14. Расчет составных стержней на податливых связях. Конструкции балочного типа.

Многие деревянные конструкции (балки, арки и ра­мы) делают составными. Отдельные брусья и доски сое­диняют с помощью связей, которые могут быть жестки­ми (клеевые, обеспечивающие монолитность сечения) и податливыми.

Податливостью называется способность связей при деформации конструкций давать возможность соединяе­мым брусьям или доскам сдвинуться один относительно другого.

Податливость связей ухудшает работу составного элемента по сравнению с таким же элементом цельного сечения. У составного элемента на податливых связях уменьшается несущая способность, увеличивается деформативность, изменяется характер распределения сдвигающих усилий по его длине, поэтому при расчете и проектировании составных элементов необходимо учи­тывать податливость связей.

Расчет на поперечный изгиб. Геометрические ха­рактеристики составной балки на податливых связях Jп, Wп можно выразить через геометрические характе­ристики балки цельного сечения, умноженные на коэф­фициенты меньше единицы, которые учитывают подат­ливость связей:

Jп = Кж ∙ Jц, где Кж = 1… Jо / Jц

Wп = Кж ∙ Wц, где Кж = 1… Wо / Wц

Расчет составной балки на податливых связях сво­дится, таким образом, к расчету балки цельного сече­ния с введением коэффициентов, учитывающих подат­ливость связей. Нормальные напряжения определяют по формуле:

Прогиб составной балки на податливых связях опре­деляют в общем случае по формуле:

Значения коэффициентов Кw и Кж приводятся в СНиП 11-25-80 «Деревянные конструкции».

Количество связей определяют расчетом на сдвига­ющие усилия. Сдвигающее усилие Т по всей ширине балки, равное τ∙b, вычисляют по формуле Т = QS / J.

При расчете количества связей должны быть со­блюдены два условия:

1) число равномерно поставленных связей на участке балки от опоры до сечения с максимальным моментом должно воспринять полное сдвигающее усилие

2) связи, поставленные около опор, не должны быть перегружены.

Расчет на продольный изгиб. Расчет составных элементов на податливых связях при продольном изгибе как и при поперечном изгибе мо­жет быть сведен к расчету элементов цельного сечения с введением коэффициента, учитывающего податливость связей. Возможные сдвиги в швах при продольном из­гибе значительно меньше, чем при поперечном изгибе. При расчете на продольный изгиб напряжения вычис­ляют по формуле:

Усилие N и расчетную площадь элемента Fрасч опре­деляют как и в элементах цельного сечения, а приведен­ную гибкость (от которой зависит коэффициент продоль­ного изгиба ф) находят по формуле: λп = μ ∙ λц.

В составном элементе с одинаковым закреплением по концам целесообразно ставить четное количество связей. При их нечетном количестве одна связь будет поставле­на в середине элемента, где сдвига не происходит, и, сле­довательно, поставленная связь не будет работать. Это указание относится особенно к составным элементам с малым количеством связей.

Расчет сжато-изгибаемых элементов. 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 М_Д = М/ξ, а коэф. ξ = 1-Nλп²/(3000R_cA); λп = μ λц

При определении количества связей, которое надо поставить на участке от опоры до сечения с максималь­ным моментом, учитывают возрастание поперечной силы при сжато-изгибаемом элементе:

В стержнях с короткими прокладками помимо обще­го расчета стержня необходима еще проверка наиболее напряженных ветвей как сжато-изгибаемых стержней по формуле:

1. Клеедощатые конструкции – ДК получаемые склеиванием досок по пластям, при длине балок более 6м отдельные доски стыкуют с помощью зубчатого шипа.

Сечения клеедощатых элементов преимущественно прямоугольные.

При необходимости в элементах подверженных изгибу можно рационально размещать доски различного качества по высоте -

по 0.15*hсеч сверху и снизу сечения прим. доски более высшего сорта.

Компоновка сечения зависит от типа элемента. Для балок это соотношение высоты сечения к пролету. По Пособию к СНиПу ДК:

- балки

B=(1/5-1/7)h

2. Клеефанерные конструкции – состоят из фанерных стенок и дощатых поясов. Поперечное сечение может быть как двутавровым (a) так и коробчатым(б) .

- балки

Все клеефанерные сечения рассчитываются по методу приведенного поперечного сечения. Сущность метода – привидение геометрических характеристик к материалу, в котором проверяется напряженное состояние.

Приведение к фанере:

Приведение к дереву:

3. Армированные конструкции – преимущественно клеедощатые конструкции, армированные вклеенными стержнями арматуры классов (A-3, A-4 с пред. текучести не менее 400МПа) по средствам эпоксидных смол. Армирование элемента дает экономию древесины примерно на 20-30%.

Армирование м/б одиночным (a) (только в зоне растяжения) так и двойным (б).

Считается что древесина и арматура работает совместно как в сжатой так и растянутой зоне.

Компоновка сечения та же что для дощатоклееных элементов.

Расчет по тому же методу приведенного сечения.

Для двойного армирования:

15.Достаточно прочные и хорошо выполненные конструкции отдельных частей зданий (фермы, рамы, арки, балки, стойки и т.д.) еще не гарантируют надежного сооружения, если ему не будет обеспечена пространственная неизменяемость и устойчивость отдельных частей конструкций.

Плоские конструкции предназначены для восприятия нагрузок в плоскости этих конструкций. На сооружение действует еще и ряд других нагрузок: ветер, сейсмические толчки, случайные эксплуатационные нагрузки, — направление которых не совпадает с плоскостью несущих конструкций. Для восприятия этих нагрузок плоские конструкции должны быть закреплены в поперечном направлении специальными связями. Для этой цели может быть использована конструкция кровли в виде двойного дощатого настила, образующего жесткую пластинку, соединенную с прогонами, а последние — с узлами верхнего пояса ферм. При отсутствии такого жесткого ската крыши устраивают специальные связи жесткости.

