Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1. Области рационального применения конструкций из дерева и пластмасс.
Деревянные конструкции.
Ценные, строительные свойства древесины определяют и области ее эффективного использования:
-Малая плотность сухой древесины при сравнительно большой прочности и жесткости ее (вдоль волокон);
-Малая теплопроводность сухой древесины поперек волокон.
-Химическая стойкость сухой древесины;
Применение деревянных конструкций целесообразно в однопролетных покрытиях одноэтажных зданий (мастерских, зрелищных зданиях, выставочных павильонах, крытых спортивных стадионах), а также в сельских производственных и складских зданиях, навесах и пр.
Высокоэффективные способы защиты древесины от гниения позволяют применять деревянные конструкции и в сооружениях, не защищенных от атмосферного увлажнения— в мостах и эстакадах, мачтах и башнях различного назначения.
Возможность сборки и возведения деревянных конструкций в любое время года, а также эффективность повторного использования легких, транспортабельных деревянных блоков и клеефанерных щитов для сборно-разборных деревянных конструкций определяют целесообразность их применения во временных и вспомогательных сооружениях и легких зданиях
Конструкции с применением пластмасс. Применение пластмасс в строительных конструкциях рационально с технической и экономической точек зрения в случаях, когда необходимо:
а) уменьшить вес конструкций;
б) сократить объем транспортных и монтажных работ (при строительстве в отдаленных и труднодоступных районах);
в) уменьшить мощность подъемно-транспортного оборудования;
г) повысить надежность зданий и сооружений;
д) применить безметалльные конструкции (в условиях воздействия агрессивной среды).
2. Влага в древесине, е влияние на свойства, меры борьбы с вредным влиянием
Различают два вида влаги, содержащейся в древесине
- связанную (гигроскопическую)
- свободную (капиллярную).
Связанная влага находится в толще клеточных оболочек, а свободная в полостях клеток и в межклеточных пространствах. Кроме свободной и связанной влаги различают влагу, входящую в химический состав веществ, которые образуют древесину (химически Связанная влага). Эта влага имеет значение только при химической переработке древесины.
Максимальное количество связанной влаги - предел гигроскопичности составляет 30 %. При насыщении объем древесины разбухает, а при снижении влажности уменьшается (усушка). Чем плотнее древесина, тем больше ее разбухание и усушка.
Усушка вдоль волокон древесины так мала, что ею пренебрегают, усушка в радиальном направлении колеблется в пределах 2—8,5%, а в тангенциальном направлении 2,2—14%. Следствием такой неравномерности усушки является коробление досок при высыхании При увеличении влажности свыше точки насыщения волокон, разбухания не происходит.
Влияние влажности. При повышении влажности древесины от нулевой до точки насыщения волокон примерно до 30% ее прочность, в том числе и длительная, уменьшается, деформативность увеличивается и модуль упругости снижается. В наименьшей степени влажность влияет на ударную прочность древесины и на прочность при растяжении вдоль волокон. В других случаях влияние влажности сравнительно велико и при ее изменений на 1 % прочность меняется на 3-5%.
В настоящее время комиссия по стандартизации приняла для показателей физико-механических свойств древесины стандартную влажность 12 %.
Влияние температуры. При большой влажности и отрицательных температурах влага в древесине превращается в лед, получается замороженная древесина, прочность которой на сжатие, поперечный изгиб, скалывание и раскалывание возрастает. В то же время замороженная древесина становится более хрупкой, и сопротивление ее ударному изгибу понижается.
3.Гниение древесины и меры борьбы с ним
Суть конструкционных мероприятий по борьбе с гниением сводится к тому, чтобы обеспечить воздушно-сухое состояние деревянных элементов здания, что достигается устройством гидро-, пароизоляционных слоев, препятствующих увлажнению древесины грунтовой, атмосферной или конденсационной влагой, или обеспечением надлежащего режима для удаления из древесины влаги.
Недопустимая влажность древесины может возникнуть в результате атмосферных осадков, капиллярной влаги, поступающей из частей зданий, соприкасающихся с древесиной, а также в результате увлажнения конденсатом.
Конструкционные мероприятия по борьбе с недопустимым увлажнением древесины при эксплуатации следующие:
1.Предотвращение увлажнения атмосферными осадками (увеличение свесов крыш)
2.Удаление влаги из сырых помещений (вентиляция),
3.По поверхности конструкций рекомендуется устраивать гидроизоляцию- гидроизоляционные прокладки рекомендуется делать под опорными частями деревянных балок, нижней обвязкой стен, опорными плоскостями стоек при опирании их на бутовую кладку или бетон и т. д.,
4.Гидроизоляционное покрытие , борьба с конденсатом (многослойные ограждающие конструкции, делать теплотехнический расчёт),
5.Предотвращение от бытовой влаги (просушка после мытья полов).
4. Защита древесины от энтомологических и морских древоточцев
Энтомологическими разрушителями деревянных конструкций являются жуки
Химическая защита деревянных конструкций и элементов от биологических вредителей
Разрушителями деревянных конструкций являются жуки. Определённый эффект в защите деревянных строительных конструкций от биовредителей достигается покраской поверхностей соответствующими лакокрасочными составами: каменноугольное масло, антраценовое, креозотовое;
Химическая защита производится антисептиками. От грибов-фунгициды, от насекомых-инсектициды.
Фумигация - обработка конструкций растворами на основе синильной кислоты, бромметана, фосфина;
Обработка горячим воздухом при температуре 100-1200 в зависимости от вида биовредителя;
Радиационная защита – облучение изотопом кобальта на 1 м.
5. Защита деревянных конструкций от огня
При использовании конструкций следует соблюдать мероприятия по их защите от возгорания. С этой целью не рекомендуется применять конструкции из неклееной древесины в условиях длительного нагрева, если температура окружающего воздуха превышает 50 °С и для конструкций из клееной древесины 35 °С.
Деревянные конструкции должны быть разделены на части противопожарными преградами из несгораемых материалов. В поперечном направлении здания противопожарные диафрагмы устанавливают вдоль несущих конструкций с шагом не более 6 м. В противопожарном отношении предпочтительнее деревянные конструкции массивного прямоугольного сечения с закруглениями, имеющие большие пределы огнестойкости, чем дощатые или клеефанерные.
Опасны в пожарном отношении металлические детали, соединительных и опорных узлов деревянных элементов, так как они, снижают предел огнестойкости деревянных конструкций, поэтому металлические узлы и соединения необходимо защищать огнезащитными покрытиями.
К химическим мерам защиты деревянных конструкций от возгорания относится применение пропитки антипиренами. Они представляют собой вещества, способные при нагревании разлагаться с выделением большого количества негорючих газов, увеличиваясь в объеме, создавать защитный слой, препятствующий возгоранию древесины . Как правило, огнезащитные составы включают в себя смесь нескольких веществ и наносятся в виде водных растворов.
Антипирены повышают придел огнестойкости конструкции сечением менее 120х120мм на 5мин и уменьшают пределы распространения огня по деревянным конструкциям по вертикали менее 40см по горизонтали менее 25см и переводят древесину в группу трудносгораемых материалов.
6. Древесные пластики — это материалы, полученные соединением синтетическими смолами продуктов переработки натуральной древесины. К ним относятся ДВП и ДСП и др.
ДСП:
Прочность древесно-слоистых пластиков превышает прочность древесины вследствие уплотнения материала прессованием и термической обработкой тонких слоев древесного шпона, глубоко пропитанных прочными и водостойкими смолами.
Плиты ДСП обладают хорошей водостойкостью, стойкостью к органическим растворителям и маслам, легко поддаются механической обработке — пилению, строганию, фрезерованию и т. п.
Его применяют для изготовления средств соединения элементов конструкций в виде шпонок, нагелей, косынок, вкладышей.
- Древесно-волокнистые плиты( ДВП) изготовляют из хаотически расположенных волокон Древесины, склеенных канифольной эмульсией.
-Древесно-стружечные плиты (ПС и ПТ) получают горячим прессованием под давлением древесных стружек, пропитанных синтетическими термореактивными смолами.
В качестве связующего применяют фенолоформальдегидные, мочевиноформальдегидные и мочевиномеламиновые смолы.
Плиты облицовывают древесным шпоном, фанерой, бумагой, пленками и т. п. Облицованные плиты имеют более высокие механические показатели, ровную поверхность и хороший внешний вид.
Изготовляют древесно-стружечные плиты методом горячего прессования в этажных прессах. Количество смолы принимают обычно до 10%, а древесной стружки — около 90% массы. Введение гидрофобных добавок снижает разбухание плит до 10 %. Древесно-стружечные плиты обладают малой теплопроводностью и высокой звукоизоляционной способностью.
7. Стеклопластики
Стеклопластики представляют собой пластмассы, состоящие из стеклянного наполнителя и связующего. В качестве последнего используют обычно ненасыщенные полиэфирные, эпоксидные и фенолоформальдегидные смолы, а также некоторые термопласты.
Стеклянное волокно является для стеклопластика своеобразной арматурой подобно металлу в железобетоне. Смола выполняет роль связующего и в то же время защищает стеклянные волокна, от влияния внешней среды способствуя равномерному распределению усилий, возникающих в них.
Стеклянное волокно имеет все положительные качества, присущее стеклу — негорючесть, высокую теплостойкость, плотность, прозрачности, а также хорошие механические показатели. Так, прочность малощелочного волокна диаметром 6 мк превышает 2 ГПа, а модель Упругости достигает 70 ГПа.
Стеклопластики на полиэфирных смолах применяют для стеновых и кровельных панелей неотапливаемых зданий, трёхслойных панелей, различных профильных изделий.
Плоские и волнистые листы используют для строительства зданий в сейсмических районах и взрывоопасных зданиях, для устройства световых фонарей, покрытий промышленных и общественных зданий, навесов, перегородок и т.д.
8. Механические свойства при растяжении, сжатии и изгибе вдоль волокон
Предел прочности древесины при растяжении вдоль волокон в стандартных чистых образцах (влажностью 12%) высок — для сосны и ели он в среднем 100 МПа. Модуль упругости 11-14 ГПа. Наличие сучков и присучкового косослоя значительно снижает сопротивление растяжению. Опыты показывают, что при размере сучков ¼ стороны элемента предел прочности составляет всего 0,27 предела прочности стандартных образцов.
Опыты показывают , что прочность при растяжении зависит от размера образца; прочность крупных образцов в результате большей неоднородности их строения меньше, чем мелких.
При разрыве поперек волокон вследствие анизотропности строения древесины предел прочности в 12— 17 раз меньше, чем при растяжении вдоль волокон. Следствием этого является большое влияние косослоя, при котором направление усилия не совпадает с направлением волокон. Чем значительнее косослой, тем больше составляющая усилия, перпендикулярная волокнам, и тем меньше прочность элемента. Косослой — второй по значимости порок," величина которого в растянутых элементах должна строго ограничиваться.
Испытания стандартных образцов на сжатие вдоль волокон дают значения предела прочности в 2—2,5 раза меньшие, чем при растяжении. Для сосны и ели при влажности 12% предел прочности на сжатие в среднем 40 МПа, а модуль упругости примерно такой же, как при растяжении. Влияние пороков (сучков) меньше, чем при растяжении. При размере сучков, составляющих '/з стороны сжатого элемента, прочность при сжатии будет 0,6—0,7 прочности элемента тех же размеров, но без сучков. Кроме того, в деревянных конструкциях размеры сжатых элементов обычно назначаются из расчёта на продольный изгиб, т. е. при пониженном напряжении, а не из расчета на прочность. Благодаря указанным особенностям работа сжатых элементов в конструкциях более надежна, чем растянутых. Этим объясняется широкое применение металлодеревянных конструкций, имеющих основные растянутые элементы из стали, а сжатые и сжато-изгибаемые из дерева.
При поперечном изгибе значение предела прочности занимает промежуточное положение между прочностью на сжатие и растяжение. Для стандартных образцов из сосны и ели при влажности 12 % предел прочности при изгибе в среднем 75 МПа. Модуль упругости примерно такой же, как при сжатии и растяжении. Поскольку при изгибе имеется растянутая зона, то влияние сучков и косослоя значительно. При размере сучков в 1/3 стороны сечения элемента предел прочности составляет 0,5—0,45 прочности бессучковых образцов. В брусьях и особенно в бревнах это отношение выше и доходит до 0,6—0,8.
Определение предела прочности по формуле a=M/W удобно для сравнительной оценки прочности различной древесины. В стадии разрушения сначала в сжатой зоне образуется складка, затем в растянутой зоне происходит разрыв наружных волокон.
Опыты и исследования показывают, что условный предел прочности при изгибе зависит от формы поперечного сечения. При одном и том же моменте сопротивления у круглого сечения он больше, чем у прямоугольного, а у двутаврового сечения меньше, чем у прямоугольного. С увеличением высоты сечения предел прочности снижается. Все эти факторы учитываются в расчете введением соответствующих коэффициентов: к расчетным сопротивлениям.
9. Механические свойства при скалывании и смятии
Работа древесина на смятие вдоль волокон не отличается от работы на сжатие, специальных образцов для таких испытаний гостом не предусмотрено. Смятию поперек волокон древесина сопротивляется значительно хуже чем вдоль волокон раз в 5. в этом направлении древесина деформируется на много больше чем вдоль волокон.
За предел прочности при смятии принимают напряжение соответствующий условному пределу пропорциональности σпц. Различают смятие: по всей поверхности; на части длины; на части длины и ширины.
Наибольшая прочность у древесины в последнем случаи, т.к. соседние не загруженные участки оказывают поддерживающие влияние увеличивающее прочность.
При смятии под углом к волокнам прочность древесины зависит от угла между направлением действующих напряжений и направлением волокон.
- сопротивление смятию вдоль волокон; - «» поперек волокон.
Прочность древесины при локальном смятии на части длины определяется: , - длина площадки смятия в см.
Работа на смятие в узловых соединениях вязкая (хорошо), ограничение норм в таких случаях сводится к нормированию предельного значения деформаций: 1) 1,5мм – в лобовых врубках; 2) 2мм в нагельных соединениях всех видов; 3) 3мм в примыкании поперек волокон.
