Конструктив: правильная укосина

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

На сжатие или на растяжение?

 

Врезать или не врезать…

Спойлер: кому все таки интересно

В смысле врезАть. Периодически, на форуме и не только, возникает вопрос врезки «укосин» в стойки. Одни утверждают, что это облегчит последующую отделку. Вторые убеждены в том, что врезка обеспечивает защемление «укосины» и препятствует складыванию стен. А третьи посмеиваются над предыдущими двумя и не врезают вовсе.

Интересно рассмотреть вариант защемления, дает ли это существенное преимущество в жесткости перед накладной «укосиной» .

Для более детального рассуждения возьмем стену высотой 3 м (Рис.1) из примера рассмотренного ранее.


Но тут сразу необходимо задаться определенными предпосылками, т. к. жесткость и устойчивость стены в плоскости мы пытаемся обеспечить защемлением «укосины» в стойке (ах). Для этого нам необходимо исключить продольные усилия в «укосине». В противном случае, не исключив последних, мы получим стену практически идентичную стене, где угловую жесткость узлов можно не учитывать, т. к. доминантным все равно останется продольное усилие (т.е. предварительные выводы можно уже делать). Для этого в узлах №1 (Рис.1) мы искусственно обрываем «укосины» не доводя их до обвязок, а также не забиваем гвозди и «намыливаем» (т.е. убираем трение) плоскости соприкосновения «укосины» со стойкой (ами) на Рис. 2 (отмечено зелеными линиями).


В результате мы «ВЫНУДИЛИ» работать узел сопряжения элементов стены и воспринять момент, пытающийся изменить исходный угол между стойкой и «укосиной (на рис. 2 отмечено красными стрелками). Кстати, если вспомнить, то на этой стене была и вторая укосина расположенная зеркально, но в данном случае она отсутствует. Это обусловлено геометрическими размерами элементов и направлением действия силы, поэтому кто дружит с геометрией, поймет этот нюанс.

Для расчетов возьмем следующие размеры элементов:

Стойка – сечением 140х40мм;

«Укосина» - рассмотрим два сечения: 90х20мм и 140х40мм.

Также рассмотрим два угла: 45 и 60 градусов между «укосиной» и горизонтом.

Теперь получим момент в соединении от внешней нагрузки. При усилии 488кг момент в узле составит примерно 0,586 т*м. Это приблизительная цифра т. к. не учитывает неравномерность распределения усилий между узлами пересечения «укосины» с семью стойками, хотя именно момент гасится не семью, а пятью узлами.

Посчитаем какой момент может воспринять наш узел при разных размерах элементов и разных углах, при этом расчетное сопротивление смятию поперек волокон мы для примера примем равным 30 кг/см2:

- укосина 90х20мм угол 45 градусов М=0,021 т*м <0,586т*м – условие не выполняется.

- укосина 90х20мм угол 60 градусов М=0,054 т*м <0,586т*м – условие не выполняется.

- укосина 140х40мм угол 45 градусов М=0,071 т*м <0,586т*м – условие не выполняется.

- укосина 140х40мм угол 60 градусов М=0,181 т*м <0,586т*м – условие не выполняется.

НО! Может показаться, что при угле 60 градусов дела обстоят лучше, но это не так. Т. к. изменился угол, то изменилась и нагрузка, она, в данном случае, увеличилась в два раза. Поэтому меняя угол преимущества не получим.
Т. е.:
- укосина 90х20мм угол 60 градусов М=0,054 т*м <1,172т*м – условие не выполняется.

- укосина 140х40мм угол 60 градусов М=0,181 т*м <1,172т*м – условие не выполняется.

ВЫВОД (имхо конечно): Как видно, даже на бумаге мы не смогли обеспечить необходимую жесткость, хотя и нагрузка может быть меньше, но все равно это бесполезно на практике. Почему бесполезно:

- мы задались определенными предпосылками, которые должны отсутствовать (связь с обвязками и т. д.) наверно главный аргумент;

- учитывали только момент без учета поперечных усилий в соединении;

- считали только на прочность соединение и не учитывали деформации и перемещения, которые будут много больше предельно допустимых (особенно учитывая податливость соединений).

