0
Вопрос

Какова грузоподъёмность обычного шурупа для гипсокартона диаметром 2 1/2 дюйма, если он вкручен в стойку на 1 1/2 дюйма?

25.12.2025 21:22

Обновление от 3 ноября 2012 г.: несмотря на то, что несколько источников (здесь, на SE, парень из канадского офиса Genie Clip, кто-то на сайте SE по физике и даже мой собственный тест) сообщили мне, что я должен быть в безопасности, ведь эта стена весом 500 фунтов держится на 25 шурупах для гипсокартона, я обнаружил, что не могу перестать думать об этом. Поэтому... я разобрал стену и буду использовать обычные шурупы для крепления зажимов. В конце концов, всё дело в душевном спокойствии. Через несколько недель ко мне приедет бригада, чтобы оштукатурить возведённые мной стены, а затем я их загрунтую и покрашу. Я не хочу постоянно беспокоиться о том, не рухнет ли эта стена, будь то на меня или на людей, которые купят мой таунхаус, когда я решу переехать.


Мой совет: Никогда не используйте саморезы для гипсокартона в качестве несущих элементов. Как уже говорили другие, они не предназначены для того, чтобы выдерживать нагрузку. Для таких целей используйте подходящие саморезы достаточной прочности.


Оригинальный вопрос ниже:


Изначально я задал этот вопрос в феврале и хочу переформулировать его в надежде получить более объективный ответ. Вот о каких винтах идёт речь:


http://www.lowes.com/pd_112628-10681-S05CDW212_0__?productId=3198059


В конце прошлого года я установил два слоя гипсокартона типа X на направляющий профиль для звукоизоляции. Вся конструкция выглядит следующим образом:





  • Прикрепил 5 рядов зажимов Genie Clips (RSIC) к стойкам с помощью указанных выше шурупов для гипсокартона длиной 2 1/2 дюйма. Всего в конструкции 25 зажимов. Толщина зажимов составляет 1 дюйм, поэтому 1 дюйм шурупа находится снаружи стойки. Однако он плотно прилегает к зажиму, так что ни один шуруп нигде не торчит.

  • 5 рядов металлических направляющих (шляпных профилей) защелкиваются в зажимах от верхней части стены до нижней.

  • Два слоя гипсокартона типа X весом 72 фунта на лист размером 4x8 крепятся к направляющим с помощью тех же шурупов. Всего 7 листов, то есть 7x72 = 504 фунта. Эта стена подвесная, поэтому она не касается потолка, стен или пола.




В инструкции говорилось, что я могу использовать саморезы для гипсокартона или дерева, если у них крупная резьба. Только после того, как я установил стену, я узнал о «прочности на сдвиг» и о том, что саморезы для гипсокартона очень хрупкие и ломаются под давлением, а не гнутся, как саморезы для дерева. Это меня обеспокоило, и я пришёл сюда, чтобы узнать, безопасна ли эта стена.


Если упростить математические расчёты, то можно взять общий вес конструкции (520 фунтов, если добавить приблизительный вес направляющих) и разделить его на 25 (количество зажимов), получив 20,8 фунта — минимальную среднюю нагрузку на один шуруп, чтобы стена выдерживала вес без дополнительного крепления (досок для дартса, зеркал, портретов и т. д.).


Но я уверен, что здесь есть и другие факторы. Например:





  • Если прочность шурупа на сдвиг составляет 20 фунтов, то будут ли 25 таких шурупов в конструкции в среднем выдерживать по 20 фунтов каждый, или же существует какое-то кумулятивное увеличение, которое позволяет каждому шурупу выдерживать больший вес, чем больше таких шурупов в конструкции?

  • Чем прочность на сдвиг отличается от ударной вязкости? Я видел видео, где парень бьёт молотком по шурупу для гипсокартона сбоку и срывает его, но это кажется немного несправедливым, ведь конструкция остаётся неподвижной. В вашей стене нет сильных и внезапных направленных вниз сил, так что было ли это видео убедительной демонстрацией хрупкости шурупов для гипсокартона?




