垂木の計算方法：梁と梁の断面の計算、寸法、厚さ、高さ、垂木作業、フレームハウスシステムの強化

わが国の気象条件は気まぐれであるため、建設中の家の垂木システムは十分に高い信頼性と耐久性を備えている必要があります。この記事では、垂木とトラスシステム、それらにかかるさまざまな負荷を計算する方法について説明し、そのような計算の例を示します。

将来の屋根の選択された形状に関係なく、その垂木システムは十分に強くなければなりません。そのためには、まず第一に、トラスシステムを正しく正確に計算する必要があります。

デザイナーと建築家の主な仕事は、建物の外観をデザインすることではなく、垂木システムを含む計画された家屋の強度を定性的に計算することです。

垂木システムの計算には、次のようなさまざまなパラメーターが含まれます。

重さ屋根材屋根を覆うために使用されます。たとえば、ソフトルーフ、オンデュリン、天然タイルなどです。
室内装飾に使用される材料の重量;
垂木システム自体の構造の重量;
梁と垂木の計算;
屋根などへの外部の天候の影響。

トラスシステムを計算するプロセスでは、次の位置を計算することが不可欠です。

垂木の断面の計算;
垂木ピッチ、すなわちそれらの間の距離;
垂木システムのスパン;
トラストラスを設計し、建設中に使用する垂木アタッチメントスキーム (層状または吊り下げ式) を選択します。
基礎とサポートのベアリング機能の分析;
垂木の構造を接続するパフなどの追加要素の計算により、垂木の構造が「走り回る」のを防ぎ、垂木の「荷降ろし」を可能にするブレース。

典型的なプロジェクトを使用する場合、すべての計算がすでに完了しているため、トラスシステムの計算方法について考える必要はありません。個々のプロジェクトによる建設の場合、必要なすべての計算を事前に実行する必要があります。

勉強日曜大工の屋根ふき計算は、十分な資格を持ち、必要な知識と技術を備えた専門家でなければなりません。

コンテンツ

垂木の構造要素の要件

垂木の構造要素の製造には針葉樹が使用され、その含水率は20％を超えてはなりません。

現代の屋根材特別な保護剤で前処理されています。垂木の厚さなどのパラメータは、以下で説明する計算に従って選択されます。

垂木の設計に影響を与え、影響の持続時間に応じてトラスシステムを強化する必要がある場合がある負荷は、一時的および永続的な2つのカテゴリに分けられます。

恒久的な荷重には、垂木構造の自重、屋根材、バテン、断熱材、天井の仕上げに使用される材料の重量によって生じる荷重が含まれます。それらは垂木のサイズの影響を直接受けます。
活荷重は、短期、長期、および特別に分けることもできます。短期的な負荷には、屋根ふき作業員の重量と、使用する工具や機器の重量が含まれます。また、短期的な負荷には、屋根にかかる風や雪の負荷が含まれます。特別な負荷には、地震などのまれなアクションが含まれます。

また読む：木製垂木：主な種類

これらの荷重グループの限界状態を使用してトラスシステムを計算するには、それらの最も不利な組み合わせを考慮する必要があります。

積雪量計算

積雪荷重の最も完全な計算値は、次の式を使用して計算されます。

S=Sg*μ

ここで、Sg は表から得られた 1 m あたりの積雪量の計算値です。² 水平地表;
µ は、地面の積雪の重量から屋根の積雪荷重への移行を決定する係数です。

係数μの値は、屋根の傾斜の傾斜角度に応じて選択されます。

屋根の勾配の勾配角度が 25° を超えない場合、μ = 1。

斜面の傾斜角度が２５～６０°の範囲にある場合、μ＝０．７である。

重要: 屋根の傾斜が 60 度を超える場合、垂木システムを計算するときに積雪荷重の値は考慮されません。

風荷重計算

地上からの特定の高さにおける平均風荷重の設計値を計算するには、次の式を使用します。

W=ウォーク*ク

ここで、Wo は基準によって確立された風荷重の値であり、風の地域に応じて表から取得されます。

k - 建設が行われている地域に応じて、高さ、表から選択された係数に応じた風圧の変化を考慮に入れる：

列「A」は、貯水池の開放海岸、湖と海、ツンドラ、草原、森林草原、砂漠などの地域の係数の値を示します。
列「B」には、都市部、森林地帯、および高さ 10 メートルを超える障害物によって均等に覆われたその他の領域の値が含まれます。

