Расчёт обвязки и стоек деревянной каркасной стены

Расчёт состоит из:

1. Расчёта стоек деревянной каркасной стены на продольный изгиб;
2. Расчёта обвязки каркасной стены на смятие в месте опирания на неё стойки каркаса.

Стойки деревянной каркасной стены рассчитаны в основном на восприятие вертикальных нагрузок. В деревянной стойке силы сжатия направлены вдоль волокон, а в деревянной обвязке каркасной стены силы сжатия направлены поперёк волокон. В деревянной каркасной стене с каждой стойки на обвязку передаётся сумма нормативных нагрузок (снеговая, ветровая, собственный вес), доходящая до 25 кН (что соответствует примерно 2,5 т).

Рис. 9.6 Обвязка и стойка деревянной каркасной стен. Оси X и Y

Незакреплённая обшивкой стойка (рис. 9.4) превышает допустимый продольный прогиб по оси Y даже при совсем малой нагрузке. Недопустимые напряжения в стойке 36×148 мм высотой 2,4 м в таком случае возникнут уже при нагрузке 4,1 кН (примерно 410 кг).

Предельные значения суммы нормативных нагрузок (кН), в зависимости от высоты деревянной стойки

Се­че­ние сто­ек кар­ка­са, мм	Ось	Вы­со­та стой­ки, м
		0,9	1,2	1,8	2,4	3
48×98	X	35	47,2	32,9	26,8	15,1
	Y	23,9	21,2	10,6	8	4,1
36×148	X	66,5	62,8	53,7	42,8	32,8
	Y	24	14,8	7	4,1	2,7
48×148	X	88,7	83,8	71,5	57,1	43,7
	Y	48,4	32	16	9,4	6,2
48×198	X	121	118,7	108,5	95,9	81,5
	Y	64,8	42,9	21,4	12,6	8,2
98×98	X	109,3	96,3	67,2	44,8	30,9
	Y	109,3	96,3	67,2	44,8	30,9

Данные, приведённые в таблице предусматривают. Класс качества древесины: C24 (2-й сорт); климатический класс: 1, 2.

Обшитые стойки деревянной каркасной стены рассчитывают на продольный прогиб только по оси X.

Если каркас обшит, то для стойки, например, сечением 36×148 мм, высотой 2,4 м несущая способность по оси X составит 42,8 кН (что соответствует примерно 4,28 т). В малоэтажном домостроении таких нагрузок на одну стойку практически не бывает, поэтому в данном случае необходимо сделать расчёт обвязки каркасной стены на смятие в месте опирания на неё стойки каркаса. В данном случае площадь поперечного сечения стойки 36×148 мм = 5328 мм². Зная, что для деревянной обвязки каркасной стены изготовленной из доски класса качества C24 (2-й сорт) предел прочности на смятие 3,6 Н/мм², мы узнаем максимальную нагрузку на одну стойку: 5328×3,6=19,2 кН (примерно 1,92 т).

Материал подготовил конструктор Владислав Воротынцев на основе норвежской технологии каркасного домостроения, разработанной институтом СИНТЕФ

Сбор нагрузок для каркасного дома

В этой статье рассматривается сбор нагрузок для каркасного дома на примере одноэтажного дома 6×6 м. Все статьи об использовании свайно-винтового фундамента для каркасного дома.

Одноэтажный дом 6×6 с висячей стропильной системой

В качестве первого примера рассмотрим сбор нагрузок для одноэтажного дома 6×6 м расположенного в III-ем снеговом районе и II-ом ветровом районе. Кровля будет выполнена с уклоном 1:2 по схеме с затяжкой, роль которой будет играть балка перекрытия. Перекрытие пола первого этажа будет включать центральный прогон, разделяющий дом на две равные части.

