9 Вопрос

Характеристика соединений деревянных соединений.

Соединения деревянных элементов для увеличения поперечного сечения конструкции называют сплачива­нием, а для увеличения их продольной длины — сращиванием. Кроме того, деревянные элементы могут соединяться в узлах конструкций под разными углами.

По способу передачи усилий соединения деревянных элементов раз­деляются на следующие виды:

-соединения, в которых усилия передаются непосредственным упо­ром контактных поверхностей соединяемых элементов, например, при­мыканием в опорных частях элементов, врубкой и т.д.;

-соединения на механических связях;

-соединения на клеях.

Механическими в соединениях деревянных конструкций называют рабочие связи различных видов из твердых пород древесины, стали, раз­личных сплавов или пластмасс, которые могут вставляться, врезаться, ввинчиваться или запрессовываться в тело древесины соединяемых эле­ментов.

Передача силв соединениях с механическими связями происходит от одного элемента к другому через отдельные точки (дискретно).

Лобовые упоры и соединения на врубках

Лобовым упором и врубкой называют соединения, в которых усилия от одного элемента передаются другому по площадкам смятия и ска­лывания без специальных промежуточных рабочих связей. Однако для передачи монтажных нагрузок устанавливают вспомогательные метал­лические крепления: скобы, болты, штыри и др.

Наибольшее распространение получили лобовые упоры (рис. 34.1, а, б, в) и лобовые врубки с одним зубом (рис. 34.1, г).

Лобовые упоры применяют для передачи усилия на опору (рис. 34.1, а) или на другой деревянный элемент (рис. 34.1, б). Чаще всего лобовые упоры используют для передачи давления в деревянных элементах. Поверхности соприкосновения соединяемых элементов сле­дует проверять на смятие вдоль волокон (рис. 34.1, в), поперек волокон (рис. 34.1, б) или под углом к волокнам (рис. 34.1, а).Лобовые врубки с одним зубом (рис. 34.1, г) применяют в подкосно- ригельных системах, фермах при круглом или брусчатом лесе при отно­сительно небольших пролетах и нагрузках.

Узел врубки необходимо обязательно стягивать болтом, устанавли­ваемым перпендикулярно к верхнему поясу, либо скобами с двух сто­рон.

Лобовую врубку с одним зубом рассчитывают на смятие древесины под углом к волокнам нижнего растянутого элемента по площадке кон­такта стыка:

площадь смятия определяют из выражения

Прочность площадки l_СКb на скалывание проверяют по условию

R_CMa- расчетное сопротивление древесины под углом α определяют по формуле (33.10),

a — Среднее по площадке скалывания расчетное сопротивление др. скалыванию по формуле (33.13).

Расчетная длина площадки скалывания с учетом возможности скалы­вания по косослою принимается не более 10h₁

Нижний пояс фермы рассчитывается как центрально растянутый эле­мент

гдеN_p — расчетное растягивающее усилие;F_Hm — рабочая площадь нетто в поперечном сечении, ослабленном врубкой, равнаяb(h-h₁).

Соединения на нагелях

Нагелями называют стержни или пластинки, препятствующие вза­имному сдвигу соединяемых элементов (рис. 34.2). В нагельном соеди­нении, находящемся под воздействием внешней нагрузки, сам нагель работает на изгиб, а древесина соединяемых элементов под нагелями подвергается смятию. Нагели бывают стальные, пластмассовые и дере­вянные, а по форме — цилиндрические и пластинчатые.

Цилиндрические нагели представляют собой стержни круглого сече­ния или трубчатого сечения.

Рис. 34.2. Нагельные соединения: 1 — дубовый нагель; 2 — болт; 3 — пустотелый нагель; 4 — стальной болт; 5 — гвоз­ди; 6 — пластинчатый нагель

Пластинчатые нагели вставляют в смежные пропилы соединяе­мых элементов. Они используются, в основном, в балках составного се­чения.

Расчетную несущую способность на один срез нагеля определяют из трех условий:

а) изгиба металлического нагеля;

б) смятия древесины крайнего соединяемого, а также более тонкого элемента толщиной а;

в) смятия древесины среднего соединяемого, а также более толстого элемента толщиной с.

Различают две группы соединений на нагелях: симметричные двухсрезные и многосрезные (рис. 34.3, а) и несимметричные односрезные и многосрезные (рис. 34.3, б).

