m_в коэффициенты условия работы, связанные с влиянием эксплуатационной влажности.

4 группы сооружений:

А (1,2,3) – отапливаемые

Б (1,2,3) – неотапливаемые с влажностью φ=(60-70)%

В (1,2,3) – открытые сооружения

Г (1,2,3) – сооружения, контактирующие с грунтом

4. m_т коэффициенты_, связанные с влияние температуры

m_т<=1

5. m_д, коэффициент учитывающий влияние длительно действующих нагрузок в составе расчетных сочетаний.

m_д = 0,8

6. m_н, учитывает влияние кратковременных нагрузок

m_н>1

7. коэффициенты, учитывающие работу клееных конструкций

• m_б – учитывает геометрические размеры сечения

• m_сл – учитывает влияние толщины склеивающихся досок

• m_гн – учитывает влияние напряжений, вызванных изгибом.

8. m_о , коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений, вызванных ослаблением поперечного сечения.

m_о=0,8 при растяжение

m_о=1 при остальных видах работы

8. m_а, коэффициент, учитывающий влияние пропитки древесины антипиренами

m_а=0,9

8. m_n, коэффициент, учитывающий понижение качества исполнения растянутых элементов конструкции в построечных условиях, только для растянутых элементов

m_n=0,7

Расчет элементов деревянных конструкций целого сечения.

3 вида сечений:

Сортамент:

- бревно (6-9м длиной)

в

- доски δ

в

- брусья h

δ=16; 19; 22; 25; 32; 40; 44; 50; 60

h=75; 100; 125; 150; 175; 200; 225; 250

Основы расчета.

1. Расчет по первой группе предельных состояний.

Прочность. Устойчивость.

1. Прочность нормальных сечений

σ_р ≤ R_j·(m_i·…)

2. Устойчивость

φ_N – коэффициент продольного изгиба

φ_М – коэффициент устойчивости плоской формы деформирования.

3. Расчет по сдвигающим напряжениям.

τ ≤ R_ск

R_ск – расчетное сопротивление скалыванию.

2. Расчет по второй группе предельных состояний

Расчет по деформациям.

f_∑ = f_σ + f_τ ≤ f_доп

f_σ – прогиб от нормальных напряжений

f_τ – прогиб от сдвигающих напряжений

f_доп – допустимый прогиб

Расчет элементов при центральном растяжении.

I.

1. Расчет прочности

А_нетто=А-∑А_ослаб

Учитываются все ослабления на участке не превышающем 20см (а = 20см).

2. Расчет на устойчивость не производится.

3. Расчет на сдвигающие напряжения не производится, т.к. растягивающее усилие действуют вдоль оси элемента, и во всех точках его поперечного сечения возникают растягивающие нормальные напряжения, сдвигающие напряжения отсутствуют.

II. Расчет деформаций поперечного сечения не производится.

Нет изгибающего момента, следовательно, нет прогибов.

Работа деревянных элементов при растяжении является наиболее ответственной, поскольку они разрушаются почти мгновенно, без заметных предварительных деформаций. Поэтому растянутые элементы надо изготавливать, как правило, из наиболее прочной древесины 1-ого сорта.

Расчет элементов при центральном сжатии.

На сжатие работают стойки, подкосы, верхние пояса и отдельные стержни ферм. В сечении сжатого элемента от сжимающей усилия, действующего вдоль оси, возникают почти одинаковые по величине сжимающие напряжения. Древесина работает на сжатие более надежно, чем на растяжение, т. е. пластические свойства древесины при центральном сжатии проявляются значительно сильнее, чем при растяжении. Расчет производится в расчетном сечении, где площадь ослабления больше.

I. Расчет по первой группе предельных состояний.

1. Расчет прочности

А_нетто=А-А_ослаб

m₀= 1,0-коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений, вызванных ослаблением поперечного сечения.

2. Расчет на устойчивость.

А_расчет – расчетная площадь поперечного сечения, определяемая в зависимости от относительной величина и места расположения ослабления.

σ_кр – критические напряжения, т.е. напряжения при которых стержень теряет устойчивость.

Потеря устойчивости сопровождается искривлением оси стержня при напряжениях, меньших предела прочности.

Устойчивость стержня определяют критической нагрузкой N_кр.

Коэффициент устойчивости элемента φ определяется в зависимости от его расчетной длины l₀, радиуса инерции сечения r и гибкости λ= l₀/r.

l₀= µ·l, где µ - коэффициент приведения длины.

, где I – момент инерции; А – поперечного сечения.

Коэффициент устойчивости определяется:

Стержень теряет устойчивость в упругой стадии работы древесины в том случае, когда гибкость стержня превышает 70, т.е. если λ>70, то

Если λ< 70, то потеря устойчивости происходит при напряжениях превышающих предел упругости, т.е. при переменным Е. При этом .

Расчетная длина l₀ учитывает влияние типа закрепления концов на устойчивость сжатого элемента. При обоих шарнирно закрепленных концах она равна геометрической длине l₀= l. При нижнем заделанном, а верхнем свободном конце l₀=2,2l. При нижнем заделанном, а верхнем шарнирном конце l₀=0,8l, при обоих заделанных концах l₀=0,65l.

Жесткое закрепление древесины не возможно.

В тех случаях, когда стержни имеют переменную высоту поперечного сечения полученное значение корректируют с помощью коэффициента k_жN, учитывает изменение жесткости.

3. Расчет на устойчивость необходимо производить относительно и той и другой главных осей (Y, Z).

Необходимо учитывать граничные условия.

4. Расчет по сдвигающим напряжениям не производится.

2. Расчет по деформациям не производится. Расчет элементов при поперечном изгибе.

Наиболее распространенные изгибаемые элементы: балки, доски настилов и обшивок.

В изгибаемом элементе от нагрузок, действующих поперек его продольной оси, возникают изгибающие моменты М и поперечные силы Q, определяемые методами строительной механики.

От действия изгибающего момента в сечениях элемента возникают напряжения изгиба σ, которые состоят из сжатия в верхней части сечения и растяжения в нижней.

Пороки древесины, длительное действие нагрузок и наличие перерезаемых при распиловке волокон уменьшают прочность древесины.

I.

1. Расчет прочности

W_нетто – момент сопротивления с учетом ослаблений в одном расчетном сечении.

y_oi – расстояние от геометрической оси до наиболее удаленного волокна.

Нормальные напряжения в сечениях изгибаемого элемента распределяются не равномерно по высоте. В начальной расчетной стадии древесина работает упруго и эпюра напряжений изображается прямой линией с максимумами у кромок и нулем у нейтральной оси сечения. При дальнейшем росте напряжений сжатая часть сечения начинает работать упругоэластично, эпюра напряжений сжатия изгибается и нейтральная ось смещается в сторону растянутой кромки.

2. Расчет на устойчивость.

φ_м – коэф. устойчивости плоской формы деформирования.

L_р – расчетная длина, определяемая точками раскрепления стержня из плоскости изгиба.

Если система связей отсутствует, то расчетная длина принимается равной пролету.

k_ф – коэф., зависящий от формы эпюры изгибающих моментов, т.е. вида силового воздействия и условий закрепления стержня.

3. Расчет на сдвигающие напряжения.

Q – максимальное значение поперечной силы.

S – статический момент отсеченной части.

I – момент инерции

b – ширина поперечного сечения.

Сопротивление срезу выше, чем сопротивление скалыванию.

II. Расчет деформаций поперечного сечения не производится.

В связи с необходимостью учета деформаций расчет прогибов осуществляется следующим образом.

С- коэф., зависящий от граничных условий и вида нагружения.

k_f – коэф., зависящий от граничных условий и вида нагружения.

В тех случаях когда балка имеет переменную высоту поперечного сечения величина прогиба корректируется по средствам деления на коэф. k_ж, определяемый в зависимости от вида нагружения и формы.

Расчет элементов при изгибе в двух направлениях (косой изгиб).

Косоизгибаемые элементы — это балки и прогоны скатных покрытий. Косой изгиб возникает в элементах, оси сечений кото­рых расположены наклонно к направлению действия нагрузок. Косой изгиб можно рассматривать как результат изгибов относительно любой из осей сечения, каждый из кото­рых происходит как прямой. При косом изгибе нормальные на­пряжения в сечениях суммируются и достигают максимальных зна­чений только напряжения сжатия в верхней, а растяжения — в нижней точках сечений. В этих точках и начинается разрушение косоизгибаемого элемента прямоугольного сечения. В элементах круглого сечения косой изгиб возникнуть не может, поскольку все его оси являются осями симметрии сечения. Косоизгибаемые элементы изготовляют, как и изгибаемые, из древесины 2-го сор­та.

1. Расчет прочности

,

,

В тех случаях, когда по тем или иным причинам изгиб элемента в направлении скатной составляющей исключен (при наличии связей жесткости) расчет на косой изгиб сводится к расчету на обычный поперечный изгиб от вектора q_y

(σ_max=σ_ny≤R_u).

2. Нет плоской формы деформирования.

3. Расчет по сдвигающим напряжениям.

,

II. Расчет по деформациями f_y и f_z.

Расчет сжато – изгибаемых и внецентренно сжатых элементов.

Сжато-изгибаемые элементы работают одновременно на сжа­тие и изгиб. Так работают, например, верхние пояса ферм, в ко­торых кроме сжатия действует еще изгиб от межузловой нагруз­ки от веса покрытия.

В элементах, где сжимающие силы действуют с эксцентриситетом относительно их осей, тоже возникает сжатие с изгибом, поэтому их еще называют внецентренно сжатыми. В сечении сжато-изгибаемого элемента действуют продольные сжимающие силы N. От этих сил возникают равномерные напряжения сжатия и изгибающий момент М, от которого появляются и сжимающие, и растягивающие напряжения, максимальные в крайних волокнах и нулевые на нейтральной оси прямоугольного сечения. Напряжения сжатия складываются, а напряжения сжа­тия и растяжения вычитаются. Максимальные сжимающие напряжения возникают в крайних волокнах сечения в месте действия максимального изгибающего момента.

Разрушение сжато-изгибаемого элемента начинается с потери устойчивости сжатых волокон, что обнаруживается появлением складок и повышенными прогибами, после чего элемент ломает­ся. Такое разрушение частично пластично. Поэтому сжато-изгиба­емые элементы работают более надежно, чем растянутые, и их рекомендуется изготовлять из древесины 2-го сорта с расчетными сопротивлениями сжатию Rс = 13 или 15 МПа.

I.

1. Расчет прочности

,

Ψ – коэф., зависящий от вида нагружения и граничных условий.

- момент с учетом деформационных приращений.

ξ - коэф., учитывающий деформационные приращения.

Если Ψ=1, то ,

При определении критической силы пользуются выражением для определения продольного изгиба, определяемый для упругой стадии расчета (см. расчет на центральное сжатие).

2. Расчет на устойчивость (плоская форма деформирования).

φ_N – коэф., продольного изгиба

φ_М– коэф., устойчивости плоской формы деформирования.

n=1,2

n=1, если элемент имеет закрепление растянутой зоны

n=2 ,если сжато – изгибаемый элемент без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования.

3. Расчет по сдвигающим напряжениям.

II. Расчет по деформациями.

Расчет элементов при поперечном изгибе и продольном растяжении.

I.

1. Расчет прочности

,

Учитывая опасный характер работы на растяжение (хрупкий) в расчетной формуле принимают ξ=1.

Последующие расчеты по сдвигающим напряжениям и расчет по деформациям производятся как для изгибаемых элементов.

Расчет деревянных элементов при местном воздействии нагрузок.

1. Расчет при контактном сжатии (смятие)

2. Расчет при действии сдвигающей силы.

Смятие древесины происходит от сжимающих сил, действую­щих перпендикулярно поверхности деревянного элемента. Они вызывают в нем в большинстве случаев равномерные напряжения смятия. Следовательно, смятие — это поверхностное сжатие, ко­торое может быть общим и местным. Общее смятие возникает тог­да, когда сжимающая сила действует на всю поверхность элемен­та, местное — когда сила действует на часть поверхности элемента.

