Расчетные характеристики материалов
Напряженное состояние и характеристика элементов |
Расчетные сопротивления, МПа (кгс/см2), при влажности, % |
||
|
обозначение |
25 и менее |
св. 25 |
1. Изгиб: |
Rdb |
|
|
а) элементов из бревен естественной коничности |
|
17,7 (180) |
15,2 (155) |
б) элементов из брусьев и окантованных бревен |
|
15,7 (160) |
13,7 (140) |
в) досок настила и др. |
|
13,7 (140) |
11,8 (120) |
2. Растяжение вдоль волокон |
Rdt |
11,8 (120) |
9,8 (100) |
3. Сжатие и смятие вдоль волокон |
Rds, Rdqs |
14,7 (150) |
11,8 (120) |
4. Сжатие и смятие всей поверхности поперек волокон |
Rdq |
1,77 (18,0) |
1,47 (15,0) |
5. Смятие местное поперек волокон: |
Rdap |
|
|
а) в лобовых врубках (при длине площади смятия до 15 см) |
|
3,1 (32) |
2,5 (26) |
б) под шайбами при углах смятия от 90 до 60° |
|
3,9 (40) |
3,3 (34) |
6. Скалывание (наибольшее) вдоль волокон при изгибе |
Rdab |
2,35 (24) |
2,15 (22) |
7. Скалывание (среднее по площадке) в соединениях на врубках, учитываемое в пределах длины не более 10 глубин врезки и двух толщин брутто элемента: |
|
|
|
а) вдоль волокон |
Rdam |
1,57 (16) |
1,47 (15) |
б) поперек волокон |
Rdsm |
0,78 (8) |
0,69 (7,0) |
Для всех видов зданий общественного и производственного назначения рекомендуется принимать:
шаг деревянных стропильных балок и ферм, рам и арок 3 и 6 м;
панели и плиты ограждающих конструкций шириной 1,2 и 1,5 м, длиной 3 и 6 м.
Пролеты и шаг несущих деревянных конструкций назначаются с учетом технологических требований, объемно-планировочных решений зданий и сооружений в соответствии с действующими стандартами и нормами проектирования по видам строительства.
Рекомендуемые схемы плоскостных несущих деревянных конструкций с их основными характеристиками приведены в табл.
Выбор конструктивной схемы и общая компоновка здания должны обеспечивать необходимую долговечность конструкций при наименьших приведенных затратах. Особое внимание следует уделять обеспечению простого и надежного отвода воды с покрытия, отдавая предпочтение бесфонарным решениям покрытий с наружным водоотводом без перепадов высот парапетов и надстроек, способствующих образованию снеговых мешков, протечек и очагов поражения гнилью. Покрытия с деревянными конструкциями должны быть обязательно вентилируемыми, доступными для осмотра и производства ремонтно-профилактических работ; не должны образовываться мостики холода, особенно в карнизных и коньковых узлах, в швах и сопряжениях несущих и ограждающих конструкций.
Необходима тесная увязка строительной и технологической частей проекта с целью исключения возможности перегрева и увлажнения конструкций, а также не предусмотренного проектом вибрационного и динамического воздействия на них. К конструкциям не должны подвешиваться или располагаться вблизи них неизолированные горячие трубопроводы, калориферы воздушного отопления.
При проектировании деревянных конструкций особое внимание должно уделяться условиям эксплуатации по характеристикам температурно-влажностных воздействий, согласно таблице СНиП II-25-80; по степени химической и биологической агрессии, согласно СНиП 2.03.11-85 и СНиП III-19-76. Следует избегать применения деревянных клееных конструкций в зданиях, по условиям эксплуатации которых равновесная влажность древесины оказывается ниже заданной при изготовлении.
При проектировании конструкций и особенно их узловых соединений следует предусматривать проверку на транспортные и монтажные нагрузки, на чертежах указывать породу, сорт и влажность древесины, места и способы строповки, необходимость (если надо) местного усиления при перевозке, кантовке и подъеме.
Способы транспортировки, складирования, укрупнительной сборки и монтажа, влияющие на конструктивное решение, защиты деревянных конструкций от коррозии и огня должны быть заранее определены и представлены в проекте производства работ.
Большое внимание при проектировании следует уделять пространственной жесткости и устойчивости конструкций, обеспечиваемых устройством и постановкой соответствующих связей жесткости.
