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

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Лучше картинку нарисовать, что задумали.
В цитате, речь идет о коробчатой балке из досок, стенка у нее из цельной доски. Потом, возникают "швы фанеры".
В принципе, наверное можно. Воткнуть доску в стык листов фанеры, приделать к ней полки (наверное, болтами), к которым прибить стыкуемые листы. Попробовать обеспечить такую же прочность и податливость соединения фанерных листов, что непросто.
Противопоказания: стропила обычно идут довольно часто, не через 2.5 метра. Стенка балки будет нарезана на много коротких кусков, соединенных податливыми связями. Балка потеряет симметрию.
Будет прогибаться сильнее, и с перекосом на один бок.

 

Примерно так. По стенке потому и возник вопрос - выпиливать ли замкнутые окна в фанере или можно иметь вырезы по краям, что проще в сборке. И нужны ли подкладки под стропила, или достаточно будет обойтись опиранием на фанеру.
Вся конструкция - навес-пристройка, максимальная высота крыши определяется существующей крышей, нижняя отметка балки определяется высотой машины. Хочется иметь максимальный угол ската для облегчения схода снега.

 

Я думаю, что опирания на фанеру категорически недостаточно. Особенно, если 5200 - это длина стропил.
Вообще, для 150-й доски в типичном 3-м снеговом, предельный пролет порядка 3 метров, ну может 3.2.

Может быть, как вариант - стропило, подставка под него, по бокам две накладки на болтах, стягивающих и стропило и подставку. Накладки на всю высоту балки.
Полосы фанеры стыкуем гвоздями или на подставке, или на боковых накладках.
Все это, включая стропила, из доски камерной сушки.

P. S. Если бы мне нужно было прикрепить сбоку к коробчатой балке стропила, я бы подумал о следующем:
- сделать у балки более толстые ребра жесткости;
- поставить их почаще, под шаг стропил;
- закрепить сквозь фанеру, к ребрам жесткости, либо опоры бруса, либо прибоины из доски;
- стропила опирать обязательно с горизонтальным запилом.
Никаких выпиливаний, боковых накладок и т. п., фанерная стенка не в мелкую нарезку, а полными листами.

 

При пролётах 3м и нарезке фанеры из стандартных 1525, на каком расстоянии от колонн лучше располагать швы?

 

@SergeChe, спасибо огромное за ответ, изучаю А у вас нет отдельного репозитория с последними версиями калькуляторов для расчетов? Было бы действительно здорово, если бы каждый видел историю изменений, мог вносить предложения или делать форки, чтобы ваша разработка постоянно развивалась) Посмотрел в шапке форума, но там глаза разбегаются. На самом деле, вы проделываете титаническую работу

 

@anizotrop, Идем по ссылке https://www.forumhouse.ru/posts/30893907/, "Выбор дизайна и изготовление балки", пункт 4, картинка.
Для 10 футов, шаг распорок 4-2-4, потребуется фанера минимальной длиной 6 футов, 183 см.
Заглянув к оптовику фанеры, я обнаружил, что наименований листов длиной 244, 250, 300 и 305 см примерно раз в 5 больше, чем наименований листов 152.5х152.5.
Надо искать ...
@Andrey_okey, Вместо репозитория, эта тема. История версий - в ее периодически переписываемом первом сообщении. Вполне нормально.

 

Привет, коллеги!

Хочу посоветоваться с вами насчёт одной проблемы, с которой мы столкнулись при работе с клееным брусом. Дело в том, что на коньках и консолях мы ставим шпильки с определённым шагом. Но со временем из-за пышности бруса, последующей усушки и нагрузок высота сечения уменьшается, и шпильки начинают "болтаться" вместо того, чтобы нормально стягивать брус.

В некоторых местах их можно подтянуть, но кто этим будет заниматься? Домовладелец вряд ли, застройщики не всегда об этом задумываются. А есть ведь места, где после монтажа физически не подлезешь, чтобы подтянуть.

Может, кто-нибудь уже сталкивался с такой проблемой? Интересно, как вы её решали? Я знаю, что многие используют узлы силы, но вот что думаете насчёт закручивания узлов в шахматном порядке вдоль рядов бруса на коньках и консолях? Есть ли смысл в этом с точки зрения работы сечений и как полную замену шпилькам?

Буду рад любым идеям и опыту.

 

Я как-то делал для себя обзор методов сборки домов из бруса https://www.forumhouse.ru/posts/20865748/
Я думаю, специальными саморезами.

Но вообще, если шпилька плотно сидит в отверстии, удерживая брусья от взаимного смещения, то чего еще нужно? Чтобы щель между брусьями не появлялась? А откуда ей взяться?

 

Вообще можно себе представить, что шпилька стягивает брусья и этим усилием обеспечивает появление силы трения бруса о брус. То есть о шпильку саму по себе дерево бы смялось, а при наличии трения - нет.
При коэффициенте трения дерево по дереву в районе 0,4-0,5 вполне реально получить привесок до трети прочности шпильки на разрыв.
Вот только наверное мочить такое соединение совсем нельзя, или нужны пружинные шайбы, или пропитка дерева.

 

@anizotrop, Трение может быть. Но при расчете допустимых нагрузок на соединение, традиционно не учитывается.
Обеспечить постоянное усилие прижима для древесины, постоянно циклически изменяющей свои размеры https://www.forumhouse.ru/posts/31356475/, довольно затруднительно.
Другой пример: экспериментальная работа вот тут https://www.forumhouse.ru/posts/32664366/. Среди прочего, проверялось, как прострожка древесины перед сбитием гвоздями, влияет на прочность гвоздевого соединения. После прострожки соприкасающихся поверхностей, сила трения должна уменьшаться. Но однозначного результата не получилось.