Прочность и деформативность элементов при смятии существен­но зависят от угла смятия. Угол смятия а — это угол между на­правлениями действия сминающей силы и волокон древесины. При смятии вдоль волокон под углом а = 0° стенки клеток работа­ют в наиболее благоприятных условиях и древесина имеет проч­ность и деформативность, как и при сжатии вдоль волокон. Рас­четное сопротивление древесины смятию в этом случае Кс = 13 или 15 МПа.

При смятии поперек волокон под углом смятия а = 90° стенки клеток работают в наименее благоприятных условиях — они сплю­щиваются за счет внутренних пустот, что приводит к значитель­ным деформациям. Разрушение древесины при смятии заключается в нарушении связей между волокнами и появлении трещин. При этом расчетное сопротивление смятию установлено с целью ограничить деформативность древесины при смятии поперек волокон и под углом к ним в соединениях и не допустить провисания конст­рукций.

При общем смятии (сжатии) древесины поперек волокон деформации смятия наиболее велики и расчетное сопротивление поперечному смятию является наименьшим; R_см90 = 1,8 МПа. Смятие в опорных площадях не влияет на работу конструкций в целом, расчетное сопротивление поперечному смятию увеличивается коэффициентом работы m = 1,67 и R_см90 = 3 МПа.

При местном смятии поперек волокон соседние ненагружен­ные участки древесины тоже сминаются за счет изгиба волокон и оказывают поддерживающее действие работе нагруженного учас­тка тем больше, чем меньше его длина.

А – площадка смятия.

Общее и местное смятие.

В местном смятии происходит перераспределение усилий.

Местное смятие определяется по аналогичной формуле, но с заменой на .

2) Расчет на скалывание

Скалывание древесины происходит в продольных сечениях эле­ментов, параллельных их осевым плоскостям, от действия скалы­вающих усилий Т. Эти усилия действуют в большинстве случаев вдоль волокон древесины и от них возникают скалывающие на­пряжения т.

Прочность древесины при скалывании очень мала ввиду ее волокнистого строения. Волокна древесины имеют относитель­но слабые связи между собой, которые легко разрываются при скалывании. Элементы при скалывании разрушаются хрупко, по­чти мгновенно, и распадаются на части без заметных предвари­тельных деформаций при средних напряжениях скалывания τ = 6,8 МПа.

Пороки древесины в разной степени влияют на прочность дре­весины при скалывании. Основные пороки — сучки — не снижа­ют ее прочности при скалывании. Трещины в зонах действия зна­чительных скалывающих напряжений не допускаются. Прочность древесины при скалывании поперек волокон более чем в два раза ниже.

Диаграмма деформирования почти прямолинейная, разрушение носит хрупкий характер.

Формула расчета аналогична формуле расчета .

Одностороннее и промежуточное скалывание.

τ_max2 < τ_max1

Разрушение происходит при 1-ом при меньшей нагрузке.

- среднее напряжение.

А_ск=l_скb

l_ск – длина площадки скалывания.

β – коэф. учитывающий вид скалывания

е- эксцентриситет скалывающих сил.

Нормальные напряжения при скалывании.

,

Учитывая опасный характер работы при совместном действии сдвигающих (скалывающих) и нормальных напряжений в растянутой зоне, напряжения под углом 90^о к волокнам, в конструкциях ограничивается 3<l_ск/l<10, вне зависимости реальной длины скалываемого элемента.

Сопряжения подобного типа рекомендуют выполнять так, чтобы возбуждались напряжения сжатия, устраняющие опасность раскалывания.

Работа древесины на скалывание в соединениях является осо­бенно ответственной, и разрушение здесь может привести к поте­ре несущей способности всей конструкции. Поэтому качество дре­весины соединений должно быть особенно высоким, а наличие трещин недопустимо.

Механические средства соединения деревянных конструкций.

Все соединения можно поделить на 2 группы:

- клеевые

- при помощи механических средств

Соединения на механических средствах работают за счет контактных сопряжений элементов или вкладышей.

Также соединения можно поделить:

1) сплачивание

Получение размеров поперечного сечения.

Увеличивая высоту сечения, увеличивается жесткость.

2) наращивание

Увеличение длины элемента.

3) узловые сопряжения элементов

Клеевым соединением очень трудно сделать узловые соединения и очень дорого.

Требования к качеству механических соединений:

1. Конструктивные:

а) высокая относительная прочность соединения (Т'').

Т'' – несущая способность на единицу контактной поверхности.

Исходя из Т'' определяется расчетное сопротивление древесины скалыванию (R_ск).

R_ск- прочность на единицу контактной поверхности.

б) характер деформирования соединений

1- для сопряжений, в которых смятие древесины

2- для сопряжений, где работа на скалывание

Преимущество там, где нет рыхлых соединений

в) показатели жесткости

Т_min – расчетная несущая способность средств соединения, определенная как min из ряда возможных.

δ_с – деформация смещения, возникающая при действии расчетного усилия.

- жесткость средств соединения.

2. Функциональные качества.

Это возможность эффективного использования соединений, т.е способность средств соединения эффективно решать задачи по соединению.

3. Технологические.

Объем затрат трудовых, материальных, энергетических на изготовление конечного продукта.

4. Эксплуатационные.

а) надежность в работе

б) способность соединений сопротивляться негативным воздействиям эксплуатационной среды.

5. Специальные качества.

а) нетоксичность

б) радиопрозрачность

в) повышенная кислотная стойкость.

Классификация механических средств соединения:

1) упоры – это такие соединения, которые решаются по средствам контактного сопряжения элементов, при этом основным видом работы является смятие.

2) шпоночные соединения.

Шпонка – вкладыш, который вне зависимости от геометрической формы и материала работает на смятие и скалывания.

3) нагельное соединение

Нагель – вкладыш, вне зависимости от формы и материала, который при действии сдвигающих усилий работает на смятие и поперечный сдвиг.

4) соединения, работающие на растяжение: накладки, металлические тяжи, хомуты.

5) соединения, работающие на выдергивание (с растяжением): гвозди, шурупы, глухари.

6) работающие на «случайные» усилия; воспринимающие усилия неопределенной величины.

Разработка новых соединений базируется на нагельных соединениях.

Соединения на упорах.

1) Лобовые упоры.

Используются, когда в сопряжениях действуют усилия сжатия.

Если есть фаски, то b и h- размеры контактных поверхностей.

Число и размеры болтов принимаются по конструктивным соображениям.

В качестве накладок более эффективны деревянные накладки.

2) Торцевой упор.

Используется в сопряжении сжатого элемента с другим.

Определяющим значением является значение для пояса:

3) Трехлобовые упоры.

4) лобовая ортогональная врубка

1. Расчет на смятие

Определяющим значением является значение для нижнего пояса:

,

Задаемся h_вр (h_вр – глубина врубки) и проверяем.

Конструктивные ограничения: 2см ≤ h_вр ≤ ¼ h_н.п.

¼ h_н.п. для того чтобы не попасть площадкой скалывания в наиболее ослабленную часть (сердцевидную часть).

2.

- усилие в нижнем поясе,

- площадка скалывания,

,

β = 0,25 – для одностороннего скалывания,

,

Конструктивные ограничения:

a) ,

б) (т.к. косослой).

Уклон косослоя 1/10.

3. Смятие опоры.

,

- площадка смятия, где

b - ширина нижнего пояса.

4. Растяжение нижнего пояса.

1) ослабленное сечение:

2) целое сечение:

,

Нагельные соединения.

Нагелем называется вкладыш (из любого материала), который соединяет элементы деревянных конструкций и препятствует их взаимному сдвигу, а сам в основном работает на изгиб.

Нагели бывают цилиндрической и пластинчатой формы.

Цилиндрические:

1. стержневые (устанавливается в заранее просверленные отверстия),

2. гвоздевые (устанавливаются в цельную древесину).

На плотность соединений на нагелях значительно влияет совпадение отверстий под нагели в соединяемых элементах. Чтобы получить хорошее совпадение отверстий и достичь максимальной плотности соединения, необходимо сверлить отверстия в предварительно собранном и обжатом пакете. Для обжатия соединений ставят стяжные болты в количестве около 25 % общего числа нагелей. Если стяжные болты сделаны из того же материала, что и нагели, то их включают в расчетное количество нагелей.

Нагельно-стержневые соединения:

Применяются для наращивания.

I. Симметричные соединения.

II. Несимметричные

Т – расчетная несущая способность по одной плоскости среза.

Расчетная несущая способность по условию скалывания не определяется. Скалывание исключается за счет безопасной расстановки нагелей.

В тех случаях, когда усилие к нагелю прикладывается под углом к волокнам древесины расчетная несущая способность нагеля соединения корректируется посредством умножения на коэффициент k_α по условиям работы на смятие и на по условиям работы на изгиб.

k_α определяется по СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции», и зависит от угла приложения усилия и от диаметра нагеля, т.е. k_α=f( α ; d ).

Чем больше α, тем больше снижается несущая способность.

Расстановка нагелей.

Минимальные расстояния между нагелями:

- количество нагелей, где

h_s – количество срезов нагеля.

Если толщина элемента небольшая (менее 7d), то можно уменьшить S₁.

Минимальные расстояния между осями нагелей принято выражать в диаметрах нагеля. Они определяются видом нагелей и толщиной соединяемых элементов. Расстановка нагелей в соединениях может быть прямой или в шахматном порядке.

В качестве накладок более эффективно использовать не металлические, а деревянные накладки.

При соблюдении расстановки нагелей расчетная несущая способность одного среза нагеля Т определяется только из условий изгиба нагеля и смятия древесины нагельного гнезда в обоих прилегающих к шву элементах. Теоретически нагель, как уже указывалось, рассматривают как балку, лежащую на упругом или упругопластическом основании, за которое принимают древесину соединяемых элементов. В основу расчета могут быть положены различные теоретические предпосылки, характеризующие само основание, режимы нагружения, особенности деформирования во времени и другие факторы.

Недостатки использования цилиндрических нагелей:

- нагели ослабляют соединяемые элементы,

- не менее ¼ стержневых нагелей выполняют в виде болтов или шпилек.

Пластинчатые нагели.

Применяются в соединениях по сплачиванию элементов, вставляются в заранее прорезанные гнезда.

Для изготовления нагелей используют твердые породы древесины.

Нагели работают на поперечный изгиб (в местах на смятие).

Расстановка нагеля:

а) α=90^о, произойдет скалывание,

б) α=0^о, произойдет скалывание,

в) наилучший вариант, т.е. направление волокон пластинчатых нагелей обязательно должно быть перпендикулярно шву сплачивания.

Перед постановкой нагель высушивается (W=(4÷6)%).

Несущая способность пластинчатого нагеля на смятие:

Несущая способность пластинчатого нагеля на изгиб:

Размеры нагеля подбираются так, чтобы Т_см=Т_и :

В целях безопасности на скалывание древесины соединяемых элементов шаг между нагелями принимается не менее 9δ.

Дополнительно к пластинчатым устанавливают цилиндрические нагели.

Современный вид:

Нагель представляет собой крестовой металлический элемент. Работа на контактное смятие лучше, т.к. нагрузка распределяется равномерно.

Гвоздевые соединения.

Гвозди в соединениях сдвигаемых деревянных элементов работают как нагели. Их обычно забивают в древесину без предварительного просверливания. Диаметр гвоздей, забиваемых в цельную древесину, не превышает 6мм 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 не вводится, т.е. k_α=1.

При увеличении диаметра увеличивается скалывающее напряжение, поэтому для больших диаметров древесина соединяемых элементов просверливается. Несущая способность гвоздей, вставленных в предварительно просверленные отверстия выше, чем у гвоздей, вбитых в цельную древесину. В таком случае гвозди принято называть тонкими нагелями и их расчет полностью совпадает с расчетом цилиндрических нагелей.

