Недавно один из читателей сайта обратился ко мне с вопросом: как рассчитать консольный вынос мауэрлата, прогона, конкового бруса?
На первый взгляд вопрос достаточно простой, если рассматривать подобный вынос просто как консольную балку с жестким защемлением. Однако в действительности все выглядит значительно сложнее, что я и попробую объяснить ниже.
Мой текст отделен от текста письма горизонтальными линиями.
Здравствуйте, уважаемый Доктор!
Большое спасибо за Ваш сайт — источник крайне полезной информации, изложенной в яркой и доступной форме.
Я разрабатываю проект загородного дома для себя. Строительного образования не имею, поэтому повышаю свой уровень с помощью информации из Интернета, и в значительной степени из Ваших статей. Многое уже уяснил, но некоторые вопросы остались. Буду рад, если вы прольёте свет и на эту тему, которая, как мне кажется, может быть интересна и другим посетителям Вашего сайта
Во многих домах с наслонными стропилами свес кровли над фронтонами поддерживается консольными выносами мауэрлата и конькового бруса, на которые опираются одна или несколько пар стропил.
Рисунок 553.1.
В случае, когда консольный вынос образуется одним брусом, расчёт подобной конструкции вопросов не вызывает. Налицо консольная балка, к которой приложено несколько сосредоточенных нагрузок.
Даже в этом на первый взгляд простом случае все намного сложнее, чем вы предполагаете. Т.е. в первом приближении действительно верхний брус можно рассматривать как консольную балку, с жестким защемлением на опоре. Кроме того нагрузку, приложенную практически на опоре для упрощения расчетов можно не учитывать, а нагрузка на конце консоли может быть в 1.5-2 раза меньше в зависимости от конструкции кровли. Впрочем, если для еще большего упрощения расчетов это не учитывать, то расчетная схема будет выглядеть примерно так:
Рисунок 553.2. Возможная расчетная схема для консольной балки — мауэрлата
Примечание: Сосредоточенные нагрузки я обозначил заглавными литерами, исходя из общепринятых положений. Длина консоли k — это расстояние от начала верхнего бруса до начала нижележащего бруса.
И тогда для расчета такой балки можно воспользоваться готовыми формулами, т.е. сначала рассчитать балку при действии первой нагрузки, потом второй, а затем полученные результаты сложить с учетом знака.
Однако сосредоточенные нагрузки, действующие на мауэрлат слева от опоры, не обеспечивают условий жесткого защемления на опоре, так как по условию равны сосредоточенным нагрузкам, действующим справа от опоры. Соответственно в данном случае более правильно рассматривать не просто консольную балку согласно расчетной схемы, показанной на рисунке 553.2, а некоторую балку, часть которой лежит на упругом основании — нижележащем брусе, далее следует пролет l и косоль k. Тогда расчетная схема будет выглядеть примерно так:
Рисунок 553.3. Более точная расчетная схема для консольной балки-мауэрлата.
Сам по себе расчет подобной балки — достаточно сложная задача, при этом дело осложняется тем, что координаты точки А изначально не известны. Известно лишь, что прогиб и опорная реакция в этой точке равны нулю, а вот значения угла поворота и момента в этой точке неизвестны.
Впрочем в таком достаточно сложном расчете как правило нет необходимости, так как значение момента на опоре В не изменится, изменится только угол поворота поперечного сечения на этой опоре, соответственно увеличится прогиб консоли.
При рассмотрении консольного выноса мауэрлата как простой консольной балки согласно расчетной схемы, показанной на рисунке 553.2, начальный угол поворота на опоре равен нулю. Расчет по расчетной схеме показанной на рисунке 553.3 позволит определить значение угла поворота поперечного сечения на опоре В и соответственно более точно определить значение прогиба. Если такой расчет не проводить, то значение прогиба на конце консоли, определенное по расчетной схеме 553.2 следует увеличить в 1.5-2 раза.
