Раскосы в каркасном доме: Установка раскосов в каркасном доме — КАРКАС ИНФО

Каркасный дом укосины. Нужны ли укосины в каркасном доме если обшить осб Раскосы в каркасном строительстве

Надёжность каркасного дома, степень его устойчивости к ветру, снегу, другим неблагоприятным погодным условиям, срок службы такого сооружения определяются жёсткостью его конструкции. Самый популярный метод укрепления каркаса — установка укосин. Давайте разберёмся, стоит ли тратить свои силы и время на монтаж укосин или же вполне можно обойтись без них.

Что такое укосины, и какими они бывают

Укосины — это дополнительные компоненты домового каркаса, которые обеспечивают повышение степени надёжности конструкции сооружения и увеличение срока эксплуатации здания. Эти элементы обычно монтируются под углом 45°, данный показатель изменяется до 60° в случае, если установка укосин производится рядом с дверными или оконными проёмами, а также с местами стеновых примыканий.

Чаще всего укосина представляет собой деревянный брус, сработанный из доски с сечением 25 на 100 мм. Такой размер в большей части случаев является оптимальным и использование более крупных элементов укрепления каркаса, как правило, нецелесообразно. Укосины с упомянутым сечением укрепляют конструкцию дома, но при этом не утяжеляют и не создают дополнительную нагрузку на фундамент .

Применяются укосины и из металла. Они более тяжелы и на территории России непопулярны. В США напротив, по большей степени встречаются металлические укосины. Преимущество таких укосин — небольшая цена и высокая скорость установки.

Недостаток этих укосин в сравнении с деревянными заключается в том, что последние противостоят как сжатию, так и растяжению, а металлические — лишь растяжению. Потому при монтаже укосин из металла приходится ставить их крест-накрест для адекватного сопротивления изменяющемуся вектору нагрузки. Кроме того, перед монтажом металлических компонентов нужно проводить дополнительные работы по гидроизоляции.

Укосины могут устанавливаться как на постоянный срок, так и временно. Необходимость в монтаже временных укосин возникает, если плиточная обшивка стен (плитами ОСП) ещё не обустроена, однако каркасное строение требуется укрепить на время проведения данной работы.

Почему нельзя обойтись без укосин

Каркасный дом сам по себе является достаточно прочным сооружением, однако и его конструкция требует укрепления. Дело в том, что компоненты каркаса до установки укосин расположены только параллельно и перпендикулярно относительно друг друга. Такое расположение элементов каркаса делает его неустойчивым к смещениям грунта, воздействию ветра и другим «поперечным» нагрузкам.

Если в каркасе строения нет элементов, обеспечивающих жёсткость, то такой дом подвержен риску потери геометрии конструкции, деформации как внешней, так и внутренней отделки. Не исключено, что под влиянием серьёзных боковых нагрузок дом может «сложиться».

Отсутствие жёсткости каркаса приводит к снижению показателя долговечности конструкции дома в целом.

Результат неверного распределения укосин и их недостаточного количества

Итак, результатом правильной установки укосин является:

• предотвращение колебаний и разрушения стен под воздействием погодных факторов;
• отсутствие деформации стен и внутренних перегородок под нагрузками;
• наращивание жёсткости несущих конструкций;
• более надёжное закрепление внутри стен теплоизоляционных материалов;
• обеспечение равномерности распределения нагрузки между элементами каркаса.

После монтажа укосин здание каркасного дома будет успешно противостоять шквальному ветру, оползням и даже землетрясениям. Снег, скопившийся на крыше в зимнее время, также не будет создавать угрозы для целостности дома.

Есть ли возможность отказа от укосин

В роли укосин в последнее время всё чаще выступают фанерная обшивка или OSB (ориентированно-стружечная плита). Использование фанеры более оправдано, так как она обладает большим коэффициентом пространственной жёсткости в сравнении с ДСП и OSB.

Тем не менее, даже те каркасные дома, которые обшиты качественной фанерой, однако лишены укосин, зачастую не выдерживают ударов стихии, хотя и приспособлены для обычных нагрузок в нормальных условиях.

Укосины можно не ставить только при строительстве небольших каркасных сооружений, которые не являются жилыми домами, а имеют, к примеру, хозяйственное назначение. Так, каркасные гаражи , сараи или туалеты вполне могут обойтись обшивкой без установки укосин, поскольку ввиду небольшой площади несущих элементов они в меньшей степени подвержены ветровым и другим погодным нагрузкам.

Последствия ураганного ветра

Следует знать, что обшивка при этом должна быть выполнена из крепкого материала, поставляемого в виде относительно крупных компонентов. Элементы отделки нужно располагать аналогично укосинам — под углом в 45°

Типичные проблемы

Для того чтобы укосины действительно качественно выполняли свою функцию и оправдали финансовые и трудовые вложения в их установку, следует строго придерживаться основных правил монтажа данных конструкций.

Вот некоторые секреты установки:

• укосины должны быть врезаны в верхнюю, нижнюю горизонтальные обвязки каркаса и в вертикальные стойки — только так каркас станет максимально жёстким;
• установка укосин изнутри менее удобна, однако обеспечивает гарантированное отсутствие «мостиков холода»;
• при прикреплении укосин к каркасным элементам нужно использовать только гвозди, но не саморезы;
• на одну стену вполне достаточно установить только две разнонаправленные укосины. Большее число укрепляющих элементов вряд ли значительно повысит степень жёсткости каркаса;
• монтаж нужно производить от центральной части нижнего бруса к углам наверху. Такой порядок установки обеспечит образование прямоугольного треугольника между элементами жёсткости и угловой стойкой;
• если укосины устанавливаются исключительно на внешних стенах сооружения, то большая часть статической нагрузки приходится именно на них, а не на внутренние перегородки.

Помните: монтаж укосин вовсе не гарантирует защиту дома от внешних нагрузок в случае, если материал данных элементов подобран неверно или же процесс установки производится с ошибками.

Последствия ошибок при выборе материала и монтаже:

• применение полых укосин — степень их износоустойчивости невысока;
• аналогичная проблема встречается при выборе укосин с маленьким поперечным сечением и в целом некачественных пиломатериалов;
• выбор в качестве укосин полос или лент из металла для больших домов — такие укрепляющие элементы больше подходят для мелких строений;
• использование некачественно просушенной древесины — после усыхания в зонах соединений компонентов образуются зазоры и жёсткость конструкции снижается;
• установка укосин в углах чревата снижением показателя устойчивости конструкции в целом.