Определение глубины защемления гвоздя:

При определении расчетной длины защемления кон­ца гвоздя в последней непробиваемой насквозь доске не следует учитывать часть длиной 1,5d. 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 4d, 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 1,5d.

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 не менее S₁=15d при толщине пробиваемого элемента c≥10d (толстый пакет); S₁=25d при толщине пробиваемого элемента c=4d (тонкий пакет). Для промежуточных значений толщины элемента наименьшее расстояние следует определять по интерполя­ции.

Для элементов, не пробиваемых гвоздями насквозь, расстояние между осями гвоздей следует принимать независимо от их толщины S₁≥15d. Расстояние вдоль во­локон древесины от оси гвоздя до торца элемента во всех случаях надо брать не менее S₁=15d.

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.

Преимущества гвоздей:

- не нужно сверлить отверстия,

- сечения элементов соединения гвоздями не ослабляются.

Недостатки гвоздей:

- сдвиговая жесткость

,

т.е. заметная ползучесть при длительно действующих нагрузках.

- гвозди используются только для соединения досчатых элементов.

Соединения на металлических зубчатых пластинах (мзп).

Для узловых соединений дощатых элементов в по­следнее время нашли применение металлические зуб­чатые пластинки (МЗП). Наибольшее распространение в зарубежной практике строительства получили МЗП системы «Gaing-nail».

МЗП представляет собой стальные пластинки толщи­ной 1—2 мм, на одной стороне которых после штампов­ки на специальных прессах получаются зубья различной формы и длины. МЗП ставят попарно по обе стороны соединяемых элементов таким образом, чтобы ряды МЗП располагались в направлении волокон присоеди­няемого деревянного элемента, в котором действуют на­ибольшие усилия.

В нашей стране применяют соединения на металли­ческих зубчатых пластинках типа МЗП-1,2 и МЗП-2. Изготовление конструкций должно производиться на специализированных предприятиях или в деревообра­батывающих цехах, оснащенных оборудованием для сборки конструкций, запрессовки МЗП и контрольных испытаний конструкций. Ручная запрессовка МЗП не­допустима.

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.

Антикоррозионную защиту МЗП выполняют оцинковкой или покрытиями на основе алюминия.

При установке пластина накладывается на соединяемые элементы и затем прессуется. Зубья загибаются под углом 90⁰. Несущая способность зависит от углов:

α – направление действия усилия по отношению к волокнам,

β – угол наклона самого зубца по отношению к волокнам.

Преимущества МЗП: быстрота изготовления соединения; наименьшие затраты.

Недостаток: ограничение в несущей способности.

Коннекторы на цилиндрических нагелях.

Нагельные пластины устанавливаются на соединяемые элементы, после чего под действием пресса вдавливаются.

Повышаются конструктивные качества одного гвоздя:

- увеличивается диаметр до 6-10 мм,

- уменьшается расстояние между нагелями, S₁↓ до 6d.

При групповом внедрении резко снижается раскалывающее усилие. Увеличивается несущая способность.

Ориентация нагеля:

Сборка идет как металлические конструкции. Относительная несущая способность не уступает прочности цельной древесины.

Основы расчета составных стержней на механических (податливых) связях сдвига.

Податливостью называется способность связей при деформации конструкций давать возможность соединенным 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.

Целью является определение степени влияния деформаций механических средств соединения, воспринимающих сдвигающие усилия в плоскости соединения на работу стержней при основных видах силовых воздействий.

1) элемент целого сечения

,

2) стержень-пакет (т.е. без связей)

δ_0i – смещение относительно исходного положения.

Δ₀ =∑δ_0i, ,

Напряжение выше, чем в элементе целого сечения, поэтому необходимо ставить связи.

3) составной стержень

- жесткость, где

Т_с – расчетная несущая способность,

δ_с – расчетная деформация от усилия Т_с.

σ_п – напряжение в соединении на податливых связях.

, где

, где

k_w – коэффициент, учитывающий влияние податливых связей на величину момента сопротивления.

- момент сопротивления составного сечения.

Чем больше связей, тем меньше торцевые деформации δ_соi.

По СНиП «Деревянные конструкции» таб. 13 k_w зависит от соединяемых элементов и от длины стержня, т.е. .

┌────────────────────┬──────────┬───────────────────────────────────────┐

│ Обозначение коэф- │ Число │Значение коэффициентов для расчета │

│ фициентов │ слоев в │изгибаемых составных элементов при │

│ │ элементе │пролетах, м │

│ │ ├──────┬────────┬───────┬───────────────┤

│ │ │ 2 │ 4 │ 6 │ 9 и более │

├────────────────────┼──────────┼──────┼────────┼───────┼───────────────┤

│ │ 2 │ 0,7 │ 0,85 │ 0,9 │ 0,9 │

│ k_w │ 3 │ 0,6 │ 0,8 │ 0,85 │ 0,9 │

│ │ 10 │ 0,4 │ 0,7 │ 0,8 │ 0,85 │

├────────────────────┼──────────┼──────┼────────┼───────┼───────────────┤

│ │ 2 │ 0,45 │ 0,65 │ 0,75 │ 0,8 │

│ k_I │ 3 │ 0,25 │ 0,5 │ 0,6 │ 0,7 │

│ │ 10 │ 0,07 │ 0,2 │ 0,3 │ 0,4 │

│ │

│ Примечание. Для промежуточных значений величины пролета и числа│

│слоев коэффициенты определяются интерполяцией. │

└───────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

Это справедливо при h = const, для равномерно распределенной нагрузки, E_i=const.

В соответствии с рекомендациями:

, ,

зависит от числа связей.

Если высота и жесткость элементов соединения одинаковая, то .

Прогибы:

f₀ – для стержня-пакета.

, .

I₀ в 4 раза меньше I, следовательно прогиб в 4 раза больше.

В соединениях со связями:

, где

I – момент инерции целого сечения,

k_I – коэффициент, учитывающий влияние податливости связей на величину момента инерции.

По приведенной выше таблице из СНиП «Деревянные конструкции» определяется k_I.

По рекомендации:

,

Если высота элементов соединения одинаковая, то .

Определение числа связей сдвига:

, где

Т_с – несущая способность одной связи,

Т_l/2 – суммарная сдвигающая сила действующая на половине плоскости соединения.

,

, .

В составных стержнях:

, где

Т_с – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения сдвигающей нагрузки.

По СНиП «Деревянные конструкции»:

Расчет составных стержней при основных видах силового воздействия.

Расчет стержней при поперечном изгибе:

I.

1. Прочность нормальных сечений.

k_w –коэффициент, учитывающий влияние податливости связей.

,

Если h_i=const, то

2. Устойчивость плоской формы деформирования.

, , где

k_ф – коэффициент, учитывающий форму эпюры изгибающего момента (зависит от вида закрепления и вида силового воздействия).

3. Расчет по сдвигающим напряжениям.

n_c – число связей на полной длине.

, где

Т_п – суммарная сдвигающая сила на полной длине плоскости соединения составного стержня при принятом числе связей n_c.

k_Т – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения усилий между связями сдвига (k_Т=1,0…1,5).

Т_l/2 – сдвигающая сила на половине длины целого сечения.

- разгружающий момент

II.

k_f – коэффициент, зависящий от вида нагрузки и граничных условий,

k_I - коэффициент, учитывающий влияние податливости связей на величину момента инерции I.

,

Если h_i=const, то .

Расчет составных стержней при центральном сжатии.

I. Расчет по первой группе предельных состояний.

1. Расчет прочности

а) все элементы стержня загружаются силой (т.е. являются опорными)

б) стержни с частично опертыми элементами

Рассматриваем случай а).

I. Расчет по первой группе предельных состояний.

1. Расчет прочности

А_нетто=А-А_ослаб

2. Расчет на устойчивость.

у-у:

- расчетная длина относительно оси У,

- геометрическая длина,

- коэффициент приведения длины.

В данном случае, поскольку никаких деформаций при изгибе относительно оси У не происходит, моменты инерции не изменяются и расчет составного стержня аналогичен расчету целого стержня.

, если λ>70

, если λ<70

z-z: , ,

, если λ_zn>70

, если λ_zn<70

По СНиП «Деревянные конструкции»:

, где

- коэффициент приведения гибкости.

, где

n_w – число плоскостей сплочения,

n_с – число связей на длине в 1 п.м.,

l_о – расчетная длина.

Случай б):

Влияние податливости определяется за счет изменения расчетной площади сечения.

о- опорное,

н.о.- неопорное.

k_A – коэффициент, учитывающий влияние податливости на площади поперечного сечения.

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.

I.

1. Расчет прочности

- учитывает влияние деформационных приращений деформационного момента.

,

Ψ – коэф., зависящий от вида нагружения и граничных условий.

При определении критической силы пользуются выражением для определения продольного изгиба, определяемый для упругой стадии расчета (см. расчет на центральное сжатие).

2. Расчет на устойчивость (плоская форма деформирования).

Осуществляется аналогично расчету стержней целого сечения за исключением изменения момента сопротивления.

3. Расчет прочности средств соединения.

II. Расчет по деформациями.

Клеевые соединения.

Требования, предъявляемые к клеевым соединениям:

1) Прочность клеевых соединения не должна уступать прочности древесины на скалывания вдоль волокон и на растяжение поперек волокон.

2) Жесткость не должна уступать жесткости древесины.

Технические требования:

1) Жизнеспособность клея, т.е. должен быть временной период от жидкого состояния до начала схватывания.

2) Клей должен быстро набирать прочность.

3) Клей не должен быть токсичным.

Эксплуатационные требования:

1) Клеевые соединения должны быть достаточно водостойки.

2) Клеевые соединения должны сопротивляться солнечному, биологическому воздействиям.

Виды связующих:

- Фенолформальдегидные (СП2 – горячего отвердения, КБ3 – горячего отвердения).

Дешевые, но имеют повышенную токсичность.

- Резорциновые (ФР12)

Клей на таком связующем имеет наилучшие качества, но является наиболее дорогим.

- Алкилрезорциновые (ФР100).

- Фенолрезорциновые (ФРФ50).

- Карбамидные (КФ5, КФЖ, КФБЖ).

Клей на таком связующем неводостойкие.

- Эпоксидное (ЭПЦ).

Такой клей имеет маленькую жизнеспособность.

Выбор клея зависит от условия эксплуатации.

┌─────────────────────────────────────────┬─────────────────────────────┐

│Материалы, склеиваемых элементов и усло- │Типы и марки клеев │

│вия эксплуатации │ │

├─────────────────────────────────────────┼─────────────────────────────┤

│1. Древесина и древесина с фанерой в кон-│Резорциновые и фенольно-ре- │

│ струкциях для всех условий эксплуата- │зорциновые (ФР-12, │

│ ции, кроме Г1, Г2, Г3 │ТУ 6-05-1748-75, ФРФ-50, │

│ │ТУ 6-05-281-14-77) │

│ │ │

│2. То же, кроме А1, Б1, В1, Г1, Г2 и Г3 │Алкилрезорциновые и феноль- │

│ │ные (ФР-100, ТУ 6-05-1638-78;│

│ │ДФК-1АМ, ТУ 6-05-281-7-75; │

│ │СФЖ-3016, ГОСТ 20907-75; │

│ │СФХ, ТУ 6-05-281-12-76) │

│ │ │

│3. То же, для условий эксплуатации А2 и│Карбамидно-меламиновые │

│Б2 │(КС-В-СК, │

│ │ТУ 6-05-211-1006-75) │

│ │ │

│4. То же, для условий эксплуатации А2 │Карбамидные (КФ-5, КФ-Ж, │

│ │КФ-БЖ, ГОСТ 14231-78) │

└─────────────────────────────────────────┴─────────────────────────────┴

Порядок технологических операций по созданию дощато-клеевых деревянных конструкций:

1. Склеивать можно доски толщиной не более 50мм, чем тоньше доска, тем меньше деформации.