Я, конечно, спрашиваю об этом, потому что не хочу, чтобы стена однажды рухнула. Если мне придётся снести её и заново закрепить клипсы с помощью шурупов, я так и сделаю. Однако если кто-то сможет привести убедительные доводы в пользу того, что весь этот вес, поддерживаемый 25 шурупами для гипсокартона, допустим (это не каркас и не что-то подобное), то я смогу спать спокойнее.


Обновить:


Поэтому я решил провести тест, о котором говорил в своём первоначальном вопросе, прежде чем переписывать его. На этих фотографиях вы видите имитацию Genie Clip. Это запасная доска 2x4, привинченная к стойке стены тремя винтами. Genie Clip крепится к запасной стойке одним из указанных выше винтов. На этом фото показано, как конструкция выдерживает вес в 130 фунтов (в общей сложности 4 гантели весом 50, 40, 25 и 15 фунтов)!


Genie Clip выдерживает вес до 60 кг


Genie Clip выдерживает вес до 60 кг


Итак, если каждый шуруп для гипсокартона выдерживает нагрузку не менее 130 фунтов, а эту стену удерживают 25 зажимов, то, думаю, можно с уверенностью сказать, что я могу повесить на эту стену груз весом не менее 3250 фунтов. Поскольку она весит не более 525 фунтов, я думаю, что мне ничего не угрожает. Однако в следующий раз я буду использовать шурупы для дерева, так как это правильный способ крепления.

o
oscilatingcretin
Автор вопроса

Комментарии:
p
popham
25.12.2025 21:22

Я не понимаю, какое отношение ударопрочность имеет к удержанию статичных листов гипсокартона. Откуда берутся эти нагрузки на сдвиг?

p
popham
25.12.2025 21:22

Прочность группы шурупов, расположенных параллельно, зависит от пластичности. Вам нужно, чтобы наиболее нагруженное место крепления сохраняло прочность при деформации, чтобы другие места крепления могли оказывать сопротивление параллельно с наиболее нагруженным местом крепления. Стандарт ASTM C1002 предусматривает испытание шурупов для гипсокартона на изгиб под углом не менее 10 градусов для обеспечения такой пластичности.

p
popham
25.12.2025 21:22

@Ariel, вы защищаете это утверждение в отношении шурупов в целом? Или только в отношении шурупов для гипсокартона? Какое давление может оказывать шуруп для гипсокартона? У него есть лишь небольшое кольцо вокруг внешней части стержня, которое опирается на гипс, а прочность гипса на сжатие составляет около 400 фунтов на квадратный дюйм. Сила зажима, умноженная примерно на 0,5 для статического трения, превышает несущую способность гипсовой плиты, опирающейся на диаметр шляпки шурупа, умноженный на толщину гипсокартона?

A
Ariel
25.12.2025 21:22

@popham Указанная прочность винта не зависит от этого, но фактическая прочность винта зависит.

p
popham
25.12.2025 21:22

@Ariel, неверно. Теоретическая прочность винта предполагает нулевое трение. Это логично, ведь в противном случае требования к трению были бы указаны в характеристиках крепежа. Инспекторы не приняли бы сборку, если бы одна из поверхностей была загрязнена чем-то скользким.

A
Ariel
25.12.2025 21:22

Обычно вы не полагаетесь на прочность винта на сдвиг. Скорее, винт прижимает поверхности друг к другу, и именно трение между этими двумя поверхностями обеспечивает прочность на сдвиг.


Ваш ответ

2 ответа
0
Лучший ответ
25.12.2025 21:22

Рационально проанализировать ситуацию сложно, слишком много неосязаемых факторов. Вы можете провести эмпирическое исследование. Вам нужно выдержать нагрузку в 20 фунтов на одно крепление. Мы можем применить коэффициент запаса прочности 3, чтобы определить предельную нагрузку, поэтому крепление должно выдерживать 60 фунтов без риска сломаться. Таким образом, вам понадобится 2–4 крепления, чтобы выдержать ваш вес. Округлите до ближайшего целого числа. Установите зажимы так же, как вы делали это на стене, только теперь установите металлическую скобу между головкой винта и зажимом. Расположите скобы так, чтобы вы могли встать на них и утяжелить систему. Расположите скобы так, чтобы ваш вес равномерно распределялся между всеми креплениями.