Расчетную несущую способность цилиндрического нагеля на один шов сплачивания в соединениях сосны и ели при направлении усилий, передаваемых нагелями вдоль волокон и гвоздями под любым углом, принимают равной меньшему из значений, определяемых по формулам из табл. 34.1.***

Рис. 34.3. Соединения на нагелях: а — симметричные; б — несимметричные; в — двухсрезные со стальными накладка­ми; г — односрезные со стальными накладками; д —- размещение стальных нагелей прямыми рядами; е — то же, в шахматном порядке

Число нагелей в сечении для восприятия расчетного усилия опреде­ляют по формуле

где N— усилие от расчетных нагрузок;п_ср — число условных плоскостей среза нагеля; Т— наименьшая расчетная несущая способность нагеля, найденная по формулам табл. 34.1.***

Расчетная несущая способность нагельных соединений считается обес­печенной, если соблюдаются правила размещения нагелей на расстояни­ях, предусмотренных нормами (табл. 34.4***).

Соединения на растянутых связях

К растянутым связям относятся гвозди, винты (шурупы и глухари), работающие на выдергивание, скобы, хомуты, стяжные болты и тяжи. Все виды связей, особенно постоянные, воспринимающие расчетные уси­лия, должны быть защищены от коррозии (оцинковкой, покрытием во­достойкими лаками и т.п.).

Гвозди сопротивляются выдергиванию только усилиями поверхнос­тного трения между ними и древесиной гнезда.

При статическом приложении нагрузки расчетную несущую способ­ность на выдергивание одного гвоздя, забитого поперек волокон с со­блюдением норм расстановки, определяют по формуле

где — R_ВГ - расчетное сопротивление выдергиванию на единицу поверхно­сти соприкасания гвоздя с древесиной, которое следует принимать для воздушно-сухой древесины равным 0,3 МПа, а для сырой, высыхающей в конструкции, — 0,1 МПа; d— диаметр гвоздя;l₁ — расчетная длина защемленной, сопротивляющейся выдергиванию части гвоздя.

При определенииТ_вг расчетный диаметр гвоздя принимают не бо­лее 5 мм. Рас­четная длина защемления гвоздяl₁ (без учета острия 1,5d_гв) должна быть не менее 10d_гв и не менее, чем две толщины прибиваемой доски.

Шурупы и глухари удерживаются в древесине не только силами тре­ния, но и упором винтовой нарезки в прорезаемые ею в древесине винто­вые желобки.

Расстояния между осями винтов в продольном направ­лении должны быть не менееS₁ = 10d, а поперек волоконS₂ = S₃ = 5d.

Расчетную несущую способность на выдергивание одного шурупа или глухаря, завинченного в древесину поперек волокон, следует определять по формуле

Где R_ВШ-расчетное сопротивление выдергиванию на единицу поверх­ности соприкасания нарезной части шурупа с древесиной, которое следу­ет принимать 1 МПа; d — наружный диаметр наружной части шурупа; l₁— длина нарезной части шурупа, сопротивляющаяся выдергиванию.

Вклеенные стальные стержни из арматуры периодического профи­ля класса A-II и выше, диаметром 12—25 мм, работающие на выдергива­ние и продавливание, допускается применять при температуре окружаю­щего воздуха не более 35 °С.

Предварительно очищенные и обезжиренные стержни вклеивают составами на основе эпоксидных смол в просверленные отверстия или в профрезерованные пазы (рис. 34.4). Диаметры отверстий или размеры пазов должны приниматься более номинальных диаметров вклеиваемых стержней на 5 мм.

Рис. 34.4. Соединения на стержнях из арматуры периодического профиля,

вклеенных:

а — в цилиндрические отверстия; б — в профрезерованные пазы

Расчетную несущую способность вклеиваемого стержня на выдерги­вание или продавливание вдоль и поперек волокон в растянутых и сжа­тых стыках элементов деревянных конструкций из сосны и ели следует определять по формуле

гдеd— номинальный диаметр вклеиваемого стержня, м; I — длина за­делываемой части стержня, м, которую следует принимать по расчету, но не менее 10d и не более 30d; к_с — коэффициент, учитывающий нерав­номерность распределения напряжений сдвига в зависимости от длины заделываемой части стержня, которое следует определять по формуле

R_CK — расчетное сопротивление древесины скалыванию.

Расстояние между осями вклеенных стержней, работающих на вы­дергивание или продавливание вдоль волокон, следует принимать не менееS₂ = 3d, а до наружных граней не менееS₃ = 2d.

