Раздел 3. Конструкции из дерева и пластических масс

3.1. Общие сведения о конструкциях из дерева и пластмасс.

1. Основные требования, предъявляемые к деревянным конструкциям.

-применять в тех случаях, если они более экономически выгодны по сравнению с другими конструкциями;

-деревянные конструкции должны быть максимально индустриальные, изготавливаться в заводских условиях;

-должны быть долговечными;

-нормативный срок эксплуатации от 30 до 50 лет.

2. Достоинства и недостатки деревянных конструкций.

Достоинства:

-высокая несущая способность при небольшой массе;

-легкая обрабатываемость древесины;

-постоянная воспроизводимость сырьевых запасов;

-возможность 100% использования отходов древесины.

Недостатки:

-большой разброс механических свойств, вследствие неоднородности древесины и пороков;

-гигроскопичность древесины, результат – загнивание, коробление, растрескивание;

-поражение древесины насекомыми;

-древесина сгораемый материал.

3. Области эффективного применения.

В гражданском строительстве для покрытия больше пролетных зданий и сооружений, для возведения уникальных покрытий, для чердачных и мансардных помещений.

В промышленном строительстве для покрытия зданий с химически агрессивными материалами, для сыпучих химических материалов.

В сельскохозяйственном строительстве для покрытия животноводческих и пищеводческих комплексов.

Для временных зданий и сооружений.

Основные породы древесины: сосна, ель, лиственница.

Хвойные породы содержат смолу и более сопротивляются загниванию, меньше содержат пороков. Из лиственных: береза (используется в производстве фанеры). По свойствам сосна и ель близки друг к другу.

4. Свойства древесины.

Физические свойства.

Плотность, зависит от породы древесины и от влажности, плотности сравнивают при стандартной влажности 12%;

свежесрубленная древесина имеет плотность ≈ 850 кг/м³;

в конструкциях – 500 – 600 кг/м³;

древесина относится к легким материалам.

Гигроскопичность, свойство материала насыщаться влагой. Точка насыщения древесного вещества, это влага, которая не накапливается в древесном веществе, который находится в водяном паре при температуре 20 °С, составляет примерно 30%. Различают два вида влаги: влага гигроскопическая до 30% находится в стенках клеток; влага свободная свыше 30% в полостях клеток и вмежпромежуточном пространстве.

Влажность – это отношение массы влаги к массе древесины в абсолютно сухом состоянии. Древесина с влажностью до 15% - сухая, с 15% до 18% - воздушносухая, свыше 18% до 25% - полусухая, свыше 25% - мокрая. Влажность неклееной древесины ≤ 20%. При влажности свыше 20% древесина начинает загнивать.

При изменении гигроскопической влаги происходит или усушка или разбухание. Наименьшая усушка вдоль волокон, наибольшая – поперек волокон. В радиальном разрезе ≈5%, в тангенциальном - ≈8%. Вследствие того, что в поперечном направлении усушка разная, в древесине возникают усушачные трещины и коробление древесины.

Теплопроводность: наибольшая теплопроводность вдоль волокон, наименьшая – поперек. Вследствие того, что древесина имеет плотность волокон маленькую, то она является теплоизоляционным материалом. Деревянный брус в 15 см = кирпичной стене в 2,5 кирпича.

Температурное расширение характеризуется коэффициентом линейного расширения; наименьшее вдоль волокон, наибольшее – поперек. Линейное расширение меньше чем у стали по длине не устраивают температурные швы.

Химическая стойкость. В целом древесина химически стойкий материал, его не повреждают низко концентрированные кислоты и повреждают серная и азотная кислота свыше 5 %. Более стойка чем сталь и железобетон.

Механические свойства.

Прочность – способность материала сопротивляться силовым воздействиям; показателем является нормативное сопротивление для напряженно деформируемых состояний.

f_i,k – нормативное сопротивление определяется при влажности 12% и при кратковременном нагружении; (f_c,ok – сжатие вдоль волокон; f_t,ok – растяжение вдоль волокон; f_m,k – изгибу; f_{t, gok} – растяжению поперек волокон; f_cm,ok – смятию вдоль волокон; f_cm,gok – смятие поперек волокон; f_cm,αk – смятие под углом α; f_vok – скалывание вдоль волокон)

Расчетное сопротивление для напряженно деформируемого состояния f_i,d.

Факторы, влияющие на прочность древесины:

1) угол между направлением усилия и направлением волокон;

2) длительность нагружения – наибольшая прочность при кратковременном нагружении, при длительном уменьшается на 30-50 %;

3) плотность – связаны между собой прямопропорционально;

4) влажность – с увеличением влажности от 0 до 30% прочность снижается до 30%;

5) температура при увеличении температуры от 18 до 50^о С прочность древесины снижается от 14 до 40 %.

