3.4 Конструкции из дерева и пластмасс

3.4.2.Расчет по прочности центр и внецентр раст эл-в ДК

Центрально растянутые эл-ты – эл-ты раскосных решеток и нижних поясоф ферм, затяжки арок… Расчет п.4.1 ф.4.

Внецентр раст-нижние пояса ферм, к-е запректированы из технологич-х соображений внецентренно. Расчет ф.27.

3.4.3. Расчет по прочности центр и внецентр сж эл-в ДК

На центральное сжатие работают раскосы, стойки ферм и других сквозных конструкций, колонны при центральном сжатии. (Рис.1 СНиП)

Два предельных состояния:

1. на прочность (п. 4.2, ф.5)

2.на уст-ть (п. 4.2, ф.6).

φmin (п. 4.3 ф 7,8) – зависит от гибкости (п. 4.4 ф9, п4.5 ф10).

Внецентр сж-в.п. ферм, стойки.

1Расчет на прочность по норм напряж п.4.14ф28;

2По касат ф18, только Q=Q/ξ

3 Сжато-изгиб эл-ты прямоуг сеч рассчит на уст-ть плоской формы деф-я ф33.

4.прогиб у сжато-изг ф.51

3.4.4.Расчет изгибаемых элементов.

1.На прочность по норм напряж п.4.9 ф17

2. по касат напряж п.4.10 ф18

3.изгиб эл-ы прямоуг сечения рачит ну уст пфд п.4.14 ф22

4. эл-ты двутаврового и коробчатого сеч. П 4.15ф26

5.косой изгиб ф20 и прогиб при косом изгибе, fx и fy-прогибы от составляющих нагрузок.

3.4.5.Соединения эл-в ДК. Общие положения, классиф-я.

Ограниченность сортамента лесоматериала требует разработки различных видов соединений.

Виды соединений:

1. сращивание-соед эл-в по длине.

2.сплачивание-по высоте и ширине сечения. 3. узловое соед-е эл-в под различными углами.

По характеру работы соед ДК делят:

1.раб-щие на изгиб (цилиндрические нагели, пластинчатые нагели (балки Деревягина))

2.на растяжение (тяжи, болты, хомуты, накладки). 3.на выдергивание (с исп-ем эл-в: винты, глухари, шурупы)

4.преимущ-но на сдвиг (клеевые, соед-я на вклеенных стержнях, клеестальные шайбы)

5. раб-щие в качестве аварийных связей, т.е. эл-ты, к-е предовращ. случ-е смещ-е. Иногда назнач из конструкт сообр (аварийные болты, авар скобы)

6.соед-я без специальных связей требующих расчёта (лобовые упоры и врубки)

Все соединения, кроме клеевых податливы, поэтому порождают дополнительные деформации констр-ции, деф-ции возникают в результате неплотностей, обр-ся при изгот от усушки…Податливость способствует выравниванию (релаксации) напряжений в эл-ах связей, благодаря чему ум-ся концентр напряж, что повышает надежность констр в целом.

3.4.6. Соед-я на врубках и лобовых упорах. (п5.9 и т.д)

(а-лобовой упор с накладками на болтах, б-со стальными стержнями)

Врубка-соед-е, в к-м усилие эл-а, раб-щего на сжатие, передается другому эл-у непосредственно без вкладышей или других рабочих связей. Основная область применения: узловые соединения ферм. Соед-я на врубках бывают: ортогональные (в опорных узлах); биссектрисные (промужут-е соед-я). Усилие от одного эл-а к др перед-ся по плоскостям смятия и скалывания.

В ысота врубки назнач из усл смятия древесины ниж пояса на участке АБ под углом α (нес сп-ть на смятие): -ф2

Nр

См рис.7 СНиП 1-аварийный болт; 2-врубаемый элемент; 3-нижний пояс (затяжка); 4-гвозди; 5- подбалка; 6-обвязочный брус. АБ-площадка смятия, СБ-площадка скалывания.

Размеры врубки п5.11.

Нес способность из усл скалывания древесины:

. (СНиПф.54); е= 0,5 – плечо сил скалывания

β=0,25-учит-т вар-ты симм. и несимм. соед-я (у нас несимм)

3.4.7.Нагельные соединения. Констр реш, расчет.

Нагель - гибкий стержень, к-ый соединяет эл-ты ДК и препятствует их взаимному сдвигу, а сам в основном работает на изгиб. Виды нагелей: цилиндрические (ЦН) и пластинчатые (ПН). Нагельные соединения – податливы.