Также нужно учитывать и материал, из которого изготовлены элементы. Анизотропность и другие свойства древесины мы вынуждены учитывать и принимать. Ну и еще проблема - это выполнить данное соединение и добиться постоянного плотного прилегания. Даже если работал столяр, со временем образуется, хоть и минимальный, зазор. Тем более, когда соединение не одно, то прилегание будет скорее всего разным и усилия в конкретном соединении будет еще больше.

Вариант с удобством последующей работы видимо самый обоснованный, а также не стоит забывать про некоторое улучшение соосности.

 

Вопрос врезать или не врезать укосины в стойки тут вроде еще никто не обсуждал

 

В этой теме обсуждали. Давно на 22 странице и недавно на 87 мужик одолевал всех

 

Интересный поворот)
А можете посчитать нагрузку на узел1 при условии, что узел2 обеспечивает сохраненние плоскости-прямолинейности доски-укосины? Выполняется?

 

Поверхностный пробег по материалам исследования показывает, что лучшая укосина - это плитная обшивка

Даже гипсокартончик повышает сопротивление сдвигающей нагрузке по сравнению с обычным укосом в два чтоли раза.

 

Именно так. Но тема называется "Конструктив: правильная укосина".

 

@pda2011, всё верно. Правильное исполнение укосины - использование OSB с монтажом ВСЕХ краёв на стойки/опорные бруски.

 

Не только снаружи, но и изнутри

 

Мне не оч. понятно другое. Полистал первое исследование, которое про то как рулит гипсокартончик, если им всё хорошенько обить.

На первый дилетантский взгляд кажется, что укос должен лучше работать на растяжение. Возьмём, например, спичку. Как её легче сломать: растянув или сжав? Сжав. Сдавишь пальцами, выгнется и сломается.

Но экспериментальные данные указывают, что укос на сжатие работает лучше в два раза чем на растяжение (2500-3000 lbs нагрузки, против 1000 - 1500 lbs).

Почему так? Гвозди так быстро срезает? Так в случае сжатия гвозди частично вообще работают на вырывание, в следствие изгиба укоса, что не их профиль. Непонятно.

 

@script-kidy, удивительное - рядом Два гвоздя толком ничего не несут. Поэтому на растяжение - N*ничего = немного. На сжатие же укосине есть куда упереться, вот и получается N*ничего + весьма не мало. А вырывающей нагрузки на гвозди при сжатии почти нет - они выполняют исключительно роль стабилизации формы укосины; что бы она не дёрнула со своего места.

 

Картинки из отчёта показывают, что вырывающая нагрузка вполне себе есть и ощутимая. Аж дугой встала и гвозди повырывало.



Другое дело, что да, уперевшись во вторую верхнюю обвязку с одной стороны (что опять же говорит в пользу нужности этой самой обвязки) и во что-то там с другой стороны (в фундамент, например) этой укосине просто некуда деваться и она сопротивляется пока не сломается.

Но есть ли смысл во всём этом эксперименте? Понятно, что это совершенно не штатный режим эксплуатации этой укосины. Когда дом уже начал разваливаться. Более интересными были бы кратковременные ударные нагрузки, например. Чтобы можно было бы оценить вибростойкость каркаса.

 

А если бы там не гвозди в стойках а достаточно крепкие саморезы... Никуда бы не выгнула, и задача устойчивости на метре для дюймовки не то что на 2,5.

Про влияние на вибростойкость согласен. Продольная устойчивость влияет не звуко- виброизоляцию дома. Чем крепче тем тише. Но вообще устойчивость в статике довольно неплохо характеризует вибростойкость.
В общем правильная укосина+плитная обшивка с утеплителем в виде закрытоячеистого ППУ по каркасу самое оно будет

 

@script-kidy, это же разрушающий тест. Предел определяется самым слабым компонентом. Однако конечная цель проектирования - найти рациональный компромис.

 

@svg2000, тем не менее результат налицо. Разрушение связано с потерей устойчивости за счет вырыва гвоздей со стойки. А эта задача относительно легко считается.