Характер распределения собственных внутренних нормальных и касательных напряжений поперек волокон:

2. Высушивание.

3. Острожка досок по боковой поверхности.

Является подготовкой для склеивания, а также предназначена для сортировки по качеству.

4. Сортировка по качеству.

Пороки древесины вырезаются.

Затем торцы досок обрабатываются на зубчатый стык. Зубья вырезаются с целью увеличения площади контакта. Уклон зубьев выполняется величиной 1:7.

5. Стыковка всех элементов по длине.

6. Повторная механическая обработка (острожка).

Производится с целью выравнивания толщины склеенного элемента по всей длине.

7. Формирование пакета.

8. Нанесение клея.

9. Запрессовка пакета.

Заключается в приложении большого усилия сжатия по всей длине.

а) гвоздевая запрессовка,

б) прессы,

в) пневматическая запрессовка.

10. Технологическое выдерживание.

Для разных конструкций и разных клеев выдерживание от 2 до 20 часов. При этом конструкцию можно подогревать, что уменьшит время выдержки. Для некоторых клеев подогрев обязателен.

11. Механическая обработка боковых поверхностей.

Так как во время склеивания пакета элементы могут сместиться друг относительно друга, вследствие чего сечение пакета по длине будет разным.

12. Защитная обработка изделия.

Из-за высокой стоимости клея и больших трудо- и энергозатрат клеевые конструкции являются весьма дорогостоящими. Поэтому эти конструкции находят свое применение в зданиях с повышенной ответственностью.

Особенности расчета.

Вследствие достаточно высокой прочности клеевых соединений, расчет клеевых конструкций производится как расчет элементов целого сечения. Но при этом добавляются три коэффициента:

- m_б – коэффициент, который определяется в зависимости от размеров поперечного сечения элемента,

- m_сл – коэффициент, определяемый в зависимости от толщины склеенных досок.

Чем меньше толщина отдельного элемента сечения, тем меньше вероятность попадания ослаблений в данном сечении.

- m_гн <1 – коэффициент, зависящий от соотношения радиуса кривизны и толщины доски.

Специальные средства соединения клеевых конструкций.

1. Клей, металлические шайбы.

- несущая способность одного болта.

Шайба представляет собой металлическую пластинку, которая приклеивается к деревянному соединяемому элементу.

- количество болтов.

- площадь клеевого шва.

A- площадь шайбы

A=l·h

Вместо R_ск используется среднее R_{ск ср}, в виду неравномерности сдвигающих напряжений по шайбе.

, где

β – коэффициент, зависящий от вида скалывания,

l- длина шайбы,

e – эксцентриситет скалывающей силы.

2. Сопряжение на клее и стержнях.

- несущая способность одного болта при равномерном распределения усилий.

- несущая способность одного болта при неравномерном распределения усилий.

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения усилий и определяется соотношением к .

Долговечность древесины и деревянных конструкций.

1. Гниение древесины. Средства защиты от гниения.

Разрушение древесины вследствие жизнедеятельности грибов называется гниением.

Грибы разделяются на лесные, биржевые (складские), домовые. Гниение протекает при температуре от +3 до +45^оС. Оно начинается при средней влажности древесины не ниже 18-20%. Для возникновения гниения необходимо начальное увлажнение древесины до появления в ее полостях капельно-жидкой влаги, последующее же увлажнение происходит в результате химического разложения древесины при участии гриба. Под водой из-за отсутствия доступа воздуха гниение прекращается. Возможность гниения исключена, если в сооружении поддерживается такой температурно-влажностный режим, при котором влажность древесины составляет не более 20%.

Доступ воздуха является одним из условий развития гниения, которое может происходить даже при незначительном воздухообмене. Однако при интенсивном воздухообмене древесина высушивается, что отрицательно сказывается на гниение.

Биохимический процесс разрушения древесины деструктивной гнилью состоит из двух этапов:

1-ый – осахаривание целлюлозы под действием кислых ферментов, выделяемых клетками гриба, с получением водорастворимой глюкозы

2-й – окисление глюкозы в результате жизнедеятельности гриба

Таким образом, для 1-го этапа требуется некоторое начальное количество воды. На 2-ом этапе из воздуха потребляется кислород, а выделяется вода и углекислый газ, причем воды выделяется в шесть раз больше, чем требуется на 1-ом этапе, т.е. происходит самоувлажнение древесины.

Меры борьбы.

В строительной практике находит применение как конструкционная, так и химическая защита деревянных конструкций от биологических вредителей. Все защитные мероприятия должны носить планомерный характер.

1) Конструктивные меры.

Суть конструктивных 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 здании, соприкасающихся с древесиной, а также в результате увлажнения конден­сатом.

Конструкционные мероприятия по борьбе с недопус­тимым увлажнением древесины при эксплуатации сле­дующие:

- предотвращение увлажнения атмосферными осадка­ми увеличением свесов крыши, надлежащим отводом во­ды с крыш, устройством достаточно большого (не менее 30 см) разрыва между поверхностью грунта и нижней отметкой расположения деревянных элементов здания для предотвращения увлажнения брызгами падающей сверху воды и др. Деревянная наружная обшивка долж­на быть по возможности водонепроницаемой, причем при выпадении осадков вода не должна попадать в обшивку и скапливаться там;

- удаление влаги из сырых помещений (что в первую очередь касается подполий). Сюда входит обеспечение достаточно хорошей вентиляции с тем, чтобы средняя относительная влажность воздуха в них была по воз­можности ниже. Для этой цели необходимо иметь опре­деленное число приточных и вытяжных вентиляционных отверстий (продухов). По поверхности грунта рекомен­дуется устраивать гидроизоляцию. При прямом воздей­ствии влаги на деревянные элементы в сырых помеще­ниях, например в душевых, поверхность этих элементов должна быть защищена гидроизоляционным покрытием;

- защита древесины от увлажнения капиллярной вла­гой, поступающей из соприкасающихся с ней частей зда­ния, устройством гидроизоляции. 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.;

- борьба с образованием конденсата состоит в следу­ющем. Многослойные ограждающие строительные кон­струкции и их элементы должны иметь такой порядок расположения слоев и их толщину, чтобы устранить воз­можность скопления конденсата. При проектировании не­обходимо осуществлять поверочный теплотехнический расчет ограждающих конструкций;

- предотвращение увлажнения древесины бытовой влагой, сводящееся к содержанию в надлежащем состоянии систем водоснабжения и канализации (отсутствие про­течек), просушке помещений после мытья полов и т. д.

К конструктивным мероприятиям по борьбе с гние­нием следует отнести правильный подбор породы древе­сины для изготовления соответствующих деревянных кон­струкций или элементов.

2) Химическая обработка.

Химические средства для защиты древесины от био­вредителей называются антисептиками, причем химиче­ские средства, предназначенные для защиты древесины от поражения грибами, называются фунгицидами, а от поражения насекомых — инсектицидами. Защитные сред­ства изготовляются на основе неорганических (соли) и органических соединений. Водорастворимые средства для защиты древесины поставляются в виде солей, сухих смесей солей или паст. Как правило, для химической за­щиты древесины используют водные растворы солей. Органические вещества применяют в сочетании с органи­ческими разбавителями или растворителями, а также с соответствующими добавками, например пигмента, ста­билизатора, эмульгатора и т. д.

Маслянистые защитные средства (каменноугольное масло, антраценовое и т.д.) помимо масел содержат растворитель и другие добавки. Как правило, маслянис­тые средства из-за их специфического запаха используют для защиты деревянных конструкции и деталей, экс­плуатирующихся на открытом воздухе или в воде. На­пример, для защиты древесины от морских древоточцев применяют пропитку креозотовым маслом.

Согласно СНиП 111-19-75, химические средства, при­меняемые для защиты деревянных конструкций от био­вредителей, разделяются на: а) влагозащитные лаки и эмали; б) антисептические водные и маслянистые пропи­точные составы и насты.

Выбор средств для биологической защиты древесины осуществляется с учетом условий эксплуатации деревян­ных конструкций или элементов (на открытом воздухе, в закрытых помещениях и т. д.), назначения защитного средства, а также способа защитной обработки древеси­ны (нанесение кистью, роликом или напылением, окуна­ние, пропитка под давлением и т. д.), химической совме­стимости защитных средств с другими материалами.

При повторной защитной обработке деревянных конструкций выбор защитного средства зависит также от химической совместимости вновь используемого защитного средства с примененным ранее. Если для защитной обработки при­менялись водорастворимые составы (соли), то для по­вторной обработки пригодны органические средства. Од­нако если при предшествующей обработке древесины использовались маслянистые составы, то последующая обработка древесины водными растворами солей невоз­можна из-за гидрофобных свойств масла.

Способы защиты 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%.

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. Такой способ используют для защиты готовых, например клееных, конструкций. Толщина за­щитного слоя 0,3—1 мм.

К поверхностной обработке древесины относится также панельный способ, разработанный Сенежской ла­бораторией консервирования древесины специально для защиты деревянных памятников архитектуры. Пропитку проводят непрерывным пропусканием пропиточного рас­твора по поверхности объекта защиты, плотно покрыто­го пропиточной панелью, состоящей из двух слоев: на­ружного из полиэтиленовой пленки или целлофана и внутреннего из фильтровальной бумаги, беленой целлю­лозы или хлопчатобумажной ткани типа бязи. Продол­жительностью пропитки и концентрацией раствора определяют глубину защитного слоя, которая колеблет­ся от 3 до 5 мм.

Использование для защиты древесины такого не­сложного способа пропитки, как вымачивание материа­ла в ваннах с защитным средством, позволяет механизи­ровать защиту применением конвейеров (с принудитель­ным погружением пиломатериалов) или автопогрузчиков (при пакетном способе пропитки). Ванны снабжают противовсплывным устройством, уровень раствора дол­жен быть выше уровня материала на 100 мм, пиломате­риалы и заготовки укладывают на прокладки. Глубина пропитки зависит от температуры, концентрации раство­ра и времени выдержки и должна быть не менее 3 мм.

Для увеличения глубины пропитки применяют пред­варительный прогрев материала и затем осуществляют выдержку его в ванне с раствором антисептика при нор­мальной температуре (способ горячехолодных ванн). Сущность этого способа состоит в том, что при нагреве в древесине возникает избыточное давление, в резуль­тате чего паровоздушная смесь вытесняется из поверх­ностных слоев материала. При охлаждении в древесине (из-за конденсации пара) возникает разрежение, и рас­твор в результате разности давлений всасывается в материал.

Материал часто прогревают в ваннах водорастворимыми антисептиками при температуре 90—95⁰ С( в течение от 30 мин до 10 ч, затем древесину помещаю в ванну с раствором при температуре 20 °С. Максимальная глубина пропитки при этом может достигать 10 мм.

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 вакуумирования, подают пропиточную жидкость, после чего снимают вакуум и древесину выдерживают в растворе 5—30 мин. В результате перепада давлений жидкость проникает в древесину. После пропитки в емкости создают осушающий вакуум в течение 10—15 мин. Глубина пропитки такая же, как по способу горячехолодных ванн (до 10 мм), время пропитки сокращается до 1 ч.

Глубокую пропитку можно получить при использовании автоклавного способа под давлением выше атмосферного (вакуум—давление—вакуум). Этот способ пропитки позволяет ввести в древесину максимальное количество пропиточного состава на наибольшую глубину, и часто применяют для глубокой пропитки древесины антипиренами. Древесину помещают в автоклав, где создается вакуум 0,07—0,085 МПа на 15—60 мин. Затем вводят пропиточный состав и создают давление 0,8—1,4 МПа либо до полной пропитки материала либо до заданной глубины пропитки, что определяется взятием проб. После пропитки создают вакуум 0,07—0,085 МПа в течение 40 мин для подсушивания материала.