В несущих и ограждающих деревянных конструкциях применяются: круглый лес, используемый в целом виде; пиломатериалы и клееные заготовки из них; многослойные клееные заготовки из фрезерованных пиломатериалов; листовая многослойная фанера; фанерные трубы; древесные плиты; водостойкие клеи; влагозащитные лаки и составы; антисептики и антипирены; стальной прокат, арматура и др.
Следующие требования:
Заготовка - срок заготовки (рубки) древесины, возможность заготовки лесоматериалов из сухостойных (высохших на корню) деревьев.
Порода древесины - наименование основной и допускаемых пород древесины.
Диаметр - наименьший или наименьший и наибольший диаметр бревна (без коры или с корой). Если не указано для какого из торцев установлены требования к диаметру, то их распространяют на любое сечение бревна, при этом обычно наименьшим является верхний диаметр, а наибольшим - нижний диаметр. Если нормируют только верхний диаметр, то это должно быть специально оговорено (например: верхний диаметр от 16 до 24 см), при такой записи наибольший диаметр в нижнем торце не ограничивают. Если цена бревен зависит от диаметра, то указывают цену для каждой группы диаметров.
Длина. Для мерных лесоматериалов указывают: номинальную длину бревен или наименьшую и наибольшую номинальные длины и градацию их изменения, предельные отклонения действительной длины от номинальной. Для немерных лесоматериалов указывают: наименьшее и наибольшее предельные значения длины и учетную градацию по длине.
Обработка - наибольшая высота остатков сучьев, скос пропила, необходимость оторцовки козырьков, окорки бревен.
Пороки древесины – не допустимы пороки перечисленные в СНиПе
Расчет элементов деревянных конструкций по предельным состояниям.
Центрально-растянутые элементы. Расчет по предельным состояниям.
Центрально-сжатые
элементы.
4.1.
Расчет центрально-растянутых элементов
следует производить по формуле
,
где N -расчетная продольная сила;
Rp
- расчетное сопротивление древесины
растяжению вдоль волокон;
Fнт
- площадь поперечного сечения элемента
нетто.
При определении
Fнт ослабления, расположенные на участке
длиной до 200 мм, следует принимать
совмещенными в одном сечении.
4.2.
Расчет центрально-сжатых элементов
постоянного цельного сечения следует
производить по формулам:
а)
на прочность
;
б) на устойчивость
,
где
Rс-расчетное сопротивление древесины
сжатию вдоль волокон;
- коэффициент продольного изгиба,
определяемый согласно п. 4.3;
Fнт
- площадь нетто поперечного сечения
элемента;
Fрас - расчетная
площадь поперечного сечения элемента,
принимаемая равной:
при
отсутствии ослаблений или ослаблениях
в опасных сечениях, не выходящих на
кромки (рис. 1, а), если площадь ослаблений
не превышает 25% Ебр, Ерасч = Fбр, где Fбр
- площадь сечения брутто; при ослаблениях,
не выходящих на кромки, если площадь
ослабления превышает 25% Fбр, Fрас = 4/3
Fнт; при симметричных ослаблениях,
выходящих на кромки (рис. 1, б), Fрас =
Fнт.
4
.3.
Коэффициент продольного изгиба
следует
определять по формулам (7) и (8);
при
гибкости элемента
=<
70
;
при гибкости элемента
>
70
,
где
коэффициент а = 0,8 для древесины и а = 1
для фанеры;
коэффициент
А = 3000 для древесины и А = 2500 для фанеры.
4.4. Гибкость элементов цельного сечения определяют по формуле
,
где lо-расчетная длина элемента;
r
-радиус инерции сечения элемента с
максимальными размерами брутто
соответственно относительно осей Х и
У.
4.5.
Расчетную длину элемента lо следует
определять умножением его свободной
длины l на коэффициент
0
lо
= l x
0
4.6. Составные элементы
на податливых соединениях, опертые
всем сечением, следует рассчитывать
на прочность и устойчивость по формулам
(5) и (6), при этом Fнт и Fрас определять
как суммарные площади всех ветвей.