Очевидно, что использование укосин — обязательное условие укрепления каркасного жилого дома. Сооружения, в которых такое решение было реализовано, прослужат достаточно долгий срок, на протяжении которого будут успешно противостоять стихии и другим нагрузкам. Таким образом, укосины фактически застрахуют владельца от гораздо больших потерь, чем те, которые связаны с изготовлением и установкой этих элементов.

Пользуются спросом благодаря доступной стоимости, хорошим техническим характеристикам, низкой теплопроводности и долговечности. Для того чтобы коттедж спокойно переносил различные климатические нагрузки без деформации и повреждения несущих стен, кровли и других частей, в конструкции обязательно присутствуют укосины. Диагональные элементы добавляют дому жесткость и прочность, делают здание долговечным и износостойким.

Назначение укосин в каркасных домах

Жилые каркасные дома выполнены по типу многослойного пирога, а их стены имеют меньшую конструктивную прочность, чем постройки из кирпича, бруса или бревен. Несущие элементы стен расположены в одной плоскости и могут менять свое положение при сильных ветрах, движении грунта, обильном выпадении осадков. Наличие укосин позволяет стабилизировать положение конструкции, исключить риски повреждения здания.

Проектирование и строительство дома по каркасной технологии без использования укосин не допускается. При таком подходе здание не имеет других ребер жесткости, кроме углов. Даже небольшие внешние нагрузки приводят к повреждению внешней или внутренней обшивки, потере эксплуатационных характеристик и привлекательного внешнего вида.

В некоторых случаях коттедж без укосин может «сложиться» как карточный домик без возможности восстановления. Даже если такой ситуации удалось избежать, повреждение теплоизоляционного слоя делает здание холодным и продуваемым, снижает срок его эксплуатации до минимальных показателей. Наличие укосин полностью исключает подобные ситуации.

Особенности монтажа укосин

В каркасном домостроении используются временные и постоянные укосины. Изделия первого типа применяются только на этапе возведения коттеджа. С их помощью укрепляют углы, промежуточные стойки, выставляют элементы по уровню до окончания основного этапа монтажа. До начала финишной отделки укосины демонтируются.

Постоянные укосины монтируются с учетом использования в течение всего срока эксплуатации каркасного дома. Для придания большей жесткости, установка конструктивных элементов выполняется не только в несущих стенах. Но и во внутренних перегородках. При выполнении работ учитываются следующие особенности:

Оптимальный угол наклона укосин составляет 45°. Допускается его увеличение до 60°, например, вблизи оконных и дверных проемов.

Направление монтажа определяется от центра нижнего обвязочного бруса к верхнему углу стойки.

При обустройстве окон и дверей укосины направляются от углов к имеющимся проемам.

Прочная и надежная фиксация обеспечивается соединением укосины и несущего элемента по типу «шип-паз».

Количество укосин на каждую стену не менее двух, а их размещение должно быть в непосредственной близости от углов здания.

В качестве материала используются цельные, хорошо просушенные доски. В противном случае древесина со временем будет рассыхаться с увеличением зазоров между элементами конструкции и снижением прочности каркаса. Наша компания строит дома с обязательным исполнением указанных требований, что гарантирует высокое качество, надежность и долговечность строений.

Продолжаем серию текстов об узлах стен каркасного дома. Наконец-то мы дошли и до укосин. Укосины каркасного дома — важный элемент стены, который нужен, чтобы дом не сложился в какую-либо сторону после постройки. Если вы читали на форуме новости о нерадивых строителях, то наверняка видели такие ситуации.

Укосины в каркасном дома

Для того, чтобы ваш каркасный дом стоял долго и крепко, в стойки стен каркасного дома врезаются укосины.

Важно: укосина каркасного дома должна врезаться под углом 45-60 градусов в обе обвязки (нижнюю и верхнюю). Иногда также врезается и вторую верхнюю обвязку (как на картинке выше), но реже.

Видео о том как врезать укосину в каркасном доме? Как это сделать за 1 минуту

Укосины обязательно нужно применять, если на стены не планируется плитная обшивка (ОСП-3, фанера). С плитной обшивкой укосины не нужны, она прочнее укосин (если это ОСП или фанера 12 мм) более чем в 5 раз. Но для каркасного одноэтажного дома и укосин вполне достаточно.

В любом случае (с плитной или без плитной обшивки), вам понадобятся временные укосины .

Временные укосины в каркасном доме

Временные укосины используются на этапе сразу же после подъема стен, пока те еще не закреплены сверху лагами перекрытия, а также не установлена плитная обшивка. Временные укосины помогают стенам никуда не падать и стоять на заданном месте. Лучше не экономить на количестве досок, потом их легко убрать.

Выглядит это все так:

Маленький бонус:
Как поднимать стену с обшивкой (фото). Заметьте, даже с плитной обшивкой строитель ставит временные укосины.

Хотя это и нечасто делают, но может быть, кто-то решит, что ему удобнее так. Переводить не стал, вроде бы все наглядно.

Маленький бонус №2:
Как крепить вторую верхнюю обвязку стены каркаса (фото)

Задавайте вопросы в комментариях или лично мне в индивидуальных консультациях, а также напоминаю, что наша команда проектировщиков разработает для вас в соответствии со всеми вашими пожеланиями.

Укосина – наклонно установленный брус, назначение которого подпирать вертикальную конструкцию или ее часть. В строительстве их используют для увеличения жесткости каркаса. Укосины в каркасном доме устанавливают для увеличения устойчивости и прочности каркаса.

В России каркасные дома стали строиться после многих лет их возведения в Америке и Европе. Сформированы канадская и финская каркасные технологии. Накоплен огромный опыт каркасного строительства. Все допущенные ошибки, недочеты и их влияние на эксплуатацию домов обобщены в Правилах или Кодексе. Отдельные его положения переведены, включены в Свод правил по проектированию и строительству каркасных домов, действующий в России. Свод позволяет использовать чужой опыт, строить каркасные дома без ошибок из доступных материалов. К сожалению, на практике правила искажаются из-за стремления удешевить, упростить строительство. Переиначивание происходит на уровне проектирования, выбора материалов, непосредственно строительства. В результате, у потребителей формируется неправильное представление о каркасной технологии, эксплуатационных качествах таких домов.