Скалывание древесины всегда происходит в плоскости параллельной волокнам, скалывающая сила может быть направлена вдоль волокон, поперек и под углом к ним. Прочность древесины наибольшая, когда скалывающая сила приложена вдоль волокон. Сопротивление скалыванию в зависимости от угла (между направлением силы и направлением волокон) описывается той же формулой что и при смятии. .
Рисунки одностороннего и промежуточного скалывания см →.
Скалывание в узловых соединениях всегда происходит с эксцентриситетом пары сил Т. При одностороннем скалывании эпюра τ имеет наименьшую полноту. При промежуточном скалывании, коэф полноты эпюры значительно выше, соответственно прочность выше.
Среднее сопротивление скалыванию при одностороннем приложении пары сил Т вычисляются по эмперической формуле: .
- сопротивление для максимального напряжения τmax вычисленное по результатам испытаний стандартных образцов. β – эмперический коэф = 0,25 при одностороннем приложении нагрузки.
Разрушение при скалывании имеет хрупкий характер. Для предотвращения аварий в наиболее ответственных узлах в сквозных конструкциях, на врубках обязательно проектируют аварийные связи (болты).
10. Длительное сопротивление древесины
Древесина реанонный материал (ей присуще реалогические свойства) – зависимость прочностных и упругих характеристик от режима напряжений и длительного действия нагрузки.
При быстром загружении или кратковременном действии нагрузки древесина деформируется упруго и показывает наибольший предел прочности. При медленном возрастании нагрузки и длительном ее действии, в древесине развиваются неупругие деформации, а разрушения происходят при меньшем напряжении чем при кратковременном напряжении.
Деформации древесины подразделяют на три вида:
1)на упругие деформации; 2) эластические; 3) остаточные.
Упругие и эластические деформации обратимы, а остаточные нет. прочностные характеристики древесины получают испытанием стандартных образцов:
σкр – кратковременно сопротивление
σдл – предельное длительное сопротивление
mдл – коэф длительного сопротивления
τ – время,с
Если τ ≥30 лет, то mдл =0,53.
При напряжении меньше σдл древесина не разрушается, поэтому σдл считается действительной прочностью древесины не зависимо от режима загружения.
При проектировании влияния длительной нагрузки учитывают коэф условия работы. При нагрузке меньшей продолжительности (ветровая 1,1; сейсмическая 1,4).
При загружении постоянными и длительными нагрузками используют коэф mд=0,8.
11. Принципы расчета элементов конструкций цельного сечения по предельным состояниям
Различают две группы предельных состояний:
Первая группа предельных состояний характеризуется потерей несущей способности и полной непригодностью к дальнейшей эксплуатации. Является наиболее ответственной. В деревянных конструкциях могут возникать следующие предельные состояния первой группы: разрушение, потеря устойчивости, опрокидывание, недопустимая ползучесть.
Вторая группа предельных состояний характеризуется такими признаками, при которых эксплуатация конструкций или сооружений хотя и затруднена, однако, полностью не исключается, т.е. конструкция становится непригодной только к нормальной эксплуатации. Пригодность конструкции к нормальной эксплуатации обычно определяется по прогибам.
Базовой характеристикой в расчетах прочности деревянных конструкций служит нормативное сопротивление определяемое в результате стандартных испытаний с обеспеченностью 0,95.
- коэф надежности материала учитывающий большую обеспеченность
- базовый коэф длительного сопротивления=0,66. Принятый для конструкции нагрузок собственный вес + снег, длительностью примерно 2 месяца. Отклонения условий работы от нормальных учитывается в расчетах коэф надежности по условию работы:
- коэф условия работы для отклонения влажности и температуры;
- вводится в расчетах на длительную нагрузку и в расчетах на комбинацию нагрузок содержащих кратковременные нагрузки;
- учитывают концентрацию напряжения возле ослабления (возле отверстия 0,8), - для элементов подвергнутых глубокой пропитке антисептиками =0,9;
- коэф условий работы дощатоклееных конструкций; первый вводится при больших размерах поперечного сечения (высота более 50см), второй учитывает повышение надежности элементов склеенных из более тонких слоев по сравнению с основным рекомендуемым слоем 33мм, третий учитывает начальные напряжения в слоях гнутоклееных конструкций, принимается в зависимости от радиуса гнутья и толщины доски (радиус гнутья не менее 150 толщин доски);
- переходный коэф к древесинам других пород, чем сосна или ель.
12. Расчет элементов на центральное растяжение и растяжение с изгибом
Деревянные элементы, работающие на центральное растяжение, рассчитывают по наиболее ослабленному сечению. σр =N/Aнт ≤ Rрm0
Коэффициент mо=0,8 учитывает концентрацию напряжений, которая возникает в местах ослаблений. Ант – площадь сечения за вычетом ослаблений. При вычислении Ант ослабление расположенные на участке длиной до 20см принимаются совмещенными в одном сечении. N - расчетная растягивающая сила.
Растяжение с изгибом.
В растянуто-изгибаемых элементов кроме изгибающего момента действуют центрально приложенное усилие, которое растягивает стержень, т.е. направленно в сторону по сравнению со сжато-изгибаемым элементом. Поэтому после прогиба стержня вызванного изгибающим моментом, нормальное усилие будет создавать дополнительный момент противоположного знака и таким образом уменьшать основной момент. Т.к. на деревянные элементы при растяжении сильно влияют пороки древесины, снижая их прочность, то растянуто-изгибаемые элементы рассчитывают в запас прочности без учета дополнительного момента от продольных сил при деформации стержня по формуле:
13. Расчет элементов при центральном сжатии
1. Расчет прочности коротких элементов он выполняется если длина элемента не превышает 7 минимальных размеров поперечного сечения: . При вычислении площади нетто в отличие от центрального растяжения ослабление в одно сечении не совмещают.
2. Расчет устойчивости гибких элементов он выполняется если длина элемента превышает 7 минимальным размеров поперечного сечения. φ – коэф продольного изгиба; Арасч – расчетная площадь сечения, принимают равным площади брутто при отсутствии ослабления, а также при ослаблении не входящим за кромки, если площадь не превышает 25% площади сечения.
, если площадь таких ослаблений > 25%,
при симметричном ослаблении, выходящем на кромки
- при упругой работе материала
А=3000 для древесины А=2500 для фанеры
а=0,8 древ
а=1 фанера
, если ; , если
, l0 – расчетная длина, i – радиус инерции, μ0 – коэф учета условия закрепления элемента по концам (отношение длины полуволны к геометрической длине элемента).
- для прямоугольного сечения, 0,25d – для круглого сечения.
Для элементов переменного по длине сечения расчет производится по той же формуле, но коэф φ дополнительно умножается на коэф кжw – учитывающий изменение жесткости по длине элемента.
Площадь сечения Арасч и коэф φ вычисляются для сечения с максимальными размерами.
14. Расчет элементов на поперечный изгиб
Изгибаемые элементы рассчитывают по первому и второму предельным состояниям, или иначе на прочность и жесткость. В расчете по первому предельному состоянию используют расчетную нагрузку, а при определении прогиба нормативную нагрузку, т. е. без учета коэффициента перегрузки.
Проверка прочности нормальных сечений на действие изгибаемого момента:
Проверка на скалывание при изгибе по формуле Журавского:
b – ширина элемента в котором проверяют касательные напряжения
В соответствии с формулой Журавского:
Проверка устойчивости плоской формы деформирования:
φм – коэф устойчивости при изгибе
φм=140b2кф/(lph)
lp – расстояние между точками раскрепления сжатой кромки изгибаемого элемента
кф – коэф учета формы эпюры изгибающих моментов на рассматриваемом участке длиной lp
Для параболической эпюры кф=1,13.
Устойчивость считается обеспеченной если выполняется условие: lp≤140b2/hmб
Проверка жесткости:
fи – предельно допустимые значения прогиба
f0 – это прогиб условного элемента с постоянным сечением равным наибольшему сечению рассчитываемой конструкции от действия изгибающих моментов.
к1 – по справочнику
к – коэф учета переменности сечения рассчитываемой конструкции
с – коэф учитывающий влияние касательных напряжений на прогиб балки
15. Расчет элементов на сжатие с изгибом
Расчет на сжатии с изгибом производится по деформированной схеме (геометрически не линейный расчет) т.к. из-за низкого модуля упругости древесины нельзя пренебречь изгибными деформациями, в следствии чего продольная сила в расчетном сечении получает эксцентриситет и момент возрастает.
МД – изгибающий момент вычисленный по деформированной схеме с учетом доли привносимой продольной силой
ξ- учитывает долю момента от продольной силы
Проверка устойчивости:
φу – коэф продольного изгиба из плоскости деформации
n=1 если растянутая кромка раскреплена
n=2 если не раскреплена
Растяжение с изгибом:
17. Расчет составных эл на податливых св на сжатие с изгибом
Метод расчета сжато-изгибаемых элементов составного сечения на податливых связях остается таким же, как и элементов цельного сечения, но в формулах дополнительно учитывается податливость связей.
При расчете в плоскости изгиба составной элемент испытывает сложное сопротивление и податливость связей учитывают дважды:
1) введением коэффициента kw такого же как при расчете составных элементов на поперечный изгиб;
2) вычислением коэффициента ξ с учетом приведенной гибкости элемента.
Нормальные напряжения определяют по формуле:
где Прогиб в общем виде:
При определении количества связей, которое надо поставить на участке от опоры до сечения с максимальным моментом, учитывают возрастание поперечной силы при сжато-изгибаемом элементе
пс =1,5 MmaxS/ITcξ.
В стержнях с короткими прокладками помимо общего расчета стержня необходима еще проверка наиболее напряженных ветвей как сжато-изгибаемых стержней по формуле
где φв — коэффициент продольного изгиба для отдельной ветви, вычисленной по ее расчетной длине; Fбр, Wбр — площадь и момент сопротивления (брутто) поперечного сечения всего стержня; Мд= Мq/ξ — изгибающий момент от нагрузок, определяемый из расчета по деформированной схеме.
Сжато-изгибаемые элементы рассчитывают из плоскости изгиба приближенно без учета изгибающего момента, т.е. как центрально-сжатые составные стержни и, кроме того, проверяют на устойчивость плоской формы деформирования.
18. Особенности расчета элементов конструкций из пластмасс
Конструкции из пластмасс рассчитываются также по методу предельных состояний. Нормативное и расчетное сопротивление их установлены с такой же обеспеченностью как и для древесины 0,95 и 0,99.
Отличаются коэф-ты условий работы.
Снижение механ-х характиристик пластмасс с течение времени в основном от ультрафилдетового солнечного воздействия, учитыв-ся коэф-т условий работ mf.
Значения коэф. различаются:
1.Для расчетных сопротивлений и модуля упругости
2.Для средней полосы и южных районов страны
Расчетные формулы для всех видов напряженного сост. имеют такую же или близкую стр-ру к формулам расчета дерев. конструкций.
Отличия: 1.При центр. растяжении, при вычислении площади сеч. Ант ослабления, расположенных в разных сечениях в одном сечении не совмещают.
2.При цент сжатии различается учет ослабления не выходящих на кромку
3.При определении коэф-та продольного изгиба имеются 2-а отличия: - отношения модуля упругости к пределу прочности для разных видов пластам разное, поэтому использоваться не может.
- большинству видов пластмасс присуща повышенная по сравнению с древесиной ползучесть.Значения модуля деф-ции с учетом ползучести учитываются в зависимости от длительности действия нагрузки временным деформациям коэф-т nвр<1
-начальный модуль информации.
. В практич расчетах оба эти отличия учтены в графиках коэф продольного изгиба 2-х типов
4.При поперечном изгибе в расчетных формулах также имеются 2-а отличия: - учитывается временной деф-й коэф-т.
- ,
5.При сжатии с изгибом коэф-т учета приращения моментов ξ вычисляется в зависимости от длительности действия нагрузки с учетом соотв-х значений коэф-та предельного изгиба φ
19. Лобовые врубки
Врубкой называют соединение, в котором усилие элемента, работающего на сжатие, передается другому элементу непосредственно без вкладышей или иных рабочих связей. За этим видом соединения сохранилось старое название «врубка», хотя в настоящее время врезки и гнезда выполняют не топором, а электро- или мотопилой, цепнодолбежником и т. п.
Основной областью применения врубок являются узловые соединения в брусчатых и бревенчатых фермах, в том числе в опорных узлах примыкания сжатого верхнего пояса к растянутому нижнему поясу.
Соединяемые врубкой элементы деревянных конструкций (д.к.) должны быть скреплены вспомогательными связями — болтами, хомутами, скобами и т. п., которые следует рассчитывать в основном на монтажные нагрузки. Лобовая врубка может утратить несущую способность при достижении одного из трех предельных состояний: 1) по смятию площадки упора Fсмα ; 2) по скалыванию площадки FCK; 3) по разрыву ослабленного врубкой нижнего пояса.
Площадь смятия определяют глубиной врубки hBP, которая ограничивается нормами hвр≤hбр/3, где hбр— высота растянутого элемента. При этом несущая способность врубки из условия разрыва растянутого элемента в ослабленном сечении при правильном центрировании узла всегда обеспечивается с избыточным запасом прочности. Решающее значение имеет как правило несущая способность врубки, исходя из условий скалывания.
Согласно СНиП П-25-80, лобовую врубку на скалывание рассчитывают определением среднего по длине площадки скалывания напряжения сдвига по формуле^
где Rck — расчетное сопротивление древесины скалыванию для максимального напряжения; lcк — расчетная длина плоскости скалывания, принимается не более 10 глубин врезки в элемент; е — плечо сил сдвига, принимаемое 0,5h при расчете элементов с несимметричной врезкой в соединениях без зазора между элементами и 0,25h при расчете симметрично загружаемых элементов с симметричной врезкой; β — коэффициент, принимаемый 0,25. Отношение lск/е должно быть не менее 3.