Качество пропитки определяют взятием проб и вычислением величины поглощения защитного вещества и глубины пропитки по окрашиванию древесины самим веществом или индикатором на него.

Огнестойкость. Горение. Средства защиты.

Зависимость прочности элементов от температуры пожара:

Во время пожара незащищенные металлические или железобетонные конструкции быстро теряют прочность и внезапно ломаются, в то время как деревянные массив­ные конструкции очень медленно теряют свою несущую способность. На рисунке показаны температурная кри­вая (1) и изменение прочности деревянного (2) и сталь­ного (3) элементов одинаковой несущей способности в условиях пожара. Под действием температуры деревян­ный элемент (кривая 1) главным образом благодаря своей низкой теплопроводности значительно медленнее теряет прочность, чем металлический элемент (кривая 2). В течении 20 мин, когда температура пожара достиг­нет 800 °С, деревянный элемент размером 50х100 мм сохраняет 40 % своей начальной прочности, в то время как металлический элемент всего лишь 10 %. Чем боль­ше размеры деревянного элемента, тем выше его огне­стойкость.

Таким образом, следует выделять различные степени огнестойкости зданий и сооружений, которые определя­ются пределами огнестойкости основных строительных конструкций и пределами распространения огня по этим конструкциям.

Огнестойкостью называется способность строитель­ных элементов и конструкций сохранять несущую спо­собность, а также сопротивляться образованию сквозных отверстий, прогреву до критических температур и рас­пространению огня. Предел огнестойкости определяется временем (в часах или минутах) от начала огневого стандартного испытания образцов до возникновения одного из предельных состояний элементов и конструк­ций. Предельное состояние конструкций характеризует­ся несущей способностью, теплоизолирующей способно­стью (по повышению температуры на необогреваемой поверхности) и плотностью.

При огневых испытаниях температурное воздействие характеризуется зависимостью

, где

t- время от начала испытания, мин; Т- температура в печи за время t;

Т₀ –температура до теплового воздействия.

Предел огнестойкости де­ревянных конструкций прямоугольного сечения можно определить расчетом по прочности и устойчивости. Уста­новлено, что в условиях пожара древесина сгорает с по­стоянной скоростью, которая зависит от размеров и фор­мы сечения и колеблется в пределах 0,7—1,8 мм/мин. Обуглившийся наружный слой, имея очень низкий коэф­фициент теплопроводности (в 4 раза меньше, чем у дре­весины), препятствует проникновению тепла и кислорода в зону горения и тем самым защищает центральную часть элемента от возгорания. Толщину слоя, который может сгореть за определенное время, рассчитывают по формуле

, где

V₀ — скорость обугливания, мм/мин; τ_n— время огневого воздей­ствия, мин; τ_n =Пр— τ_о; Пр—предел огнестойкости конструкции; τ_о —время возгорания; для незащищенной древесины равно 3 мин.

Расчет по прочности и устойчивости положения дере­вянных конструкций при заданной огнестойкости произ­водится на действие нормативных нагрузок с учетом сечения, которое осталось после поверхностного сгора­ния. При этом к расчетным характеристикам древесины вводятся понижающие коэффициенты, которые зависят от вида напряженного состояния.

Строительные материалы по возгораемости подраз­деляются на три группы: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Группы возгораемости материалов устанав­ливают при стандартных испытаниях. Сущность таких испытаний состоит в определении признаков возгораемо­сти образцов материала диаметром 45 мм, высотой 50 .мм, объемом 80 см3 при действии температуры 800— 850 °С в течение 20 мин.

За предел распространения огня принимается раз­мер поврежденной зоны образца в плоскости конструкции от границы зоны нагрева перпендикулярно к ней до наиболее удаленной точки повреждения (обугливание или выгорание) для вертикальных конструкций — вверх, для горизонтальных — в каждую сторону.

По этим испы­таниям незащищенная древесина относится к группе сгораемых материалов, поэтому необходимо применять меры защиты древесины, переводящие ее в группу трудносгораемых материалов, а также соблюдать конструк­ционные мероприятия, повышающие предел огнестойко­сти деревянных конструкций.

Средства защиты:

1) Конструктивные:

- увеличение размеров поперечного сечения,

- увеличение сплошности сечения,

- членение здания на отдельные блоки с помощью кирпичных и бетонных перегородок в поперечном и продольном направлении,

- использование древесины в сочетании с огнестойкими конструкциями из других материалов.

2) Химические.

Заключаются в использовании антипиренов.

- водорастворимые (сернокислый аммоний, фосфорнокислый аммоний).

- лаки, краски, эмали.

Изолируют древесину от воздуха.

Расчет по I предельному состоянию производится на действие нормативных нагрузок.

Достоинства и недостатки древесины. Область использования древесины.

Достоинства:

1) повышенная относительная прочность,

2) восполняемый природный материал (500-550 млн. в год),

3) технологичность (т.е. легко обрабатываемый материал),

4) архитектурные достоинства,

5) повышенная огнестойкость,

6) повышенная химическая стойкость,

7) радиопрозрачность.

Недостатки:

1) наличие таких видов воздействия, которым древесина сопротивляется недостаточно (вследствие анизотропии строения).

Древесина слабо работает на растяжение поперек волокон.

2) неоднородность строения, вследствие чего расчетные характеристики снижены,

3) повышенная деформативность деревянных конструкций,

У древесины очень маленькая величина модуля сдвига.

4) подверженность гниению,

5) горючесть,

6) ограниченность сортамента.

Область целесообразного использования деревянных конструкций:

1) сооружения повышенного пролета (ориентация на клееные конструкции),

2) жилищное строительство (котеджного типа),

3) промышленные, складские сооружения ограниченного пролета,

4) объекты химической промышленности, специальные сооружения.

Плоские несущие деревянные конструкции.

Настилы и обрешетка.

Настилы являются несущими элементами ограждающих деревянных покрытий. Настилы из досок применяют в покрытиях в виде сплошной конструкции или обрешетки под кровли разных типов.

1- одинарный дощатый настил,

2- двухслойный настил.

Однослойный настил применяется под кровлю из нескольких слоев рубероида. Доски крепятся гвоздями, и при этом каждая из них работает отдельно.

В двухслойном настиле нижний слой досок укладывается под углом, образуя сплошную поверхность, обеспечивает совместную работу всех досок настила, распределяет сосредоточенные нагрузки. При таких настилах прогоны не будут работать на косой изгиб, в отличие от одинарных настилов.

Особенности расчета дощатых настилов.

Вне зависимости от длины доски для расчета принимается двухпролетная схема при двух сочетаниях нагрузки.

2 варианта нагружения:

P – снеговая нагрузка,

g – собственный вес.

Во втором варианте р – монтажная нагрузка.

2)

Настилы представляют собой изгибаемый элемент.

I.

В одинарном настиле M_max определяется от нагрузки, приложенной к одной доске.

В двухслойном настиле M_max определяется от нагрузки, приложенной на ширине 0,5м и W увеличивается на 15%.

Для 1-ого варианта нагружения принимается нормативное значение R_и.

Для 2-ого варианта нагружения R_и корректируется коэффициентом m_н=1,2 который учитывает кратковременные нагрузки.

II. Расчет по деформациям.

Прогиб определяется только для 1-ого сочетания нагрузок.

, где

q=g+l

f_доп=(1/150)l

Система деревянных прогонов.

Прогоны покрытия цельного сечения выполняются из досок на ребро, брусьев и бревен, окантованных с обеих сторон. Разрезные прогона более просты в изготовлении и монтаже, но требуют большого расхода древесины. Они стыкуются на опорах, впритык, на накладках или в разбежку. В консольно-балочных и неразрезных прогонах из спаренных досок стыки устраиваются в пролете.

Расчетными нагрузками являются собственный вес и снеговая нагрузка.

Для разрезной схемы:

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 опоры x=0,15l (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.

Неразрезные прогоны состоят из двух рядов досок, поставленных на ребро и соединенных гвоздями, забиваемыми конструктивно с шагом 50см. Каждый ряд досок выполнен по схеме консольно-балочного прогона с последовательным расположением стыков, но первый ряд не имеет стыка в первом пролете, а второй ряд досок – в последнем пролете.

Если шарниры расположить на расстоянии от опор х=0,21l, то получиться равнопрогибное решение, при котором максимальные прогибы во всех пролетах, кроме крайних, будут одинаковыми. При уменьшении крайних пролетов до 0,79l, то прогибы в этих пролетах будут равны прогибам в остальных пролетах.

Стыки выполняют там, где момент равен 0.

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 определяется исходя из того, что поперечная сила, приходящаяся на один ряд досок:

, , откуда , где

Т_гв – несущая способность одного гвоздя.

Недостатком таких прогонов является малая изгибная жесткость в плоскости ската.

Конструктивный расчет производится по методике расчета целых сечений при поперечном изгибе. В тех случаях, когда жесткость покрытия в плоскости ската не велика (одинарный настил), то прогон считается на изгиб в двух направлениях. Если жесткость достаточна, то расчет производится только в одном направлении.

Панели (плиты покрытия).

Дощатые панели.

Верхний настил представляет собой дощатый настил.

Ребра – прогоны с разрезной схемой.

Все элементы дощатой панели работают отдельно.

Конструирование и расчет см. выше.

Панели типа АКД (асбестоцементные плиты + деревянный каркас).

Нижний пояс – плоские асбестоцементные листы, верхний – волнистые.

Панели могут изготовляться утепленными или не утепленными.

Волнистые листы подбираются таким образом, чтобы они выдерживали снеговую и монтажную нагрузку.

Сборка панели начинается с установки каркаса, после чего на него укладывается волнистые листы.

Волнистая форма листов обеспечивает хорошее проветривание, но они являются опасными для здоровья и пожароопасные. Вследствие чего их заменяют на пластмассовые или металлические.

Ребра каркаса панели могут цельного сечения, составного или клееного.

В работу на пролет вступают только продольные ребра.

I.

1.

1) , где

W_нетто определяется для целого сечения,

k_wi – коэффициент, учитывающий влияние податливости связей на величину момента сопротивления.

, где

- взаимное торцевое смещение составляющих элементов по плоскости соединения,

- взаимное торцевое смещение составляющих элементов по плоскости соединения для стержня-пакета (т.е. при отсутствии связей).

2)

R_и умножается на коэффициент m_сл

- m_б – коэффициент, который определяется в зависимости от размеров поперечного сечения элемента,

- m_сл – коэффициент, определяемый в зависимости от толщины склеенных досок.

2. Расчет устойчивости плоской формы деформирования не производится, т.к. ребра закреплены волнистыми листами и наклонными ребрами.

3. Расчет по сдвигающим напряжениям.

1) расчет по сдвигающим напряжениям принимает форму проверки прочности принятого числа связей сдвига, на половине длины.

n_с – число связей сдвиг на половине длины.

- суммарная сдвигающая сила на половине длины.

, где

- суммарная сдвигающая сила на половине длины стержня целого сечения,

- учитывает влияние податливости связей на величину сдвигающей силы,

k_Т – учитывает неравномерность распределения усилий между связями сдвига.

II.

k_f – коэффициент, зависящий от граничных условий и вида нагружения.

1)

- учитывает влияние податливости связей на величину момента инерции.

2) Формула остается неизменной, но при этом момент инерции рассчитывается с учетом острожки досок после склеивания.

Клеефанерные панели.

Панели покрытий состоят из деревянного несущего каркаса и фанерных обшивок, соединенных с каркасом водостойким клеем в одно целое, и образующих коробчатое сечение. Для их изготовления применяют фанеру повышенной водостойкости, и фанеру бакелизированную.

Целесообразность применения клеефанерных панелей определяется малой массой при высокой несущей способности, что обеспечивается совмещением в фанерной обшивке ограждающих и несущих функций как поясов панели, так и настила, который воспринимает местную нагрузку. Клеефанерные панели являются жесткой коробчатой конструкцией, которая состоит из дощатых ребер толщиной после острожки 33 или 43мм и фанерных обшивок толщиной не менее 8мм. При необходимости ребра можно делать клееными.