Расчётная нагрузка от стропильной системы

Для расчёта стропильной системы используем калькулятор расчёта стропильной системы с приподнятой затяжкой, указав необходимые параметры, в нашем случае:

• Район снеговой нагрузки — III
• Район ветровой нагрузки — II
• Нагрузка от кровли — 16 кг
• Нагрузка от потолка — 26 кг
• Длина здания — 6000 мм
• Высота установки — 3000 мм
• Ширина — 6000 мм
• Величина свесов — 600 мм
• Высота фермы — 1500 мм
• Высота затяжки — 0 мм
• Шаг установи ферм — 626 мм
• Толщина досок — 50 мм
• Ширина досок стропил — 200 мм
• Ширина досок затяжки — 200 мм

Выполнив полный расчёт мы убедимся, что выбранные сечения досок стропил и балок перекрытия достаточны для выполнения требований по прочности и прогибам; а для соединения стропил и балки перекрытия должено быть использовано 15 стандартных гвоздей 88×3.1 применяемых для нейлеров. При желании можно пересчитать соединение на стандартный строительный гвоздь 3.5×90. Однако, самой важной для наших расчётов величиной будет расчётная нагрузка на опоры. Данные для опор будут различаться, это происходит из-за учёта сноса снегового покрытия ветром. Выбираем большее из значений, в нашем случае это 745 кг.

Получается, что одна пара стропил и балка перекрытия создают нагрузку на стену в 745 кг. Однако это точечная нагрузка и её требуется перевести в равномерно-распределённую разделив на шаг стропил по осям, равный 0.626 м. Таким образом получаем равномерно-распередлённую нагрузку от крыши на стены в 1190 кг/м.

Расчётная нагрузка от внешних стен

Расчётная нагрузка от конструкций стены получается перемножением веса 1 м 2 стены, равного 44 кг, на высоту стены, предположим, 2.5 м, и на коэффициент 1.1. Получаем 121 кг/м.

Расчётная нагрузка от перекрытия пола первого этажа

Остаётся расчитать нагрузку от перекрытия пола первого этажа. Она будет состоять из полезной нагрузки и веса конструкций.

Полезная нормативная равномерно-распределённая нагрузка на перекрытия жилых помещений составляет 150 кг/м2. Для получения расчётной нагрузки используется коэффициент 1.3. Таким образом получаем величину 195 кг/м 2 .

Вес конструкций сложится из веса конструкций перекрытия пола первого этажа (60 кг/м 2 ) и веса от перегородок, составляющего 50 кг/м 2 . Для получения расчётной нагрузки используется коэффициент 1.1. Таким образом получается нагрузка в 121 кг/м 2 .

Общая расчётная нагрузка от перекрытия пола первого этажа составит 316 кг/м 2 .

Ширина грузовой площади перекрытия пола первого этажа составит половину расстояния между прогоном под стеной и центральным прогоном, что будет соответствовать 1.5 м. Умножив расчётную равномерно-распределённую нагрузку от 1 м 2 перекрытия первого этажа на ширину грузовой площади получим нагрузку на прогон под стеной. В нашем примере она составит 474 кг/м.

Нагрузка на прогон под стеной

Нагрузка на прогон под стеной будет состоять из суммы нагрузок от стропильной системы, стены и перекрытия пола первого этажа. Здесь необходимо отметить, что возможно два варианта взаимного расположения балок перекрытия первого этажа и чердачного перекрытия. Обычно они параллельны, а результирующая нагрузка на прогон составляет сумму всех трёх указанных выше нагрузок. Однако, иногда разумно расположить балки этих перекрытий перпендикулярно, таким образом придётся расчитывать два варианта нагрузок, в одном от стены и пола, а во втором от стен и стропильной системы. Такое расположение позволяет несколько снизить максимальную нагрузку и, возможно, изменить свайное поле.

Результаты расчёта нагрузок на пролёты для разных вариантов приведены в таблицах ниже.

Нагрузка на прогон под стеной. Балки перекрытий параллельны

Элемент конструкции	Нагрузка
Стропильная система и чердачное перекрытие	1190
Внешние несущие стены	121
Перекрытие пола первого этажа	474
Итого	1785

Нагрузка на прогон под стеной. Балки перекрытий перпендикулярны

Элемент конструкции	Нагрузка
Стропильная система и чердачное перекрытие	1190
Внешние несущие стены	121	121
Перекрытие пола первого этажа	474
Итого	1311	595

Нагрузка на центральный прогон

Ширина грузовой площади для центрального прогона составит половину суммы пролётов перекрытия пола по обе стороны от прогона, или 3 м. Расчётная равномерно-распределённая нагрузка от перекрытия пола первого этажа останется неизменной, а нагрузка на прогон составит 948 кг/м.