И еще, достаточно важный момент. В данном случае сечение мауэрлата будет ослаблено в месте пересечения с перпендикулярной стеной. Конечно же величина ослабления зависит от технологии выполнения сруба, тем не менее высота сечения бруса уменьшится примерно на h/4. Так как, судя по рисунку 553.1 сруб очень близок к условной опоре В, то изгибающий момент, действующий в этих сечениях, будет примерно равен моменту, действующему на опоре В. Соответственно ослабленное сечение должно выдерживать этот момент.
Не знаю, насколько понятно объяснил, но вы, если что, переспрашивайте.
Сложнее становится, когда балка образована несколькими брусьями.
Рисунок 553.4.
Если бы брусья были связаны между собой, например, склеены, то их можно было бы рассматривать как составную балку и рассчитывать в соответствии с рекомендациями из соответствующей статьи. Но при отсутствии связей, вероятно, следует рассчитывать эту конструкцию как две отдельные балки, на каждую из которых приходится половина от каждой приложенной нагрузки. Или я ошибаюсь?
Нет в данном случае вы не ошибаетесь. В том смысле, что для упрощения расчетов можно не обращать внимания на частичное распределение нагрузки верхним брусом при передаче нагрузки на нижний брус и тогда достаточно просто рассчитать одну балку, нагрузка на которую уменьшится в 2 раза. При этом сечение нижележащего бруса будет ослаблено примерно в 2 раза.
Ещё сложнее, если балка образована брусьями различной длины.
Рисунок 553.5.
В этом случае более-менее точный расчет будет действительно очень сложным по той причине, что следует отдельно рассматривать 3 балки различной длины, с разными консолями и разными приложенными нагрузками, в том числе и неравномерно распределенными.
Если максимально упростить, то наиболее нагруженным выглядит средний брус, который можно рассматривать как консольную балку на конце которой действует сосредоточенная нагрузка примерно 3Q. при этом длина консоли примерно равна расстоянию между началом 2-го бруса и началом 3-го бруса.
В целом с точки зрения распределения напряжений в балках данный вариант (три консоли разной длины) будет наиболее оптимальным.
Несущую способность консольного выноса можно повысить с помощью наклонных связей, например, стальных шпилек.
Рисунок 553.6.
Разъясните, пожалуйста, как рассчитать прогиб и напряжение консольных балок в описанных выше случаях.
Подобное размещение шпилек конечно же немного изменит общую работу соединяемых балок, но на мой взгляд очень незначительно, так как для воспрития касательных напряжений их потребуется достаточно много. А кроме того шпильки будут ослаблять сечение балок.
Т.е. использовать шпильки конечно же можно, но я бы в этом случае все равно воспользовался простым вариантом расчета, как для балок, показанных на рисунке 553.4.
При использовании подобных конструкций также возникает вопрос о расчетной нагрузке на стены.
Рисунок 553.7.
Предположительно, вследствие своего изгиба, консольная балка будет создавать нагрузку в основном на край расположенной под ней несущей стены, а также на соответствующую часть перпендикулярной стены. Вероятно, такую нагрузку можно считать сосредоточенной.
Существует ли способ рассчитать, или, хотя бы, приблизительно оценить эту нагрузку в точке её максимальной величины?
Да, примерное значение этой нагрузки будет В = 5Q, согласно расчетной схеме 553.3. Формально, на первом этапе расчета эту нагрузку можно рассматривать как сосредоточенную, но в действительности она будет распределяться по некоторой площади опорного участка нижележащего бруса и чем ниже, тем больше будет площадь распределения этой нагрузки.
При переходе к фундаменту эту нагрузку, а также нагрузки от других стропил можно рассматривать как равномерно распределенную нагрузку по длине стены.
И наконец, последний вопрос, связанный с передачей нагрузки от консольной балки через несущую стену на фундамент.
Рисунок 553.8.
Очевидно, максимальная нагрузка на фундамент будет под краем несущей стены. Однако эта нагрузка будет частично распределена по длине стены, и максимальное значение будет меньше, чем сосредоточенная нагрузка, приложенная в верхней части стены (не считая нагрузку от веса самой стены, перекрытия и т. п.).
Как рассчитать значение нагрузки в этой точке?
И, раз уж зашла речь о нагрузке на стены, разъясните, пожалуйста, методику расчёта несущей способности стены из бруса.