重要: 屋根の風荷重を計算する際の地形のタイプは、計算に使用される風向によって異なる場合があります。

垂木のセクションおよび垂木システムの他の要素の計算

垂木の断面は、次のパラメータによって異なります。

垂木の脚の長さ;
フレームハウスの垂木を取り付けるステップ。
特定の領域におけるさまざまな負荷の推定値。

表に示されているデータは、垂木システムの完全な計算ではありません。単純な屋根構造に対して垂木作業が行われる場合の計算でのみ使用することをお勧めします。

表に示されている値は、モスクワ地域の垂木システムで可能な最大負荷に対応しています。

垂木システムには、垂木の他の構造要素のサイズを指定します。

Mauerlat: 断面が 150x150、150x100、または 100x100 mm のバー。
斜めの谷と脚: 断面が 200x100 mm のバー。
実行: セクションが 200x100、150x100、または 100x100 mm のバー。
パフ: 断面が 150x50 mm のバー。
ラックのサポートとして機能するクロスバー: 断面が 200x100 または 150x100 mm のバー。
ラック: 断面が 150x150 または 100x100 mm のバー。
コーニスボックス、ストラット、フィリーのボード：セクションが150x50 mmのバー。
ヘミングとフロントボード: セクション (22-25) x (100-150) mm。

垂木システムの計算例

垂木システムの計算の具体例を示します。以下を初期データとして取ります。

屋根上の設計荷重は 317 kg/m²;
標準荷重は242kg/m²;
斜面の傾斜角は30度です。
水平投影でのスパンの長さは 4.5 メートルですが、L₁ = 3 メートル、長さ₂ = 1.5m;
垂木の設置ステップは0.8mです。

また読む：日曜大工の垂木：設置技術

クロスバーは、ボルトを使用して垂木の脚に固定され、釘で端を「研削」するのを防ぎます。なお、2級弱化木材の曲げ抵抗値は0.8です。

R_izg\u003d 0.8x130 \u003d 104 kg / cm²。

垂木システムの直接計算:

垂木の直線長さ 1 メートルに作用する荷重の計算:

q_R=Q_R x b \u003d 317 x 0.8 \u003d 254 kg / m

q_n=Q_n x b \u003d 242 x 0.8 \u003d 194 kg / m

屋根の勾配が 30 度を超えない場合、垂木は曲げ要素として計算されます。

これによると、最大曲げモーメントが計算されます。

M = -q_Rx(L₁³ + L₂³) / 8x(大₁+弱₂) = -254 × (3³+1,5³) / 8 x (3 + 1.5) \u003d -215 kg x m \u003d -21500 kg x cm

注: マイナス記号は、曲げの方向が加えられた荷重と反対であることを示します。

次に、垂木脚の曲げに対する必要な抵抗モーメントが計算されます。

W=M/R_izg = 21500/104 = 207cm³

垂木の製造には、通常、厚さ50 mmのボードが使用されます。垂木の幅を標準値に等しくします。 b=5cm。

垂木の高さは、必要な抵抗モーメントを使用して計算されます。

h \u003d √ (6xW / b) \u003d √ (6x207 / 5) \u003d √249 \u003d 16 cm

垂木の次の寸法が得られました：セクションb \u003d 5 cm、高さh \u003d 16 cm. GOSTによる木材の寸法を参照して、これらのパラメータに適合する最も近いサイズを選択します：175x50 mm。
垂木の断面の結果の値は、スパンのたわみについてチェックされます: L₁\u003d 300 cm. 最初のステップは、慣性モーメントで特定のセクションの垂木脚を計算することです。

J=bh³/12 = 5×17,5³/12 = 2233cm³

次に、基準に従ってたわみが計算されます。

へ_または =L/200=300/200=1.5cm

最後に、このスパンの標準荷重の影響下でのたわみを計算する必要があります。

f = 5×q_n×L⁴/ 384 × E × J = 5 × 1.94 × 300⁴/ 384 x 100000 x 2233 = 1cm

計算された 1 cm のたわみの値は、標準的なたわみの値である 1.5 cm よりも小さいため、前に選択したボードのセクション (175x50 mm) は、この垂木システムの構築に適しています。

垂木の脚と支柱の収束点で垂直に作用する力を計算します。

N = q_R x L/2 + M x L/(L₁XL₂) = 254x4.5 / 2 - 215x4.5 / (3x1.5) = 357kg

この作業は次のように分解されます。

垂木軸 S \u003d N x (cos b) / (sing g) \u003d 357 x cos 49 ° / sin 79 ° \u003d 239 kg;
支柱軸 P \u003d N x (cos m) / (sing) \u003d 357 x cos 30 ° / sin 79 ° \u003d 315 kg。

ここで、b=49°、g=79°、m=30°。これらの角度は通常、事前に設定されるか、将来の屋根のスキームを使用して計算されます。

また読む：垂木計画：システムの計算を容易にします

小さな負荷に関連して、ストラットの断面積の計算に建設的に取り組み、その断面積を確認する必要があります。

厚さ5cm、高さ10cmの板を支柱として使用する場合（総面積は50cm）²)、それが耐えられる圧縮荷重は次の式で計算されます。

H \u003d F x Rszh \u003d 50 cm² x 130 kg / cm² \u003d 6500 kg

得られた値は、必要な値である 315 kg のほぼ 20 倍です。それにもかかわらず、ストラットの断面積は減少しません。

さらに、外反を防ぐために、断面が5x5 cmのバーが両側に縫い付けられ、この十字形のセクションがストラットの剛性を高めます。