Гибкость составных элементов
следует
определять с учетом податливости
соединений по формуле
,
где
y
-гибкость всего элемента относительно
оси У(рис. 2), вычисленная по расчетной
длине элемента lо без учета податливости;
1
- гибкость отдельной ветви относительно
оси I-I (см. рис. 2), вычисленная по расчетной
длине ветви l1; при l1 меньше семи толщин
(h1) ветви принимаются
1
= 0;
у
- коэффициент приведения гибкости,
определяемый по формуле
, где b и h -
ширина и высота поперечного сечения
элемента, см:
nш -
расчетное количество швов в элементе,
определяемое числом швов, по которым
суммируется взаимный сдвиг элементов
(на рис. 2, а - 4 шва, на рис. 2, б - 5 швов);
lо
- расчетная длина элемента, м;
nс
- расчетное количество срезов связей
в одном шве на 1 м элемента (при нескольких
швах с различным количеством срезов
следует принимать среднее для всех
швов количество срезов);
kс
- коэффициент податливости соединений,
который следует определять по формулам
табл.
Вид связей |
Коэффициент kc при |
|
центральном сжатии |
сжатии с изгибом |
|
1. Гвозди |
1 / 10d2 |
1 / 5d2 |
2. Стальные цилиндрические нагели |
1 / 5d2 |
1 / 2,5d2 |
а) диаметром =< 1/7 толщины соединяемых элементов |
1 / 5d2 |
1 / 2,5d2 |
б) диаметром > 1/7 толщины соединяемых элементов |
1,5 / ad |
3 / ad |
3. Дубовые цилиндрические нагели |
1 / d2 |
1,5 / d2 |
4. Дубовые пластинчатые нагели |
- |
1,4 / дельта bпл |
5. Клей |
0 |
0 |
П
ри
определении kс диаметр гвоздей следует
принимать не более 0,1 толщины соединяемых
элементов. Если размер защемленных
концов гвоздей менее 4d, то срезы в
примыкающих к ним швах в расчете не
учитывают. Значение kс соединений на
стальных цилиндрических нагелях следует
определять по толщине а более тонкого
из соединяемых элементов.
При
определении kс диаметр дубовых
цилиндрических нагелей следует принимать
не более 0,25 толщины более тонкого из
соединяемых элементов.
Связи
в швах следует расставлять равномерно
по длине элемента. В шарнирно-опертых
прямолинейных элементах допускается
в средних четвертях длины ставить связи
в половинном количестве, вводя в расчет
по формуле (12) величину nс, принятую для
крайних четвертей длины элемента.
Гибкость
составного элемента, вычисленную по
формуле (11), следует принимать не более
гибкости
отдельных
ветвей, определяемой по формуле
,
где
-
сумма моментов инерции брутто поперечных
сечений отдельных ветвей относительно
собственных осей, параллельных оси У
(см. рис. 2);
Fбр - площадь
сечения брутто элемента;
lо
- расчетная длина элемента.
Гибкость
составного элемента относительно оси,
проходящей через центры тяжести сечений
всех ветвей (ось Х на рис. 2), следует
определять как для цельного элемента,
т. е. без учета податливости связей,
если ветви нагружены равномерно. В
случае неравномерно нагруженных ветвей
следует руководствоваться п. 4.7.
Если
ветви составного элемента имеют
различное сечение, то расчетную гибкость
1
ветви в формуле (11) следует принимать
равной:
,
определение l1 приведено на рис. 2.
4
.7.
Составные элементы на податливых
соединениях, часть ветвей которых не
оперта по концам, допускается рассчитывать
на прочность и устойчивость по формулам
(5), (6) при соблюдении следующих
условий:
а) площади
поперечного сечения элемента Fнт и Fрас
следует определять по сечению опертых
ветвей;
б) гибкость
элемента относительно оси У (см. рис.
2) определяется по формуле (11); при этом
момент инерции принимается с учетом
всех ветвей, а площадь - только
опертых;
в) при определении
гибкости относительно оси Х (см. рис.
2) момент инерции следует определять
по формуле
, где Iо и Iно - моменты
инерции поперечных сечений соответственно
опертых и неопертых ветвей.
4.8.
Расчет на устойчивость центрально-сжатых
элементов переменного по высоте сечения
следует выполнять по формуле
,
где Fмакс - площадь поперечного сечения
брутто с максимальными размерами;
- коэффициент, учитывающий переменность
высоты сечения, определяемый по табл.
1 прил. 4 (для элементов постоянного
сечения
=
1);
- коэффициент продольного изгиба,
определяемый по п. 4.3 для гибкости,
соответствующей сечению с максимальными
размерами.
Расчет элементов деревянных конструкций по предельным состояниям. Расчет на смятие.