По вашему рисунку можно предположить, что вы изобразили внутреннюю несущую стену, под которую фундамент не предусмотрен. Тем не менее, исходя из общего контекста вопросов, полагаю, что имеется в виду все-таки дополнительная нагрузка от консольных свесов, а фундамента под несущую стену на рисунке просто не видно. В этом случае, как я уже говорил выше, нагрузку от кровли на фундамент можно считать равномерно распределенной.
Если стены из бруса полностью опираются на фундамент, то при качественной перевязке с перпендикулярными стенами, при стандартных деревянных перекрытиях и относительно небольших оконных и дверных проемах такие стены в дополнительных расчетах на прочность и устойчивость как правило не нуждаются.
В целом расчет будет сильно зависеть от того, как именно обеспечивается сцепление нижележащего и вышележащего брусьев, за счет профиля, нагелей и т.д.
В моём проекте свес кровли по всему периметру дома составляет 1.8 м и расчётная нагрузка на стену в точке опирания на неё мауэрлатов и конькового бруса составляет от 5000 до 6500 кг. Много это или мало? Стены предполагаются из профилированного бруса 140 мм, высота стен 6 м (два этажа).
Надеюсь, что вопросов не слишком много и заранее благодарен за ответы.
Без знания снеговой нагрузки, конструкции кровли, общих размеров дома мне трудно оценить значение полученной вами нагрузки. Тем не менее оно кажется мне завышенным. Например, при размерах дома 10х10 м, снеговой нагрузке 200 кг/м2 и кровле с наслонными стропилами без подкосов нагрузка в точке опирания конькового бруса будет около 3.5-4 тонн, при расчете по расчетной схеме 553.3.
Надеюсь, уважаемый читатель, информация, представленная в данной статье, помогла вам хоть немного разобраться в имеющейся у вас проблеме. Также надеюсь на то, что и вы поможете мне выбраться из той непростой ситуации, в которую я попал недавно. Даже и 10 рублей помощи будут для меня сейчас большим подспорьем. Не хочу грузить вас подробностями своих проблем, тем более, что их хватит на целый роман (во всяком случае мне так кажется и я даже начал его писать под рабочим названием "Тройник", на главной странице есть ссылка), но если я не ошибся в своих умозаключениях, то роману быть и вы вполне можете стать одним из его спонсоров, а возможно и героев.
После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью и адресом электронной почты. Если вы хотите задать вопрос, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Спасибо. Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье "Записаться на прием к доктору"
Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783
Для Украины — номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 0121 5641
Кошелек webmoney: R158114101090
- Расчет конструкций . Расчет конструкций кровли . Вопросы по расчету кровли
Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье "Записаться на прием к доктору" (ссылка в шапке сайта).
Существуют два основных варианта конструктивного решения фронтонного окончания крыши:
- свес крыши аналогичный карнизному свесу с лобовыми досками и софитами;
- открытый свес;
Первый и второй вариант осуществляется выносом за стену фронтона концов обрешетки или стропил. Которые впоследствии обшиваются погонажным или листовым материалом либо оставляются открытыми. Техническая реализация такого свеса заключается в том, что в первом варианте фронтонный свес крыши образуется выпуском за стену только концов обрешетки (рис. 107), а во втором варианте за фронтон выносится часть конструкции крыши — продлеваются мауэрлат и прогоны, на которые опираются стропила, несущие обрешетку и кровлю.
Рис. 107. Фронтонный свес образуемый обрешеткой
Фронтонный свес подшивается снизу софитами или оставляется открытым. Независимо от того будет свес зашит или оставлен открытым его торец должен быть прикрыт ветровой доской. На карнизном свесе эта доска называлась карнизной, а на фронтонном она называется лобовой или причелиной. Если в кровельном покрытии есть доборные элементы прикрывающие торцевой свес кровли причелина может не устанавливаться. Назначение этого элемента — прикрыть кровельный свес от ветра, чтобы он не поднял кровлю.
На рисунке 108 показан фронтонный свес, образуемый выпуском за стену мауэрлата и прогонов. При устройстве больших свесов крыш производится усиление консольных свесов путем удваивания высоты балок или укрепления их металлическими профильными балками.