Клеефанерными панелями можно перекрывать пролеты 3-6м, а если их ребра клееные – более 6м. Ширину панели делают равной ширине фанерного листа с учетом обрезки кромок для их выравнивания. Высота панели обычно составляет 1/30 – 1/40 пролета. Волокна наружных шпонов должны быть направлены вдоль оси панели, так как при этом создается возможность, во-первых, стыковать фанерные листы по длине «на ус» и, во-вторых, лучше использовать прочность фанеры.

Количество продольных ребер определяют в основном по условию расчета на изгиб поперек волокон наружных шпонов верхней фанерной обшивки при действии сосредоточенной расчетной нагрузки. Учитывая сопротивление повороту в опорных сечениях верхней обшивки со стороны ребер, можно в качестве расчетной схемы при расчете на временную сосредоточенную нагрузку принять балку с обоими защемленными концами.

Из плоскости работает настил длиной 50мм.

,

α=(90; 0) в зависимости от ориентации фанеры по отношению к ребрам.

Клеефанерные конструкции рассчитывают с учетом различных модулей упругости древесины и фанеры по приведенным геометрическим характеристикам, причем приводят к тому материалу элемента конструкции, в котором находят напряжения.

Момент инерции:

Момент сопротивления:

, где у_н и у_в – расстояния от нейтральной оси до нижней и верхней граней обшивки.

Учитывая неравномерность распределения нормальных напряжений по ширине панели I_пр находится от приведенной ширины в=L/а.

I.

1.

- коэффициент продольного изгиба пластинки опертой по двум сторонам.

- коэффициент, учитывающий снижение прочности стыка на ус по сравнению с прочностью целой фанеры.

2. Расчет устойчивости плоской формы деформирования не производится.

3. Расчет на сдвигающие напряжения.

1- S_пр – приведенный статический момент фанеры относительно геометрической оси панели,

2 - S_пр – приведенный статический момент фанеры и половины ребра относительно геометрической оси панели.

Статический момент:

II.

- приведенный к фанере.

Умножением на 0,7, понижаем изгибную прочность на 30%.

Балки.

- Цельного сечения (прогоны)

- Составного сечения на механических связях (плиты АКД)

Используются при небольших прогонах

- Клееные балки:

а) постоянного сечения по высоте

б) скатные, больших пролетов

I.

1.

Расчетные значения:

,

Для нахождения расчетного сечения:

При нахождении расчетных значений M_х и W_х учитывается острожка, а не исходная толщина досок.

2. Расчет устойчивости плоской формы деформирования.

, где

- для балок, шарнирно закрепленных от смещения из плоскости изгиба и закрепленных от поворота вокруг продольной оси.

- коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке равном расчетной длине.

Устойчивость плоской формы деформирования балок двутаврового сечения следует рассчитывать в тех случаях, когда l_р>7b, где b – ширина сжатого пояса поперечного сечения.

3. Расчет по сдвигающим напряжением.

, где

- расчетное сопротивление скалыванию при изгибе клеевого шва.

Клей в шве может находиться не по все длине.

II.

, где

- учитывает влияние сдвигающих напряжений.

I – момент инерции балки в средней части,

<1 – учитывает влияние переменности балки по высоте.

Возможные варианты балок:

- армированные балки

Арматура крепится на клеевых компаундах, которые не дают усадку.

Момент инерции:

В качестве арматуры могут использоваться:

- сталь,

- жесткая конструктивная пластмасса,

- СВАМ – стекловолокнистый анизотропный материал (70%- нити, 30%- связующее).

- АГ4с (тонкие нити свиваются в жгуты).

Особенности расчета:

Дальнейший расчет выполняется как для балок неармированных.

Применяется редко, т.к. трудоемкость не оправдывает эффект армирования.

Применение целесообразно, если необходимо уменьшить строительную высоту балки.

- вспарушенные

Необходимо исключить силы трения между опорными площадками, для исключения распора, для чего применяется специальная обработка узла сопряжения балки с колонной.

Расчет аналогичен расчету балки целого сечения. Но производится проверка прочности сечения на воздействие напряжения поперек волокон.

- клеефанерные балки

Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок и дощатых поясов. Поперечное сечение клеефанерной балки может быть двутавровым или коробчатым. Так как при этом пояса удалены от нейтральной оси, то материал в таких балках используется более эффективно.

Фанерная стенка помимо работы на сдвигающие усилия может воспринимать и нормальные напряжения (при условии, если волокна наружных шпонов расположены вдоль оси балки).

Для лучшего использования несущей способности фанерной стенки целесообразно располагать фанеру так, чтобы волокна ее наружных шпонов были направлены вдоль оси балки. Продольное расположение волокон наружных шпонов позволяет стыковать фанеру «на ус».

Клеефанерные балки с плоской фанерной стенкой рекомендуется использовать для пролетов до 15м. Их высоту обычно назначают в пределах 1/8 – 1/12 пролета, при этом следует учитывать стандартные размеры фанерных листов. Толщину стенки принимают не менее 8мм.

Специфическая особенность клеефанерных балок – наличие в них тонкой фанерной стенки, которая требует специальных мер для ее закрепления от потери устойчивости. Придание жесткости фанерной стенке можно обеспечить двумя способами:

- постановкой дощатых ребер жесткости;

- устройством волнистой стенки.

При расчете задаются размерами поперечного сечения, длиной поясов.

Клеефанерные балки, так же как панели покрытия, рассчитывают с учетом различных модулей упругости древесины поясов и фанерной стенки по приведенным геометрическим характеристикам. Приведение осуществляют к материалу, в котором находят напряжение.

После чего находят расчетное значение х, там, где напряжение имеет наибольшую величину.

Для нахождения расчетного сечения:

Находятся .

I.

1. , где

- коэффициент продольного изгиба, определяемый по длине участка верхнего пояса, закрепленного связями, из плоскости.

2. Расчет устойчивости плоской формы деформирования не производится.

3. Расчет по сдвигающим напряжением.

а)

б) (напряжение в клеевых швах между шпонами фанеры).

4. Расчет фанерной стенки на действие главных растягивающих напряжений.

- расстояние от точки до геометрической оси поперечного сечения.

,

5. Расчет стенки на устойчивость.

Расстояние между ребрами жесткости предварительно задается. При принятом между ребрами расстоянии должно быть соблюдено следующее условие:

, где критические напряжения определяются:

- высота фанерной стенки в свету (между внутренними гранями поясов),

- расчетная высота стенки, которую принимают равной при расстоянии между ребрами а≥ и равной а при а< .

II.

, где

- коэффициент, зависящий от граничных условий и вида загружения.

Стержневые конструкции (конструкции сквозного пита).

Конструкции, состоящие из поясов и связывающих их решеток, называют сквозными. Пояса в сквозных деревянных конструкциях могут состоять из одного или нескольких ветвей, которые, в свою очередь, могут быть цельного или составного сечения.

Решетка состоит из отдельных стержней – раскосов и стоек. Применение решетки вместо сплошной стенки уменьшает расход материала на конструкцию. Однако в отличие от сплошных плоскостных конструкций в сквозных имеются узловые соединения элементов решетки между собой и с поясами, требующие специальных средств соединения.

Сквозные деревянные конструкции применяют, как правило, в статически определимых системах, как в отношении опорных закреплений, так и решения решетки. Вследствие податливости применяемых в деревянных конструкциях соединений, а также деформации древесины от сушки и увлажнения в статически неопределимых системах может произойти перераспределение усилий в элементах сквозных конструкций вплоть до изменения знака действующих усилий. Поэтому сквозные деревянные конструкции не рекомендуется использовать в статически неопределимых системах.

Различают два типа сквозных плоскостных конструкций: балочные и распорные. Основными применяемыми сквозными плоскостными деревянными конструкциями в покрытиях являются фермы.

Стропильные фермы.

При применении сквозных конструкций в обычных условиях целесообразно растянутые элементы делать металлическими. В фермах на растяжение работают обычно нижний пояс и подвески. Элементы сквозных конструкций, работающих на сжатие с изгибом, в частности верхние пояса ферм при внеузловом приложении поперечной нагрузки, выполняют из клееных элементов больших размеров поперечного сечения и значительной длины.

В фермах из брусьев относительно небольшого поперечного сечения верхний пояс иногда выполняют из двух брусьев. Верхний брус служит для восприятия нагрузок от элементов кровли и передачи их на ближайшие узлы, а нижний брус воспринимает только сжимающие силы и проверяется на продольный изгиб с расчетной длиной, равной длине панели верхнего пояса. В этом случае упор нижнего бруса в узловые детали и одного в другой в стыках осуществляется без эксцентриситета.

Решетку в деревянных сквозных плоскостных конструкциях выполняют из элементов прямоугольной формы поперечного сечения из цельной или клееной древесины. В некоторых случаях, например, в треугольных фермах, растянутые элементы – стойки выполняют из круглой гладкой стали.

Если длина панели более 6м, то шарнир будут сквозным, если меньше 6м, то примыкающим.

В варианте НПИИСК усилия в элементах верхнего пояса равны, а также узлы по поясам решаются одинаково. Шаг 6м, пролет до 18м.

Трапециевидные фермы с восходящими опорными раскосами, и нисходящими опорными раскосами.

Подвес устанавливается иногда, и служит для ограничения гибкости нижнего пояса. В опорных элементах нижнего пояса усилия нулевые.

Верхний пояс составной из двух или трех элементов.

Многоугольная ферма.

Сегментная ферма.

Верхний пояс выполняется клееным. Также шарниры могут быть примыкающими или врезными.

Все фермы состоят из одного элемента – шпренгеля.

Особенности расчета деревянных ферм.

- для Ме и ж/б,

- для дерева

A- площадь поперечного сечения.

Определяем деформации стержня под действием единичной силы:

Для того, чтобы воспользоваться стандартным методом сил в расчетной формулах и необходимо заменить на .

Если элемент составного сечения, то добавляется коэффициент ( ).

Таким образом рассчитывают конструкции повышенной ответственности.

При расчете обычных строительных конструкций используются приближенные методы расчета.

1) → ∞

2) имеет значение, при которых изгибающий момент на опоре равен нулю.

Особенности узловых сопряжений по верхнему поясу.

Брус верхнего пояса представляет собой двухпролетную балку со средней опорой на стойке решетки. Если нагрузка приложена не только в узлах, но и между ними, то на средней опоре возникает изгибающий момент, значение которого зависит от просадки опоры, т.е. от просадки бруса верхнего пояса на стойке. Значение этой просадки в общем случае не известно – оно зависит от точности сборки фермы, качества древесины, т.д. Поэтому в расчете рассматривают два крайних случая: 1)средняя опора не имеет просадки, и брус верхнего пояса представляет собой двухпролетную неразрезную балку; 2) средняя опора имеет такую просадку, что изгибающий момент на средней опоре равен нулю, и брус верхнего пояса представляет собой разрезную балку с пролетом, равным длине панели.

Для уменьшения расчетных изгибающих моментов от межузловой нагрузки в верхнем поясе искусственно создают изгибающий момент обратного знака, для чего в промежуточных узлах верхнего пояса фермы применяют внецентренное стыкование брусьев, осуществляя упор только нижних частей поперечного сечения брусьев.

Оптимальное решение:

- коэффициент, учитывающий приращение изгибающего момента за счет эксцентричного приложения продольной силы.

- коэффициент, зависящий то вида нагружения и граничных условий.

1)

2)

Особенности расчета сегментных ферм.

В отличие от ферм с прямолинейным верхним поясом внеузловое приложение нагрузок является более целесообразным, поскольку за счет соответствующего момента M_q снижается величина момента вызванного кривизной верхнего пояса. В связи с этим узловые сопряжения в сегментных фермах выполняются, как правило, без эксцентриситета е, т.е. центрирование по геометрическим осям.