Однако выполненный анализ сложного напряженного состояния, возникающего по плоскости скалывания1, показал, что вышеприведенная формула СНиП П-25-80 приемлема только для угла а=45°. А для угла а=30°, при котором несущая способность врубки повышается, формула СНиП не верна и должна быть заменена другой:
В результате анализа установлено, что с увеличением глубины врубки hвр при постоянной длине плоскости* скалывания lск снижается коэффициент концентрации напряжений сдвига и уменьшаются напряжения сжатия поперек волокон в начале плоскости скалывания. Выявлена зависимость коэффициента концентрации напряжений сдвига tmax/tcpeд от отношения lск/е и от угла смятия α.
1) чем больше отношение длины плоскости скалывания к е, тем больше коэффициент концентрации напряжений сдвига;
2) чем меньше угол α, тем меньше коэффициент концентрации напряжений сдвига;
3) чем больше нормальная к плоскости сдвига составляющая, тем выше значение концентрации напряжений сдвига.
При этом необходимо отметить, что нормальные к плоскости сдвига напряжения сжатия поперек волокон повышают сопротивление скалыванию вдоль волокон.
20. Соединения на шпонках и пластинчатых нагелях
Шпонки — это вкладыши из твердых пород древесины, стали, чугуна, пластмасс, которые устанавливаются между сплачиваемыми элементами и препятствуют сдвигу и работающие на сжатие
Призматические шпонки, передавая от одного элемента другому сдвигающие силы, работают на смятие и скалывание. По надежности из деревянных призматических шпонок следует выделить наклонные шпонки. Отличительный признак шпонок — появление опрокидывающего шпонку момента и как результат этого возникновение распора между соединяемыми элементами.
Для восприятия распора необходимо устанавливать рабочие связи — стяжные болты. Во избежание чрезмерной деформативности шпоночных соединений, а также для уменьшения количества стяжных болтов, длину шпонки по нормам принимают не менее lшп>5hвр. Глубину врезки шпонок в брусья следует принимать не менее 2 см и не более 1/5 высоты бруса, а бревна — не менее 3 см и не более 1/4 диаметра бревна.
Соединения на зубчатых шпонках характеризуются высокой несущей способностью и вязкостью. Зубчатые шпонки вдавливают в тело древесины ударным способом или специальными зажимами. К недостаткам соединений на зубчатых шпонках относится образование трещин в сопрягаемых элементах, а также уменьшение несущей способности из-за неравномерности запрессовки шпонок в многорядовых соединениях. Вследствие этого количество зубчатых шпонок в одном ряду ограничивается десятью.
Металлические шпонки, расположенные внутри деревянных элементов, не требуют в обычных условиях антикоррозионной защиты. При использовании шпоночных соединений в условиях повышенной химической агрессивности окружающей среды применяют антикоррозионное покрытие металлических шпонок, чаще оцинкование.
Шпонки увеличенной толщины-колодки.
Соединение на пластинчатых нагелях.
Нагели-связи препятствующие взаимному сдвигу соединяемых элементов работающих при этом на изгиб.
Пластинки изготавливают из высушенной до 8% чистой древесины дуба или антисептированной березы. Балкам при изготовлении придается строительный подъем обеспечивающий плотное защемление пластинок. - строительный подъем. Из условия равнопрочности работы пластинки на изгиб и смятия поперек волокон, длина пластинки принимается равной lпл=4,5δпл (lпл=54, следовательно δпл=12). По всем конструктивным требованиям полученная высота сечения одного бруса 15 и более см.
Пластинки устанавливают равномерно по длине балки с шагом не менее 9δпл, во избежание скалывания брусьев между гнездами.
В изгибаемых элементах работа на равномерно распределенную нагрузку, а так же к близких к параболе эпюрах изгибаемых моментов любых др. напряжений, в средней части длиной 0,2l пластинки не устанавливают, т.к. сдвиги в шве очень не велики.
21. Соединения на цилиндрических нагелях
Деревянные элементы соединяют между собой с помощью цилиндрических нагелей из стали, алюминиевых сплавов, стеклопластика, древесно-слоистого пластика и дубовой древесины, а также с помощью пластинок из дуба или березы (в брусчатых балках). Цилиндрические нагели из стали применяют в виде стержней, болтов, гвоздей и винтов (шурупов или глухарей), из алюминиевых сплавов, древесно-слоистых пластиков и стеклопластиков в виде стержней и болтов, а из остальных материалов — в виде стержней. Для соединения пластмасс используют металлические болты, винты и заклепки, а также стеклопластиковые стержни.
Нагелем называют связи препятствующие взаимному перемещению соединяемых элементов и работают при этом на изгиб. По форме различают цилиндрические и пластинчатые нагели. По материалу: стальные, алюминиевые, деревянные и стеклопластиковые.
Цилиндрические нагели – к ним относятся: болты и штыри, винты всех видов (шурупы и глухори), гвозди – особая группа нагелей, отличающаяся тем, что при диаметре до 6мм включительно их забивают в древесину без просверливания гнезд. Нагели остальных типов устанавливают в отверстие диаметром равным диаметром нагеля для болтов и штырей и 0,8 диаметра для винтов всех видов.
Конструкция соединения на цилиндрических нагелях.
Работа и расчет нагельного соединения.
Древесина в нагельных гнездах работает на смятие, а сами нагели на изгиб.
Крайние элементы сминают одним срезом нагеля, средние элементы двумя срезами, поэтому расчеты производят отдельно.
Расчетная несущая способность одного среза нагеля вычисляют по формуле:
; 0,8 и 0,5 – осредненное расчетное сопротивление древесины смятию в кН/см2.
На изгиб нагели рассчитывают по формулам:
22. Гвоздевые соединения
Гвозди в соединениях сдвигаемых деревянных элементов работают как нагели. Их обычно забивают в древесину без предварительного просверливания. Гвозди принято называть тонкими нагелями и их расчет полностью совпадает с расчетом нагелей.
Диаметр гвоздей, забиваемых в цельную древесину, не превышает 6 мм и поэтому их несущая способность не зависит от угла между направлением действия силы и направлением волокон. В связи с этим для гвоздей коэффициент уменьшения несущей способности ka не вводят в формулы определения несущей способности.
При определении расчетной длины защемления конца гвоздя в последней непробиваемой насквозь доске не следует учитывать часть длиной 1,5 dГB. Кроме того, из длины гвоздя при определении длины его защемления следует вычитать по 2 мм на каждый шов между соединяемыми элементами. Если расчетная длина защемления конца гвоздя получается меньше 4dГB, то его работу в примыкающем к шву элементе учитывать не следует. Диаметр гвоздей принимать не более 0,25 толщины пробиваемого элемента. Если последняя доска пробивается гвоздем насквозь, то, учитывая отщеп ее нижнего слоя, рабочая толщина доски уменьшается на 1,5dГB.
Заостренный конец гвоздя, проникая в древесину, раздвигает ее волокна в сторону, в результате чего происходит уплотнение древесины около гвоздя, что увеличивает опасность раскалывания древесины. Уменьшить эту опасность можно относительно более редкой расстановкой забиваемых гвоздей по сравнению с нагелями.
Минимальные расстояния между осями гвоздей вдоль волокон древесины следует принимать S1≥15dГB-до торца S1≥15dГB ,при толщине пробиваемого элемента c/ dГB ;а/ dГB ≥10-в ряду. S1≥25dГB при толщине пробиваемого элемента c/ dГB ;а/ dГB =4.
Расстояние между осями гвоздей поперек волокон древесины при прямой расстановке гвоздей принимают не менее S2=4d; при шахматной расстановке или расстановке их косыми рядами это расстояние может быть уменьшено до S2=3d, а расстояние от продольной кромки до оси гвоздя 4d.
Гвозди образуют более плотные соединения, чем нагели. Недостатком гвоздевых соединений является заметная ползучесть при длительно действующих нагрузках.
23. Клеевые соединения древесины
Равнопрочность, монолитность и долговечность клеевых соединений в деревянных конструкциях могут быть достигнуты только применением водостойких конструкционных клеев. Долговечность и надежность клеевого соединения зависят от устойчивости адгезионных связей, вида клея, его качества, технологии склеивания, эксплуатационных условий и поверхностной обработки досок.
Клеевой шов должен обеспечивать прочность соединения, не уступающую прочности древесины на скалывание вдоль волокон и на растяжение поперек волокон. Прочность клеевого шва, соответствующую прочности древесины на растяжение вдоль волокон, пока еще не удается получить, поэтому в растянутых стыках площадь склеиваемых поверхностей приходится увеличивать примерно в 10 раз косой срезкой торца на ус или на зубчатый шип.
Виды соединений на клею
Растянутый стык клееных элементов в заводских условиях изготовляют на зубчатый шип (рис. IV.40, а, б) с уклоном склеиваемых поверхностей зуба примерно 1 : 10. Это унифицированное решение, по прочности не уступающее решению стыка на ус (при том же уклоне), более экономично по затрате древесины и более технологично в производстве.
Зубчатый шип одинаково хорошо работает на растяжение, изгиб, кручение или сжатие. Согласно испытаниям, прочность такого стыка на клее даже на разрыв оказалась не ниже прочности цельного бруска.
На практике рекомендуется использовать наиболее технологичный вариант с нарезкой шипов перпендикулярно пласти. Этот вариант применим при любой ширине склеиваемых досок, даже слегка покоробленных. При стыковании клееных блоков больших сечений приходится применять склеивание холодным (или теплым) способом.
Для сращивания фанерных листов в заводском производстве таким же унифицированным неразборным видом соединения служит стыковое соединение на ус; его применение в напряженных элементах конструкций требует соблюдения следующих условий: длину уса принимают равной 10—12 толщинам фанеры, а направление волокон наружных шпонов (рубашек) должно совпадать с направлением действующих усилий. Ослабление обычной фанеры стыком на ус учитывают коэффициентом Косл=0,6, а бакелизированной фанеры коэффициентом 0,8.
25. Балки В. С. Деревягина
Составные балки на пластинчатых нагелях были разработаны В. С. Деревягиным в 1932 г. Они образуются сплачиванием по высоте двух или трех брусьев, соединенных между собой деревянными пластинчатыми нагелями. В этих балках соединять брусья по длине нельзя, поэтому длина балок не превышает 6— 6,5 м. Нагели делают из здоровой и сухой (влажностью не более 8—10%) дубовой древесины или березы. Для получения нагелей одинаковой толщины их изготовляют на рейсмусном станке по пробному гнезду. Гнезда для нагелей следует выбирать с помощью электрического цепнодолбежного станка. Их размеры, лимитируемые размерами цепей станка, должны обеспечивать достаточное защемление нагеля в брусе. Этому соответствуют цепи, позволяющие получить размеры гнезда 58х12 мм. Высота брусьев не может быть меньше 140 мм, так как максимальная глубина врезки нагелей 1/5hбр.
Конструктивный строительный подъем определяют по формуле Fстр=lδnш/2h0.
Для устранения вредного влияния усушки устраивают продольные вертикальные пропилы глубиной 1/6 высоты бруса. Такие пропилы препятствуют образованию трещин по линии площадок скалывания между нагелями и таким образом обеспечивают надежность в работе балки.
Расчет балок Деревягина.
Расчет способности одного пластинчатого нагеля вычисляется из условия смятия и изгиба: .
Из условия равнопрочности пластинок при соотношении lпл=4,5δпл
- для стандартной толщины =12мм.
Общее количество пластинок устанавливаемых на участке от опоры до сечения с наибольшим изгибающим моментом (пол пролета) определяется по формуле:
S – статический момент части всего сечения отсеченной швом в котором устанавливаются рассчитываемые пластинки.
I – момент инерции всего сечения (bh3/12).
Когда пластинки в средней части балки не устанавливают, то их число уменьшается на 20%. В таком случаи формула принимает вид: .
Полученное расчетом количество пластинчатых нагелей следует размещать на соответствующей длине балки при их расстановке с шагом S=9δпл. Балки Деревягина относятся к классу составных конструкций на податливых связях, т.к. деформация шва может достигать 2мм.
Прочность и жесткость составных элементов несколько ниже чем у цельных, но выше чем у суммы рабочих брусьев. Расчет прочности и жесткости производится как для элементов цельного сечения, а момент инерции и момент сопротивления умножают на поправочный коэф меньше 1, учитывающий податливость связи:
кw, кж – принимают по таблице 13 СНиПа в зависимости от пролета балки и числа швов.
26. Дощатые настилы и обрешетка
Настилы являются несущими элементами ограждающих деревянных покрытий. На их изготовление расходуется до 70 % объема древесины, используемой при сооружении деревянных покрытий.
Настилы под кровлю бывают: однослойными, двойными, сплошными, разреженными.
Для кровли из волнистых асбестоцементных или стеклопластиковых листов и кровельной стали устраивают обрешетку из досок или брусков, расположенных одни от других на расстоянии, зависящем от кровельного материала.
Защитный настил образует сплошную поверхность, обеспечивает совместную работу всех досок настила, распределяет сосредоточенные нагрузки на полосу рабочего настила шириной 50 см.
Расчет настилов и обрешеток, работающих на поперечный изгиб, производят по схеме двухпролетной балки при двух сочетаниях нагрузки:
- нагрузки от собственного веса покрытия и снеговой нагрузки — на прочность и прогиб: , где Мmax=ql2/8; f=2,13qнl4/384EI≤fпр.
- нагрузки от собственного веса покрытия и сосредоточенной нагрузки в одном пролете Рн=1 кН, а с учетом коэффициента перегрузки 1,2, равной Pр-1,2 кН - только на прочность.
Максимальный момент находится под сосредоточенным грузом, расположенным на расстоянии от левой опоры х=0,432l и равен приближенно Mmax = 0,07ql2+0,207 Ррl, где q — собственный вес покрытия.