Рис. 108. Фронтонный свес, образуемый прогонами и мауэрлатом
Альтернативный фронтонный свес крыши при котором не требуются консольные выпуски прогонов и мауэрлатов либо концов обрешетки называется «фронтонной лестницей». Она может быть изготовлена на месте: на крыше или на земле; либо поставлена заводом изготовителем стропильных ферм, если таковые будут использованы для строительства.
Стропильная фронтонная лестница прикрепляется гвоздями к последней стропильной паре или стропильной ферме, а затем вокруг «перекладин» продолжается кладка стены фронтона. Древесина перекладин должна быть обработана антисептиками и антипиренами, и обвернута рулонной гидроизоляцией. Свес «х» не должен превышать 600 мм, и не должен превышать «y» (рис. 109). Тогда консоль «лестницы», нависающая над фронтоном не будет передавать на крышу нагрузки на подъем.
Рис. 109. Фронтонный свес, образуемый «фронтонной лестницей»
Иногда фронтонные стропила не выступают за пределы здания далеко, а только, чтобы закрыть сайдинг. В этом случае стропила должны быть подбиты снаружи здания к дюймовой доске. Например, если стропила фронтона из доски 5х20, прибейте доску 2,5х15 вровень с верхом обычного стропила, потом прибейте стропило к этой доске "с лица". Добавление подбивочной полосы образует пространство для сайдинга, который подводится под стропило фронтона и создает чистую законченную работу.
Когда стропила фронтона поддерживаются повальными слегами, прибейте доску 5х10 вровень с верхом внутреннего стропила, затем вниз в подрезанный конец стропила, проверяя, что это стропило выглядит ровным. Затем определите ширину свеса по чертежу, потом отбейте меловую линию шнурком вдоль всех повальных слег, и отпилите их дисковой пилой. Прибейте с лица стропила фронтона к концам повальных слег 90 мм гальваническими гвоздями. Поскольку эти детали будут видны, проверьте, чтобы вертикальные срезы стропил у конька были плотно прижаты друг к другу и, что они выглядят хорошо.
Обрезка концов повальных слег
Повальные слеги и конек отпиливаются по длине, после того как их прибьют. Отбейте линию мелом на нужной длине и отпилите их. Будьте осторожны.
Прежде чем устанавливать фасции или валики, концы повальных слег и стропил должны быть размечены и распилены по длине. Проверьте чертежи для определения длины свесов. Свесы отмеряют по горизонтали от стены, а не вдоль стропила. Если, например, свес длиной 50 см и доска валика толщиной 38 мм, отмерьте от здания линию длиной 462 мм и поставьте точку на верхнем ребре стропила с обеих сторон здания. Отбейте меловую линию вдоль стропил, включая фронтоны, связав метки.
Если концы будут прямоугольными, используйте для разметки маленький стропильный угольник. Чаще всего делают вертикальный распил, который можно разметить с помощью лекала.
Чтобы сделать прямой валик или фасцию, разметьте и распилите коныцы стропил, после установки крыши.
Если свес длинный и хрупкий, прибейте поверх меловой линии сходни из доски 2,5х15. Или вы можете идти по границе здания и отпиливать концы циркулярной пилой. Стропила фронтона может будет нужно отпилить под скос 45°, чтобы прикрепить валик.
Валик, фасция и софит
Валик это горизонтальная доска, которая закрывает торцы стропил, если это две доски, прибитые одна над другой, то это фасция. Если по чертежам нужно устанавливать валик, то это делают после того, как стропила прибиты. Если свесы будут подшиты, вы может быть захотите прикрепить подпорку валика к концам стропил, того же размера, что и стропила. Софит может быть прибит к этой подпорке и к доске 5х, прибитой к стене. Чистовой валик или фасция закроет подпорку и скроет все гвозди.
Другой простой способ сделать софит это сделать 6 мм паз в задней части валика чуть ниже конца стропила. В валике из доски 5х, паз может быть сделан глубиной
6 мм с помощью рутера, прибив доску 2,5х10 по длине валика, которая будет служить направляющей. Чтобы закрыть софит, используйте 5 мм фанеру, которая вставляется в паз валика и прибейте к доске прибитой к стене.