Узел A(1):

Нижний пояс из уголков.

1) расчет на сжатие

2)

3) расчет длины швов

M_max –определяется в зависимости от условия оперения и от соотношения размеров пластины.

- коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций.

( =1,2 – для прямоугольного сечения)

Узел В(3):

Чем больше длина накладки, тем лучше, т.к. увеличивается плечо внутренней пары сил, увеличивается жесткость.

Если раскос испытывает сжатие, то его выполняют деревянным.

Для сегментных ферм:

При этом узловое сопряжение выполняется без эксцентриситета, т.е. центрирование по геометрическим осям.

В тех случаях, когда гибкость (в плоскости) нижнего пояса фермы недопустимо велика, фермы оснащаются в центральной части подвесами.

Узел С(2):

1) при неразрезном верхнем поясе (ширина элементов одинаковая):

Количество болтов не менее 3.

Если ширина элементов разная:

2) верхний пояс разрезной

Узел Д(4):

Рамные поперечники. Колонны сплошного типа.

р – снеговая,

g – собственный вес конструкции покрытия,

P_wн – ветровая нагрузка, действующая на шатер с наветренной стороны,

P_wп - ветровая нагрузка, действующая на шатер с подветренной стороны,

w_н – интенсивность ветровой нагрузки с наветренной стороны,

w_п – интенсивность ветровой нагрузки с подветренной стороны.

В общем случае расчет производится: на вертикальные постоянные нагрузки от веса покрытия, стенового ограждения, и собственного веса колонн; 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.

Расчет производится с целью определения усилий в колонне, после чего осуществляется ее конструирование.

,

- высота фермы в опорной части.

Для треугольных ферм .

Максимальный момент в заделке:

Усилие х определяется исходя из условия:

, если нижний пояс ригеля сопротивляется продольным нагрузкам,

, нижний пояс ригеля не сопротивляется продольным нагрузкам.

Предельная гибкость для колонн 120. При определении гибкости принимают расчетную длину колонны.

- расчетная длина колонны,

- коэффициент приведения длины (равный 2,2).

Конструктивный расчет.

I.

1. Прочность нормальных сечений.

Клееное сечение колонны.

, где

- коэф., учитывающий размеры клееного сечения,

- коэф., учитывающий толщину досок.

- коэффициент, учитывающий приращение изгибающего момента за эксцентричного приложения сжимающей силы относительно геометрической оси стержня.

,где

- коэффициент продольного изгиба.

- гибкость,

r – радиус инерции.

Составное сечение колонны.

, где

- коэф., учитывающий влияние податливости связей.

2.

Расчетное значение продольной силы при отсутствии ветровой нагрузки возрастает.

определяется по , определяется по .

- гибкость колонны из плоскости.

, где

определяется как расстояние между точками раскрепления колонны из плоскости, что формируется принятой системой вертикальных связей.

,

b – ширина сечения.

При определении коэффициента продольного изгиба составных частей влияние податливости связей учитывается при определении с помощью коэффициента , относительно оси у податливость связей не оказывает влияние.

3. Расчет по сдвигающим напряжениям.

Клееное сечение колонны.

Составное сечение колонны.

, где

- число связей на полудлине,

- расчетная несущая способность одной связи,

- суммарная сдвигающая сила по длине плоскости соединения, определенная с учетом податливости связей,

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения сдвигающих усилий между отдельными связями.

- суммарная сдвигающая сила для стержня целого сечения.

Сплошная колонна.

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 консолью для укладки подкрановых балок.

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.

Предельная гибкость для колонн 120.

Растягивающая составляющая действующих на колонну усилий воспринимается анкерами.

Равнодействующая растягивающих усилий от изгибающего момента располагается по линии расположения анкерных устройств.

S₃ – расстояние от центра болта до края элемента в ортогональном направлении.

Колонны сквозного типа.

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 при­меняют решетчатые стойки с параллельными ветвями или при наличии мостового крана сту­пенчатого очертания с размещением их внутри 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.

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.

Расчет элементов стойки из плоскости рамы производится без учета изгибающего момента, отдельно для каждой ветви стойки по расчетной длине, равной расстоянию между пространственными связями, раскрепляющими ветви.

Если сечение ветви составное, то расчет ведут как для составного центрально-сжатого стержня. Усилия в элементах решетки определяются как в ферме с последующим делением на коэффициент ξ. Анкеры рассчитывают по максимальному растягивающему усилию в ветвях стойки при действии постоянной вертикальной минимально возможной и максимальной горизонтальной нагрузок.

А_р.пр. – приведенная площадь раскосов.

Арочные и рамные конструкции (сплошного типа).

Дощатоклееные применяют круглого или стрельчатого очертания с затяжками или с непосредственным опиранием на фундаменты или контрфорсы. При наличии затяжек пролеты арок не превышают 24м, при опирании на фундаменты или контрфорсы пролеты здания достигают 100м.

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.

Арки бывают двух- и трехшарнирными.

Применяются для зданий повышенной ответственности, для помещений с повышенной химической стойкостью.

1 – арка круглого очертания,

2 - арка стрельчатого очертания,

3 - арка из прямолинейных элементов.

Рамные конструкции отличаются от арочных своим очертание, которые сильно влияет на распределение изгибающих моментов в пролете. При ломаном очертании рамы в жестком карнизном узле при загружении как левой, так и правой половины рамы возникают моменты одного знака. В результате при загружении рамы по всему пролету угловые моменты сильно увеличиваются, что ограничивает длину пролетов, перекрываемых рамами до, 18-30м.

Рамы могут воспринимать горизонтальные нагрузки, обеспечивая поперечную устойчивость здания без защемления стоек и без устройства жестких поперечных стен. Рекомендуется делать рамы трехшарнирные, так как в статически определимых системах не происходит перераспределения усилий при деформировании под длительно действующей нагрузкой, что обеспечивает соответствие их расчетным усилиям.

1 – А-образная рама,

2 – гнутоклееная рама

3 – рама с карнизным узлом на зубчатых соединениях.

Нагрузки:

Р - нагрузка от собственного веса конструкций рамы и покрытия,

g – снеговая нагрузка,

w – ветровая нагрузка.

Из статического расчета находятся усилия в элементах М_с , М_н , N.

М_с – расчетное значение изгибающего момента, вызванного симметричными нагрузками,

М_н – расчетное значение изгибающего момента, вызванного несимметричными нагрузками.

Продольная сила N всегда сжимающая.

Особенности расчета:

I.

1.

находится по общей формуле, и в зависимости от вида нагружения (симметричное или несимметричное) отдельно находится и .

S – полная длина дуги арки,

в зависимости от вида нагружения:

- симметричное нагружение ,

- несимметричное нагружение ,

- центральный угол полуарки.

Расчет пункта 2 , 3 и III производится как для любого сжато-изгибаемого элемента.

Особенности расчета рамных конструкций с резким переходом.

Момент сопротивления для зоны с наибольшими напряжениями, т.е. для нижней зоны, для верхней можно не определять.

и определяются в зависимости от величины угла перелома в сопряжении ригеля и стойки.

Особенности расчета гнутоклееных рам.

Криволинейные участки гнутоклееных рам при отношении h/r≥1/7 (h - высота сечения, r - радиус кривизны центральной оси криволинейного участка) следует рассчитывать на прочность, проверке напряжений по внутренней кромке расчетный момент сопротивления следует умножать на коэффициент k_rв:

1 - 0,5 h/r

k = ─────────────,

rв 1 - 0,17 h/r

а при проверке напряжений по наружной кромке - на коэффициент k_rн:

1 + 0,5 h/r

k = ─────────────.

rн 1 + 0,17 h/r

Расстояние z от центральной оси поперечного сечения до нейтральной оси следует определять по формуле

2

h

z = ──────.

12r

Узловые сопряжения.

1) Коньковые узлы:

Для арочных конструкций небольшого пролета.

Шарнир получается за счет смятия древесины.

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.

Накладки в коньком узле рассчитывают на поперечную силу при несимметричном нагружении арки. Накладки работают на поперечный изгиб.

Q – поперечная сила при несимметричном нагружении.

Расчет нагелей:

Задаются диаметром d, после чего выбирается T_min – несущая способность одного болта.

- коэффициент, снижения несущей способности нагеля.

Для арочных конструкций большего пролета:

т. О – центр нагельного поля.

- реакция в нагеле.

- реакция в наиболее удаленном нагеле.

- расстояние от т. О до нагеля.

Возможный вариант узла:

2) Опорные узлы:

Для арочных конструкций небольшого пролета.

Для арочных конструкций большого пролета.

Эксцентриситет во всех узлах равен 0. Т.к., если выполнить с эксцентриситетом, то при несимметричном загружении происходит разгружение одних элементов и догружение других.

В большинстве случаев центрируют торцевые опорные пластины с геометрическим центром сечения деревянных элементов.

Опорный узел рамных конструкций.

По известной величине силы N определяются размеры опорной пластины ( ).

По известному изгибающему моменту M определяются размеры боковой пластины ( ) и диаметр анкерных болтов.

Обеспечение устойчивости деревянных сооружений каркасного типа.

Задачи:

1)исключить кинематическую изменяемость напряжений в узловых сопряжениях из плоскости поперечника,

2) восприятие нагрузок действующих в продольном направлении,

3)устойчивость элементов (сжатых, сжато-изгибаемых) из плоскости рамного поперечника,

4) обеспечение устойчивости отдельных стержневых блоков (шпренгельных систем).

Связи ВС-1 устанавливаются, с целью избежать перекашивания здания, в крайних продольных стенах и между внутренними стойками с интервалом 20-30м. В отличие от зданий с ж/б каркасом, в зданиях с деревянным каркасом температурные деформации малы, поэтому связи ВС-1 устанавливаются в торцах здания.

Выбор крестовых связей или портальных зависит от сортамента деревянных элементов и архитектурных требований.

Вертикальные связи ВС-2 устанавливаются для обеспечения продольной устойчивости конструкций покрытия.

Горизонтальные связи ГС-1 устанавливаются с целью создания жесткого диска покрытия. Если конструкции покрытия (панели) имеют внутренние связи (прогоны), тот связи ГС-1 нужно устанавливать только при монтаже панелей покрытия и в дальнейшем они могут быть удалены, но при условии, что конструкции покрытия надежно прикреплены к фермам (балкам).

Стойки фахверка воспринимают торцевую ветровую нагрузку:

, где

W_Н – нормативная ветровая нагрузка для данного климатического района,

Н_ф – высота фермы,

Нагрузки W (опорные реакции стоек фахверка) воспринимаются ветровыми фермами, каждая из которых образуется верхними поясами стропильных ферм и элементами раскосной решетки связей ГС-1.

Нагрузка от ветровых ферм W* воспринимается колонной сквозного типа, образованной двумя колоннами рамного поперечника и связевыми элементами ВС-1 и ВС-2. К усилиям от ветровых нагрузок добавляются усилия от торможения кранов (если они есть), а также составляющая вертикальных нагрузок, возникающих при не вполне вертикальной установке конструкций покрытия (ферм).

Расчет связей осуществляется для сооружений повышенной ответственности, в остальных случаев статический расчет не производится, а сечение элементов связей определяется по предельной гибкости λ_пр=150.

Обеспечение устойчивости стержневых блоков (шпренгельных систем).

Если точка Д сместится из плоскости блока (под действием деформаций), то это приведет к появлению дополнительных нагрузок.

+ сжимающее усилие,

- растягивающее.

R – равнодействующая векторов усилий.

Связи ГС-2 соединяют промежуточные узлы Д по нижнему поясу.

Связь ВС-4 попарно соединяет рядом стоящие рамы.

В зоне с наибольшими напряжениями делается отверстие и устанавливается арматура.

Купола.