Сосредоточенный Р=1,2 кН груз считается приложенным к одной доске полностью при шаге досок более 15 см, а при шаге менее 15 см к одной доске прикладывается 0,5Р. При двойном перекрестном настиле рассчитывают на изгиб только рабочий (нижний) настил и только от нормальных составляющих нагрузок, поскольку скатные составляющие воспринимаются защитным настилом. Расчетную ширину настила принимают 50 см с учетом всех входящих в нее досок или, иначе можно сказать, что сосредоточенные грузы распределяются здесь на ширину 50 см.
27. Консольно-балочные прогоны и балки
Консольно-балочные прогоны являются многопролетными статически определимыми системами. Их применение целесообразно в том случае, когда временная нагрузка неподвижна и равномерно распределена по всем пролетам прогона
Если шарниры расположить на расстоянии от опор х=0,147l (l - пролет консольно-балочного прогона), то моменты на опорах будут равны по абсолютному значению максимальным моментам в пролетах, и получается так называемое равномоментное решение прогона.
Для выравнивания моментов, в первом и последнем пролетах значение этих пролетов, надо уменьшить до 0,85l. Если шарниры расположить на расстоянии от опор х=0,211l, то получится равнопрогибное решение, при котором максимальные прогибы во всех пролетах, кроме крайних, будут одинаковыми.
При уменьшении крайних пролетов до 0,79l прогибы в этих пролетах будут равны прогибам в остальных пролетах.
Если крайние пролеты равны остальным, т. е. l1=l, то изгибающий момент на первой промежуточной опоре будет Mоп=ql2/10, а прогиб прогона в крайнем пролете f1= 2,5qнl4/384EJ.
Консольно-балочные прогоны выполняют из брусьев. По длине они соединяются в местах расположения шарниров косым прирубом. Во избежание смещений под действием случайных усилий в середине косого прируба ставят болты. В случае равномоментного решения болты не должны быть затянуты, чтобы обеспечить перелом упругой линии прогона, образующийся в шарнире, между консолью и подвесной частью прогона. При равнопрогибном решении прогона в местах расположения шарниров упругая линия проходит плавно и перелома не имеет, что позволяет плотно затягивать болты (болты принимают не менее 12мм).
К недостаткам консольно-балочных прогонов можно отнести то, что при обычной длине лесоматериала, равной 6,5 м, перекрываемый пролет невелик и не превышает 4,5 м. Кроме того, необходимо либо уменьшить крайние пролеты, либо увеличить поперечное сечение прогонов в этих пролетах. При этом следует иметь в виду, что давление на первую и последнюю промежуточные опоры при равных пролетах больше, чем на остальные опоры. Поэтому при пролетах более 4,5 м целесообразно применять спаренные неразрезные прогоны.
Балки усиленные подбалкой
Они представляют собой многопролетную статически определимую неразрезную систему. Подбалки уменьшают расчетный пролет балок на величину 2а – положение точки, в которой углы наклона косательных к упругим линиям балки и подбалки, одинаковы, зависит от соотношения жесткостей балки и подбалки.
В практических расчетах таких систем пользуются графиком:
изгибающие моменты балки подбалки
24. Соединения на вклеенных стержнях(клеештыревые), работающие на выдергивание и сдвиг
Соединения на вклеенных стальных стержнях из арматуры периодического профиля класса А-II и выше, диаметром от 12 до 25 мм, работающих на выдергивание и продавливание, допускается в условиях эксплуатации А1, А2, Б1 и Б2 при температуре окружающего воздуха, не превышающей 35°.
Вклеивание предварительно очищенных и обезжиренных стержней следует осуществлять составами на основе эпоксидных смол в просверливаемые отверстия или в профрезерованные пазы.Диаметры отверстий или размеры пазов должны приниматься более номинальных диаметров вклеиваемых стержней на 5 мм.
Расчетную несущую способность вклеенного стержня определяют по формуле: , где d - номинальный диаметр вклеиваемого стержня, м (см);
l - длина заделываемой части стержня, м (см), которую следует принимать по расчету, но не менее 10d и не более 30d;
kС- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений сдвига в зависимости от длины заделываемой части стержня, который следует определять по формуле:
Rск - расчетное сопротивление древесины скалыванию, МПа (кгс/см2).
Расстояние между осями вклеенных стержней, работающих на выдергивание при продавливании вдоль волокон, следует принимать не менее S2 = 3d, а до наружных граней - не менее S3 = 2d.
28.Дощатые спаренные неразрезные прогоны
Спаренные неразрезные прогоны применяются при шаге конструкций от 4,5 до 6 м и состоят из двух досок, поставленных на ребро и соединенных гвоздями, забиваемыми конструктивно в шахматном порядке с шагом 50 см.
Доски одного ряда соединяют по длине без косого прируба. Концы досок одного ряда прибивают гвоздями к доске другого ряда, не имеющего в данном месте стыка. Гвоздевой забой стыка должен быть рассчитан на восприятие поперечной силы. Количество гвоздей с каждой стороны стыка определяют исходя из того, что поперечная сила, приходящаяся на один ряд досок Q≈ М0П/2хГВ, в то же время равна Q=nГBTГВ, откуда nГВ = Моп/2хГВ ТГВ
где хГВ — расстояние от опоры до центра гвоздевого забоя, учитывая, что каждый гвоздь воспринимает одинаковое усилие, равное ТГВ. Т – несущая способность одного среза гвоздя из условия смятия древесины или изгиба.
Стыки досок устраивают в точках, где изгибающий момент в неразрезных балках, загруженных равномерно распределенной нагрузкой по всей их длине, меняет знак, т. е. на расстояниях от опор, равных 0,21l. При этом крайние пролеты l1 должны быть меньше или равны 0,8l.
Деревянные настилы, прогоны являются несущими элементами ограждающих покрытий. На их изготовление расходуется большая часть древесины, используемой при сооружении деревянных покрытий. Экономное проектирование несущих элементов покрытия во многом определяет экономическую эффективность покрытия в целом.
Прогоны, на которые укладывается настил, бывают трех типов:
Более экономичные по расходу материалов являются консольно-балочные и спаренные неразрезные прогоны
29. Дощатоклееные балки и армированные балки
Дощатоклееные балки обладают рядом преимуществ перед другими составными балками:
- они работают как монолитные;
- их можно изготовить с поперечным сечением большой высоты;
- в балках длиной более 6 м отдельные доски стыкуют по длине с помощью зубчатого шипа и, следовательно балки не будут иметь стыка, ослабляющего сечение;
- в дощатоклееных балках можно рационально размещать доски различного качества по высоте. Слои из досок первого или второго сортов укладывают в наиболее напряженные зоны балки, а слои из досок второго или третьего сортов — в менее напряженные места. В дощатоклееных балках можно также использовать маломерные пиломатериалы.
При пролетах свыше 6м до 15м можно использовать в качестве стропильной конструкции дощатоклееные балки. Под мало уклонные кровли балки выполняют прямослойными, под кровлю из волнистых асбестоцементных листов гнутоклееные балки. В перекрытии используют также балки постоянного поперечного сечения.
Толщина досок рекомендуется 33мм. Ширина сечения до 18см, т.е. из 1 доски по ширине.в прямослойных балках устраивают строительный подъем не менее 1/200 пролета.
Расчет: в балках переменного сечения положение самого напряженного поперечного сечения зависит от соотношения размеров на опоре и в середине пролетов.
Расчетная схема - эпюра→
Расстояние от опоры до наиболее напряженного сечения определяется по формуле
Изгибающие моменты в сечении х:
Проверка балки по касательным напряжениям:
Балки, армированные стальными стержнями
Хорошая адгезия заливочных компаундов на основе эпоксидных вяжущих не только к древесине, но также и к стали позволяет при ограниченном габарите балок по высоте увеличить их несущую способность, армируя их стальными стержнями. Компаунд обеспечивает надежную совместную работу арматуры и дерева, если давление при запрессовке во время изготовления балок будет 0,2—0,3 МПа. Склеиваемые поверхности древесины и стали должны быть без масляных пятен и пыли.
Предпочтительно в качестве арматуры использовать круглые стальные стержни периодического профиля с пределом текучести не менее 400 МПа.
Пазы в древесине для укладки арматуры выбирают фрезерным станком. Они могут быть полукруглыми или квадратными, размером, не превышающим диаметра арматуры более чем на 1—1,5 мм. Процент армирования конструкции не должен превышать 3—4:
Расчетное сопротивление стальной арматуры принимают по нормам проектирования бетонных и железобетонных конструкций СНиП 2.03.01—84. Рассчитывают армированные деревянные конструкции по приведенным геометрическим характеристикам, а их поперечное сечение рассматривают как цельное.
Расчетное сопротивление стальной арматуры принимают по нормам проектирования бетонных и жб конструкций. Рассчитывают армированные деревянные конструкции по приведенным геометрическим характеристикам, а их поперечное сечение рассматривают как цельное.
Приведенный к древесине момент инерции армированных балок прямоугольного сечения определяют при двойном симметричном армировании по формуле:
Iпр=Iдр+Fana(h0/2)2, где na – коэф приведения стальной арматуры к древесине; Iдр=bh3/12
na=Ea/Eдр-1=20.
При одинарном армировании определяют Fпр, центр тяжести приведенного сечения и далее момент инерции по формуле: Iпр= Iдр+Fдр(hсж-hp/2)2+ Fana(hp-a)2.
Приведенный к древесине момент сопротивления соответственно будет равным: при двойном симметричном армировании Wпр=2Iпр/h, при одинарном армировании Wпр=Iпр/hсж, где hсж – расстояние от оси балки до наиболее удаленного сжатого волокна древесины.
Нормальные напряжения σ=M/Mпр≤Rи; касательные напряжения τ=QSпр/Iпрb≤Rск,
где Sпр – приведенный статический момент сдвигаемой части сечения относительной нейтральной оси приведенного сечения; b – ширина сечения; Rск – расчетное сопротивление скалыванию для клееных элементов.
Прогиб вычисляются как для клеедощатой балки с введением жесткости EдрIпр.
30. Клеефанерные балки с плоской и волнистой стенкой
Это самые легкие из всех сплошных несущих ДК. Применяют в покрытиях пролетом до 18м. разл: балки с плоской стенкой и балки с волнистой стенкой. Балки с волнистой стенкой всегда постоянного сеч. Балки с пл. стенкой: постоянного сеч. и двускатные. Поперечное сеч. балки могут быть двутавровое и коробчатое. Пояса склеиваются из досок в двутавровых балках вер. поставленных, коробчатые доски располагают гор.
Размеры верхнего и нижнего поясов принимают одинаковыми- симметричными. Стенку изготавливают из фанеры толщиной 10-12мм. В балах с волнистой стенкой устанавливают опорные верт. ребра, обеспечивающих устойчивость фанерных листов стенки. Их устанавливают по расчету. При этом шаг ребер наз. кратным шагу прогонов, опирающихся на балку. В балках с пл. стенкой волокна рубашечных слоев фанеры направленно вдоль пролета. Фанера сращивается на ус или с накладками, стыки располагают над ребрами. В балках с волнистой стенкой волокна направлены перпенд. оси балки. Фанеру сращивают на ус, но стык не равнопрочный.
Расчеты балок с плоской и волнистой стенкой принципиально различны. В балках с плоской стенкой нормальные напряжения воспринимаются и поясами и стенкой. В балкой с волнистой стенкой только поясами. Касательное напряж. в балках обоих типов восприн-ся фанерной стенкой. С плоской стенкой рассчитывают как эл. плоской комплексной конст. из разнородных мат. методом приведенных сеч. Геометрические хар-ки поперечного сеч, М инерции I, М сопротивления W, статический момент S приводятся к тому мат. в кот. в данном расчете ищутся напряжения. , 1,2 - коэф учитывающий различие модулей упругости фанеры при работе ее на изгиб из плоскости и на растяжение и сжатие в плоскости. .
Проверка прочности нормальных напряж:
- для нижнего пояса
, - коэф прод-го изгиба из пл. балки.
Прогибы:
балки с волнистой стенкой рассчитывают как составные эл. на податливых связях. Податливой связью явл. волнистая стенка допускающая ограничение смещ. поясов. Пояса проверяют на растяж. и устойчивость как в балке с плоской стенкой, но сеч. расс, как состоящее только их поясов. Фанерная стенка проверяется на устойчивость и растяжение.
31. Клеефанерные плиты покрытия
Целесообразность применения клеефанерных панелей опр. малой массой при высокой несущей способности, что обеспечивается совмещением в фанерной обшивке ограждающих и несущих функций как поясов панели, так и настила, кот. воспринимает местную нагрузку. Клеефанерные панели явл. жесткой коробчатой конст, кот. состоит из дощатых ребер толщиной после острожки 33 или 43мм и фанерных обшиврк толщиной не < 8мм. При необходимости ребра можно делать клееными.
В качестве утеплителя применяют, несгораемые и биостойкие теплоизоляционные мат, (пенопласт или стекломаты). При изготовлении панели на верхнюю обшивку наклеивают один слой рубероида, образующий кровельное покрытие, второй и третий слои рубероида приклеивают после установки панелей на место.
Клеефанерными панелями можно перекрывать пролеты 3-6 м, а если их ребра клееные- > 6 м. Ширину панели делают = ширине фанерного листа с учетом обрезки кромок для их выравнивания. Высота панели обычно составляет 1/30-1/40 пролета. Волокна наружных шпонов фанеры должны быть направлены вдоль оси панели, так как при этом создается возможность, 1-стыковать фанерные листы по длине «на ус» и, 2- лучше использовать прочность фанеры.
Кол-во продольных ребер определяют в основном по условию расчета на изгиб поперек волокон наружных шпонов верхней фанерной обшивки при действии сосредоточенной расчетной нагрузки 1000 Н с коэф. перегрузки 1,2 - при этом считается, что действие сосредоточенной нагрузки распред. на ширину 100 см.
Расчет плит производится по приведенным геом. характеристикам поперечного сеч. При вычислении приведенных характеристик учитывается различие модулей упругости древесины и фанеры и неравномерном распределении нормального напряжения по ширине обшивок. Расчетное соединение в плитах с 2мя обшивками - двутавровое, с одной обшивкой - тавровое, расчетное сеч:
Предварительно опр. шаг продольных ребер С из расчета верхней обшивки на изгиб, в направлении поперек плиты под действием сосредоточенного груза Р=1,2кН передающиеся на ширину обшивки 1м.