Стойки, лаги и перекрытия находятся под прямым углом или параллельно друг другу. Без использования специальных стабилизирующих элементов дом может «сложиться». Такой элемент –укосина, планка, установленная и закрепленная под углом к стойкам. Дом со стенами, содержащими такие укрепляющие элементы, выдерживает любые порывы ветра, землетрясения.

Отсутствие укосин

Среди российских строителей распространилось мнение, что укосины для каркасного дома необязательны. Несмотря на это, такой элемент основы дома крайне необходим. Обшивка плитами может их заменить только при создании небольших построек хозяйственного назначения. Отсутствие укосин для жилого дома грозит разрушением, которое начинается с деформации внутренней и внешней отделки, смещения теплоизоляционного слоя.

Мнение эксперта

Сергей Юрьевич

В каркасных домах, строящихся в начале, не всегда использовали укосины. Вместо этого обшивали дом досками, установленными под 45°, «елочкой». Многолетний опыт доказал ненадежность такого метода, его используют для нежилых построек малой площади.

Способы увеличения жесткости основы дома

Для увеличения устойчивости каркаса применяют:

1. Деревянную укосину устанавливают под углом 45°. Если примыкающие стены, дверные или оконные проемы не позволяют выдержать именно такой угол, его увеличивают до 60°, иногда больше. Увеличение угла следует компенсировать установкой большего количества элементов на стену. Для надежной стабилизации каркаса достаточно доски 25 Х 100 мм, врезанной в доски верхней и нижней обвязки. Использование планок большего сечения ведет к необоснованным затратам на материалы. Нижний край планки размещают ближе к центру дома, верхний – к периметру. Деревянные укосины прочные, незначительно утяжеляют каркас, выдерживают нагрузки на растяжение и сжатие.
2. Металлические укосины наиболее распространены в Северной Америке, в России применяют редко из-за значительного веса и подверженности коррозии. Они привлекают невысокой стоимостью и быстротой монтажа. Металлические укосины тоже врезают в верхнюю и нижнюю обшивку, но их устанавливают крестом. Это связано с тем, что планки из металла выдерживают нагрузки только на растяжение и не выдерживают на сжатие. Установка двух элементов крестом позволяет компенсировать нагрузки любого направления.
3. Внешнюю обшивку фанерными или ориентированно-стружечными плитами. Закрепленные к стойкам и доскам нижней обвязки, они образуют треугольник.

Какой способ выбрать, зависит от конкретных условий: площади строения, климата, назначения, этажности. Возможна комбинация материала укосин.

Мнение эксперта

Сергей Юрьевич

Строительство домов, пристроек, террас и веранд.

Укосины не следует путать с распорками. У распорок другое назначение, устанавливают их совсем по другим правилам. Распорка служит для устранения пружинного эффекта досок при большой высоте стены (от 3 м).

К чему приводит отсутствие стабилизирующих элементов, неправильная их установка

Неграмотный подход к проектированию каркасных строений приводит к потере прочности, долговечности дома. При отсутствии укосин в несущих стенах и перегородках строение не выдерживает и одного года. Они противостоят смещению, боковым нагрузкам. Обязателен инженерный расчет с учетом максимальных снеговых, ветровых нагрузок.

Что надо учитывать при установке укосины

Чтобы укосина надежно укрепляла каркас постройки, при ее установке необходимо следовать правилам:

1. Толщина планки составляет до одной четвертой части толщины стены.
2. Укосину врезают в доски обвязок и стойки стены заподлицо.
3. На одну стену устанавливают не меньше двух элементов в разные стороны: наклон одной влево, другой – вправо.
4. Если укосина устанавливается до поднятия стены, в лежачем положении, то крепить ее жестко не стоит, чтобы после установки стены в вертикальном положении, планку можно было отрегулировать.
5. Устанавливать укосины с внутренней стороны стены рациональнее с точки зрения образования мостиков холода. С внешней стороны удобнее крепить. На диагональной жесткости выбор стороны стены не отражается.

Временные элементы

Временные укосины поддерживают стены после их возведения до постоянного закрепления к лагам перекрытия, установки обшивки.

Для каких целей ставят укосины в каркасном доме? Когда они необходимы, а когда без них можно обойтись? Какие бывают укосины и как правильно их установить?

Основанием каркасного дома, как следует из названия, служит внутренний каркас. Именно от него, в основном, зависит прочность и долговечность дома. Поэтому очень важно приобрести для каркаса качественные материалы и правильно собрать.

Чаще всего для каркаса используют древесину хвойных пород, намного реже – лиственные виды и металл. Для стоек, которые принимают вертикальную нагрузку, лучше всего подойдет клееный брус. Перемычки, которые распределяют вертикальную нагрузку, делают из досок.

Этапы строительства каркасного дома:

• устройство фундамента;
• укладывание брусьев нижней обвязки и их крепеж к фундаменту;
• монтаж стоек;
• монтаж верхнего яруса;
• укрепление каркаса;
• монтаж потолочных балок и устройство кровли;
• утепление;
• внешняя и внутренняя отделка.

Каркас – довольно массивное сооружение, сделанное из прочного материала. Зачем же проводится дополнительное укрепление каркаса (пятый этап), и можно ли обойтись без него?

Зачем нужны укосины?

Все детали в каркасе расположены параллельно и перпендикулярно друг к другу, поэтому они не устойчивы к поперечным нагрузкам, например «гулянию» грунта, воздействию снега или ветра.

Для придания необходимой жесткости в каркас встраиваются укосины. Это диагональные элементы, которые будут не только стабилизировать конструкцию, но и удерживать внешние стороны дома от «гуляний» внутрь или наружу.

Если в строении отсутствуют элементы жесткости, оно может потерять геометрию, что приведет к деформации внешней и внутренней отделки. Сильные боковые нагрузки могут даже «сложить» дом. Менее заметные последствия – это потери тепла из-за нарушения целостности утепляющего слоя и уменьшение долговечности дома. Таким образом, установка данных элементов вполне оправдана, несмотря на дополнительные затраты материалов, труда и времени.

Иногда вместо укосин ставят распорки между стойками, что менее трудоемко. Однако такие распорки добавляют только вертикальную жесткость и не препятствуют «складыванию».

Установка постоянных укосин

Разберем, как правильно поставить укосины, которые будут стоять в доме на протяжении всего срока службы.

