1, Клеефанерные балки

Клеефанерные балки с плоскими стенками применяют в качестве несущих конструкций в покрытиях зданий и в автодорожных мостах. Конструктивные разновидности таких балок приведены на рис.6.10 Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок, дощатых поясов и ребер жесткости. Поперечное сечение балки может быть двутавровым и коробчатым. В таких балках материал используется наиболее эффективно, так как пояса удалены от нейтральной оси балки. Фанерная стенка воспринимает нормальные и сдвигающие усилия (если волокна наружних шпонов расположены вдоль оси балки). При продольном расположении волокон наружних шпонов лучше используется несущая способность фанерной стенки и модуль упругости фанеры примерно на 50% больше, чем при поперечном расположении волокон.

Фанера может быть состыкована на “ус”, с помощью парных накладок и зубчатым шипом. Балки могут быть постоянной высоты, двускатными, а также с криволинейным верхним поясом.

Преимуществом балок к криволинейным верхним поясом по сравнению с двускатным является то, что не имеют стыка в коньке и поэтому они полностью безметальные и более пригодны к применению в помещениях с агрессивной средой.

Рис. 6.9. Конструктивные схемы клеедощатых балок и виды их поперечных сечений: а-с постоянной высотой сечения; б-двухскатные с горизонтальной нижней кромкой; в-гнутоклееные двускатные с постоянной высотой сечения; г-то же переменной высоты; д-сечение прямоугольное; е-двутавровое; ж-тавровое

Балки с плоской фанерной стенкой целесообразно применять для пролетов до 15 м, их высоту обычно назначают в пределах 1/8…1/12 от пролета. Толщину стенки принимают не менее 8мм.

Тонкая фанерная стенка требует обоснования ее устойчивости. Устойчивость стенки может быть обеспечена постановкой дощатых ребер жесткости или устройством волнистой стенки (рис. 6.10, в). Для придания волнистости стенке на копировальном станке в досках пояса выбирают криволинейные пазы клиновидного сечения, в которые на клею запрессовывают фанерную стенку. Такая несложная технология является вполне приемлемой для массового изготовления и стандартизации размеров балок.

ПРИМЕР 6.7

Подобрать и проверить сечение клеедощатой балки постоянной высоты пролетом l=9,0 м (рис. 6.9.а).

Нагрузки: расчетная g= 25 кН/м; нормативная g^н= 16,5 кН/м;

Материал – сосна. γ_n=0,95.

принимаем сечение балки (после фрезования постелей досок и кромок)

b×h=190×765 мм

Принятая высота балки состоит из 17 склеенных досок толщиной по 45 мм после острожки.

Геометрические характеристики сечения:

Момент сопротивления:

см³

Момент инерции:

см⁴

Статический момент:

см³

Расчетный изгибающий момент:

кНм

Расчетная поперечная сила:

кН

Проверка прочности:

кН/см²

Коэффициенты m_б=0,92 и m_сл=0,95 (табл. 3.6 и 3.7).

Проверяем прогиб балки:

где: Е=10³ кН/см²–модуль упругости сосны.

Прочность и жесткость балки обеспечена.

Проверка сечения на скалывание по нейтральной оси.

кН/см²

где: R_ск=0,16 – расчетное сопротивление сосны на скалывание вдоль волокон (табл. 2).

Проверяем сечение на скалывание по клеевому шву ( ).

Статический момент сдвигающий часть сечения (h_c=8∙δ=8∙4,5=36 см).

S_c=F_c∙у_ц.т=684∙20.25=13851 см³

Площадь сдвигающий части сечения:

F_c=b∙h_c=19∙36=684 см²

Расстояние центра тяжести сдвигающий части сечения:

у_ц.т=0,5(h_c+δ)=0,5∙(36+4,5)=20,25 см

Прочность:

кН/см²

где: k=0,6 – коэффициент, учитывающий качество клеевого шва.

Принято расстояние между закреплениями верха балки (прогонами, продольными ребрами, плиты перекрытия и др.). l_p=1.2 м. Устойчивость плоской формы деформирования обеспечена так как соблюдено условие:

l_p<70b²/h=1,2<70∙0,19²/0,765=3,3 м

2,Армированные деревянные балки

Одним из перспективных направлений рационального использования древесины в клееных деревянных конструкциях является применение армирования, а также предварительного напряжения арматуры. В последние годы, благодаря научному поиску и опыту экспериментального проектирования и строительства, это направление получило всеобщее признание в нашей стране и за рубежом [16,17].

Армирование деревянного элемента сталью и другими эффективными материалами позволяет существенно снизить влияние природных дефектов древесины на несущую способность конструкций, повысить их жесткость, надежность и улучшить экономические показатели.

Используемые в настоящее время армированные деревянные конструкции прогнозируются и на будующее в качестве главных, обеспечивающих значительное снижение материалоемкости.

Строительная практика последних лет свидетельствует, что клееные, деревянные конструкции, в том числе армированные могут успешно использоваться в зданиях и сооружениях различного назначения.

Так, высокая прочность и жесткость, малая строительная высота и масса особенно важны для конструкций, применяемых в рассредоточенном сельскохозяйственном, транспортном и промышленном строительстве.

