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.
С уважением,
Михаил
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. | 