ЦН изг-т из стали в виде стержней, болтов, гвоздей, шурупов, глухарей; из AL сплавов и стеклопластиков в виде стержней

и болтов; твердых пород Д в виде стержней.

Виды нагельных соединений: симм, несимм, одно- и многошовные (рис8,9)

Виды предельных состояний ЦН (табл 17): 1. Смятие крайних волокон соединяемых эл-тов. 2. Смятие средних эл-тов. 3. Изгиб нагеля. 4.условие предельной деформативности (но не более….) (Т(несущая способность на один шов сплачивания) = Тmin. Т-опред по табл17.

Число нагелей опред по ф.55.

ПН изготавливают из дуба и березы. Нес сп-ть ПН ф.58

Конструктив, правила расстановки см. СНиП п5,18 и т.д.

3.4.8.Констр реш и осн полож расч плит покр и перекр с исп листовых мат-в. (п4,23-4,27)

Плита-о.к. заводского изг-я прим-ся в отапл зд при относит влаж возд в помещении до75% и внеотапливаемых зд без выделений вредных паров.В районах с расч темпер возд до -50. Плиты покр предназначены для бесфонарных зд-й с нар отводом воды.

Плита состоит из несущего каркаса и фанерной обшивки,

соед-ых м/у собой водостойким клеем. По форме поперечного сечения клеефанерные панели могут быть:1) коробчатые;2) ребристые, обшивкой вверх; 3ребристые, обшивкой вниз. Коробчатые панели имеют двусторонние обшивки, как правило явл-ся о.к. отапливаемого здания, поэтому по нижней обшивке по слою пароизоляции уложен плитный утеплитель из несгораемых или трудносгораемых материалов (9)(менераловат плиты). Деревянный каркас состоит из продольных(1) и поперечных ребер(2), и торцевых вкладышей. Во избежание смещения утеплителя при монтаже и транспортировании его фиксируют прижимными брусками (7) сечением 25х25 мм, соединяя их с каркасом гвоздями.

Элементы каркаса соединяются между собой обоюдоострыми гвоздями по слою клея. Торцевые вкладыши и продольные ребра объединяются вклеенными арматурными стержнями (10). Арматурные стержни выходящие за боковую грань плиты необходимы для закрепления панели на стропильной конструкции и для осуществления подъема при монтаже. Для обеспечения проветривания между утеплителем и фанерой верхней обшивки предусмотрены продухи с минимальным диаметром 30 мм в поперечных ребрах и торцевом вкладыше. Для повышения предела огнестойкости нижняя обшивка дополнительно закреплена к крайним продольным ребрам гвоздями. По крайним продольным ребрам с наружной стороны панели предусмотрена постановка брусков трапециевидного сечения, образующих со стороны одной стороны паз(3), с другой гребень. Это позволяет выровнять нижние плоскости плит, обеспечить совместную работу диска покрытия и обеспечить герметизацию.

Продолжение 3.4.8

Расчет:

Толщину фанеры верхней обшивки определяем из условия прочности на местный изгиб от сосредоточенного груза Р=100 кг, с коэффициентом надежности по нагрузке , как заделанную в местах приклеивания к ребрам пластинку

,где - коэфф-т, учит длительность приложения нагрузки [I, табл.6]

Сечение коробчатой панели приводят к двутавровому.

При этом ширина стенки равна сумме ширин ребер (b_ст=Σb_реб), а расчетная ширина обшивок см п. 4.25.

При рачете сечение приводят к фанере п.4.25

1.Прочность растянутой (нижней) обшивки п. 4.24.

2.устойчивость сжатой (верхней) п. 4.26

3проверка на скалывание п. 4,27

4прогиб п. 4.33

3.4.9. Конструкт реш и основные полож расч дощато-клееных балок (п 6.19)

-Многослойные ДКБ изг-ся путем сращ-я и сплач-я досок по пласти.1.для собрки клееных пакетов прим фрезерованные доски, толщ <=40мм. 2.доски в пакете размещают согласованно (ориентируясь на положение годовых колец) 3.шарина досок <=100мм, либо исп-ся пропилы по длине доски на 2/3 толщины, к-е располаг на расст <=100мм от кромок.4пропилы располагают в шахматном порядке Сращивание по длине вып-ся зубчатым шипом.

Преимущества балок:1) работают как монолитные (как балки цельного сечения) 2) можно изготовить с поперечным сечением люьой высоты и ширины 3) в них можно размещать доски различного качества по высоте, иск-ть попад-е естств. пороков в местах концентр-ции напр-й. Надёжность балки зависит от качества склейки и соблюдения технологии процесса изготовления.