Соединения на металлических зубчатых пластинах (МЗП)

Наиболь­шее распространение в зарубежной практике строительства получили МЗП системы «Ганг-Нейл» (рис. 34.5).

МЗП представляет собой стальные пластины толщиной 1—2 мм, на одной стороне которых после выштамповки на специальных прессах по­лучаются зубья различной формы и длины. МЗП ставят попарно по обе стороны соединяемых элементов такйм образом, чтобы ряды МЗП рас­полагались в направлении волокон присоединяемого деревянного эле­мента, в котором действуют наибольшие усилия. Несущую способность деревянных конструкций на МЗП определяют по условиям смятия древесины в гнездах и изгиба зубьев пластин, а так­же по условиям прочности пластин при работе на растяжение, сжатие и срез.

Рис. 34.5. Соединения на металлических зубчатых пластинах (МЗП): а — металлические зубчатые пластины (МЗП); б — узел дощатой фермы на МЗП

Несущую способность соединения на МЗПN_c, кН_у по условиям смя­тия древесины и изгиба зубьев при растяжении, сдвиге и сжатии, когда элементы воспринимают усилия под углом к волокнам древесины, опре­деляют по формуле

гдеR— расчетная несущая способность по табл. 34.5***;F_p — расчетная площадь поверхности МЗП на стыковом элементе, определяемая за вы­четом площадей участков пластины в виде полос шириной 10 мм, при­мыкающих к линиям сопряжения элементов и участков пластины, кото­рые находятся за пределами зоны рационального расположения МЗП.

Учет эксцентриситета приложения к МЗП равнодействующей уси­лия при расчете опорных узлов треугольных ферм осуществляется сни­жением расчетной несущей способности соединения умножением на ко­эффициент η, определяемый в зависимости от уклона верхнего пояса по табл. 34.6***.

Несущую способность МЗПN_p при растяжении находят по формуле

где b — размер пластины в направлении, перпендикулярном направле­нию усилия, см; R_p — расчетная несущая способность пластины на рас­тяжение, кН1м, определяемая по табл. 34.5.***

Несущую способность МЗПQ_CD при срезе определяют по формуле

где lср — длина среза пластины без учета ослаблений,см; R_p — расчетная несущая способность пластины на срез, кН/м, определяемая по табл. 34.5***

При совместном действии на пластину усилий среза и растяжения должно выполняться условие

Соединения на клеях

К достоинствам клееных конструкций относятся возможность ком­поновки крупноразмерных конструкций из мелкоразмерного сортамен­та, использование древесины низких сортов в менее напряженных зонах конструкций, отсутствие ослаблений врезками и врубками, надежная работа на сдвиг в швах, возможность автоматизации процессов изготов­ления конструкций в заводских условиях, незначительная металлоем­кость, повышенная огнестойкость вследствие значительной массивнос­ти клееных элементов.

Недостатками клееных конструкций считаются необходимость тща­тельного контроля изготовления в заводских условиях и сложность из­готовления соединений на монтаже.

Склеивание проводят под давле­нием 0,3—0,5 МПа при длительности запрессовки 4—24 ч. Применяе­мые клеи должны обеспечивать прочность клеевого шва не ниже проч­ности древесины на скалывание вдоль и растяжение поперек волокон.

Основной вид клеевого соединения — продольная склейка досок в пакете (рис. 34.6, а). Применяют и другие типы сопряжений, в частно­сти, продольные стыки: впритык (рис. 34.6, б) — самый простой, хоро­шо работает на сжатие, на ус (рис. 34.6, в) и на зуб (рис. 34.6, г) — равно­прочны с основной древесиной при работе на сжатие и растяжение; скле­ивание досок под углом не рекомендуется из-за большой разницы в уса­дочных деформациях древесины вдоль и поперек волокон. Продольные стыки отдельных досок в пакете следует располагать вразбежку.

Рис. 34.6.Клеевые соединения: а — продольное склеивание; б — соединение впритык; в — соединение на ус; г — соединение зубчатым шипом; д —склеиванйе под углом

Поперечные сечения клееных конструкций бывают прямоугольны­ми, двутавровыми, коробчатыми и др. (рис. 34.7). Клееные соединения применяют при изготовлении несущих и ограждающих конструкций, выполненных из досок или строительной фанеры. К числу таких конст­рукций относятся составные из досок балки, дощато-фанерные балки, гнутые из досок арки, рамы, щиты ограждающих частей зданий и др.

Рис. 34.7. Формы сечений дощатоклееных и клеефанерных элементов: 1 — доски; 2 — фанера