 

Так гвозди какую-то вменяемую прижимную силу не способны обеспечить.

 

Соблюдая нормы, в доску можно вбить очень много гвоздей и они обеспечат равномерный прижим по всей плоскости такой силы, какая шпилькам даже не снилась.

 

Для начала - а кто-нибудь вообще пытался измерить обсуждаемый параметр? И сдаётся мне, пока вы будете колотить один гвоздь, предыдущий уже ослабнет до некоего состояния, определяемого размахом колебаний в дереве.
Даже с самим возникновением прижимной силы всё сложно - когда вы забиваете гвоздь, вы его сжимаете. А при использовании шпильки - она растягивается. То есть в случае гвоздя вам надо ухитриться сделать упругую деформацию дерева во время/в зоне удара, чтобы сжатие гвоздя сменилось на растяжение и появилась прижимающая сила.
Саморезы кстати выглядят в этом аспекте значительно лучше.

 

Анкерные гвозди и саморезы, нужны ли они?

При использовании перфорированных крепежных элементов (пластин, уголков и т. п.), часто возникает вопрос, чем их крепить к дереву: обычными саморезами и гвоздями, или так называемыми "анкерными".
Выглядит анкерный крепеж примерно так: https://www.forumhouse.ru/posts/32658721/, имеет характерное расширение под шляпкой, точно соответствующее стандартному диаметру отверстий в перфорированных элементах..При монтаже, нагель плотно входит в отверстие перфорации.

Производители перфорации, которые приличные, в каталогах обычно указывают допустимые нагрузки на эти элементы, требуемое число гвоздей или саморезов, и прочие характеристики, причем крепеж рассматривается только анкерный.
В справочниках по этому поводу пишут примерно так: "Нагельные соединения со стальными накладками и прокладками применяются в тех случаях, когда обеспечена необходимая плотность постановки нагелей". Суть в том, что при неплотной постановке (при использовании нагелей меньшего диаметра) нагели вступают в работу "вразнобой", одни раньше, другие позже, и в силу этого могут быть нагружены очень неравномерно.

Захотелось мне посмотреть, "как оно работает". Модель получилась такая:
- в металлической пластине несколько отверстий (5), через которые она прикреплена к деревянному элементу нагелями, диаметром меньше диаметра отверстия (на картинке, диаметры 5 и 3.5 мм)

- к пластине приложена нагрузка в направлении, указанном стрелкой. Пластина смещается в одном направлении, не может "елозить" вверх-вниз и слегка поворачиваться. А ей бы хотелось
Эти смещения и повороты, не столь значительны, но в огромной мере усложнили бы расчет.
- нагели равномерно распределены по площади внутри отверстий, доступной для их установки. Чтобы не быть предвзятым, я использую для расстановки генератор случайных чисел.
- гвозди и саморезы, имеют некую допустимую нагрузку, при которой, даже при ухудшении характеристик дерева после 50-летней эксплуатации, деформация соединения восстановима. То есть, через некоторое время после снятия нагрузки, соединение вернется в исходное состояние. Я приму допустимую нагрузку 40 кг на один нагель.
Принято считать, что соединение при такой нагрузке смещается на 2 мм. В отечественной литературе, принято рассматривать зависимость нагрузка-смещение, как линейную. Она, конечно же, нелинейная, но такое допущение сильно упрощает расчеты. В данной задаче, можно попробовать использовать нелинейную зависимость, что я, скорее всего, потом тоже сделаю.
- анкерный крепеж, я буду рассматривать, как идеальный, то есть нагели будут одновременно вступать в работу, и будут одинаково нагружены. Соответственно, допустимая нагрузка на 5 нагелей - 200 кг.

Итак, что получается.
Нагели "вступают в работу" по очереди, самый последний вступает в дело при смещении пластины примерно 1.45 мм.

Для примера, векторы силы, действующие на нагели, при смещении пластины на 1 мм.

Сразу бросается в глаза, что здесь всего 4 вектора, 5-й нагель пока "отдыхает". Векторы идут "врастопырку", то есть (на примере голубого нагеля) он вопринимает 6.5 кг от общей нагрузки вдоль оси Х, при этом сам подвергаясь нагрузке 7,9 кг.
Получается такая общая картина нагрузка-смещение. В частности, при суммарной нагрузке 200 кг, смещение составило 2.85 мм, то есть возросла податливость этого узла.

Но это только первая половина неприятности, менее существенная. Хотя там, где идет расчет с учетом податливости соединений, уже могут быть проблемы.
Хуже то, что нагели нагружены неравномерно.

При общей нагрузке 200 кг, один из нагелей нагружен 49 кг (при допустимых 40). А суммарная допустимая нагрузка на узел, при которой ни один нагель не нагружен больше 40 кг - примерно 154 кг (вместо 200).

Но и это еще не всё.
Вот эта самая допустимая нагрузка на нагель - она с обеспеченностью, мне помнится, 99%. То есть, только в 1% случайно взятых образцов, в наименее качественной древесине, допустимая нагрузка может быть меньше.
По-хорошему, нужно прогнать хотя бы несколько тысяч случайно сгенерированных вариантов расстановки нагелей, выбрать из них 1% наихудших, и вот тут-то и провести границу: с обеспеченностью 99%, допустимая нагрузка на узел составляет ххх кг.
Но что-то я предчувствую, что это ххх будет ближе к 100 кг.

В общем, первоначальный вывод такой: в безответственных местах, или там, где, скажем, нагрузка сопоставима с допустимой для одного нагеля, а ставить нужно минимум два - там пойдет примерно любой крепеж.
В ответственных местах (типа узлов ферм и затяжек висячей стропильной системы), где число нагелей определяется по расчету, на анкерном крепеже лучше не экономить.