М.б. армированные и неармированные. Армирование увел нес сп-ть и жесткость балки. Расход древесины сокр на 10-15%.наиб эффективно двойное армировагие (в сж и раст зонах), поэтому обысно балки имеют постоянное сечение по длине (вар1).

Сечение неармир-х: прямоуг и двутавровое. По длине м.б. постоянного и переменного сечения.

Вар1

Вар2

Эпюра σ

Для вар1 очертание эпюры напряжений повторяет начертание эпюры моментов

Расчёт на прочность по нормальным напряжениям.

где х_р – координата расчётного сечения, в котором возникают наибольшие нормальные напряжения: ; Mр=q*Xp(Lp-Xp)/2–изгибающий момент в расчётном сечении; Wр – момент сопротивления расчётного сечения.

Для вар 1 расчетное сечение расположено по центру пролета.

Проверка устойчивости:

п4.14 ф22 (Mр Wр-в расч сеч)

φ_m (ф.23)

Расчёт по касательным напряжениям: (скалывание) наибольшие касательные напряжения возникают в сечении с максимальной поперечной силой. П4.10 ф.18

Проверка по деформациям п4.33 ф50.

3.4.11 Констр реш и осн полож расч металлодер ферм.

СФ-сист стержней, как правило шарнирно соед в узлах и работающих,в основном, на продол усилия.

По очертанию:треугольные,прямоугльные ,многоугольные, трапециевидные,сегментные,шпренгельные

Фермы выполняют бельшей частью металлодеревянными. В.п. и сжатые элементы решетки из древесины. Н.п. и растянутые эл-ты решетки-стальной профиль или арматура.

В.п. ферм м.б. выполнен из цельных брусьев; из прямолин и криволин клееных пакетов; из двух брусьев; из балок на податливых связях.

Чтобы выполнить стат расчет необходимо:1.вводим шарниры в узлах (ферма стала стат определима) 2.сосредотачиваем нагрузку в узлах.3.определяем усилия (метод вырез узлов, моментных точек и т.д.)

Констр. расчет.

Назначаем гибкости эл-в п.4.22 табл.14

Верхний пояс расчит как неразрезная балка на прод сжим усилие N и нагр.q. Во всех фермах кроме сегментных значение изгиб момента уменьш за счет расцентровки узла (появл разгруж момент) (см узел1)

3.4.10. Конструкт реш и основные полож расч клеефанерных балок (п6.20)

Бывают двутавровые при L<12м,и коробчатого сеч (L>12м) рис.4СНиП С плоской и волнистой стенкой

С плоской

Рис А

Стенки-из водостойкой реже бакелизированной фанеры, толщиной >=10мм. По длине листы стыкуются впритык с перекрытием парными накладками, или на «ус». Рубашки фанеры ориентир вдоль оси балки, для повыш прочности балки на срез в приопорных зонах перпендик оси балки.Доски поясов, примыкающих к стенкам делают с пропилами либо зазорами шириной 3-5мм для избежания коробления. Поперечную уст-ть стенки обеспеч ребрами, их устан с шагом <=L/9 в местах стыка фанеры. Опорные ребра в 2 р шире промужеточных.Эти ребра и коньковый узел перекрыв парными защит накладками, закрепляются болтами, чтоб исключ повреждение ответственные части балок при монтаже и установке связей.

Расчет (п4.28,4.29,4.30):

Приводим сечение к доскам: n=Еф/Ед

Проверка по нормальным напр:

Нижний пояс где х_р – координата расчётного сечения, в котором возникают наибольшие нормальные напряжения: ; Mр=q*Xp(Lp-Xp)/2–изгибающий момент в расчётном сечении;

Верхний пояс где - коэф-т продольного изгиба ф.7,8 ( , L₀-расстояние м/у закрепленными точками)

Проверка стенки на срез: (п4.29) рис А в шпоре и - статич. момент полусечения и момент инерции в опорном

сечении относительно оси Z;

Проверка стенки на скалывание по швам м/у поясами:

Для закрепления стенки в поясах делается канавка в форме синусоиды, в которую запасовывают предварит изогнутую стенку, или широкий паз вставляют прямую стенку и раскрепляют клиньями, после заполняют клеем с опилками и стружкой.

Продолжение 3.4.11

Р

Если средняя опора податлива (проседает до тех пор пока момент на ней не ставит=0) , то , (величина разгр момента не должна превышать 0,5Мq).