Валик не должен быть такой же прочный, как доски стропил, поэтому часто используют красное дерево, ель, кедр и другие породы. Он может быть строганный и обрезной, как лучше для дизайна дома, но он должен быть камерной сушки и с малым количеством сучков. Доски должны быть как можно более длинными и прямымы.
Если наклон крыши не слишком большой,
их можно поднять наверх, уложив поперек стропил. На крыше с большим уклоном, вбейте несколько временных гвоздей в стропила, чтобы удержать доски валика на месте. (Не забудьте вытащить эти гвозди, когда они уже будут не нужны). Начинайте у стропил фронтона, которые обычно того же размера и из того же материала, что и валик и прикрепите его под углом 45°. Длина фронтона была размечена меловой линией, которая также отмечает длину всех стропил. Эта метка указывает на короткую часть распила под углом 45°. Предполагая, что стропила отпилены вертикально, сделайте метку с помощью лекала стропил, установите пластину пилы под 45° и распилите.
Затем отпилите доску валика под острым углом, выравнивая конец с концом стропила фронтона. Сделайте второй острый распил с другого конца валика так, чтобы он заканчивался на ребре стропила. Сделайте распил так, чтобы лицевая сторона острого угла была видна, когда валик будет прибит (см.рис. наверху). Делая распил таким образом, позволяет прибивать следующую часть валика поверх первой части, а не подсовывать её вниз.
Проверьте, как соединяются острые углы. Несмотря, что здание будет иметь абсолютно прямые углы и каркас сделан идеально, стыковка досок валика может иметь небольшие щели. Плохое соединение может быть также вызвано грубым распилом. В любом случае, можно попробовать слегка изменить пилу. Когда вы устанавливаете пилу на угол 45°, диск закрепляется болтом. Возьмите небольшой круглый кусочек пластика, подложите его под болт, так вы можете добиться угла 45,5° и даже 46°. Сделав эту корректировку, вы добьетесь, что наружный край острого угла соединиться точно с другим углом. Промежуточные соединения доски валика сечением 2,5х может быть сделано по другому, и более эффективно, гарантируя, каждый раз, идеальное соединение. Прибейте первую доску валика к концу стропила, оставив небольшой свободный кусок. Затем прибейте второй кусок доски, чтобы он перекрывал первый (см. нижний рисунок). Работая с крыши, следите, чтобы кусок доски справа накрывал кусок доски слева от вас. Выровняйте оба куска, проведите вертикальную линию прямо поверх конца стропила, установите пилу на 15° и достаточно глубоко, чтобы распилить обе доски вместе. Прибейте концы вместе для идеальной стыковки. (см. фото ниже)
Большинство строителей используют гвозди горячей гальванизации для крепления валика. Нержавеющие гвозди рекомендуются для приморских районов для предотвращения коррозии от соленого воздуха. Держите валик ниже стропил, чтобы не мешал покрытию крыши. Величина, на которую надо опустить валик, зависит от угла наклона крыши и толщины доски валика. Положите обрезок доски на верхнее ребро стропила и выдвинете его за пределы вертикального распила конца. Подтяните валик вверх к этому обрезу и прибейте. Используйте глазомер или линейку, чтобы прибивать валик на одинаковом расстоянии от верха стропил. Таким образом, обшивка крыши может накрыть верх валика и быть прибита к нему.
Работая с партнером, держащим другой конец, сначала прибейте валик к стропилу фронтона. Затем забейте два гвоздя через валик в каждое стропило, один гвоздь должен быть вверху, а другой внизу, для большей прочности. Если доска валика из обрезной доски, опытный плотник может забить гвозди вровень с поверхностью, не оставляя метки от молотка, но если доска строганная, гвоздь будет забит близко к поверхности, а затем добить его битой.
Продолжайте работать вокруг здания, пока не закончите. Вы сохраните много времени, работая с крыши, а не с лестницы, особенно, если фронтоны высокие или здание двухэтажное. Насладитесь своей работой, прежде чем начать обшивку.