Элементы жесткости следует ставить не только во внешние стены, но и в перегородки.

Идеально, если угол установки будет равен 45°. Однако из-за оконных и дверных проемов его удается соблюсти не всегда. В этом случае можно увеличить угол до 60°.

Установка производится от центра нижнего стенового бруса к верхним углам. В результате, элементы жесткости образуют с угловой стойкой прямоугольный треугольник.

В местах, где устанавливаются дверные и оконные коробки, укосину лучше направить от углов к этим проемам, чтобы дополнительно закрепить данные элементы.

Для плотного прилегания необходимо врезать укосины в элементы каркаса, выпиливая пазы необходимой глубины и ширины. Правильно смонтированные укосины плотно прилегают к элементам каркаса и не мешают выполнять обшивку.

На каждую стену надо ставить не меньше двух деталей и располагать их по краям, где находятся наружные углы.

Чтобы дом был стабилизирован в обоих направлениях, одну укосину на наружной стене делают с наклоном влево, другую на противоположном конце той же стены – с наклоном вправо.

Для удобства монтажа элементы жесткости лучше располагать с наружной стороны стен. Однако если следовать законам теплофизики, то более эффективно устанавливать их с внутренней стороны. Так они будут меньше увеличивать теплопередачу утепленных стен.

Крепление производится гвоздями: по 2-3 шт. на соединение со стойкой и по 3 шт. – с верхней и нижней обвязкой. Саморезы для строительства каркасного дома использовать нельзя.

Иногда строители делают элементы жесткости из остатков досок и крепят их только в доступных местах. Так делать нельзя. Необходимо использовать доски, длина которых не менее чем на треть больше расстояния от пола до потолка дома.

Элементы жесткости должны быть полнотелыми, без пустот. Лучший материал для них – доска из дерева хвойных пород толщиной 25 мм. В более толстых и, соответственно, дорогих досках нет необходимости. Во-первых, даже такие материалы прекрасно выполняют свои функции. Во-вторых, укосина врезается в каркас, и чем значительнее ее толщина, тем больше вероятность ослабления каркаса.

Доски должны быть хорошо высушены. Если они слишком влажные, то при дальнейшем высыхании зазор между ними и элементами каркаса расширяется и жесткость конструкции снижается.

Утеплитель вдоль краев досок, используемых для распора и жесткости, должен быть подрезан на их толщину. Иначе по краям будут образовываться воздушные мешки, что негативно повлияет на теплоизоляцию дома.

Установка временных укосин

Временные связи жесткости ставятся на третьем этапе строительства, если постоянные не планируются. Они закрепляют угловые и промежуточные стойки, чтобы те не «гуляли» до момента крепления верхней обвязки.

Кроме того, временные элементы устанавливают для выравнивания каркасных стен. Это позволяет избежать перекосов, которые затрудняют внутреннюю отделку.

Как сделать временные укосины? Сначала надо выровнять углы с помощью отвеса или уровня. Затем монтируются доски, внакладку, с шагом от 1,2 до 1,5 м. Лучше не экономить на их количестве. Они крепятся к верхней и нижней обвязкам гвоздями. Перед обшивкой временные врезанные элементы снимают.

Правильная установка укосины в стену каркасного дома

канадские и финские дома Каркасный дом по уму

консультации, проектирование, строительство, технадзор, экспертиза, аудит и обучение

Искать. ..

Не смотря на широкое применение для обеспечения диагональной жесткости каркасных домов плитных материалов, типа ОСП-3, укосины не сдают свои позиции и имеют право на жизнь в недорогих решениях, а в «финских домах» зачастую являются обязательным элементом конструктива.

Однако, в связи с непониманием отечественных проектировщиков и строителей механизма работы укосины, очень часто встречаются одни и те же ошибки по ее установке в стену каркасного дома, которые необходимо тщательно избегать.

Итак, при установке укосин необходимо соблюдать следующие правила:

• укосина должна устанавливаться под 90° по отношению к стойкам и обвязке стены каркасного дома;
• толщина укосины не должна превышать четверть толщины стоек стены; то есть, в стену со стойками шириной 150 мм нельзя врезать укосину толщиной 50 мм, а 25 мм — можно и, кстати говоря, вполне достаточно;
• укосина должна врезаться в стену заподлицо со стойками и обвязками; снаружи можно устанавливать только временные укосины!
• верхний конец укосины должен быть врезан в верхнюю обвязку, нижний — в нижнюю; обрез острого угла укосины под 90° и соответственный выпил в обвязке — хороший плюс к обеспечению неподвижности конструкции;
• на одну стену должно быть не менее двух укосин разнонаправленных по углам: то есть, одна с наклоном влево, другая — вправо; больше двух на одну стену особого смысла не имеет — если уж вы считаете, что этого мало для обеспечения необходимой жесткости стены, то тогда обшейте ее ОСП-3 и успокойтесь 🙂
• оптимальный угол наклона укосины  находится в пределах 45-60°;
• если вы устанавливаете укосину сразу на лежащей стене, то не закрепите ее буквально двумя гвоздиками и не наглухо — после выравнивания стены возможно потребуется корректировка;
• укосина должна быть с обратной стороны от ригеля, если таковой используете — это особо актуально для «финского дома»;
• укосина крепится, конечно же, гвоздями — никаких саморезов!
• с точки зрения обеспечения диагональной жесткости без разницы, с какой стороны вы установите укосину — с наружной или внутренней стороны стены; однако, монтировать снаружи удобней (сразу на лежащей стене), но с точки зрения мостов холода установка укосины с внутренней стены каркасного дома более правильно — решать вам;
• не забудьте, что минеральный утеплитель вдоль краев укосины должен быть подрезан на ее толщину, иначе будут по краям укосины будут образовываться воздушные мешки, что плохо для качества утепления каркасного дома.

Если в стену каркасного дома из-за нехватки свободного места (например, из-за количества и размера проемов окон и/или дверей) невозможно установить разнонаправленные укосины — просто обшейте стену после ее установки ОСП-3 12 мм перед или за пароизоляцией — этого будет вполне достаточно для обеспечения приемлемой диагональной жесткости конструкции.