Проверки прочности плиты производят на действие М, проверяют прочность нижней обшивки на растяжение с учетом расслабления фанеры в местах склейки.
=0,6 для березовой фанеры; =0,8 для бакелизированной фанеры. Верхняя облицовка проверяется на сжатие вдоль волокон рубашечных слоев с учетом возможной потери устойчивости.
32. Дощатоклееные колонны
Дощатоклееные колонны для зданий с напольным транспортом и подвесными кранами проектируют, как правило, постоянного по высоте сечения. Для зданий с мостовыми кранами характерно применение колонн с уступом для укладки подкрановых балок. Колонны в фундаментах защемляют одним из способов, показанных на рис.
Колонны рассчитывают: на вертикальные постоянные нагрузки от веса покрытия, стенового ограждения и собственного веса; на вертикальные временные снеговые нагрузки, нагрузки от кранов и различных коммуникаций, размещаемых в плоскости покрытия; на горизонтальные временные ветровые нагрузки и нагрузки, возникающие при торможении мостовых и подвесных кранов.
Поперечная рама, состоящая из двух колонн, защемленных в фундаментах и шарнирно связанных с ригелем (балкой, фермой, аркой), представляет собой однажды статически неопределимую систему. Продольное усилие в ригеле такой рамы , где Xw=0,5(W1’-W1)
От равномерно распределенной ветровой нагрузки на колонны
От стенового ограждения (условно считая, что вертикальное усилие от стенового ограждения приложено по середине высоты колонны) - расстояние между осью стены и колонны.
После определения усилия в ригеле определяют изгибающие моменты и поперечные силы. Высоту сечения колонны hк принимают в пределах 1/8—1/15Н; ширину b≥hк/5. Принятое с учетом сортамента пиломатериалов и условий опирания ригеля на колонну сечение колонн проверяют на расчетное сочетание нагрузок.; в плоскости рамы — как сжатоизгибаемый элемент; из плоскости рамы— как центрально сжатый элемент.
Предельная гибкость для колонн 120. При определении гибкости расчетную длину колонны в плоскости рамы принимают l0=2,2Н (при отсутствии соединения верха колонн с жесткими торцами здания горизонтальными связями). При вычислении гибкости колонны из плоскости рамы расчетную длину принимают равной расстоянию между узлами вертикальных связей, поставленных по колоннам в плоскости продольных стен.
Наиболее ответственным в колоннах является жесткий узел, который обеспечивает восприятие изгибающего момента. Для варианта узла, показанного на рис. VI.24, б, усилия в анкерах Na и анкерных болтах Na.б находят, исходя из расчетной схемы, показанной на рис. VI.25.
При определении усилия Na снеговую и другие временные вертикальные нагрузки, не вызывающие изгибающего момента, не учитывают, момент берут максимальным.
33.Дощатоклееные арки сегментного очертания с опиранием на колонны
При пролетах до 24м их целесообразно делать двухшарнирными. При больших пролетах трехшарнирными. Пролет таких арок достигает у нас – 60м, за рубежом – 100м. поперечное сечение арок у нас в стране прямоугольное за рубежом двутавровое. При пролетах до 30м ширина сечения до 18см из одной доски, при больших пролетах заготовки склеивают по кромкам с уступом. Высоту арки в плече принимают в зависимости от назначения f=(1/2-1/8)l. Арки очерчены по кривой близкой к кривой давления, поэтому для основного загружения снега по всему пролету продольная сила меняется слабо, изгибающие моменты относительно не велики – эксцентриситеты в узлах не устраивают.
Арки строят по дуге окружности, поперечное сечение как правило постоянно по длине. В некоторых случаях по архитектурным соображениям делают серповидного очертания с переменным сечением.
Расчет.
Арки рассчитывают на нагрузки от собственного веса покрытия, на снеговую нагрузку на весь и пол пролета, ветровую нагрузку на пологие арки не учитывают, при больших высотах учитывают обязательно.
Сечение арок подбирают по формулам сжатых изгибаемых элементов.
N0 – продольная сила в ключе арки, при той же комбинации нагрузок, на которую ведется расчет m и N.
μ0 – коэф приведения расчетных длин, равен:
0,35 – симметричное загружение двухшарнирных арок;
0,58 – при несимметричном жагружении двухшарнирных арок, и любом загружении трехшарнирных;
S – длина оси арки от опоры до опоры.
34. Пневмокаркасные конструкции
Пневматическими или надувными называют конструкции, несущая способность которых обеспечивается избыточным давлением воздуха или другого газа, заключенного в газонепроницаемую оболочку, выполненную из ткани или пленки.
Это как надувные детские аттракционы для прыгания (помните, летом — надувные замки с насосиком сбоку), только с прозрачными элементами.
Пневматические конструкции отличаются простотой, легкостью и компактностью в сложенном виде, высокой сборностью и транспортабельностью. Их возведение весьма просто и не требует каких-либо трудоемких вспомогательных приспособлений.
Пневматические конструкции подразделяются на:
- воздухоопорные (воздухонесущие) и пневмокаркасные.
Пневмокаркасные конструкции:Пневмокаркасные конструкции состоят из ряда несущих надувных элементов. Пневмоэлементы представляют собой герметически зарытые баллоны, чаще всего трубчатой формы диаметром до 60-70 см.
Избыточное давление внутри помещения создается компрессорами или вентиляторами.
Материалы, применяемые для ПК.Для возведения пневматических конструкций используют тканевые материалы и пленки.
Основные требования к этим материалам:
- воздухонепроницаемость;
- влагонепроницаемость;
- эластичность;
- легкость в сочетании с высокой прочностью на разрыв и достаточной долговечностью при эксплуатации в различных климатических условиях.
Пневмо-модульные здания. Основой пневмокаркасных сооружений (пневмо-модулей) являются замкнутые элементы, наполненные сжатым воздухом, которые придают необходимую жесткость конструкции.
Преимуществом этого типа надувных конструкций является мобильность, небольшие размеры, быстрая установка. Установка возможна практически в любом месте и не требует шлюзовых систем, подготовки площадки, изготовления фундамента.
35. Дощатоклееные стрельчатые арки
Дощатоклееные арки применяют кругового или стрельчатого очертания с затяжками или с непосредственным опиранием на фундаменты или контрфорсы. При наличии затяжек пролеты арок обычно не превышают 24 м, при опирании на фундаменты или контрфорсы пролеты зданий достигали 63 м. За рубежом имеются отдельные примеры применения арок с пролетами более 100 м.
Арки обычно склеивают из пакета досок прямоугольного по высоте сечения, что менее трудоемко. При больших пролетах может оказаться целесообразным применение арок переменного по высоте сечения, принятого с учетом изменения момента по длине арки.
Дощатоклееные арки бывают двух- и трехшарнирными. При пролетах до 24 м и f/l=1/8—1/6 целесообразно применять двухшарнирные арки как более экономичные во всех случаях, когда возможна транспортировка криволинейных элементов арок. Криволинейные арки, как правило, делают с постоянным радиусом кривизны, так как изогнуть доски по окружности легче. В дощатоклееных арках толщину слоев (досок после острожки) для удобства их гнутья целесообразно применять, как правило, не более 1/300 радиуса кривизны и не более 33 мм.
Коньковый узел в трехшарнирных арках можно выполнять с деревянными накладками на болтах, воспринимающими поперечную силу от временной нагрузки и обеспечивающими жесткость узла арки из ее плоскости. В случае, если распор воспринимается затяжкой, она выполняется из профильной или круглой стали.
Нормальные напряжения в арках вычисляют по обычной формуле для сжато-изгибаемого стержня в сечении с максимальным изгибающим моментом и соответствующей ему нормальной силой.
Расчетную длину арки l0 при определении ее гибкости принимают: а) при расчете на прочность по деформированной схеме:
для двухшарнирных арок при симметричной нагрузке l0=0,35S;
для трехшарнирных арок при симметричной нагрузке l0=0,585;
для двухшарнирных и трехшарнирных арок при кососимметричной нагрузке по формуле
где α — центральный угол полуарки, рад; S — полная длина дуги арки.
Для трехшарнирных арок при расчете на несимметричную нагрузку расчетную длину допускается принимать l0=0,58S, Для трехшарнирных стрельчатых арок с углом перелома в ключе более 10° при всех видах нагрузок l0=0,5S.
Клеевые швы проверяют на скалывание по формуле
QS/Jbξ<RCK,
Накладки в коньковом узле рассчитывают на поперечную силу при несимметричном загружении арки. Накладки работают на поперечный изгиб. Нагибающий момент накладки.
Mи = Qe1/2.
Усилия, действующие на болты
R1 =Q/(1-e1/e2) R2 = Q/(e2/e1- 1).
Несущую способность болтов определяют с учетом направления сил поперек волокон; она должна быть больше действующих усилий R1 b R2..
Крепление арки в опорных узлах рассчитывают на максимальную поперечную силу, действующую в этих узлах. В арках больших пролетов опорный и коньковый узлы конструктивно сложнее. Их можно выполнить, с помощью специальных элементов состоящих из стальных пластинок, соединенных стержнем из круглой стали.
36. Треугольные распорные дощатоклееные системы
Распорную систему треугольного очертания проектируют с применением прямолинейных клеедощатых элементов, со стальной затяжкой или с опиранием непосредственно на фундаменты. Узлы в этой конструкции решают с эксцентриситетом (см. рис.VI.26),благодаря чему уменьшается расчетный изгибающий момент, который будет
где Mq — момент от поперечной нагрузки; MN — разгружающий момент от продольной силы; е — эксцентриситет.
При равномерно распределенной нагрузке
Клееный элемент проверяют на прочность и устойчивость плоской формы деформирования по обычным формулам расчета сжато-изгибаемых элементов.
К недостаткам эксцентричного решения узлов относится концентрация скалывающих напряжений в зоне опирания, что учитывается введением коэффициента kск>1.
Треугольные распорные системы.
Применяются как ригели равных поперечников производственных зданий при пролетах до 24м. верхний пояс выполняют из одной доски по ширине до 18см, доски толстые 33мм, нижний пояс из арматурной стали, подвески устанавливаются конструктивно – гибкость пояса ≤400; высота f ≥1/7 пролета.
Эксцентричное примыкание верхних поясов к нижнему в опорных и коньковых узлах позволяет уменьшить изгибающий момент на величину Ne, чем больше эксцентриситет, тем меньше расчетный момент М. однако при увеличении эксцентриситета растут касательные напряжения по уменьшенным площадкам опирания.
Эксцентриситет должен приниматься е≤0,15h, с≤0,3h.
Расчет.
Верхний пояс проверяется на сжатие с изгибом
На действительные касательные напряжения
- коэф концентрации скалывающих напряжений, зависит от глубины вреза.
Нижний пояс проверяется на растяжение с учетом концентрации напряжений в местах нарезки трубчатых муфт. Расчетное сопротивление для спаренных тяжей из двух и более стержней умножается на коэф несовместимости работы 0,85.
37. Дощатоклееные гнутые рамы
Рамные конст. отличаются от арочных своим очертанием, кот. сильно влияет на распределение изгиб. М-ов в пролете. При ломаном очертании рамы в жестком карнизном узле при загружении как левой, так и правой половины рамы возникают М одного знака. В результате при загружении рамы по всему пролету угловые М сильно увелич, что ограничивает длину пролетов, перекрываемых рамами, до 18 - 30 м. Рамы могут воспринимать гориз. нагрузки, обеспечивая поперечную устойчивость зд. без защемления стоек и без устройства жестких поперечных стен. Дощатоклееные гнутые рамы. Дощатоклееные гнутые рамы выполняют трехшарнирными, что облегчает их изготовление, транспортирование и монтаж. Криволинейность карнизных узлов достигается выгибом слоев (досок) по окружности при изготовлении рам. Радиус кривизны обычно невелик и составляет 2,5-4м. Так как по условиям гнутья отношение радиуса кривизны к толщине слоя (R/δ) не может быть меньше 150, то толщина слоев для изготовления дощатоклееных гнутых рам после фрезерования будет составлять не более 1,6-2,5 см. Следовательно, дощатоклееные гнутые рамы более трудоемки в изготовлении, чем арки и требуют большего расхода древесины и клея. Кроме того, расчетное сопротивление изгибу уменьшается умножением на коэффициент гнутья, меньший единицы. Сечение рамы делают прямоугольным, а высоту сечения — переменной по длине, что достигается уменьшением числа досок в пакете с внутренней стороны рамы. Постепенное плавное изменение высоты сечения предпочтительнее с архитектурной точки зрения, но технологически менее выгодно. Менее сложно и трудоемко изготовление дощатоклееных гнутых рам с применением ступенчатого изменения высоты сечения, которые разработаны для пролетов 12 и 18м. Рамы работают на сжатие и поперечный изгиб.
Расчет.
Расчет производится на нагрузки от собственного веса конструкции и снеговой нагрузки, при высоте стойки до 4м ветровую нагрузку допускается не учитывать. Наиболее опасно сечение таких рам находится на криволинейном участке (наибольший момент + продольная сила).
Проверка прочности этого сечения производится по теории расчета кривых брусьев, при этом учитывается смещение нулевой линии эпюры изгибных напряжений относительно центра тяжести в сторону сжатой кромки, что учитывается корректировкой W – моментом сопротивления. Проверяется прочность наиболее напряженного сечения на сжатие поперек волокон (учитывается напряжение σу). учитываются начальные напряжения в изогнутых слоях рамы.
Наиболее напряженные сечения проверяются в трех точках.
Смотри эпюры и формулы →
Расчет производится по деформированной схеме:
В точке 1:
- длина полурамы; I – радиус инерции; кж.м. – учитывает изменение сечения рамы по длине.
В точке 2 проверяем растягивающие напряжения:
В точке 3 сжимающие напряжения:
При соблюдении конструктивных требований к высоте поперечного сечения (не менее 30-40% на опоре и в коньке) остальные нормальные сечения не проверяют.