Жесткость – степень деформированности древесины под нагрузкой. На жесткость древесины влияют те же факторы, что и на прочность. Деформации: упругие – после снятия нагрузки деформации исчезают; эластичные – после снятия нагрузки деформации исчезают через некоторый промежуток времени; остаточные – после снятия нагрузки деформации остаются.

Твердость – древесина имеет низкую твердость, легко обрабатывается и легко повреждается.

5. Сортамент и качество древесных материалов.

Лесоматериалы делятся на круглые и пиленые.

Круглые лесоматериалы по качеству делят на четыре сорта и бес­сортные (мелкие). Для рационального использования бревен в конструк­циях их нередко применяют без обработки в «цилиндр», а со «сбегом» — уширением к корню (8 мм на 1000 мм длины); брусья с «обзолом», без полной опиловки.

Пиломатериалы изготовляют из хвойных и лиственных пород. В зависимости от сечений, получаемых от распиловок, различают следую­щие виды пиломатериалов (рис. 32.1):

а) по размерам поперечного сечения — доски, если ширина более двойной толщины, бруски, если ширина не более двойной толщины, и брусья, если толщина и ширина более 100 мм;

б) по характеру обработки: обрезные, если все четыре стороны про- пилены, и необрезные, у которых пласти пропилены, а кромки частично или полностью не пропилены.

Стандартными длинами пиломатериалов считаются длины от 1 до 6,5 м с градацией 0,25 м.

3.2. Расчет элементов конструкций из дерева.

1. Основы расчета ДК по предельным состояниям.

Расчет аналогичен как МК и ЖБК.

Предельными называются состояния при достижении которых конструкция перестает удовлетворять требованиям транспортировки, монтажа, эксплуатации.

1 группа характеризуется потерей несущей способности и непригодности конструкции к эксплуатации; чтобы не наступило предельное состояние 1 группы нужно, чтобы

Или

- максимальное усилие; - минимальная несущая способность.

2 группа характеризуется такими признаками при которых эксплуатация затруднена но полностью не исключается, это достигается если:

Расчет конструкции заключается в том, чтобы не допустить ни одного из возможных состояний, которые могут возникнуть при эксплуатации, транспортировки, монтажа.

Расчет ведут от нагрузок: 1группа – от расчетных; 2 группа – от нормативных (основные).

Расчетная = нормативная на γ_f - коэффициент надежности по нагрузке (> 1). Виды нагрузок, действующих на здание: 1) постоянные (масса конструкции) γ_f = 1,1…1,3; 2) временные – если одновременно действуют две и более кратковременные то учитывают коэффициент ψ=0,9.

k_i – коэффициент условий работы (k_mod, k_t – учитывают при температуре более 35 ^оС, k_o – в растянутых элементах есть ослабления, k_δ – клееные элементы); k_x – учитывает породу древесины; γ_n – коэффициент надежности по назначению, зависит от степени ответственности здания (1 гр – уникальные здания =1,0; 2 гр – массовые здания =0,95; 3 гр – временные здания и сооружения =0,9).

2. Расчет центрально растянутых элементов.

Для сосны и ели с влажностью 15% средний предел прочности при растяжении вдоль волокон составляет примерно 100МПа. Но из-за боль­шого влияния пороков (сучков, присучкового косослоя) принимаемое расчетное сопротивление растяжению сравнительно невелико. Для дре­весины 1-го сорта оно равно ЮМПа, для древесины 2-го сорта — 7 МПа.

Сопротивление древесины растяжению поперек волокон исключи­тельно мало, поэтому в деревянных конструкциях нельзя допускать та­кую работу древесины.

Деревянные конструкции при растяжении разрушаются почти мгно­венно, поэтому при проектировании в сильно напряженных растянутых элементах дерево следует заменять сталью.

Расчет центрально растянутых элементов из древесины при усилии, действующем вдоль волокон центрально к ослабленной площади сече­ния, следует производить по формуле

Средний предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон составляет примерно 1О МПа, а расчетное сопротивление — 13 МПа. Пре­дел прочности древесины при сжатии примерно в 2,5 раза ниже предела прочности такой же древесины на растяжение, а расчетное сопротивле­ние сжатию больше расчетного сопротивления растяжению. Наличие пороков и ослаблений в сжатых элементах в силу упруго-пластической работы древесины влияет в значительно меньшей степени на их несу­щую способность. Поэтому дерево рекомендуется применять в элемен­тах конструкций, работающих на сжатие и сжатие с изгибом.

2. Расчет центрально сжатых элементов следует производить по фор­мулам:

где R_c — расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон; ф — коэффициент продольного изгиба; F_Hm — ослабленная площадь попереч­ного сечения (нетто) элемента; F_pac4 — расчетная площадь поперечного сечения на устойчивость.

