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).
Еще раз подытожим:
- 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.