Нагрузите систему и посмотрите, сломается ли она. Если вы живёте в сейсмоопасном регионе, слегка постучите по ней и посмотрите, сломается ли она. В зависимости от результата вы либо будете спать спокойнее, либо поймёте, что делать дальше. Очевидно, что есть более эффективные способы проведения эмпирического теста, но я решил привести в качестве примера быстрый и простой метод. Убедитесь, что вы защищены от летящих металлических осколков.

Что касается увеличения количества крепёжных элементов. Нет, так делать нельзя. Однако это разумная идея. Например, можно использовать более высокое допустимое напряжение изгиба для нескольких балок перекрытия, чем для одной, например для ригеля. Эта концепция обычно не применяется к крепёжным элементам.

Ответ на обновление OP

Прочность на сдвиг в отношении крепежных элементов частично зависит от того, что именно они удерживают. В данном случае речь идет о металлической боковой пластине, то есть ожидаемый режим разрушения будет заключаться либо в разрушении верхней части винта через хвостовик (сдвиг), либо в разрушении древесины под давлением винта. В реальности редко встречаются идеальные условия для сдвига, обычно присутствуют также компоненты изгиба и растяжения.

В условиях чистого сдвига металлический ремень был бы привинчен к деревянной поверхности, и вся сила действовала бы параллельно деревянной поверхности, строго перпендикулярно хвостовику винта. В вашем испытании в основном присутствует вертикальная составляющая сдвига, но есть и составляющая растяжения, поскольку центр масс находится на некотором расстоянии от поверхности стены. При расчёте рабочей нагрузки мы можем смело игнорировать составляющую растяжения, поскольку 80 фунтов при чистом сдвиге — это более консервативный расчёт, чем 80 фунтов сдвига и, скажем... 15 фунтов растяжения вместе.

Фотография зажима оказалась полезной, я представлял себе гораздо худшее состояние. В любом случае предельная прочность не будет зависеть только от сдвига, есть и другие факторы, которые сложно смоделировать, поэтому лучше всего провести испытания. Режим разрушения, с которым вы столкнулись, — это разрушение при изгибе, но в вашей реальной конструкции, несмотря на наличие изгибающего момента, преобладает сдвиг.

Продолжительность нагрузки является важным фактором. Обычные допустимые напряжения, указанные в строительных нормах, рассчитаны на постоянные нагрузки. Допустимые напряжения могут быть увеличены для более коротких периодов: на 15 % для нескольких месяцев, на 25 % для нескольких недель, на 33 % для нескольких минут. Это означает, что мы должны соответствующим образом снизить допустимую нагрузку, определённую в ходе краткосрочных испытаний. Но мы также не знаем предельную нагрузку, поскольку вы не достигли разрушения. Точно так же неконтролируемое разрушающее тестирование может быть слишком захватывающим. Вы также не запускали несколько тестов (я полагаю), чтобы подтвердить, что получаете стабильные результаты.

Допустим, вы провели несколько тестов, и все они показали, что нагрузка в 80 фунтов не является критической. Если применить трёхкратный запас прочности, а затем скорректировать нагрузку с учётом её продолжительности, то рабочая нагрузка составит 20 фунтов — именно то, что вам нужно. Учитывая, что конструкция не вышла из строя, а нагрузка в основном приходится на сдвиг, я считаю, что ваша конструкция надёжна. Едва ли. В следующий раз используйте обычные шурупы для дерева ;)

Комментарии:
  • o
    oscilatingcretin
    25.12.2025 21:22

    130 фунтов! Смотрите обновление.

  • o
    oscilatingcretin
    25.12.2025 21:22

    На самом деле мне удалось добавить ещё 15 фунтов, и теперь общий вес составляет 95 фунтов. На этот раз я использовал тросы вместо самодельной вешалки для одежды, чтобы можно было оставить его на весу подольше. Поживём — увидим, сломается ли он в ближайшие несколько недель. Если нет, я буду продолжать увеличивать вес, чтобы посмотреть, какой вес может выдержать эта конструкция из зажима Genie и шурупа для гипсокартона, прежде чем она сломается.