Другие решения в проектировании и строительстве каркасных домов

• Правильная установка укосины в стену каркасного дома
• Деревянный ростверк свайного фундамента из сплоченных досок
• Углы каркасного дома — варианты решения
• Установка ригеля в стену финского дома
• Соединение коротких частей длинной каркасной стены
• Перекрытие фундамента каркасного дома в виде модернизированной «платформы»

Использование содержимого сайта на других интернет-ресурсах без разрешения правообладателя запрещено!

Каркасные конструкции — Проектирование зданий

Мы используем файлы cookie, чтобы обеспечить вам максимально удобные условия пользования нашим веб-сайтом. Вы можете узнать о наших файлах cookie и о том, как отключить файлы cookie, в нашей Политике конфиденциальности. Если вы продолжите использовать этот веб-сайт без отключения файлов cookie, мы будем считать, что вы довольны их получением. Закрывать.

Редактировать эту статью

Последняя редакция 14 ноя 2022

См. вся история

Раскосная рама представляет собой очень прочную конструкционную систему, которая обычно используется в конструкциях, подверженных боковым нагрузкам, таким как ветер и сейсмическое давление. Элементы раскосного каркаса обычно изготавливаются из конструкционной стали, которая может эффективно работать как на растяжение, так и на сжатие. Балки и колонны, образующие каркас, несут вертикальные нагрузки, а система связей — боковые нагрузки. Однако расположение скоб может быть проблематичным, поскольку они могут мешать дизайну фасада и расположению проемов. Здания, выполненные в стиле хай-тек или постмодернизм, отреагировали на это, выразив распорки как внутреннюю или внешнюю архитектурную особенность.

Сопротивление горизонтальным силам обеспечивается двумя системами связей; вертикальные и горизонтальные связи:

[править] Вертикальная связь

Связь между линиями колонн (в вертикальных плоскостях) обеспечивает пути передачи нагрузки для передачи горизонтальных усилий на уровень земли. Каркасные здания требуют как минимум трех плоскостей вертикальных связей, чтобы скрепить оба направления в плане и противостоять кручению вокруг вертикальной оси.

[править] Горизонтальные связи

Распорки на каждом этаже (в горизонтальных плоскостях) обеспечивают траектории нагрузки для передачи горизонтальных усилий на плоскости вертикальных связей. Горизонтальные распорки необходимы на каждом уровне пола, однако сама система пола может обеспечить достаточное сопротивление. Крыши также могут потребовать крепления.

Некоторые из наиболее распространенных форм крепления перечислены ниже.

[править] Одинарные диагонали

Фермы, или треугольники, образуются путем вставки диагональных конструктивных элементов в прямоугольные области конструктивной рамы, помогая стабилизировать раму. Если используется одиночный бандаж, он должен быть достаточно устойчивым к растяжению и сжатию.

В поперечной (или Х-образной) связи используются два диагональных элемента, пересекающих друг друга. Они должны быть только устойчивыми к натяжению, одна распорка за раз должна противостоять боковым силам, в зависимости от направления нагрузки. В результате стальные тросы также могут использоваться для поперечных связей. Однако поперечные распорки на внешней стороне здания могут мешать расположению и функционированию оконных проемов. Это также приводит к большему изгибу балок перекрытия.

К-образные распорки соединяются с колоннами на средней высоте. Эта рама имеет большую гибкость для обеспечения проемов в фасаде и приводит к наименьшему изгибу балок перекрытий. К-образные распорки обычно не рекомендуются в сейсмических регионах из-за возможности разрушения колонны, если сжимающая распорка деформируется.

Два диагональных элемента, образующих V-образную форму, проходят вниз от двух верхних углов горизонтального элемента и встречаются в центральной точке нижнего горизонтального элемента (рисунок слева). Перевернутая V-образная связь (правая схема, также известная как шевронная связь) включает в себя два элемента, встречающихся в центральной точке на верхнем горизонтальном элементе.

Обе системы могут значительно снизить способность к продольному изгибу расчалки на сжатие, так что она будет меньше, чем способность растяжки на растяжение. Это может означать, что, когда раскосы достигают своей несущей способности, нагрузка вместо этого должна сопротивляться изгибу горизонтального элемента.

Центровые связи обычно используются в сейсмических районах. Это похоже на V-образную связь, но элементы связи не встречаются в центральной точке. Это означает, что в верхнем соединении между ними есть пространство. Элементы связи соединяются с отдельными точками на горизонтальных балках. Это связано с тем, что «связь» между распорками поглощает энергию сейсмической активности за счет пластической деформации. Эксцентриковые одинарные диагонали также можно использовать для крепления рамы.

• Двухосный изгиб.
• Бетонный каркас.
• Бетон и сталь.
• Балка.
• Сетка.
• Косынка.
• Боковые нагрузки.
• Конструкция в предельном состоянии.
• Каркас портала.
• Конструкция крыши.
• Стена сдвига.
• Каркас каркаса.
• Стальная рама.
• Инженер-строитель.
• Металлоконструкции.
• Структурные системы.
• Надстройка.
• Ферма.
• Типы рам.
• Виды структурной нагрузки.

• Конструктор — Каркасные рамы

• Доля
• Добавить комментарий
• Отправьте нам отзыв

• Посмотреть история комментариев

Раскосные рамы — SteelConstruction.info

Раскосные рамы являются очень распространенной формой конструкции, экономичной в строительстве и простой в анализе. Экономия достигается за счет недорогих, номинально штифтовых соединений между балками и колоннами. Распорки, которые обеспечивают устойчивость и противостоят боковым нагрузкам, могут быть выполнены из диагональных стальных элементов или из бетонного «сердцевины». В конструкции со связями балки и колонны рассчитаны только на вертикальную нагрузку, при условии, что система связей несет все боковые нагрузки.

Стальной каркас с раскосами – Trinity Square, Гейтсхед
(Изображение предоставлено William Hare Ltd.)

