уменьшилась бы, достаточно заметно.

Я так понял, был вопрос с глубиной опирания стропил. В предыдущем сообщении, фигурировала расчетная нагрузка на опору 383,4 кг.
Расчетное сопротивление смятию на опорной площадке, на холодном чердаке - 27 кг/см2. Делим одно на другое, получаем требуемую площадь опорной площадки 14.2 см2, или требуемую глубину опирания чуть меньше 3 см. То есть, глубины опирания 5 см вполне достаточно.

 

В дальнейшем планируется нарастить навес, (отрытую мангальную зону с беседкой) То есть продолжить путём наращивания стропил по скату вверх, что в итоге получится что односкатная кровля будет 6х12 метров с высотой подъема под 2 метра или даже больше, надо смотреть. Я правильно Вас понял, что делаю опорную стенку по несущей стене, стопила равные 3х метрам соединяю доской того же сечения 200х50 на стеночке. Шаг беру 600 по осям + распорки. А с каким нахлестом необходимо выпустить хлыст доски и необходимое количество гвоздей на узел?

 

Почему 3-м метрам?
Ширина дома 6.28, плюс 2 свеса по 40 см, за пределы коробки. Длина стропила (в горизонтальной проекции) 7.08 м, длина стропила по скату 12 гр примерно 7.24

Из 3-метровых досок, как-то плохо получается.

Либо Вы соединяете "доской того же сечения", то есть накладкой, либо Вы "выпускаете хлыст", то есть с нахлестом. Разные конструкции - разное количество гвоздей. И разная расстановка - с нахлестом крепим в двух местах, возле концов досок, накладкой - в 4-х местах, возле концов накладки и с двух сторон от опоры.

Зависит от расстановки подпорных стен, но пусть у Вас две доски длиной 358 см и 366 см.
Величину нахлеста, Вы сами выбирате, по экономности раскроя. Просто, чем короче нахлест, тем больше потребуется гвоздей.
Например, Вы решили, что верхняя доска (вместе с нахлестом) будет 4.25 м. 425-366=59 см. Делаем отступ от торца доски до гвоздей, например 9 см, остается 50 см от середины опорной площадки до гвоздей.
По 4-5 гвоздей 4х100, будет вполне нормально.

Свесы тут небольшие, я не буду делать "эквивалентную" балку, просто возьму пролеты без свесов, некоторая дополнительная нагрузка на среднюю опору пойдет нам "в запас".

Решили Вы не экономить доску, и сделали ее на 25 см длиннее. Расстояние от опоры до гвоздей, стало 75 см. Теперь, по 3 гвоздя вполне нормально.