На скалывание рама проверяется в опорном сечении, где действует наибольшая поперечная сила Qmax=H=ql2/8f – распор возникающий в раме.
38. Дощатоклееные рамы из прямолинейных элементов
Рамы склеивают из толстых досок 33мм, сокращается отход пило материала на острожку и расход клея. Рамы изготавливать проще, не требуются большие производственные площади. Главный недостаток этих рам – работа древесины на сжатие и растяжение в биссектрисном сечении не вдоль волокон, а под углом к ним, поэтому размеры сечения в таких рамах больше чем в гнутоклееных.
Наиболее опасным является биссектрисное сечение по которому ригель соединяется со стойкой.
Схему см на обороте.
1. определяем продольную силу Nб в биссектрисном сечении.
т.1. проверка напряжений сжимающих под углом α к волокнам древесины.
т.2. на растяжение.
т.3. на сжатие вдоль оси у.
к1, к2, к3, а так же mα определяются по рис.13;14 пособия по проектированию деревянных конструкций.
39. Брусчатые и бревенчатые фермы на лобовых врубках
Применяют при пролетах до 18,а чаще всего 12, 15м. Пояса и сжатые раскосы могут изготавливаться из бревен или брусьев по экономическим соображениям и надежности предпочтительней бревенчатые.
Растянутые стойки изготавливают из круглой стали. Во всех узлах кроме опорного деревянные элементы соединяют скобами, конструктивно нерасч. связями. В опорных узлах обязательно устраивают аварийные болты. При больших нагрузках опорные узлы не могут быть решены на лобовых врубках, т.к. прочность древесины на скалывание относительно не велика. В этих случаях узлы решают на натяжных хомутах. Эти фермы устарели поскольку они трудоемки, в изготовлении не поддаются механизации работ.
Конструктивные схемы ферм:
А - треугольная; Б - треугольная на лобовых рубках; В - многоугольная; Г - пятиугольная на лобовых врубках
40. Треугольные металлодеревянные фермы
В металло-деревянных фермах деревянные элементы выполняются из бревен, брусьев или досок, а металлические — из круглой стали или профильного железа. Такие фермы получили широкое распространение благодаря своей
индустриальности.
Фермы с брусчатым верхним поясом рекомендуются до 18м, а с дощатоклееным до 24м.
1.ФермА ЦНИИСК →
2.Ферма с клееным верхним поясом шпренгельного типа (Полонсон) →
Расчет треугольной фермы индустриального изготовления.
Расчет ведется на собственный вес и от снеговой нагрузки на пол пролета. Усилие в элементах фермы определяется: продольные силы в предположении шарнирности всех узлов изгибающие моменты в верхнем поясе (в зависимости от реальной схемы соединения в узлах). При неразрезных поясах моменты в них ищут в двух предпосылках просадки решетки – как в шпренгельных балках. Подбор сечения выполняют: для верхнего пояса по формулам сжатоизгибаемых элементов:
- зависит от закрепления в узлах. При неразрезном μ=0,8; при разрезном μ=0,7
Сжатые элементы решетки проверяют на устойчивость .
Стальные элементы проверяют по формулам для стальных конструкций.
Расчетное сопротивление металла принимается по СНиП, для арматурных сталей по своду правил для ж/б, для парных тяжей вводится коэф 0,85 к расчетному сопротивлению. Узлы рассчитывают на смятие древесины поперек или под углом к волокнам.
41. Металлодеревянные фермы сегментного очертания
Рекомендуется для пролетов до 36м. нижний пояс из стальных уголков или швеллеров. Верхний пояс склеивается из досок, ширина не более 17см. Решетка раскосная без стоек. Раскосы могут выполняться из брусьев или клееные из низкосортных элементов. Верхний пояс очерчен по дуге окружности, близкой к кривой давления, поэтому все элементы решетки мало нагружены. Панели верхнего пояса между узлами имеют выгиб вверх, что автоматически создает эксцентриситет и разгружает моменты в нем. Поэтому фермы выполняется крупнопанельными с расстоянием между узлами не менее 6м. При пролетах до 24м включительно, фермы целесообразно изготавливать с неразрезным верхним поясом, а при больших пролетах с разрезным. Высота принимается от1/6-1/7 пролета, в фермах с неразрезными поясами (линзообразными) до 1/8.
Расчет.
Сегментные фермы рассчитываются в два этапа:
1. определение продольных сил. Все узлы считаются шарнирными, все дуги заменены хордами.
2. определение изгибающих моментов в верхнем поясе. При этом учитывается разгружающий момент от эксцентриситета, вызванный выгибом оси.
Результирующий момент в поясе при удачном выборе очертания решетки может быть на порядок меньше момента от межузловых нагрузок, т.е. Мq и Мf – соизмеримы.
В фермах с неразрезным верхним поясом изгибающие моменты определяют как в неразрезных балках. В средних панелях пролетные моменты М=qd02/24, опорные М= qd02/12. в первой приопорной панели М=qd02/10 и в пролете М=qd02/14.
В ферме с неразрезным верхним поясом целесообразно обе приопорные панели проектировать на 20%. Верхний пояс проверяют задавшись сечением:
Размер сечение раскосов задается по следующим правилам: ширина равна ширине верхнего пояса, высота сечения определяется по предельной гибкости – равной 150, далее проверяют на устойчивость самый длинный центральный раскос, обычно он проходит с запасом, остальные раскосы принимают такого же сечения, проверяют на растяжение. Нижний пояс выполняют со строительным подъемом не менее 1/200 пролета.
42. Многоугольные металлодеревянные фермы с брусчатым верхним поясом.
Применяют при пролетах до 30м, нижний пояс изготавливают из двух уголков или швеллера, все остальные элементы из брусьев.
Фермы очерчивают вписывая узлы по дуге окружности. Высота ферм в пределах 1/6-1/7 пролета, решетка треугольная со стойками по типу шпренгельных балок, стойки сведены для уменьшения изгибающих моментов в брусья верхнего пояса, как в шпренгельных балках. Длина брусьев не превышает 4,5м по условиям прочности при имеющихся размерах поперечного сечения в сортаменте.
Смотри рисунок→
Фермы рассчитывают на собственный вес покрытия и на снеговую нагрузку по двум схемам. Наибольшие усилия в поясах получают при загружении снегом всего пролета, усилия в решетке при загружении снега в середине пролета по равномерной или треугольной схеме.
Усилия определяют классическим методом (вырезание узлов и т.д.) в предположении шарнирности всех узлов.
Изгибающий момент в брусьях верхнего пояса определяется как в шпренгельной балке. Эксцентриситеты в узлах допускается до ¼ высоты сечения (т.е. С=h/2). Ферму обязательно проверяют на монтажные нагрузки. Нижнему поясу придают строительный подъем не менее 1/200 пролета.
43. Дощатые фермы на металлических зубчатых пластинах (МЗП)
Фермы на МЗП изготавливают из сосновых или еловых досок 1-го или 2-го сортов, толщиной 40-44…60мм. Доски не строгают, если разностолщинность их не превышает 1,5мм. Высота ферм принимается не менее 1/6 пролета. Длина пролетов до 18м у 5 угольных ферм и до 12м у 3х угольных. Обязателен строительный подъем 1/200 пролета. Фермы имеют небольшую несущую способность, поэтому устанавливают с небольшим шагом не более 1,5м. эти фермы отличаются небольшим собственны весом (2,5-3 коэф собственного веса) при монтаже на земле целесообразно применять в пространственные блоки со связями и прогонами по 3-4 фермы и монтировать блочным методом.
Металлические зубчатые пластины изготавливают высштамповыванием зубьев в тонкой листовой стали. Существует 2 типоразмеров: МЗП-1,2 и МЗП-2. Длина пластинок до 34-40см, ширина от 80-140мм (у тонких), 200мм для толстых. Высота зубьев 16 и 25,5мм соответственно. МЗП-2 при толщине досок 60мм и МЗП-1,2 при более тонки.
Пластинки устанавливают с обоих сторон симметрично одного типоразмера. Пластинки допускает устанавливать только при помощи специального гидравлического пресса со строго горизонтальным перемещением траверс.
В соединениях вдоль торцов и кромок зубья отщипляют древесину, поэтому зона соединения шириной до 10мм в каждую строну от торцов и кромок в расчете не учитывают.
Аmin=50см2 – ферма пролетом 12м.
Аmin=75см2 – ферма пролетом 18м.
Это площадь рабочей зоны соединяющая по одну сторону от стыка за вычетом отщипленной древесины.
Пластинки защищают оцинковкой от коррозией. Фермы с открытыми пластинками относят к 5 группе огнестойкости. Для повышения огнестойкости до 4 группы прибивают поверх пластинок пластинок доски, толщиной не менее 20мм.
Расчет.
Усилие в фермах определяют в предположении неразрезности их поясов, элементы решетки к поясам прикреплены шарнирно. Пояса проверяют на сжатие с изгибом и растяжение с изгибом (верхний и нижний) из-за малой толщины досок и ограниченной ширины по сортам (ширина доски до 200мм). Расстояние между узлами по условиям предельной гибкости не превышает 2м. Раскосы и стойки подбирают на растяжение и устойчивость на центральное сжатие. Пластинки рассчитывают по прочности металла на растяжение, срез и совместное действие растяжения и среза. Площадь пластинок подбирается по условия работы зубьев на смятие и изгиб.
1.Несущая способность соединений по изгибу зубьев и смятия древесины определяется по формуле: N≤Nc=2RAp.
Nc – несущая способность соединения.
Ар – площадь пластин по одну сторону от стыка за вычетом от зоны шириной 1см у торцов и кромок и площади за пределом зоны рационального расположения пластины.
Если сила работает вдоль волокон вся пластинка находится в зоне рационального расположения за вычетом 1см.
R – расчетное сопротивление пластинки зависит от угла β между направлением волокон и действующим усилием.
В опорных узлах ферм несущая способность дополняют умножением на коэф η, зависящий от угла наклона к горизонту верхнего пояса.
N≤Ncη=2RAp.
2.Несущая способность пластинки при растяжении проверяется по формуле N≤Nр=2bRр
b – это размер пластинки в направлении перпендикулярном действию растягивающих усилий; Rр – расчетное сопротивление зависящее от угла α между продольной осью пластины и действующим усилием.
3.Несущая способность пластинки при срезе.
lср – длина среза без учета ослабления, Rср – расчетное сопротивление зависящее от угла γ между продольной осью пластины и направлением действующих усилий.
Несущая способность МЗП при совместном действии среза и растяжении
44. Шпренгельные балки
Шпренгельными наз. стержневые сис, состоящие из способных самостоятельно работать дер. конст, кот, кроме того, содержат дополнительные эл, предназначенные для уменьшения изгиб. моментов основных эл, загруженных внеузловой нагрузкой. Шпренгел. сис. стат. неопределимы.
Верхний пояс шпренгельных систем выполняют из клееных дер. блоков, брусьев или бревен. Нижний пояс изготовляют из круглой стали или стальных профилей. Как правило, узлы нижнего пояса шпренгельных сис. располагаются ниже отметки опорных узлов. Вследствие этого их нижние промежуточные узлы явл. неустойчивыми и для устранения возможного выхода их из плоскости фермы осуществляют попарное закрепление конст. верт. связями. Связи крепят к стойкам шпренгельных систем. Решетка шпренгельных сис. обычно сос. из вертикально поставленных дер. стоек.
Рассмотрим расчет шпренгельной балки при 2 возможных схемах ее работы: а)просадки на средней опоре нет и верхний пояс представляет собой неразрезную балку; в этом сл. имеет место максим. отриц. М на средней опоре; б)просадка средней опоры такова, что изгиб. момент на ней =0, а верхний пояс представляет собой 2 однопрол.балки; в этом случае имеется макс. полож. момент в пролете.
Расчет системы как неразрезной балки.
Для умен.расчетного изгиб. момента нормальную силу N нередко на крайних опорах прикладывают с эксцентрис-м е. Тогда изгиб. момент на средней опоре при равномерно распределенной нагрузке:MБ=-ql2/8+Ne/2.
Сжимающая сила в верхнем поясе N=ql/2tgβ
Сжимающее усилие в стойке V=ql.
Для обеспечения надлежащей плотности соединений элементов шпренгельных систем осуществляют натяжение нижнего пояса, наз. подпружной цепью, кот.достигается с помощью гаек в опорных узлах, или натяжной муфты, либо опусканием подпружной цепи вдоль стойки с помощью специальной серьги. Такое устройство не требует больших усилий для натяжения цепи и удобно для подтягивания ее во время эксплуатации.
Простейшими шпренгельными сис. перекрывают пролеты 9-15 м, сложными шпренгельными сис.-до 40 м.
При эксплуатации ДК встречается необходимость их усиления. Одним из возможных способов усиления деревянных балок и треугольных распорных систем является превращение их в шпренгельные системы.Кроме шпренгельных сис. в строит. применяют треугольные фермы шпренгельного типа. В фермах шпренгельного типа все узлы решают шарнирно и они явл. статич. определимыми.
45. Решетчатые стойки
Решетчатые стойки применяют для Придания зданию поперечной устойчивости, а также в конструкциях торцовых стен. Решетчатые стойки состоят из двух ветвей, каждая из которых крепится к фундаменту анкерными болтами. Стойки воспринимают вертикальные (вес конструкций покрытия, кровли и т. д.) и горизонтальные (от давления ветра и сил торможения крановой тележки) нагрузки.
В капитальных зданиях и сооружениях обычно при меняют решетчатые стойки с параллельными ветвями или при наличии мостового крана ступенчатого очертания с размещением их внутри здания. Ранее применялись решетчатые стойки треугольного очертания, которые располагались в виде контрфорсов снаружи здания. Отношение расстояния между центрами ветвей в основании решетчатой стойки к ее высоте рекомендуется применять в пределах 1/5-1/8.