Содержимое

• 1 Системы раскосов
  • 1. 1 Расположение плоскостей вертикальных связей
• 2 Вертикальная распорка
• 3 Горизонтальная распорка
  • 3.1 Горизонтальные диафрагмы
  • 3.2 Дискретная треугольная распорка
• 4 Последствия несовершенства
  • 4.1 Дефекты для общего анализа раскосных рам
    • 4.1.1 Эквивалентные горизонтальные силы
• 5 Дополнительные дизайнерские чехлы для систем связей
  • 5.1 Несовершенство для анализа систем крепления
• 6 Эффекты второго порядка
  • 6.1 Допуск на эффекты второго порядка
  • 6.2 Анализ второго порядка
• 7 Краткий процесс проектирования систем крепления
• 8 Каталожные номера
• 9 Дальнейшее чтение
• 10 ресурсов
• 11 См. также

[вверх]Опорные системы

Строящийся стальной каркас с раскосами
All Saints Academy, Cheltenham
(Изображение предоставлено William Haley Engineering Ltd. )

по плану. В каркасном здании сопротивление горизонтальным усилиям обеспечивается двумя ортогональными системами связей:

• Вертикальная распорка. Связи в вертикальных плоскостях (между рядами колонн) обеспечивают пути передачи нагрузки для передачи горизонтальных усилий на уровень земли и обеспечения поперечной устойчивости.
• Распорка горизонтальная. На каждом уровне пола связи в горизонтальной плоскости, обычно обеспечиваемые действием плит перекрытий, обеспечивают путь нагрузки для передачи горизонтальных сил (в основном от колонн по периметру из-за ветра) на плоскости вертикальных связей.

Распорки и траектория передачи нагрузки

Требуются как минимум три вертикальные плоскости крепления (не менее одной плоскости в каждом ортогональном направлении) для обеспечения сопротивления в обоих направлениях в плане и сопротивления кручению вокруг вертикальной оси. На практике обычно предусмотрено более трех, например, в местах, схематично показанных на рисунке ниже.

Типовое расположение вертикальных связей

Если предположить, что перекрытия действуют как диафрагмы для обеспечения горизонтальных связей, силы, воспринимаемые каждой плоскостью вертикальных связей, зависят от их относительной жесткости и местоположения, а также от положения центра давления горизонтальной силы (см. дальнейшее обсуждение расположения вертикальных плоскостей связей ниже).

Вертикальные связи в виде диагональных стальных элементов, обеспечивающие устойчивость многоэтажного здания, показаны на рисунке ниже.

Устойчивость здания также может быть частично или полностью обеспечена одним или несколькими железобетонными ядрами.

[вверх]Расположение плоскостей вертикальной связи

Вертикальные связи в многоэтажном здании

Предпочтительно размещать связи на концах конструкции или рядом с ними, чтобы противостоять любым эффектам кручения. См. рисунок справа.

Если наборы связей идентичны или похожи, достаточно предположить, что горизонтальные силы (ветровые нагрузки и эквивалентные горизонтальные силы, каждая из которых при необходимости увеличена для эффектов второго порядка, см. обсуждение ниже) распределяются поровну между системами связей. в рассматриваемом ортогональном направлении.

Если жесткость вертикальных систем связей различается или системы связей расположены асимметрично в плане, как показано на рисунке ниже, не следует предполагать равное распределение усилий. Силы, воспринимаемые каждой системой связей, можно рассчитать, предположив, что пол представляет собой жесткую балку, а системы связей — пружинные опоры, как показано на рисунке ниже.

Определение сил связей при асимметричном расположении связей

Жесткость каждой системы связей следует рассчитывать путем приложения горизонтальных сил к каждой системе связей и расчета прогиба. Затем жесткость пружины (обычно в мм/кН) можно использовать для расчета распределения силы на каждую систему крепления.

[наверх]Вертикальные связи

В многоэтажном здании со связями плоскости вертикальных связей обычно обеспечиваются диагональными связями между двумя рядами колонн, как показано на рисунке ниже. Как показано, предусмотрены либо одиночные диагонали, и в этом случае они должны быть рассчитаны либо на растяжение, либо на сжатие, либо предусмотрены скрещенные диагонали, и в этом случае могут быть предусмотрены тонкие элементы жесткости, воспринимающие только растяжение.

Консольная ферма

Обратите внимание, что при использовании скрещенных диагоналей и допущении, что только растянутые диагонали обеспечивают сопротивление, балки перекрытий участвуют как часть системы связей (фактически создается вертикальная ферма Пратта с растянутыми диагоналями и стойки — балки перекрытий — на сжатие).

Вертикальные распорки должны быть рассчитаны на сопротивление силам, возникающим вследствие следующего:

• Ветровые нагрузки
• Эквивалентные горизонтальные силы, представляющие эффект начальных несовершенств
• Эффекты второго порядка из-за раскачивания (если рама чувствительна к эффектам второго порядка).

Также доступно руководство по определению эквивалентных горизонтальных сил и учету эффектов второго порядка, обсуждаемых в разделах ниже, а также инструмент расчета устойчивости рамы.

Силы в отдельных элементах системы связей должны быть определены для соответствующих комбинаций действий. Для элементов связи расчетные усилия в ULS из-за комбинации, в которой ветровая нагрузка является ведущим действием, вероятно, будут наиболее обременительными.

Там, где это возможно, рекомендуется использовать раскосы под углом примерно 45°. Это обеспечивает эффективную систему с относительно небольшими усилиями на стержни по сравнению с другими конструкциями и означает, что детали соединения, где раскосы встречаются с соединениями балки/колонны, компактны. Узкие системы связей с крутыми наклонными внутренними элементами увеличивают чувствительность конструкции к раскачиванию. Широкие системы раскосов приведут к более устойчивым конструкциям.

В приведенной ниже таблице показано, как максимальное отклонение зависит от расположения раскосов при постоянном размере поперечного сечения раскосов.

[верх]Горизонтальная распорка

Горизонтальные связи (в крыше) в одноэтажном здании

Система горизонтальных связей необходима на уровне каждого этажа для передачи горизонтальных усилий (главным образом сил, передаваемых от колонн по периметру) на плоскости вертикальных связей, которые обеспечивают сопротивление к горизонтальным силам.

Существует два типа системы горизонтальных связей, которые используются в многоэтажных каркасных конструкциях:

• Мембраны
• Распорка дискретная треугольная.

Как правило, системы пола достаточно, чтобы действовать как диафрагма без необходимости в дополнительных стальных распорках. На уровне крыши может потребоваться раскос, часто известный как ветровая балка, для восприятия горизонтальных сил на вершине колонн, если нет диафрагмы. См. рисунок справа.

[вверх]Горизонтальные диафрагмы

Все решения для перекрытий, включающие несъемную опалубку, такую ​​как металлический настил, приваренный шпильками к балкам, с бетонным заполнением на месте, обеспечивают превосходную жесткую диафрагму для передачи горизонтальных усилий на раскосы система.