Высокая прочность, надежность и долговечность армированных балок (АДБ) в значительной мере зависит от технических характеристик применяемых материалов и свойств клеевых соединений, используемых для склеивания древесины и древесины с арматурой. Для изготовления армированных конструкций применяют древесину преимущественно хвойных пород (сосна, ель, лиственница и др.),

Рис. 6.10. Двухскатная клеефанерная балка: а, б - двухскатные балки; в - балка с волнистой стенкой; г - сечение с одинарной стенкой; д - то же с двойной стенкой; е - коробчатое сечение; ж - сечение с волнистой стенк которая обладает достаточно высокими свойствами и стойкостью к эксплуатационным воздействиям. Армирование рекомендуется выполнять стержнями горячекатанной арматуры периодического профиля из стали класса А-II…А-IV в преде-

лах 1…3% от площади сечения балки. Размещение арматурных стержней в клеевом соединении производят с учетом следующих ограничений:- расстояние в свету между пазами (рис 6.11,в), в которые вкладываются стальные стержни, должно быть равно S₁ = 2,4 C;

- расстояние от грани деревянного элемента (бруса) до паза S₂ = 1,2, с, где “с” – сторона паза, определяемая из условия

d < c  d +0,001 м,

где d – наружный диаметр арматуры.

Для увеличения эффективности использования стальной арматуры ее надо располагать симметрично (двойное симметричное армирование) и возможно дальше от нейтральной оси сечения. Одностороннее размещение арматуры (одиночное армирование) менее целесообразно, так как уменьшает момент сопротивления сечения по сравнению с симметричным расположением того же количества арматуры. Требования к материалам армированных конструкций, древесине и арматуре, их основные расчетные характеристики принимают по табл. 3.2. и 5.1. Соединение стальной арматуры с древесиной осуществляется клеями и компаундами на основе синтетических смол (табл. 6.6).

Арматуру укладывают в специально оставленные при склейке досок или профрезерованные пазы различного профиля с последующей заливкой клея (компаунда) и запрессовкой в специальных ваймах. Форма и размеры паза выбирают исходя из условий обеспечения надежного склеивания арматуры с древесиной и минимального расхода клеевого состава. Этим требованиям отвечают пазы прямоугольного и полукруглого профил. Армированные деревянные балки применяют в зданиях и сооружениях с пролетами до 30м. Независимо от величины пролета рекомендуется проектировать балки прямоугольного сечения, изготовляемые путем склеивания пакета досок, уложенных плашмя. Высоту сечения армированных деревянных балок назначают 1/15…1/20 величины пролета, а ширину – не менее 1/6 высоты балки. При проектировании армированных деревянных балок следует предусмотреть защиту их от увлажнения и биоповреждения. Армированные деревянные балки проектируют с учетом их заводского изготовления, транспортирования, а также условий их эксплуатации и монтажа.

Армированные деревянные балки должны удовлетворять требованиям расчета по несущей способности (первая группа предельных состояний) и по деформациям, не препятствующим нормальной эксплуатации (вторая группа) предельных состояний, с учетом характера и длительности действия нагрузок.

Определение значений нагрузок в их наиболее неблагоприятных сочетаниях при выполнении расчетов по первой и второй группам предельного состояния производят в соответствие [29]. Расчет армированных деревянных балок выполняют по методу приведенного поперечного сечения.

Приведенные геометрические характеристики прямоугольного сечения балки (рис.6.11,в) шириной b и высотой h с общей площадью арматуры nF_a, помещенной на глубине а от верхней и нижней граней, следует определять по формулам(6.8…6.10).ой

3, Настилы являются несущими элементами ограждающих деревянных кон-струкций [4…7].

Выбор настила в покрытиях определяется типом кровли, ее уклоном, температурным и влажностным режимом помещений, их технологичными и архитектурными требованиями.

Деревянные настилы выполняют из досок, брусков, водостойкой фанеры, фанерных профилей и т.п. В качестве настилов используют также стальные профили, волнистые асбестоцементные листы, стеклопластики и другие материалы.

Настилы из досок применяют в покрытиях в виде сплошной конструкции или обрешетки под кровли разных типов. Под трехслойной рубероидную кровлю неотапливаемых зданий основанием служит сплошной настил из двух слоев досок. Верхний защитный слой досок укладывают под углом 45° к нижнему. Для лучшего проветривания всего настила нижний рабочий настил с толщиной досок по расчету выполняют разреженным.

Двойной дощатый настил обладает значительной жесткостью, что может быть использовано для пространственного раскрепления нижележащих конструкций.

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.

Рекомендуется проектировать дощатые настилы и обрешетку в виде щитов заводского изготовления, удобных в транспортировке и монтаже (рис. 6.2, 6.3). На изготовление настила расходуется до 70% объема древесины, используемой при сооружении деревянных покрытий. Отсюда, проектирование рациональных конструкций настилов во многом будет определять экономическую эффективность покрытий в целом.

В зависимости от назначения здания ограждения выполняются холодными или теплыми. Холодные ограждения предназначаются для защиты зданий от атмосферных осадков, ветра и солнца; теплые ограждения, кроме того, должны обеспечить надлежащую термоизоляцию помещений.