Расчет на скаливание. Деформации деревянных конструкций или их отдельных элементов следует определять с учетом сдвига и податливости соединений. Величину деформаций податливого соединения при полном использовании его несущей способности следует принимать по таблице , а при неполном -пропорциональной действующему на соединение усилию.
Прогибы элементов зданий и сооружений не должны превышать величин в таблице.
П
рогиб
изгибаемых элементов следует определять
по моменту инерции поперечного сечения
брутто. Для составных сечений момент
инерции умножается на коэффициент kж,
учитывающий сдвиг податливых соединений,
приведенный в таблице.
Наибольший
прогиб шарнирно-опертых и консольных
изгибаемых элементов постоянного и
переменного сечений f следует определять
по формуле
,где fо -
прогиб балки постоянного сечения
высотой h без учета деформаций
сдвига;
h -наибольшая
высота сечения;
l -пролет
балки;
k -коэффициент,
учитывающий влияние переменности
высоты сечения, принимаемый равным 1
для балок постоянного сечения;
с
-коэффициент, учитывающий влияние
деформаций сдвига от поперечной
силы.
Значения
коэффициентов k и с для основных расчетных
схем балок приведены в таблице.
Прогиб
клееных элементов из фанеры с древесиной
следует определять, принимая жесткость
сечения равной 0,7 ЕIпр. Расчетная ширина
обшивок плит и панелей при определении
прогиба принимается в соответствии с
указаниями.
Прогиб сжато-изгибаемых
шарнирно-опертых симметрично нагруженных
элементов и консольных элементов
следует определять по формуле
,где
f - прогиб, определяемый по формуле ;
-
коэффициент, определяемый по формуле
.
Расчетную несущую способность соединений, работающих на смятие и скалывание, следует определять по формулам:
а)
из условия смятия древесины
;
б) из условия скалывания
древесины
,
где
Fсм-расчетная площадь смятия; Fсм -
расчетная площадь скалывания;
Rсмa
- расчетное сопротивление древесины
смятию под углом к направлению
волокон;
- расчетное среднее по площадке скалывания
сопротивление древесины скалыванию
вдоль волокон.
Среднее по площадке
скалывания расчетное сопротивление
древесины скалыванию следует определять
по формуле
, где Rск - расчетное
сопротивление древесины скалыванию
вдоль волокон (при расчете по максимальному
напряжению);
lск -
расчетная длина плоскости скалывания,
принимаемая не более 10 глубин врезки
в элемент;
е -плечо сил
скалывания, принимаемое равным 0,5hпри
расчете элементов с несимметричной
врезкой в соединениях без зазора между
элементами и 0,25h при расчете симметрично
загруженных элементов с симметричной
врезкой;
- коэффициент, принимаемый равным 0,25
при расчете соединений, работающих по
схеме, показанной на рис. 5, г и
=
0,125 при расчете соединений, работающих
по схеме согласно рис. 5, в; если обеспечено
обжатие по плоскостям скалывания.
Расчет на изгиб (прочность, устойчивость, жесткость, косой изгиб).
Изгибаемые элементы.
Расчет изгибаемых элементов на прочность производится по формуле:
г
де
M — расчетный изгибающий момент;
mи — коэффициент условий работы элемента на изгиб; Rи — расчетное сопротивление древесины изгибу,
Wнт — момент сопротивления нетто рассматриваемого поперечного сечения.
Коэффициент условий работы элементов на изгиб mи принимается: для досок, брусков и брусьев с размерами сторон сечения менее 15 см и клееных элементов прямоугольного сечения mи =1,0; для брусьев с размерами сторон 15 см и более при отношении высоты сечения элемента к его ширине h/b ≤ 3,5 — mи = 1,15
Расчет элементов цельного сечения на прочность при косом изгибе производится по формуле:
г
де
Mx, My— составляющие расчетного изгибающего
момента соответственно для главных
осей x и y
mи — коэффициент условий работы элемента на изгиб;
Wx, Wy—моменты сопротивления рассматриваемого поперечного сечения нетто для осей x и y . Внецентренно-расгянутые и внеиентренно-гжатые элементы. Расчет внецентренно-растянутых элементов производится по формуле:
Расчет внецентренно-сжатых элементов производится по формуле:
где ξ— коэффициент (действительный в пределах от 1 до 0), учитывающий дополнительный момент от продольной силы N при деформации элемента, определяемый по формуле;
При малых напряжениях изгиба M/Wбр, не превышающих 10% от на-
пряжения N/Fбр , внецентренно-сжатые элементы рассчитываются на
устойчивость по формуле N<mcφRcFp без учета изгибающего момента Расчет цельных изгибаемых элементов на скалывание древесины производится по формуле:
г
де
Q — рассчетная перерезывающая сила;
mcк=1 — коэффициент условий работы цельного элемента на скалывание при изгибе;
Rck— расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон;
Iбр—момент инерции брутто рассматриваемого сечения;
Sбр— статический момент брутто сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси;
b — ширина сечения.