Каждая ветвь решетчатой стойки может состоять из одного или двух брусьев, составленных в направлении, нормальном к плоскости стойки. При одиночном сечении ветви применяют двойную решетку, охватывающую ветви с обеих сторон. Узлы стоек конструируют обычно с внецентренным присоединением элементов решетки к ветвям на болтах. Стойки закрепляют в. фундаменты с помощью металлических анкеров из полосовой или круглой стали. Конструкция решетчатой стойки высотой 9, 24 м.
Стойки рассчитывают на вертикальную и горизонтальную нагрузки; При расчете на вертикальную нагрузку можно считать (пренебрегая продольными деформациями ветвей стойки), что нагрузка, приложенная к одной ветви, передается непосредственно этой ветвью на фундамент, не вызывая усилий во второй ветви стойки.
Две стойки, связанные поверху несущей конструкцией кровельного покрытия, образуют поперечную раму здания. В деревянных рамах связь ригелей со стойкой, как правило, принимается шарнирной, вследствие чего вертикальная нагрузка, изгибающая ригель, не вызывает в стойках изгибающих моментов. Вследствие этого, при расчете на горизонтальную нагрузку следует учитывать взаимную связь стоек с ригелем решая в общем случае однажды статически неопределимую раму, состоящую из двух закрепленных в основании стоек, связанных поверху шарнирно присоединенным ригелем.
При определении усилий в элементах решетчатой стойки от действия горизонтальных нагрузок ее рассматривают как консольную ферму, защемленную в фундаменте. Учитывая значительное расстояние между осями ветвей и обычно одинаковое их сечение, расчет можно вести по формуле
где Fht - площадь нетто сечения одной ветви стойки; N - усилие в нижнем сечении одной ветви- стойки от вертикальной нагрузки; NM=M/ho - сжимающее усилие от горизонтальных нагрузок, вызывающих изгибающий момент М у основания стойки.
Расчетную длину стойки при определении ее гибкости и коэффициента ξ принимают равной удвоенной действительной длине (как для консоли).
Податливость связей, соединяющих решетку с ветвями стоек, учитывают введением при вычислении коэффициента ξ приведенной гибкости λпр, считая гибкость отдельной ветви λ1=0. Число срезов связей пс (болтов, гвоздей) на 1 м длины стойки определяют делением числа срезов в узле на длину панели стойки.
Устойчивость отдельной ветви стойки проверяют по формуле:
где φ1 — коэффициент продольного изгиба, определяемый по расчетной длине l1 равной расстоянию между узлами стойки; Fбр— площадь брутто сечения ветви; Wбр — момент сопротивления брутто сечения ветви; Мд=М/ξ — изгибающий момент в стойке, определяемый по деформированной схеме; М — изгибающий момент у основания стойки.
46. Обеспечение пространственной устойчивости плоскостных деревянных конструкций
Учитывая деформации в соединениях связей, за расчетную длину сжатого нижнего пояса при проверке его устойчивости следует принимать расстояние между связями, увеличенное на 25%.
Основным типом поперечных вертикальных связей являются жесткие связи, соединяющие попарно вдоль здания соседние конструкции. Вертикальные связи не следует делать непрерывными по всей длине здания, так как при обрушении по какой-либо причине одной из несущих конструкций она перегрузит через связи соседние конструкции, что может привести к последовательному обрушению всего покрытия
Устройство вертикальных связей в виде подкосов нецелесообразно. Если по длине здания будет действовать снеговая нагрузка различной интенсивности, то подкосы не предупредят, а наоборот, будут способствовать выпучиванию закрепленных ими пояса фермы.
Связи рассчитывают на усилия, направленные перпендикулярно плоскости раскрепляемой конструкции. В случае раскрепления верхнего сжатого пояса ферм связями, расположенными в плоскости покрытия, расстояние между узлами закрепления b устанавливают в соответствии с условиями гибкости пояса из плоскости фермы. При этом каждый узел закрепления рассчитывают на силу Q=bqCB Значение Qсв определяют по формулам:
а) в покрытиях по фермам, однопролетным балкам и пологим аркам (f/l<1/6) qCB=0,03qB(n+l)/2t;
б) в покрытиях по трехшарнирным рамам и высоким аркам (f/l>1/3)
qCB=0,0015qB(n+l)/2t;
в) в покрытиях по консольным балкам и рамам при положительном изгибающем моменте в пролете
qCB=0,01qB(n+l)/2t
при отрицательном изгибающем моменте в пролете qCB=0,005qB(n+l)/2t/
Узловую нагрузку на связевую поперечную ферму или на точку крепления элементов покрытия к несущим конструкциям определяют по формуле Pсв=qсвSсв.
При раскреплении нижних поясов ферм арочной конструкции попарно поперечными связями последние воспринимают, таким образом, горизонтальные силы Q от двух смежных поясов и передают их в плоскости верхних поясов или на жесткую систему кровельного покрытия, образуемую щитовым настилом, либо на ветровые фермы или специальные связи.
Близко расположенные друг от друга арочные или рамные конструкции иногда соединяют попарно решетчатыми связями, располагаемыми в плоскости нижних. Такие связи рассчитывают как горизонтальные фермы, имеющие пролет, равный длине нижнего пояса полуарки. Такое решение связей менее рационально. При этом связи по верхнему поясу должны быть рассчитаны на восприятие не только горизонтальных сил от закрепляемых узлов верхнего пояса, но и от реактивных сил в верхнем шарнире и от горизонтальных ферм по нижнему поясу.
Если к одной системе связей прикреплены сжатые контуры нескольких плоских конструкций, то усилия, передающиеся на узлы связей, принимают равными nQ (п — количество раскрепляемых конструкций).
Бывают случаи, когда даже при отсутствии активных сил, действующих перпендикулярно плоскости конструкции, приходится принимать меры к пространственному, креплению ее растянутого контура.
Шпренгельные конструкции характеризуются пониженным по отношению к линии опор. Во многих случаях сечения элементов связей приходится назначать по конструктивным соображениям, при этом предельная максимальная гибкость элементов не должна превосходить 200.
При применении в конструкции покрытия кровельных панелей последние могут быть использованы также для закрепления сжатого контура плоских деревянных конструкций. При этом связи, соединяющие панели с закрепляемым сжатым элементом, располагают равномерно по всей его длине и рассчитывают на усилие q.
47. Деревянные купола.
Купольные покрытия являются самой распространенной формой пространственных конструкций, в том числе из древесины, фанеры, пластмасс. Очертание куполов зависит от архитектурных и технологических требований, вида материала, типизации элементов, простоты изготовления, транспортировки и монтажа конструкций. Купольные оболочки из пластмасс имеют диаметр от одного метра (световые фонари) до 50—60 и (сферы укрытия антенных устройств). При усилении пластмассовых куполов деревянными или металлическими ребрами их пролеты могут превышать 100 м. Купола из клеефанерных элементов достигают диаметра 90 м.
Классифицировать купола покрытия можно по самым различным признакам. По материалу — из древесины, фанеры, пластмасс и их сочетаний. По конструктивному решению — тонкостенные купола-оболочки, ребристые купола, ребристо-кольцевые, ребристо-кольцевые купола с решётчатыми связями, сетчатые. По форме поверхности, получаемой вращением образующей вокруг вертикальной оси, купола могут быть сферического очертания, эллиптического, конического, в форме гиперболоида вращения и т. д. Пластмассовые купола часто проектируют из волнистых (лотковых) и складчатых элементов.
Основными нагрузками, действующими на купольное покрытие, являются: собственный вес конструкции, снеговой покров, технологическая нагрузка от массы оборудования и приспособлений; для подъемистых куполов — ветровая нагрузка.
Методика расчета купольных покрытий зависит от типа оболочки и вида нагрузки — ассиметричной и несимметричной. К первой, как правило, относится собственный вес конструкции; как вариант — масса сплошного снегового покрова и симметрично подвешенного оборудования. Ко второй — ветровая нагрузка; как вариант — односторонняя снеговая и масса несимметрично расположенного оборудования.
Оболочка купола считается пологой, если отношение стрелы подъема купола к его диаметру не превышает ,1/5. При отношении стрелы подъема купола к его диаметру не более 1/4 ветровой напор создает на поверхности купола отсос, который разгружает купол и при достаточном собственном весе покрытия может не учитываться. Однако легкие пластмассовые купола необходимо проверять расчетом на действие отсоса ветра.
Тонкостенные купола-оболочки
Однослойные пластмассовые купола изготовляют из полиметилметакрилата (органическое стекло), полиэфирного стеклопластика (чаще всего светопрозрачного) и пенопласта (пенополистирол и др.). Трехслойные купола-оболочки общей толщиной от 15 до 50 мм имеют стеклопластиковые обшивки толщиной до 3 мм и средний слой из пенополистирола, пенополиуретана, пенополивинилхлорида, пенофенопласта, сотопласта и просто воздушной прослойки. Двухслойные оболочки состоят из наружного стеклопластикового слоя и внутреннего пенопластового.
Диаметр и толщина однослойных куполов из полиметилметакрилата соответственно достигают 10 м и 20 мм; из стеклопластика—9 м и 6 мм; из пенопласта—24 м и 200 мм. Трехслойные купола возводят диаметром до 25 м с общей толщиной оболочки до 50 мм.
Параметры двухслойных куполов аналогичны однослойным стеклопластиковым, так как внутренний пенопластовый слой в основном выполняет функцию утепли^-теля.
Меридианные ребра воспринимают сжимающие усилия в оболочке по направлению меридиана и передают их на верхние и нижние опорные кольца. Ребра состоят из нескольких слоев склеенных или сбитых гвоздями досок, общей высотой поперечного сечения не менее 1/250 диаметра купола, которую принимают из условия его жесткости. Шаг ребер по нижнему опорному кольцу назначают 0,8—1,5 м. Верхние концы ребер присоединяют шарнирно к верхнему сжатому кольцу. Ребра передают на кольцо продольную и поперечную силу. Соединения осуществляют металлическими накладками, присоединяемыми кровельными болтами.
48. Кружально-сетчатые своды
Общие сведения. Кружально-сетчатые своды представляют собой пространственную конструкцию, которая состоит из. отдельных, поставленных на ребро стандартных элементов—косяков, идущих по двум пересекающимся направлениям и образующих ломаные винтовые линии.
В кружально-сетчатых конструкциях выгодно сочетаются индустриальность изготовления элементов с преимуществами пространственных конструкций. Прочность и надежность свода определяются средней прочность многих элементов, и влияние качества древесины отдельных элементов имеет меньшее значение, чем в плоскостных конструкциях.
Кружально-сетчатые своды в поперечном сечении имеют снаружи, круговое или правильное многоугольное очертание. В первом случае верхняя грань, косяков имеет близкое к круговому эллиптическое очертание, а во втором — ломаное. Распор покрытий воспринимается либо металлическими затяжками, либо непосредственно опорами.
Характерными особенностями всех кружально-сетчатых покрытий являются:
1) унификация формы и размеров косяков, дающая возможность заготовлять их заводским способом, что полностью отвечает современным требованиям индустриализации и стандартизации строительства;
В зависимости от способа узлового соединения косяков различают два конструктивных варианта кружально-сетчатых сводов: 1) с узлами на шипах; 2) с металлическими связями в узлах. Оба варианта можно выполнять либо из косяков цельного сечения, которое ограничено размерами сортамента пиломатериалов, позволяющего применять своды с предельным пролетом не более 20 м, либо из клеефанерных косяков, которые дают возможность перекрывать значительно большие пролеты (до 100 м).
В конструкции покрытий всех систем различают три типа узлов: основные (средние); опорные, в которых косяки соединяются с настенными брусьями,
и торцовые, в которых косяки соединяются с торцовой аркой. Основные узлы сетки образуются из трех косяков, один из которых является сквозным и проходит через узел, не прерываясь, а два других набегающих косяка примыкают к сквозному косяку.
Конструкция кружально-сетчатых сводов (системы С И. Песельника) с узлами на шипах. Своды этой системы изготовляют из косяков цельного сенения, имеющих на концах шипы, а посередине сквозное гнездо. В каждом узле сетки сопрягаются три косяка, из которых два набегающих косяка входят с обеих сторон своими шипами в гнездо сквозного
косяка. В кружально-сетчатом своде с узлами на шипах применяют сетку как прямоугольную, так и косоугольную с углом φ=45°.
Верхняя кромка косяка может быть криволинейного (эллиптического или приближающего к круговому) очертания либо с двумя или одним переломом по очертанию описанного или вписанного в окружность правильного многоугольника. Косяк с двумя переломами имеет большую жесткость, меньшую длину пропила и дает меньше отходов при изготовлении, чем косяк с одним переломом.
Оси сквозного гнезда для шипов располагаются соответственно посередине длины и высоты косяка. Форма гнезда прямоугольная. Высоту гнезда, а следовательно, и шипа обычно принимают 1/4 высоты косяка (hK). Для удобства монтажа свода, который ведут от опор к шалыге, рекомендуется решать узел так, чтобы шип вышележащего набегающего косяка располагался в гнезде над шипом нижележащего косяка. Такое решение вызывается также необходимостью обеспечить в гнезде взаимный упор набегающих косяков для восприятия одной из действующих в узле сил, направленной нормально к их оси.
Косяки в своде помимо продольной силы сжатия н изгибающего момента воспринимают поперечные силы, которые передаются таким образом, что вызывают опасность раскалывания косяков. Чем больше длина косяка, тем меньше поперечная сила, вызывающая эту опасность. Рекомендуется принимать lK/hK≥l3. Толщина косяка b должна быть не менее 2,5см, а hK/bK≤4,5.
49. Воздухоопорные конструкции
Воздухоопорные конструкции представляют собой оболочки, стабилизированные в проектном положении незначительной разницей давления в разделяемых оболочкой пространствах. Это конструкции, которые опираются на воздух. Для противодействия внешним нагрузкам давление воздуха под оболочкой по сравнению с атмосферным повышается в пределах 10—40 кПа.