Системы перекрытий, включающие сборные железобетонные плиты, требуют надлежащего рассмотрения для обеспечения адекватной передачи сил, если они должны действовать как диафрагма. Коэффициент трения между досками и стальными конструкциями может составлять всего 0,1 и даже ниже, если сталь окрашена. Это позволит плитам двигаться относительно друг друга и скользить по металлоконструкциям. Заливка швов между плитами лишь частично решит эту проблему, а для больших сдвигов потребуется более эффективная система связывания между плитами и между плитами и металлоконструкциями.

Соединение между плитами может быть обеспечено усилением в верхней части. Это может быть сетка, или вдоль обоих концов набора досок могут быть размещены связи, чтобы весь пол действовал как единая диафрагма. Как правило, достаточно 10-миллиметрового стержня на половине толщины начинки.

Соединение со стальной конструкцией может быть выполнено одним из двух способов:

• Замкните плиты стальным каркасом (на уголках полок или специально предусмотренным ограничением) и залейте зазор бетоном.
• Обеспечьте связи между верхней частью досок и верхней частью стальной конструкции на месте (известной как «краевая полоса»). Обеспечьте стальную балку соединителями на сдвиг в той или иной форме для передачи усилий между краевой полосой на месте и стальной конструкцией.

Если усилия плановой диафрагмы передаются на стальную конструкцию через непосредственную опору (обычно плита может опираться на поверхность колонны), необходимо проверить способность соединения. Емкость обычно ограничивается локальным дроблением доски. В любом случае зазор между планкой и сталью должен быть заполнен монолитным бетоном.

Деревянные полы и полы, состоящие из сборных железобетонных перевернутых тавровых балок и заполненных блоков (часто называемых «балками и чашками») не считаются достаточными для обеспечения надлежащей диафрагмы без специальных мер.

[верх]Отдельная треугольная распорка

Типовое расположение распорок пола

Если нельзя полагаться на действие диафрагмы от пола, рекомендуется горизонтальная система стальных распорок треугольной формы. В каждом ортогональном направлении может потребоваться система горизонтальных связей.

Как правило, системы горизонтальных связей располагаются между «опорами», которые являются местами расположения вертикальных связей. Такое расположение часто приводит к тому, что ферма охватывает всю ширину здания с глубиной, равной центрам пролетов, как показано на рисунке слева.

Связи перекрытий часто устраивают как фермы Уоррена, или как фермы Пратта, или с поперечными элементами, действующими только на растяжение.

[наверх]Влияние несовершенств

В структурный анализ необходимо включить соответствующие допуски, чтобы учесть влияние несовершенств, включая геометрические несовершенства, такие как отсутствие вертикальности, отсутствие прямолинейности, отсутствие плоскостности, отсутствие прилегания и любые незначительные эксцентриситеты, присутствующие в соединениях ненагруженной конструкции.

Необходимо учитывать следующие дефекты:

• Общие дефекты для рам и систем связей
• Локальные несовершенства отдельных элементов.

Общие несовершенства могут быть учтены путем моделирования рамы по отвесу или с помощью ряда эквивалентных горизонтальных сил, приложенных к раме, смоделированной вертикально. Рекомендуется последний подход.

В раскосной раме с номинально штифтовыми соединениями при общем расчете не требуется допуск на локальные дефекты элементов, поскольку они не влияют на общее поведение и учитываются при проверке сопротивлений элементов в соответствии со Стандартом проектирования. Если в конструкции рамы предполагаются соединения с сопротивлением моменту, возможно, потребуется учесть местные несовершенства (BS EN 1993-1-1 ^[1] , 5.3.2(6)).

[вверх]Дефекты для общего анализа раскосных рам

Эквивалентные несовершенства раскачивания (из BS EN 1993-1-1 рис. 5.2)

Влияние несовершенств рамы учитывается посредством начального несовершенства раскачивания. См. рисунок справа.

Основным допустимым дефектом является отклонение от вертикальности Φ ₀ 1/200. Этот допуск больше, чем обычно указанные допуски, потому что он учитывает как фактические значения, превышающие указанные пределы, так и остаточные эффекты, такие как несоответствие. Допуск на проектирование в BS EN 1993-1-1 ^[1] , 5.3.2 определяется по формуле:

Φ = Φ ₀ α _h α _m = 1/200 α _h α _m

where α _h is коэффициент уменьшения общей высоты и α _м является коэффициентом уменьшения, который согласно Еврокоду зависит от количества столбцов в ряду. (Подробное определение см. в 5.3.2(3).) Это предполагает, что каждый ряд имеет раскосы. В общем α _м следует рассчитывать по количеству колонн, стабилизированных системой связей – как правило, из нескольких рядов.

Для простоты значение Φ может быть консервативно принято равным 1/200, независимо от высоты и количества столбцов.

Если для каждого этажа приложенная извне горизонтальная сила превышает 15 % общей вертикальной силы, несовершенствами раскачивания можно пренебречь (поскольку они мало влияют на деформацию раскачивания).

[вверх] Эквивалентные горизонтальные силы

BS EN 1993-1-1 ^[1] , 5.3.2(7) утверждает, что несовершенства вертикального раскачивания могут быть заменены системами эквивалентных горизонтальных сил, введенных для каждой колонны. Гораздо проще использовать эквивалентные горизонтальные силы, чем вводить в модель геометрическое несовершенство. Это потому что:

• Несовершенство необходимо испытать в каждом направлении, чтобы найти больший эффект, и легче прикладывать нагрузки, чем изменять геометрию
• Изменение геометрии конструкции может быть затруднено, если основания колонн находятся на разных уровнях, поскольку несовершенство раскачивания варьируется между колоннами.

В соответствии с 5.3.2(7) эквивалентные горизонтальные силы имеют расчетное значение Φ Н _Ed вверху и внизу каждого столбца, где каждый столбец; силы на каждом конце направлены в противоположные стороны. При проектировании рамы и, в частности, сил, действующих на систему распорок, гораздо проще учитывать результирующую эквивалентную силу на каждом уровне пола. Таким образом, эквивалентная горизонтальная сила, равная Φ -кратное суммарное вертикальное расчетное усилие, приложенное к этому уровню пола, должно быть приложено к каждому уровню пола и крыши.