  • b
    bcworkz
    25.12.2025 21:22

    Я соответствующим образом дополнил свой первоначальный ответ.

  • o
    oscilatingcretin
    25.12.2025 21:22

    Посмотрите моё обновление и поделитесь своим мнением.

0
B
25.12.2025 21:22

С научной точки зрения ответ таков: «не очень». Прочность шурупов для гипсокартона на сдвиг довольно низкая, потому что большая часть конструкции сосредоточена в резьбе и головке, которые удерживают гипсокартон, а не в стержне шурупа. Сам шуруп довольно легко гнётся и ломается, поэтому, если вам нужно выдержать большой вес, вы крепите предметы с помощью соответствующих кронштейнов и болтов к стойке.

Комментарии:
  • p
    popham
    25.12.2025 21:22

    Шурупы для гипсокартона подвергаются поверхностной закалке. Именно поэтому они разрушаются хрупко. Спецификация ASTM C1002 жертвует пластичностью ради дополнительной прочности. Мне сложно придумать определение для фразы «большую часть конструкции составляют резьба и головка», которое не опровергалось бы требованием к производителям проводить поверхностную закалку.

  • F
    Fiasco Labs
    25.12.2025 21:22

    Шурупы для гипсокартона, которые продаются здесь в больших количествах, очень хрупкие, и я бы не стал использовать их для несущих конструкций. При землетрясении они, скорее всего, просто сломаются, если будут нести значительную нагрузку. Существует множество шурупов с толстым хвостовиком и аналогичными размерами, которые гораздо предпочтительнее, если вам нужна несущая способность при сдвиге.

  • B
    BMitch
    25.12.2025 21:22

    @oscilatingcretin, да, так и задумано. Сами шурупы не подвешены на расстоянии, они плотно закреплены между зажимом/стойкой и гипсокартоном/профилем. Если бы шуруп проходил через гипсокартон, через 1/2 дюйма воздуха, в стойку и был бы единственным, что удерживает гипсокартон, у вас были бы проблемы.

  • o
    oscilatingcretin
    25.12.2025 21:22

    Кронштейны прикручиваются к стойкам саморезами для гипсокартона, направляющие вставляются в кронштейны, а гипсокартон крепится к направляющим с помощью саморезов для гипсокартона. Меня действительно интересует крепление кронштейнов, поскольку эта стена подвесная (то есть не касается стены, потолка или пола).

  • B
    BMitch
    25.12.2025 21:22

    Обратите внимание, что мы любим перестраховываться, когда дело касается гвоздей и шурупов. Шутка в том, что в местном аэропорту перекалибруют компас, когда мы заканчиваем строительство.

  • B
    BMitch
    25.12.2025 21:22

    @oscilatingcretin Хорошо, в таком случае вы не выступаете на 2,5 см от «стойки», так как она находится внутри гипсокартона, который крепится непосредственно к Genie Clip/профилю. Обычно на лист размером 4x8 уходит около 35–40 шурупов, но во время установки он будет держаться и на 4 шурупах (3 снизу, 1 сверху, чтобы он не отходил от стены). Обычно гипсокартон крепится перпендикулярно стойке, по 5 саморезов на стойку и ещё по паре с каждой стороны.

  • o
    oscilatingcretin
    25.12.2025 21:22

    Я спрашиваю, потому что прикрепил всю свою настенную конструкцию Genie Clip с помощью саморезов для гипсокартона. Я позвонил в их офис в Канаде и спросил у парня, подойдут ли саморезы для гипсокартона, и он сказал, что всё будет в порядке. Я прикрепил 25 зажимов Genie Clip к стойкам с помощью саморезов для гипсокартона, а затем прикрепил около 227 кг гипсокартона типа X к металлическим направляющим, которые были закреплены на зажимах (вы, вероятно, знаете об этом из моих предыдущих вопросов). 25 саморезов в сумме должны выдержать такую нагрузку, верно?