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

Нужно разделять нужду и заблуждение.

Бывали времена, когда строили из того, что удалось "достать", а соединяли не тем, чем нужно, а тем, что есть. И гвозди погнутые, снова выпрямляли. Я эти времена немного застал.
Другое дело, когда сейчас, берут вместо 100-го гвоздя 125-й, с мыслью "я конец гвоздя загну, так соединение еще прочнее станет". Причём, есть поверье, что загибать нужно поперек волокон.

Вот экспериментальная работа, еще 1929 года. О чём она:


Какие, из серии экспериментов, автор получил выводы:
- величина разрушающего напряжения, не зависит от угла между направлением действия силы и волокнами;
- в симметричных гвоздевых соединениях, положение шляпки относительно сбиваемого пакета, слабо влияет на результат;
- при использовании недостаточно сухого леса, некоторые сбитые образцы, еще до начала экспериментов, продолжали усыхать, чему мешали гвозди. В результате, в доске образовывались трещины, и под нагрузкой гвозди вступали в работу не одновременно, что давало явно худшие результаты;
- прострожка, сказывается когда как;
- предварительное засверливание, несколько увеличивает прочность на разрушение, одновременно повышая деформативность соединения;
- влияние загиба конца гвоздя, зависит от направления загиба относительно действующей силы. В одних случаях, прочность соединения на разрушение повышается, в других - понижается.

В конце, есть очень симпатичные фото и хорошо прорисованные картинки. Которые удобно тыкать в лицо тем, кто начинает считать прочность гвоздя по прочности металлического стержня на срез.

Почему я всё время пишу "прочность на разрушение, прочность на разрушение"?
Потому, что допустимая нагрузка на гвоздь и прочность на разрушение - разные вещи.
Типично, отличаются раза в 2.5-3.

Допустимая нагрузка - это примерно тут, где красный прямоугольник. Где примерно линейный участок диаграммы, соответствующий "восстановимым" деформациям, переходит в нелинейный, для которого деформации невосстановимы. Соединение не разрушилось, но гвоздь несколько погнут, и в дереве промят след от гвоздя, который немного "затянется", но останется навсегда. В следующий раз, нагрузка будет приложена к уже деформированному соединению.

На диаграммах, можно найти примеры, когда до этого места, в допустимом диапазоне нагрузок, один вариант лучше или сопоставим с другим, а в области невосстановимых нагрузок - ведет себя хуже и разрушается раньше. То есть, есть явная корреляция между допустимой и разрушающей нагрузками, но прямой связи нет.
Причём, это у нас диаграмма для "свежего" дерева. А брать нужно диаграмму для деревяшки, лет 50 отстоявшей в конструкции под нагрузками, с более низкими сопротивлениями смятию.

 

@SergeChe, здравствуйте. В первую очередь, еще раз благодарность за ваши труды
Ковыряюсь в стыковке на опоре, и хочу уточнить, правильно ли я понимаю некоторые явления из этого калькулятора)
Ситуация вполне классическая - несимметричный пятистенок, подконьковая стенка идет мимо несущей центральной сены, то есть нагрузку передаем через чердачное перекрытие.

Если ставим конец левого хлыста прямо под стенкой (то есть точечная нагрузка от конька приходит прямо на соединение левого хлыста чердачной балки), то картина такова:


А если при прочих равных увеличиваем левый хлыст до 1 метра, то прогиб левой части вырастает в 2 раза, при этом сильно поднимая нагрузку на правое соединение:


То есть левый хлыст во второй ситуации под точечной нагрузкой увлекает за собой левый пролет в бОльший прогиб. Правильно ли я понимаю произошедшее?)

В таком случае, не должно ли было вертикальное смещение левого хлыста сильнее повлиять на уменьшение прогиба:


Можно было бы, конечно, успокоится на первом варианте и дальше не экспериментировать, но калькулятор требует экспериментов!

УПД. Понял, что по поводу последнего предположения я переборщил. Система с вертикальным смещение получается хитрее, чем я представил на первый взгляд. Получается, правая балка начинает тянуть на себя одело от точечной нагрузки через гвоздевое соединение левого хлыста.

 

@Massivevox, Приветствую!
Нужно обратить внимание на две вещи:
- при увеличении нахлеста, увеличился, примерно в 2 раза, прогиб цельной балки
- комментарий бледно-серым цветом, возле координаты сосредоточенной нагрузки.
Если условие в комментарии не выполняется, то, насколько я помню, координата уменьшается до L1-x2 минус еще чуть-чуть (скажем, минус миллиметр).
То есть, при увеличении нахлеста, точка приложения сосредоточенной нагрузки переехала из координаты 3.65 в координату 3.15. Из-за этого, сильнее прогнулась цельная балка, и составная тоже стала вести себя по-другому.

 

А вот этот момент я не отследил. Если бы отследил, вряд ли бы помогло мне распознать аномалию.

А вот теперь, когда носом ткнули, я увидел. Он такой серый, как будто совсем не важный
А с чем связано такое ограничение?