[наверх]Дополнительные расчетные варианты для систем связей

Система связей должна воспринимать внешние нагрузки вместе с эквивалентными горизонтальными силами. Кроме того, раскосы должны быть проверены для двух дополнительных расчетных ситуаций, которые являются локальными по отношению к уровню пола:

• Горизонтальные силы от диафрагм пола
• Усилия из-за несовершенства стыков.

В обеих этих расчетных ситуациях систему связей проверяют локально (учитывая этажи выше и ниже) на сочетание усилий, вызванных внешними нагрузками, с силами, вызванными любым из указанных выше недостатков. Эквивалентные горизонтальные силы, смоделированные для учета раскачивания рамы, не включены ни в одну из этих комбинаций. Необходимо учитывать только одно несовершенство за раз.

Учитываемые горизонтальные силы представляют собой совокупность всех сил на рассматриваемом уровне, разделенных между системами крепления.

В Великобритании проверка этих сил без сопутствующих сдвигов балки является обычной практикой. Обоснование состоит в том, что вероятность максимального сдвига балки плюс максимальные несовершенства вместе с минимальным сопротивлением соединения выходит за пределы расчетной вероятности проектных норм.

[вверх]Несовершенство для анализа систем крепления

Эквивалентная стабилизирующая сила

При анализе систем связей, которые необходимы для обеспечения поперечной устойчивости в пределах длины балок или сжатых элементов, следует учитывать влияние несовершенств посредством эквивалентного геометрического несовершенства элементов, подлежащих закреплению, в виде начального лукового несовершенства:

e ₀ = α _м L /500

где:

L   пролёт системы связей

в котором м — количество элементов, подлежащих закреплению.

Для удобства влияние первоначальных несовершенств изгиба элементов, удерживаемых системой связей, можно заменить эквивалентной стабилизирующей силой, как показано на рисунке справа.

где

δ _q   – отклонение системы связей в плоскости из-за q плюс любые внешние нагрузки, рассчитанные на основе анализа первого порядка.

Рекомендуется использовать эквивалентные стабилизирующие усилия.

[вверх]Влияния второго порядка

Влияние деформированной геометрии конструкции (влияния второго порядка) необходимо учитывать, если деформации значительно увеличивают силы в конструкции или если деформации значительно изменяют поведение конструкции. Для глобального эластичного анализа эффекты второго порядка значимы, если α _cr меньше 10.

Критерий следует применять отдельно для каждого этажа, для каждой рассматриваемой комбинации действий. Как правило, это будет включать вертикальные и горизонтальные нагрузки и КВЧ, как показано на схеме. В раскосных рамах боковая устойчивость обеспечивается только раскосами; номинально шарнирные соединения не вносят вклада в устойчивость рамы.

В большинстве случаев нижний этаж дает наименьшее значение α _кр .

Горизонтальные силы, приложенные к системе связей

[top] Допуск на эффекты второго порядка

Там, где эффекты второго порядка значительны и должны быть включены, наиболее распространенным методом является усиление упругого анализа первого порядка с использованием начального геометрия конструкции. Использование этого метода ограничено тем, что α _cr > 3. Если α _cr меньше 3, необходимо использовать анализ второго порядка.

В раскосной раме, где соединения балки с колонной номинально штифтовые и, таким образом, не вносят вклад в поперечную жесткость, усиливаются только осевые силы в элементах раскосов и силы в колоннах, обусловленные их функцией как часть брекет-системы

Коэффициент усиления приведен в BS EN 1993-1-1 ^[1] , 5. 2.2(5)B как:

Необходимо усилить только воздействие горизонтальных сил (включая эквивалентные горизонтальные силы).

[top]Анализ второго порядка

Доступен ряд программного обеспечения для анализа второго порядка. Использование любого программного обеспечения даст в некоторой степени приблизительные результаты в зависимости от используемого метода решения, типов рассматриваемых эффектов второго порядка и допущений моделирования. Как правило, программное обеспечение второго порядка автоматически учитывает дефекты рамы, поэтому проектировщику не нужно рассчитывать и применять эквивалентные горизонтальные силы. Эффекты деформированной геометрии (эффекты второго порядка) будут учтены в анализе.

[наверх]Краткий процесс проектирования систем раскосов

Для типичного здания средней этажности, использующего раскосные рамы, рекомендуется следующий простой процесс проектирования.

1. Выберите соответствующие размеры сечения балок.
2. Выберите соответствующие размеры сечения для колонн (которые могут быть изначально рассчитаны только на осевую силу, оставляя некоторые условия для номинальных изгибающих моментов, которые будут определены на более позднем этапе).
3. Рассчитайте эквивалентные горизонтальные силы (EHF) по этажам и ветровые нагрузки.
4. Рассчитайте общий сдвиг в основании распорки, добавив общую ветровую нагрузку к общей EHF и разделив ее соответствующим образом между системами раскосов.
5. Размер распорок. Самый нижний раскос (с наибольшей расчетной силой) может быть рассчитан на основе сдвига, определенного на шаге 4. Меньший размер сечения может использоваться выше по конструкции (где распорка подвергается меньшим усилиям) или может использоваться тот же размер. использоваться для всех членов.
6. Оценить устойчивость рамы по параметру α _cr , используя комбинацию КВЧ и ветровых нагрузок в качестве горизонтальных сил на раму в сочетании с вертикальными нагрузками.
7. При необходимости определите усилитель (например, если α _cr < 10). Если рама чувствительна к эффектам второго порядка, все боковые силы должны быть усилены. В этом случае может потребоваться повторная проверка элементов жесткости на повышенные усилия (шаг 5).
8. На каждом уровне этажа убедитесь, что соединение с диафрагмой может воспринимать 1% осевой силы в колонне в этой точке (очевидно, что наиболее обременительная расчетная сила приходится на нижний поддерживаемый этаж).
9. Убедитесь, что диафрагмы пола эффективно распределяют все усилия на системы распорок.
10. На уровне стыка определите общую силу, которой будет сопротивляться распорка локально (обычно это сумма нескольких столбцов). Убедитесь, что раскосы, расположенные рядом с соединением, могут воспринимать эти силы в дополнение к силам, вызванным внешними нагрузками (при выполнении этой проверки EHF не учитываются).
11. Убедитесь, что раскосы, расположенные на каждом этаже, могут воспринимать ограничивающие силы от этого этажа в дополнение к силам, вызванным внешними нагрузками (при выполнении этой проверки EHF не учитываются).