Максимальная нагрузка на каркасную стену

В одной из прошлых статей я указал на высокий потенциал по части механической надежности каркасного дома. Сегодня попробуем выразить этот потенциал в цифрах. Рассмотрим основное воздействие на стену каркасного дома — сжатие от веса строительных конструкций и всего находящегося в доме и на доме.

Главный несущий элемент каркасной стены — это стойка. В качестве стоек обычно используются доски толщиной 40. 50 мм и шириной от 100 до 200 мм. Длинная сторона сечения cтойки располагается перпендикулярно плоскости стены. Помимо того, что ширина (высота сечения) стойки задает толщину утеплителя, такое расположение наиболее выгодно с точки зрения строительной механики.

Расчетное сопротивление древесины 2-го сорта сжатию вдоль волокон следует принимать 130 кг/см² — на уровне бетона. Если бы нагрузка приходила бы точно в середину стойки, то одна стандартная стойка 5х15 см могла бы выдержать не менее 10 тонн . Но учет вероятности потери устойчивости снижает эту цифру на 35. 40% (при высоте этажа около 3 метров). Дополнительное влияние изгиба от ветра и внецентренного приложения нагрузки может снизить несущую способность стойки до 3. 4 тонн (и даже меньше).

Однако не только несущая способность стойки может оказаться лимитирующим фактором нагрузки на каркасную стену. По верху и низу стоек расположены верхняя и нижняя обвязки. И стойка давит на эти обвязки (на верхнюю — в виде реакции), которые сопротивляются смятию поперек волокон . А сопротивление смятию поперек волокон даже с учетом положительного влияния сопротивления соседних незагруженных участков оказывается примерно в 3 раза меньше , чем сопротивление сжатию. Правда, следует отметить, что разрушения при напряжениях, превышающих расчетное сопротивления смятию, не происходит, но становятся недопустимыми деформации узла:

Таким образом, по крайней мере при предварительных расчетах , можно принять допустимую нагрузку для стойки каркасного дома из доски толщиной 50 мм такую, чтобы среднее давление в стойке равнялось 41 кг/см² . То есть, основным лимитирующим фактором чаще всего(но не всегда !) будет являться сопротивление смятию поперек волокон нижней обвязки .

Для стойки 5х15 см вычисленная таким образом допустимая нагрузка составит 3 тонны , для стойки 5х20 см — 4 тонны , для стойки 5х10 см — 2 тонны . Если на стойку приходится большая нагрузка, то следует увеличить сечение. Но если увеличение нагрузки локальное, то стойка просто дублируется (сдваивается или страивается), однако при этом падает расчетное сопротивление смятию. То есть для сдвоенной стойки среднее давление следует ограничить уже 30 кг/см², а для строенной — 27 кг/см². То есть, допустимая нагрузка на стойку из двух досок 5х15 см составит 4,5 тонны, а не 2х3=6.

Так как стойки обычно ставятся с шагом 0,6 метра, то получается, что допустимая нагрузка на 1 п.м. глухой каркасной стены при стойках 5х15 составит около 5 тонн , что, как правило, с лихвой перекрывает реальные цифры нагрузки. При этом надо понимать, что нагрузка на стену считается не путем деления веса дома на периметр стен , а следует выделять отдельные участки стен, по-разному загруженные (если интересно, как это осуществляется — напишите в комментариях).

— максимальная нагрузка на глухой участок стены каркасного дома при стойках 5х15 с шагом 0,6 метра составит 5 тонн/п.м.

— максимальная нагрузка на рядовую стойку 5х15 составит 3 тонны, в отдельных случаях — еще меньше

PS. Любопытно также проанализировать картинку в «шапке» разрушенного от перегрузки каркасного дома. Как раз на фото заметно, что практически все стойки остались целы, а дом завалился потому что была потеряна жесткость каркаса из-за потери связи между жесткой обшивкой и каркасом. То есть данный дом развалился раньше, чем древесина достигла предельного состояния (расчетного сопротивления). Поэтому этот вопрос нуждается в дополнительном исследовании и возможно выводы в статье в некотором времени будут скорректированы.