 

Скорее всего, с неопределенностью распределения сосредоточенной нагрузки, между балкой и хвостом другой балки. Поровну? Вряд ли.
Если кромка одной доски выступает над другой на пару миллиметров, то она и примет нагрузку первой. По мере увеличения нагрузки, доски выровняются, и начнут воспринимать нагрузку уже вдвоем. Причём, опять не поровну, а пропорционально своей "локальной" жесткости. А если просто доски неровные, и край одной "по жизни" выше другой?
Целая проблема, на ровном месте. Не стал в это ввязываться.

 

Поэтому все сложные решения при сборке требуют повышенного внимания и многодельности. Всегда!

 

Вы так это написали, как будто тут у нас что-то достаточно сложное. Если перейти на "микроуровень", такие ситуации сплошь да рядом.
Составной прогон, со "ступенькой" между досками. Составная стойка, из досок немного разной длины. Щелочка под ригелем.
А уж что бывает после высыхания доски ЕВ, как её ни подгоняй одну к другой ...

Вот особенной многодельности я тут не вижу, всё как и везде, рецепт обычный: нужна сухая строганая калиброванная доска и аккуратное исполнение.

 

Я так это написал, что там, где надо включить в работу все палки в сборке, хочешь-не хочешь, а будешь возиться с ними чтобы встали на нужную площадь для опоры, чтобы плотно прилегали друг к другу, будешь проходить рубанком, а для этого надо утопить весь мешающий крепёж и т. п., а иначе обесценивается инженерная часть труда. В сравнении с простым "выставил и прибил" это всё и является многодельностью.

 

Незнакомый мне термин "средняя половина балки", я правильно понял что шаг можно удваивать вот в этой области:

Удивительно, что какая-нибудь 1/10 миллиметра гвоздя играет прям такую существенную роль. В моем случае будут нейлерные гвозди 3.05x90, по этому комментарию шаг надо скорректировать до 30мм. Полочки будут 145мм толщиной и ФСФ 12мм.

Когда я понял что буду делать коробочные балки почему-то огромное воодушевление появилось! Огромное спасибо за инструкцию и перевод! Причем тут не столько перевод с английского на русский мне зашел, а еще перевод фунтов в килограммы, американскую сосну в российскую, строительные гвозди в нейлерные - запредельный уровень!

 

@Малькодор, Да, все верно поняли. Вот тут https://www.forumhouse.ru/posts/25354609/ было 3 зоны расстановки гвоздей, а здесь, значит, четыре.
При использовании гвоздя диаметром 3.05, можно принять дюйм равным 20 мм, и соответственно пересчитывать из дюймов в миллиметры везде, где это требуется при расстановке гвоздей.
Формально говоря, наша березовая фанера 12 мм не полностью удовлетворяет требованиям, это было в последующих сообщениях. Насколько это критично, непонятно. Из осторожности, можно взять следующую толщину после 12 мм.

Гвозди 90 мм, это излишество. По американским меркам, если гвоздь после фанеры заходит в доску больше 10 диаметров гвоздя, то это не дает дополнительной прочности. По нашим меркам, излишество. - всё, что больше 12.25 диаметра. Добавив 1.5d на острие и 2 мм на шов сплачивания, получим, что 12 мм фанеру нет смысла прибивать гвоздем диаметром 3.05 длиннее 12+2+(12.25+1.5)*3.05=55.94 мм.
Опять же, при ширине доски 145, гвозди 90 мм - это уже встречная забивка. Не нужно этого, без нужды.

 

У этого нейлера 3.05 меньше есть размер 75мм. В принципе можно, но их нужно покупать, а 90мм есть в запасе. Если длина 63мм и ниже, то диаметр уже 2.87, что выглядит сильно меньше.

Думал про опасность встречной забивки, но ведь эти же ребята тоже самое предлагают, фанера 12мм + доска 89мм/2 = 56.5 мм - это половина ширины балки в узком их варианте, а гвозди они предлагают 8d - 63.5мм, где-то 1см навстречу. В моем случае гвоздь 90мм, половина ширины балки 84.5мм.

Я как-то не заметил момент что наша фанера не вполне подходит, тоже уже в наличии у меня. Может кто еще будет планировать учтет этот момент. Я помню ваше замечание что у американцев допускается OSB, что на наши условия переводить сомнительно. У нас у OSB есть только толщина, у них еще различные рейтинги:

 

@Малькодор, Я всё основное написал, а про фанеру продолжал думать. Замечание о том, что наша фанера не удовлетворяет требованиям APA 32/16 и APA 48/24, примостилось тут https://www.forumhouse.ru/posts/30907521/ в конце, мелким шрифтом.

К сожалению, нельзя вернуться через несколько дней, и что-то нужное дописать. Хотя, получился бы прикольный форум, с непредсказуемым прошлым.

 

Надо выдать SergeChe модератора, это как "форумное достояние". Эта тема идет как учебник, добавлять или исправлять по месту было бы очень кстати. Я на всякий случай прочитал все после балок на случай если были обсуждения, но пропустил этот пункт.