Расчетный момент:

Если элементы в.п. выполнены из клееных пакетов, то можно над средней опорой сделать пропил и тогда еср-расстояние от низа пропила до средней опоры

1.Проверяем сечение по норм напр

2.расчет на уст плоской формы деформирования ф.33 вместо Мд пишем Мрасч.

3.Нижний пояс расчит как растянуто-изгибаемый: , , Кп-коэф парности работы.

4.Раскосы и стойки считаем как центрально сжатые(ф6) или растянутые(ф4-если деревянные или если металлические: ).

В сегментных фермах разгр момент получают за счет естественного выгиба сегмента-f, а не за счет расцентровки узлов, узлы центрируются(рис 5-парные дер накладки с вырезрм-7, 6-металлич накладки,9-раскосы).

Mс-момент от внеш нагр. МQ=f*Q-разгружающий момент,

Расчетный момент:

Произв расчет в.п. по деформированной схеме.:

Продолжение 3.4.10

- статич. момент пояса относительно нейтральной оси поперечного сечения балки; – кол-во площадок скалывания; - высота пояса балки.

Проверка стенки по главным напряжениям:(ф.45)

Проверка стенки на устойчивость между рёбрами жёсткости на опоре ф.48 (СНиП ф.48)

Проверка балки по деформациям ф.50

С волнистой стенкой.

Балки проектир только опорные ребра.

Волнистая стенка не восприн норм напряжения.

Проверка по нормальным напр:

Нижний пояс

Верхний пояс где kw-коэф-т, учит податливость стенки(уменьш нес сп-ть). -момент сопр пояса.

В-коэффициент податливости

3.4.12.Обеспечение пространственной устойчивости здания и их констр эл-в.

Попречную устойчивость здания обеспечивают жестким защемлением стойк в стакане ф-а. Устойчивость рамы в продольном направлении обеспечивается постановкой вертикальных связей между смежными стойками (СВ) по длине через 20-30 м и горизонтальных связей в покрытии(СГ и СВП). Связевые фермы, расположенные по наружным поясам конструкций, соединяют ригели двух соседних рам и их стойки в пространственный блок жесткости, способный воспринимать нагрузки, направленные перпендикулярно плоскости основных несущих конструкций. В крайних пролетах необходима установка горизонтальных связей (СГ-2) для создания жесткого диска покрытия, т.к. закрепление ригеля с плитами покр шарнирное(ч/з крючки). По верхним поясам балок по всей длине зданя устанавливаются распорки (Р)-необходимы для обеспечения устойчивости в.п. балок и также для созд жесткого диска покр.СГ2-ветровая ферма (восприн ветер). Для обеспечения устойчивости колонн из плоскости рам по верху колонн устанавливают обвязочный брус(ОБ), также если устойчивость колонны из плоскости рамы не обеспечена необходима постановка доп-ой распорки (ДР), (которая сокращает расчетную длину колонны).

Узел крепления связей к ригелю

3.4.13. Обеспечение долговечности конструкций из древесины (п6,35 ит.д.)

Мероприятия должны обеспечивать сохранность деревянных конструкций при транспортировании, хранении и монтаже, а также долговечность их в процессе эксплуатации.

Конструктивные меры должны предусматривать:

а) предохранение древесины конструкций от непосредственного увлажнения атмосферными осадками, грунтовыми, талыми и производственными водами;

б) предохранение древесины конструкций от промерзания, капиллярного и конденсационного увлажнения;

в)систематическую просушку древесины конструкций путем создания осушающего температурно–влажностного режима (естественная и принудительная вентиляция помещения, устройство в конструкциях и частях зданий осушающих продухов, аэраторов).

Защита от увлажнения списывай п6.35-6.44 СНиП

Также для предовращения увлажнения поверхность ДК изолируется водостойкими лакокрасочными материалами.Защита древесины от конденсационной влаги имеет очень важное значение. Эта влага возникает в холодное время года в толще теплоизоляционного слоя ограждающих конструкций отапливаемых помещений в результате конденсации водяных паров. Такое увлажнение происходит длительное время и не всегда может быть обнаружено. Для защиты от проникновения в конструкцию водяных паров со стороны помещения укладывается слой пароизоляции. Основные несущие конструкции помещаются вне зоны перепада температур или полностью внутри помещения ниже слоя теплоизоляции или вне его.