Купольные покрытия являются самой распространен­ной формой пространственных конструкций, в том числе из древесины, фанеры, пластмасс. Будучи одним из наи­более экономичных видов оболочек на круглом или мно­гоугольном плане, они получили широкое распростране­ние в гражданском, промышленном и сельскохозяйствен­ном строительстве.

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 м (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 решетчатыми 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 — симметричной 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.

По характеру работы к этой конструктивной схеме ближе всего относятся пластмассовые гладкие купола-оболочки однослойные, двух- и трехслойные.

Деревянные тонкостенные купола-оболочки проекти­руют диаметром 12—35 м; они, как правило, имеют сферическое очертание. Купол состоит из ме­ридианных ребер, верхнего и нижнего опорных колец, кольцевого и косого настилов.

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,

присоединенными к ребрам болтами, глухарями или зубчатыми шпонками. При значительных поперечных усилиях при­меняют сварные металлические башмаки.

Верхнее кольцо изготовляют металлическим или де­ревянным. Деревянные кольца могут быть клееными или кружальными на гвоздях. Диаметр верхнего кольца при­нимают таким, чтобы к нему беспрепятственно примыка­ло требуемое количество меридианных ребер. Отверстие кольца часто используют как световой или аэрационный фонарь.

Нижнее опорное кольцо воспринимает распор мери­дианных ребер и работает на растяжение. Оно может быть железобетонным, деревянным или металлическим в зависимости от уровня опирания купола и вида нижних опорных конструкций (железобетонные фундаменты, металлические или деревянные стойки и т. д.). Концы ребер должны быть заанкерены в опорном кольце, а по­следнее надежно соединено с нижележащими конструк­циями.

Кольцевые настилы воспринимают усилия, действую­щие в кольцевом направлении оболочки. В нижней части купола, где могут возникать растягивающие кольцевые усилия, кольцевой настил выполняют из двух слоев до­сок. Нижний укладывают непосредственно на меридиан­ные ребра, верхний—перекрывает стыки нижнего, сдви­гаясь относительно их на половину длины доски. Оба слоя прибивают гвоздями. Доски не выкружаливают и поэтому между ними образуются зазоры. Вместо досок можно применять склеенные по длине плети брусков. В этом случае настил может быть одинарным, стыки пле­тей располагаются в разбежку и соединяются гвоздями через меридианное ребро или смежные бруски. Толщину досок кольцевого настила принимают 19—25 мм. В верх­ней части купола, где действуют сжимающие кольцевые усилия, настил выполняют из одного слоя досок (брус­ков) толщиной, равной двойному нижнему кольцевому настилу.

Косой настил воспринимает сдвигающие усилия, ко­торые возникают при несимметричной нагрузке на купол. Он состоит из одного слоя досок толщиной 16—25 мм, укладываемого сверху кольцевого настила от одного ме­ридианного ребра к другому, под углом около 45°, обра­зуя на поверхности купола елочку.

Купола-оболочки могут быть выполнены из крупно­панельных клеефанерных элементов, что значительно снижает трудоемкость возведения покрытия.

Ребристые купола.

Ребристые купола — одна из первых конструктивных схем купольных покрытий, состоящая из отдельных, по­ставленных радиально плоскостных несущих криволи­нейных или прямолинейных ребер, опирающихся в верх­нее и нижнее опорные кольца или фундаменты. Ограждающая часть покрытия, уложенная по верхним граням ребер, образует поверхность купола. По­крытие состоит из дощатых щитов или настила по коль­цевым прогонам, клеефанерных или стеклопластиковых панелей.

Несущие меридианные деревянные ребра постоянно­го или переменного сечения могут быть выполнены в виде полуарок (поверхности положительной гауссовой кри­визны) или прямолинейных элементов (конические купо­ла) из клееной древесины, фанеры или досок со сплош­ной или сквозной стенкой на гвоздях, а иногда из ферм. Несущие ребра увеличивают жесткость купола, позволя­ют воспринимать сосредоточенные нагрузки от оборудо­вания, способствуют приданию оболочки проектной фор­мы при возведении и облегчают монтаж покрытия. Вы­соту поперечного сечения ребер принимают в пределах 1/50—1/75 диаметра купола. Ребра устанавливают по нижнему опорному кольцу с шагом 4,5—6 м.

Для обес­печения устойчивости ребер из плоскости и повышения общей жесткости покрытия между двумя соседними реб­рами купола устанавливают связи. Количество пар ре­бер, соединенных связями, принимают не менее трех. Чаще всего ребра соединяют попарно по всему покры­тию.

Дощатый настил укладывают по прогонам в два слоя — продольный и косой.

Верхнее сжатое кольцо (круглое или многоугольное) в отличие от кольца тонкостенных куполов-оболочек проектируют более жестким, учитывая его работу на изгиб и кручение, так как два ребра, расположенные и одной диаметральной плоскости, работают как арочная конст­рукция, прерванная в коньковом шарнире кольцом. При большом диаметре верхнее кольцо для повышения его жесткости и устойчивости раскрепляют внутренними рас­порками. Нижнее опорное кольцо как в тонкостенных ку­полах может быть круглого или многоугольного очерта­ния из железобетона, металла или древесины. Соедине­ние ребер с верхним и нижним кольцами осуществляется шарнирно.

При расчете купола на горизонтальную ветровую или несимметричную вертикальную нагрузки конструкцию также расчленяют на диаметрально расположенные ар­ки. Арка, получающая от нагрузки наибольшее горизон­тальное смещение, испытывает упругий отпор остальных арок, расположенных под углом к ней. Для простоты считают, что горизонтальные сечения купола не дефор­мируются, а только смещаются в горизонтальном на­правлении одно относительно другого. Тогда упругий отпор на рассматриваемую арку можно считать прило­женным в ключе арки и усилия опреде­ляются из условия совместности деформаций всех арок в ключевом шарнире, используя при этом уравнение ме­тода сил.

Для приближенного расчета в запас прочности мож­но рассчитывать арки на все виды загружения как обыч­ные плоские системы.

При подборе сечения арок в зависимости от жесткос­ти и надежности их соединения с кольцевыми прогонами последние могут обеспечивать общую устойчивость ме­ридианных ребер из их плоскости, уменьшая расчетную длину ребер при проверке устойчивости плоской формы деформирования. Расчет верхнего и нижнего колец вы­полняют аналогично куполам предыдущего типа.

Ребристо-кольцевые купола.

В ребристо-кольцевых схемах купольных покрытий в общую работу каркаса купола включены непрерывные кольцевые прогоны, которые пересекают меридианные ребра и работают не только на местный изгиб, но и вос­принимают растягивающие кольцевые усилия, являясь ярусными затяжками. Сечения такого купола в плоскос­ти кольцевых прогонов не имеют свободных горизон­тальных перемещений. Высота поперечного сечения ре­бер благодаря участию в общей работе купола кольце­вых прогонов уменьшается до 1/100—1/150 диаметра купола. Ребра с кольцевыми прогонами соединяются, как правило, шарнирно. Кольцевые прогоны и ребра чаще всего изготовляют из клееной древесины, но могут быть и клеефанерными. При диаметре купола 90—100 м вы­сота поперечного сечения ребер составляет 30—50 см.

Верхнее и нижнее кольца, а также скатные (по верх­нему поясу ребер) и поперечные (вертикальные) связи между ребрами устраивают как и в ребристых куполах. Внешний вид ребристо-кольцевого купола аналогичен ребристому куполу.

При симметричной нагрузке расчет купола можно вести, расчленяя его на плоские арки с условными за­тяжками-кольцами, каждая из которых полностью воспринимает приходящуюся на ее долю на­грузку, так как силы взаимодействия между арками в ключе равны нулю.

Сетчатые купола.

Сетчатые купола — это многогранники, вписанные чаще всего в сферическую поверхность вращения. Сетка обычно образуется из треугольников, трапеций, ромбов, пятиугольников, шестиугольников и других фигур. Стержни решетки в узлах сетчатых куполов соединяются шарнирно. Сетчатый купол является распорной систе­мой, который воспринимается нижним опорным кольцом.

Наиболее часто применяют купола с треугольной ячейкой и ее разновидностью. Предопределяют этот класс куполов ребристо-кольцевые купола с решетчаты­ми связями. Различают два метода построения сетчатых поверхностей. Для сравнительно пологих куполов ха­рактерен первый метод, основанный на построении плос­кой сети для одного из одинаковых пространственных секторов поверхности с последующим проектированием этой сети на криволинейную поверхность купола. Второй метод построения сетчатых поверхностей наиболее выгоден для подъемистых сферических куполов и основан на последовательном членении вписанных в сферу правильных многогранников—додекаэдра (две­надцатигранник) и косаэдра (двадцатигранник). Эле­ментарные треугольники после членения сферы могут быть объединены в ромбические, пятиугольные, шести­угольные панели.

Этот метод построения сетчатых поверхностей широко используют в пластмассовых, клеефанерных и деревян­ных куполах, собираемых из плоских или криволинейных панелей.

Многогранный сетчатый купол.

а — фасад и план; б—определение усилий в стержнях сетчатого купола

Кружально-сетчатые купола из сомкнутых сводов.

Купол из сомкнутых сводов образует в плане правиль­ный многоугольник и состоит из одинаковых секторов, являющихся частью цилиндричес­кого свода. Смежные секторы сомкнутого свода соеди­няются между собой специальными ребрами, называе­мыми гуртами. Шаг сетки с, угол φ между косяками и угол α между нижними ребрами косяков и образующей свода принимают такими же, как в цилиндрических кружально-сетчатых сводах.

Косяки, примыкающие к гуртам, соединены с ними «по месту». Для покрытий, особенно где косяки сетки клееные, целесообразно гурты выполнять также клееными — либо из стандартных косяков, как кружальные арки, либо из пакета гнутых досок, как клееные арки.

Нижнее распорное кольцо, имеющее очертание пра­вильного многоугольника, может быть из стали или же­лезобетона либо металлодеревянным из горизонтальных шпренгельных ферм, где изгибающие моменты воспри­нимаются деревянным поясом, а замкнутая многоуголь­ная схема металлических шпренгелей воспринимает растягивающие усилия от распора. Верхнее сжатое коль­цо решают обычно по принципу многослойной кружаль­ной арки.

Схематический план и разрез сетчатого сомкнутого сво­да со стандартными косяками.

Расчет кружально-сетчатых куполов из сомкнутых сводов.

Отдельные секторы кружально-сетчатых ку­полов из сомкнутых сводов работают как своды, опер­тые по трем сторонам. Чем больше секторов в сомкнутом своде, тем ближе его работа к работе куполов враще­ния. Приближенный расчет сомкнутых сводов обычно производят по безмоментной теории расчета куполов вращения.

Сечение растянутого кольцевого настила подбирают аналогично подбору сечения куполов-оболочек. Кольце­вые растягивающие усилия между отдельными сектора­ми передаются с помощью гуртов. Прикрепление кольце­вого настила к гуртам проверяют на соответствующее усилие в кольцевом настиле. Соединение косяков с на­стенным брусом и гуртом проверяют на смятие. В сжатой зоне кольцевых усилий при симметричной нагрузке кольцевой настил воспринимает только местную нагрузку в пролете между косяками. При несимметричной нагрузке неизменяемость сетки обеспечивается кольцевым настилом, который восприни­мает при этом продольный распор в каждом секторе свода.

Нижнее опорное кольцо (многоугольное в плане) рассчитывают на растяжение и изгиб в горизонтальном направлении от распора свода при наличии сплошной вертикальной опоры и на косой изгиб при опирании коль­ца в отдельных точках (совпадающих обычно с поло­жением гуртов). Если необходимо, чтобы сомкнутый свод воспринимал в условиях эксплуатации сосредоточенные нагрузки, их непосредственно передают на гурты, которые при этом рассчитывают как плоские трехшарнирные арки. Также рассчитывают гурты, если при монтаже к ним подвеши­вают подмости или другие монтажные приспособления.