Воздухоопорные сооружения получили в строительстве большце распространение. Покрытия этого типа отличаются простотой конструкции, безопасностью и надежностью в эксплуатации, низкой стоимостью, способностью перекрывать большие пролеты. Около 50—70 % возведенных в настоящее время воздухоопорных покрытий используются как складские помещения; 20—40% — как покрытия для спортивных сооружений. Часть конструкций используют как выставочные павильоны, покрытия строительно-монтажных площадок, различного рода укрытия.
В нашей стране приняты следующие размеры воздухоопорных оболочек: сферические купола диаметром 12, 24, 36, 42, 60 м; цилиндрические оболочки пролетом 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48, 60 м; длина цилиндрических оболочек в зависимости от пролета изменяется от 24 до 90 м, высота от 6 до 20 м.
Основными частями воздухоопорной пневматической "конструкции являются собственно оболочка, шлюз, контурные элементы с анкерными устройствами, воздуходувные и отопительные установки. Основу несущей конструкции шлюза обычно составляет жесткий каркас из металла, дерева, пластмассы, по которому закрепляют герметизирующую оболочку покрытия. Размеры шлюза зависят от назначения сооружения и колеблются от 1Х2Х Х2 м для запасных входов до размеров, обеспечивающих шлюзование реактивных самолетов.
Очень ответственной частью оболочки является анкерное устройство.
Первоначальная стоимость пневматических сооружений ниже стоимости сооружения из традиционных материалов, однако эксплуатационные расходы на содержание пневматических конструкций выше.
Особенности зданий воздухопорного типа позволяют определить направления наиболее эффективного их использования:
- Склады и хранилища промышленной продукции и сырья;
- Временные сооружения;
- Мобильные здания;
- Покрытия спортивных сооружений.
50.Трехслойные светопрозрачные плиты и панели
Светопроницаемые панели используют в светопрозрачных ограждениях для замены трудоемких и малоэкономичных оконных блоков и фонарей верхнего света. Изготавливают их в основном из свегопрозрачных стеклопластиков, реж;е — оргстекла и винипласта. Стеклопластиковые панели в зависимости от технологии производства бывают клееными и цельноформованными.
Клееные ребристые панели имеют' наружную и внутреннюю обшивки из плоских листов полиэфирного стеклопластика толщиной 1,5—2,5 мм, приклеенных к ребрам.) Последние могут выполняться из волнистых стеклопластиковых лиртов в один или два слоя, уложенных плашмя; из плоских или волнистых листов, устанавливаемых на ребро и образующих решетку; из деревянных брусков, профильного металла я др. (рис. 29).
Светопроницаемые клееные панели рекомендуется изготавливать с обрамлением, обеспечивающим герметичность внутренней полости, прочность и жесткость панели. Ширина его выбирается по конструктивным соображениям. Обрамлгкие выполняется из профильного металла, деревянных антисептированных брусков я пенопласта с плотностью не менее 60 ф/м3 и приклеивается к обшивке швом, ширина которого не менее 20 мм. Обшивка, выпускаемая за пределы обрамления, во избежание отклеивания укрепляется профилями из металла или стеклопластика (рис. 29, а).
Стыкование обшивок по длине панели не разрешается. Стыки обшивок и среднего слоя делают на клею, при этом их смещают по отношению друг к другу не менее чем на 20 см. Стыки обшивок не должны располагаться над ребрами или гребнями волн среднего слоя.
Панелях капиллярной структуры средний слой выполняется из термопласта (полистирол, оргстекло) с капиллярными ячейками размером 0,1—0,2 мм. Средний слой оклеивается с двух сторон плоскими-светопроницаемыми листами. Панели этого
типа по сравнению с ребристыми клееными обладают высоким термическим сопротивлением н меньшей трудоемкостью производства.
Цельноформованные панели могут изготавливаться различными способами на поточных линиях, например по типу, показанному на рис. 28 (без утеплителя). Они обладают большей несущей способностью и меньшей трудоемкостью производства, чем ребристые клееные.
Светопроницаемые панели покрытий располагают либо на одном уровне с непроницаемыми, либо выше их. Крепление панелей к несущим конструкциям покрытий и стен осуществляется аналогично креплениям светонепроницаемых панелей.
51. Трехслойные глухие (непрозрачные) панели и плиты
Основным типом ограждений сельскохозяйственных и промышленных зданий с деревянными несущими конструкциями являются трехслойные панели с фанерными и асбестоцементными обшивками и деревянным каркасом.
В ребристых панелях продольные ребра изготавливают из досок (сечением не менее 40 х 140 мм), клееной древесины, фанерных профилей (ГОСТ 22242—76), клееных балок с волнистой фанерной стенкой и армированной древесины (рис. 26). Продольные ребра при верхней обшивке из плоских листов фанеры или асбестоцемента располагают не реже чем через 500 мм, а при волнистых листах асбестоцемента — в зависимости от размеров профиля последних.
Панели с фанерными обшивками выполняют, как правило, клееными, ребристыми с деревянным каркасом и
минераловатным утеплителем на синтетической связующей.
Фанера используется повышенной водостойкости марки ФСФ сорта не ниже В/ВВ по ГОСТ 3916—69, толщина ее не менее 6 мм для нижней обшивки и не менее 8 мм — для*верхней. Соединяется фанера с каркасом водостойкими клеями, волокна рубашек ее располагаются параллельно пролету панели.
Фанера стыкуется на ус (длина уса не менее 10 толщин фаньры) или впритык с помощью односторонних накладок на клею (ширина полунакладки принимается по расчету). » j.
Утеплитель панелей во избежание смещения в процессе транспортирования и монтажа удерживают решеткой из деревянных брусков сечением 25 X 25 мм, располагаемых через 250 мм. На внутреннюю обшивку, изнутри, наносят окрасочную пароизоляцию из битумно-резиновой мастики, раствора кумароновой смолы в сольвенте или железного сурика либо укладывают слой битумо-картона или полиэтиленовой пленки.
Наружные поверхности стеновых панелей защищаются водостойкими составами, а на панели покрытий наклеивается трехслойная рубероидная кровля на мастике. Для предохранения панелей от атмосферного увлажнения при транспортировке и монтаже на верхнюю обшивку наклеивается один слой рубероида.
С целью повышения долговечности панелей элементы каркаса антисептируют, а в панелях осуществляют сквозную естественную вентиляцию наружным воздухом поперек или вдоль панели, что более целесообразно.
К деревянным элементам каркаса обшивки крепят оцинкованными шурупами размером не менее 5 х 60 мм, которые ставят в отверстия, предварительно просверленные в обшивках. Диаметр отверстий принимается на 2 мм больше диаметра ненарезанной .
Во избежание намокания утеплителя и ребер ври монтаже или в процессе эксплуатации панель сверху Защищается полиэтиленовой пленкой. В панелях с верхней обшивкой из вол-нистых листов вентиляция осуществляется через волны листов.
Крепление панелей с деревянным каркасом к несущим конструкциям производится с помощью металлических деталей или гвоздей , обеспечивающих плотное примыкание панели к конструкциям, но допускающих возможность относительного смещения.
52. Производство клееных деревянных конструкций
Клееные деревянные конструкции выпускают двух видов — несущие и граждающие. К несущим конструкциям массового производства относятся балки, рамы, арки и фермы.
Ограждающие конструкции представляют собой деревянный каркас и приклеенные к нему обшивки из фанеры или других листовых материалов.
Для изготовления деревянных клееных конструкций рекомендуется в основном использовать пиломатериалы хвойных пород (сосна, ель). Толщину склеиваемых слоев в элементах, как правило, не следует принимать более 33 мм, которую получают при фрезеровании пиломатериалов толщиной 40 мм. Ширину пиломатериалов выбирают согласно номинальным размерам элемента с учетом суммарных припусков на усушку и механическую обработку. Эти припуски для пиломатериалов шириной от 75 до 100 мм равны в среднем 10 мм; от 125 до 175 мм — 15 мм; от 200 до 250 мм— 20 мм.
Древесина, предназначенная для несущих клееных конструкций, эксплуатируемых при влажности до 75 %, должна быть высушена до влажности 9—12 %. Для получения пиломатериалов заданной влажности с минимальными внутренними напряжениями и минимальным перепадом влажности по толщине отдельных досок рекомендуется проводить сушку в три этапа — атмосферную, камерную и кондиционирование пиломатериалов б" условиях цеха.
Атмосферную сушку в штабелях часто совмещают со складированием пиломатериалов, так как для бесперебойной работы предприятий по выпуску клееных конструкций необходимо создать запас древесины в объеме не менее шестимесячной потребности. Начальная атмосферная сушка позволяет выравнять влажность древесины до 25—30 %, что сокращает сроки камерной, сушки", дает возможность отрегулировать сушку на автоматический режим и применять высокопроизводительные сушильные камеры.
Сушильное отделение состоит из нескольких камер, количество которых определяется производительностью цеха;
Штабели укладывают на подъемно-гидравлических столах или вертикальных подъемниках, откуда пиломатериалы подают в сушильную камеру с помощью специальной платформы.
Во избежание появления в материале внутренних напряжений сушку проводят, выбирая мягкие или нормальные режимы.
Пиломатериалы кондиционируют после их выгрузки из камеры в условиях цеха при температуре 18—20 °С и влажности воздуха 50—70 % не менее трех суток. Эта операция необходима для выравнивания влажности древесины как по объему штабеля, так и по сечению пиломатериалов.
Подготовка поверхности под склеивание. Приготовление и нанесение клея
Качество склеивания в большей степени зависит от чистоты подготовленной поверхности. В производстве несущих конструкций поверхности под склейку следует. обрабатывать по 7-му классу шероховатости. Клеенаносящие устройства могут быть двух видов: двусторонние и односторонние — струйные или наливные.
Клей следует наносить тонким слоем толщиной 0,1— 0,3 мм — чем тоньше клеевой шов, тем прочнее соединение, расход клея 350—500 г/м2.
Клеи для изготовления строительных деревянных конструкций должны быть прочными, водостойкими, долговечными, технологичными и выбираются в зависямое-ти от условий эксплуатации в соответствии, со СНиП 11-25-80.
Прочность клеевых соединений на скалывание вдоль волокон определяют на образцах и должна быть выше прочности образцов из цельной древесины (4 МПа). Такие
же образцы используют для определения водостойкости клеевых соединений. Водостойкость клеев определяют по остаточной прочности образцов на скалывание вдоль волокон после серии испытании. Часть образцов вымачивают в воде при 20 °С в течение 48 ч, другую часть образцов выдерживают в кипящей воде в течение 3 ч. После выдержки образцы извлекают из сосуда, вытирают фильтровальной бумагой, одну половину испытывают в мокром виде другую .высушивают до начальной влажности и затем испытывает.
53. Способы защитной обработки деревянных конструкций
Способы защиты древесины химическими средствами выбирают в зависимости от условий эксплуатации конструкций, вида химических средств защиты и требуемой глубины проникновения химических веществ, что определяется сроком службы конструкций.
При выборе способа защиты большое значение имеет плотность древесины и ее влажность. Большинство способов предполагает, что влажность древесины должна быть не более 12—15%. Влажную древесину (50— 70%) следует пропитывать легкорастворимыми и лег-кодиффундирующими составами, такими, например, как ББ-32илиКФА.
Иногда для улучшения пропитки применяют специальную подготовку поверхности древесины накалыванием. Глубина накалывания должна соответствовать глубине пропитки, но не превышать для крупных лесоматериалов 20 мм, для пиломатериалов толщиной более 50 мм — 15 мм и для пиломатериалов толщиной от 25 до 50 мм '/4 их толщины. Накалывание производят по всей поверхности лесоматериалов и изделий; за исключением торцов. Размер накола в направлении вдоль волокон древесины 10—20 мм, поперек — 2—3 мм.
Наиболее простым способом защиты древесины является поверхностная обработка химическими составами кистью или краскораспылителем в один или три слоя с интервалами после каждого слоя для лучшего впитывания раствора.
Использование для защиты древесины такого несложного способа пропитки, как вымачивание материала в ваннах с защитным средством.
Для увеличения глубины пропитки применяют предварительный прогрев материала и затем осуществляют выдержку его в ванне с раствором антисептика при нормальной температуре (способ горяче-холодных ванн).
Для сокращения сроков пропитки применяют способ [(вакуум — атмосферное давление — вакуум). Этот способ требует специальных пропиточных емкостей в виде цилиндров или герметичных ванн. После загрузки материала в ванны создается вакуум 0,075—0,09 МПа в течение 10—15 мин, затем в емкость, не прерывая ва-куумирования, подают пропиточную жидкость, после чего снимают вакуум и древесину выдерживают в растворе 5—30 мин.
Глубокую пропитку можно получить при использовании автоклавного способа под давлением выше атмосферного (вакуум — давление — вакуум).
16. Расчет на поперечный изгиб составных элементов на податливых связях
Для того чтобы понять характер работы элементов на податливых связях на поперечный изгиб, возьмем три балки, у которых нагрузки, пролеты и поперечные сечения одинаковые. Первая балка имеет цельное сечение (Ц), вторая – из двух брусьев без всяких связей (О) и третья – из двух брусьев с податливыми связями (П).
При изгибе деформации составной балки на податливых связях будут больше деформаций балки цельного сечения, но меньше деформаций балки без связей:
Из этих неравенств следует, что геометрические характеристики составной балки на податливых связях (IЦ, WЦ) можно выразить через геометрические характеристики балки цельного сечения, умножением на коэффициенты kw и kж, меньше 1, которые учитывают податливость связей, тогда: ,
,
Прогиб балки на податливых связях увеличивается соответственно уменьшению момента инерции:
Значения коэффициентов kw и kж приведены в СНиПе в зависимости от величины пролета и количества слоев в элементе. Расчет составной балки на податливых связях сводится, таким образом, к расчету балки цельного сечения с введением коэффициентов, учитывающих податливость связей:
1) нормальные напряжения определяются по формуле: ,где Wц – момент сопротивления составной балки, как цельной;
Аналогичным образом выполняется учет податливости связей и при расчете на устойчивость плоской формы изгиба.
2) прогиб составной балки на податливых связях в общем случае:,где
JЦ – момент сопротивления балки как цельной.