В деревянных сооружениях связи жесткости должны обеспечить:

а) поперечную и продольную устойчивость всего остова деревянного сооружения, а также воспринять любые горизонтальные нагрузки, действующие на сооружение, и передать их на фундамент. Связи эти размещают в плоскостях стен и на кровле вдоль стен, в плоскости ската крыши или в плоскости нижних поясов ферм;

б) устойчивость сжатого, а иногда и растянутого контура плоских систем (ферм, составных балок, арок и др.), а также принять и передать на нижележащие конструкции (стены) горизонтальные усилия, действующие на отдельные элементы покрытий. Связи эти размещают в плоскостях скатов кровли между фермами: горизонтальные — в плоскости нижних поясов; вертикальные — в плоскостях опорных и средних стоек ферм.

В деревянных невысоких зданиях с каркасной торцевой стеной одиночные стойки стены, шарнирно опертые на фундамент и верхнее покрытие, распределяют давление ветра поровну на эти опоры. Связевая ферма, расположенная вдоль торцевой стены в плоскости покрытия, воспринимает это давление и передает его вертикальным связям продольных стен. На плане покрытия (рис. 1) вертикальные связи в продольных и торцевых стенах показаны пунктиром. Если стойки торцевой стены доходят только до верхней обвязки, на уровне карниза, то ветровая ферма устраивается между двумя крайними фермами в плоскостях верхних и нижних поясов. Для раскрепления узлов верхнего пояса остальных ферм покрытия через каждые 20—25 м по длине здания в плоскости верхних поясов устраивают аналогичные связевые фермы. Промежуточные фермы раскрепляются при помощи прогонов, которые должны быть закреплены как в узлах связевых ферм, так и в узлах промежуточных раскрепленных ферм. Поясами связевых ферм являются верхние пояса двух соседних основных ферм, стойками служат прогоны, а раскосы выполняют в виде досок, прибитых снизу к прогонам, или накрест расположенных тяжей из круглой стали. Вертикальные поперечные связи, служащие для создания неизменяемого пространственного блока, ставятся между каждой парой ферм с интервалом в один шаг ферм (рис. 1, в). При кирпичных жестких стенах, воспринимающих ветровую нагрузку, ветровые фермы у торцевых стен можно не ставить. В этом случае устойчивость сжатых поясов ферм (составных балок, арок, рам и т.д.) может быть обеспечена прогонами кровли, заанкеренными в кладке торцевых стен. При большой длине здания связевые фермы ставятся через каждые 20—25 м. При рамной или арочной конструкции каркаса здания поперечная устойчивость обеспечивается геометрической неизменяемостью самой конструкции, и только при каркасе продольных стен из одиночных стоек, фактически шарнирно соединенных с фундаментом и верхней обвязкой, для поперечной устойчивости здания необходимы дополнительные связи. Верхним концам стоек продольной стены для поперечной устойчивости здания необходима неподвижная опора, которой являются продольные ветровые фермы в плоскости кровли, опирающиеся на жесткие в поперечном направлении торцевые и промежуточные стены. Расстояние между этими поперечными стенами также не должно превышать 20—25 м (рис.1, а). Если по технологическим условиям эксплуатации здания устройство промежуточных поперечных стен недопустимо, то последние могут быть заменены двух- или трехшарнирными рамами, вписанными в поперечный контур здания, или устройством наружных контрфорсов. Поперечная устойчивость здания может быть обеспечена также защемлением в фундаментах плоских деревянных, решетчатых или клееных стоек, рассчитанных на восприятие горизонтальных нагрузок. В деревянных одноэтажных зданиях к элементам жесткости относятся также продольные и чердачные перекрытия. Жесткость продольных и поперечных стен возрастает при обшивке фрагментов каркаса или щитов фанерой или ориентированно-стружечной плитой (ОСП). Таким образом, создается неизменяемая, жесткая и устойчивая коробка. Участие ограждающих частей здания в обеспечении его пространственной устойчивости, которую устанавливают поверочным расчетом, возможно только при относительно малых размерах здания.

 В одноэтажных зданиях помимо основного каркаса применяют и дополнительный — фахверк — каркас стен. Он устанавливается в плоскостях торцевых и продольных стен. Необходимость в фахверке диктуется большими расстояниями между стойками основного каркаса в продольных стенах, при их шаге свыше 6 . .. 9 м, а также и в торцевых стенах. На этих участках стен колонны фахверка придают стенам устойчивость, обеспечивают навеску панелей или ригелей обшивных стен, воспринимают и передают на основной каркас все действующие на стены нагрузки.

Колонны фахверка чаще всего устанавливают с шагом 6 м, но также и на других расстояниях, увязанных с проемами окон, ворот и т. п. Верхняя часть колонн закрепляется в уровне перекрытия гибкими связями; так называют соединительные элементы, работающие совместно с соединяемыми конструкциями в одном направлении (в данном случае — горизонтальном) и допускающие нестесненную деформацию (перемещение) в другом (например, в вертикальном).

Колонны фахверка устанавливаются на собственных фундаментах. При необходимости устройства больших проемов, проездов в уровне первого этажа стойки фахверка устанавливают на ригели, размещаемые в плоскости стен и опирающиеся на основной каркас. Ригели фахверка устраивают в случаях навески мелкоразмерных стеновых изделий (асбестоцементных листов, профилированного настила и т. п.).