Определение требуемого количества гвоздей в деревянном соединении
Расчет на прочность сводится к определению необходимого количества гвоздей nг для воспринятия выдергивающего усилия N
где NГ - несущая способность одного винтового гвоздя при выдергивании из древесины.
Несущая способность гвоздя при выдергивании вычисляется по формуле, аналогичной нормам проектирования [
NГ = p dlRГ ,
где RГ - расчетное сопротивление винтового гвоздя выдергиванию;
l -длина защемленной части гвоздя в непробиваемом элементе;
d - диаметр гвоздя по наружному контуру винтовой нарезки.
При определении расчетного сопротивления гвоздя RГ учтены особенности работы винтовых гвоздей при выдергивании. Удерживающую силу создают не только силы трения на границе контакта "гвоздь-древесина", но и силы смятия древесины под плоскостями винтовой нарезки. Формулу для определения RГ, связывающую все параметры винтовых гвоздей, приводим без промежуточных выводов
,
где RВГ - расчетное сопротивление обычного гвоздя выдергиванию, принимаемое по нормам проектирования ;
RСМ.90 = 1,8 МПа - расчетное сопротивление древесины смятию по всей поверхности ;
SВ - длина винтовой линии на участке гвоздя Dl = 10 мм;
dВ = 0,3 мм - ширина выступа винтовой нарезки;
kk =1,2 - корректирующий коэффициент, полученный по результатам экспериментальных исследований;
mn - коэффициент, учитывающий влияние породы древесины на расчетное сопротивление древесины ;
mi - поправочные коэффициенты, учитывающие влияние температурно-влажностных условий эксплуатации и длительность действия нагрузки .
Длина винтовой линии на участке гвоздя Dl = 10 мм находится из уравнений винтовой линии . Формула приводится без промежуточных выкладок
,
где a - угол наклона винтовой линии к продольной оси гвоздя.
Введя обозначение
,
получим более удобную аналитическую зависимость для определения расчетного сопротивления винтового гвоздя выдергиванию
,
Внецентренно-сжатые элементы. Внецентренно-растянутые элементы. (Дерево) Расчет внецентренно-растянутых и растянуто-изгибаемых элементов следует производить по формуле
где |
|
расчетный момент сопротивления поперечного сечения (см. п.4.9);
|
|
|
площадь расчетного сечения нетто.
|
||
Расчет на прочность внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементов следует производить по формуле
где |
|
изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок, определяемый из расчета по деформированной схеме.
|
Важнейшие формулы для расчета ДК по первой и второй группе предельных состояний
Расчет элементов деревянных конструкций по предельным состояниям первой группы
Р
асчет
центрально-растянутых элементов следует
производить по формуле
,где N - расчетная продольная сила;
Rp - расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон;
Fнт - площадь поперечного сечения элемента нетто.
При определении Fнт ослабления, расположенные на участке длиной до 200 мм, следует принимать совмещенными в одном сечении.
4.2. Расчет центрально-сжатых элементов постоянного цельного сечения следует производить по формулам:
а) на прочность
б) на устойчивость
где Rс - расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон;j - коэффициент продольного изгиба, определяемый согласно п. 4.3;Fнт - площадь нетто поперечного сечения элемента;
Fрас - расчетная площадь поперечного сечения элемента, принимаемая равной:
Коэффициент продольного изгиба j следует определять по формулам (7) и (8);
при гибкости элемента l £ 70
;
при гибкости элемента l > 70
,
где
коэффициент а = 0,8 для древесины и а = 1
для фанеры;
коэффициент А = 3000 для древесины и А = 2500 для фанеры.
4
.4.
Гибкость элементов цельного сечения
определяют по формуле
,где lо - расчетная длина элемента;r - радиус инерции сечения элемента с максимальными размерами брутто соответственно относительно осей Х и У.
4.5. Расчетную длину элемента lо следует определять умножением его свободной длины l на коэффициент m0
lо = lm0