Химическая защита древесины необходима в тех случаях, когда ее увлажнение в процессе эксплуатации неизбежно. Конструкции, эксплуатируемые на открытом воздухе, в земле, в толще ограждающих конструкций зданий и в др. случаях, неизбежно увлажняются атмосферной, грунтовой или конденсационной влагой. Хим. защита таких конструкций от загнивания заключается в пропитке или покрытии их ядовитыми для грибов веществами - антисептиками. Они бывают водорастворимыми и маслянистыми. Они не растворяются в воде, не вымываются водой

Целью защиты деревянных конструкций от возгорания, горения и пожаров является повышение предела огнестойкости деревянных конструкций, с тем чтобы они дольше сопротивлялись возгоранию и в процессе горения не создавали и не распространяли открытого пламени. Это достигается мероприятиями конструктивной и химической защиты деревянных конструкций от возгорания.

Конструктивная защита древесины от возгорания заключается в ликвидации условий, благоприятных для возникновения и распространения пожара. Для предотвращения распространения огня деревянные строения должны быть разделены на части противопожарными преградами и зонами из огнестойких конструкций. Деревянные ограждающие конструкции не должны иметь сообщающихся полостей с тягой воздуха, по которым может распространяться пламя, не доступное для тушения. Элементы деревянных конструкций должны быть массивными или брусчатыми, имеющими большие пределы огнестойкости, чем дощатые. Обыкновенная штукатурка значительно повышает сопротивление деревянных стен и потолков к возгоранию.

Продолжение 3.4.13

Химическая защита заключается в противопожарных пропитках и окраске. Для огнезащитной пропитки древесины применяют вещества, называемые антипиренами. Эти вещества, введенные в древесину, при опасном нагреве плавятся или разлагаются, покрывая ее огнезащитными пленками или газовыми оболочками, препятствующими доступу кислорода к древесине, которая при этом может только медленно разлагаться и тлеть, не создавая открытого пламени и не распространяя огня. Пропитка древесины производится с одновременной пропиткой антисептиками.

Защита древесины от коррозии заключается в устранении разрушающего влияния этого процесса путем конструктивных и защитных мероприятий. Деревянные конструкции в агрессивных средах должны изготовляться из смолистой хвойной древесины, лучше сопротивляющейся проникновению агрессивных веществ. Элементы конструкций должны иметь крупные клееные или брусчатые сечения с минимальной поверхностью контакта с окружающей средой. Они должны иметь минимальное количество узловых соединений и металлических креплений.

Защитные покрытия используют в дополнение к указанным конструктивным мероприятиям. Деревянные конструкции, эксплуатируемые в условиях слабой химически агрессивной среды, дополнительно защищают лакокрасочными покрытиями, изолирующими древесину от окружающей среды. Деревянные конструкции, эксплуатируемые в средних и сильных агрессивных средах, должны быть изолированы от соприкосновения с ними герметичными оболочками из химически стойких материалов.

3.4.14.клеевые соединения область применения, конструктивные решения и расчёт. Используют в целях увел-ния попер-х размеров сеч-я, форм и длины эл-тов конс-ии из досок и фанеры. От прочих соединений отл-ся возможностью более благопр-о распред мат-л по сортам, иск-ть попад-е естств. пороков в местах концентр-ции напр-й. Выбор типа клея зависит от температурно-влажностных условий эксплуатации, от вида склеиваемых материалов(табл2).Клеевой шов должен обеспечивать прочн. соед-я, не уступающую прочности склеиваемой древесины на ска-ние вдоль волокон и на растяжение поперёк волокон, т.е. СНип ДК не предусматривается назначение прочностных хар-к мат-ов клеевого шва,т.е. расчёт клеевых соединений не требуется. Клей д.б.: 1.био и водостойким,невозгораемым 2обладать св-ми холодного, без подогрева отвердения 3не терять клеящих св-в в теч 3часов 4быть нетоксичным в процессе приготовления, отвердения, экспл-ции 5обл-ть зад-ой долговечностью

Виды клеевых соединений:

по кромке: по пласти впритык с накладками

перевязкой:

В растянутой зоне – по всему

на зубчатый шип: сечению эл-та

По пласти по кромке

Фанера на «ус»

Склеиваемые поверхности древесины д.б. остроганы, а поверхности других мат-ов обработаны согласно инструкции.

Для клееных деревянных эл-ов 1прим фрезерованные доски, толщ <=40мм. 2.доски в пакете размещают согласованно(ориентируясь на положение годовых колец) 3.шарина досок <=100мм, либо исп-ся пропилы по длине доски на 2/3 толщины, к-е располаг на расст <=100мм от кромок.4.пропилы располагают в шахматном порядке