Расчетную площадь принимают: при отсутствии ослабленийF_paC4= F_6p; при ослаблениях, не выходящих на кромки элемента, если площадь ос­лаблений не превышает 25% F_6p, F_paC4 = F_6p; то же, если площадь ослаб­лений превышает 25 % F^, F_pac4 = (4/3)F_wn; при симметричных ослабле­ниях, выходящих на кромки элемента, F_paC4 = F^.

При несимметричном ослаблении, выходящем на кромки, элементы рассчитываются на внецентренное сжатие.

Коэффициент продольного изгиба ср следует определять по форму­лам:

при гибкости элемента < 70

Здесь ф — момент инерции и площадь поперечного сечения брут­то. После подстановки выражений J_6p и F_6p в формулу (33.8) можно по­лучить для прямоугольного сечения г_х — 0,289/г и r_y =0,289Ь, а для круг­лого сечения r=0,25D, где Ь и h — ширина и высота прямоугольного сечения, a D — диаметр круглого сечения.

В сжатых стержнях, имеющих неодинаковую жесткость по взаимно перпендикулярным осям, момент инерции J_6p в формуле (33.8) прини­мают для плоскости наименьшей жесткости.

Максимальная гибкость X, сжатых деревянных стержней во избежа­ние провисания от собственного веса и для устранения вибрации длин­ных элементов в зависимости от назначения элемента не должна превы­шать следующих предельных значений:

для пояса, опорных раскосов,

опорных стоек ферм и колонн X < 120;

для прочих элементов конструкций А, < 150;

для связей А, < 200.

В сжатых стержнях, имеющих неодинаковую жесткость по взаимно перпендикулярным осям, момент инерции J_6p в формуле прини­мают для плоскости наименьшей жесткости.

3. Смятие древесины

Смятие древесины происходит от сжимающих сил, действующих перпендикулярно поверхности деревянного элемента. В большинстве случаев они вызывают равномерные напряжения смятия. Смятие 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 зависит от угла смятия. Угол смятия а — это угол между направления­ми действия сжимающей силы и волокон древесины. При смятии вдоль волокон при а=0°

стенки клеток древесины работают в наиболее благо­приятных условиях. В этом случае древесина имеет прочность и дефор­мативность, как и при сжатии вдоль волокон. Расчетное сопротивление древесины смятию в этом случае R_CM=R_C= 8,5—16 МПа в зависимости от сорта древесины и вида элементов.

При смятии поперек волокон при а = 90° стенки клеток древесины работают в наименее благоприятных условиях — они сплющиваются за счет внутренних пустот, что приводит к значительным деформациям. Различают три вида смятия поперек волокон:

а) смятие по всей поверхности элемента (рис. 33.3, а), когда дефор- мации смятия наиболее велики и расчетное сопротивление является наи- меньшим (R_cm90 =1,8 МПа);

б) местное смятие на части сминаемого элемента, но по всей его ширине

в ) местное смятие на части длины и ширины элемента (рис. 33.3, в), когда соседние участки древесины за пределами площадки смятия ока­зывают поддерживающее действие работе нагруженного участка. Вслед­ствие этого сопротивление древесины местному смятию поперек воло­кон по сравнению со смятием по всей поверхности увеличивается.

4. Скалывание древесины

Скалывание древесины происходит в продольных сечениях элемен­тов, параллельных их осевым плоскостям, от действия скалывающих усилий Т. Эти усилия в большинстве случаев действуют вдоль волокон древесины. Прочность древесины при скалывании очень мала ввиду ее волокнистого строения. Волокна древесины имеют относительно слабые связи между собой, которые легко разрываются при скалывании. Эле­менты разрушаются хрупко, почти мгновенно при напряжениях скалы­ваниях = 6—7МПа. Максимальное расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон R_CK = 2,4 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 (максимальное расчетное сопротивление R_CK(jo = 1 МПа).

3.3. Соединения элементов деревянных конструкций.

При создании деревянных конструкций часто приходится соединять бревна, брусья и доски между собой. Соединения деревянных элементов для увеличения поперечного сечения конструкции называют сплачива­нием, а для увеличения их продольной длины — сращиванием. Кроме того, деревянные элементы могут соединяться в узлах конструкций под разными углами.

По способу передачи усилий соединения деревянных элементов раз­деляются на следующие виды:

соединения, в которых усилия передаются непосредственным упо­ром контактных поверхностей соединяемых элементов, например, при­мыканием в опорных частях элементов, врубкой и т.д.;

соединения на механических связях;

соединения на клеях.

Механическими в соединениях деревянных конструкций называют рабочие связи различных видов из твердых пород древесины, стали, раз­личных сплавов или пластмасс, которые могут вставляться, врезаться, ввинчиваться или запрессовываться в тело древесины соединяемых эле­ментов. К механическим связям, наиболее широко используемым в со­временных деревянных конструкциях, относятся шпонки, нагели, бол­ты, глухари, гвозди, шурупы, шайбы шпоночного типа, нагельные пла­стинки и металлические зубчатые пластинки (МЗП).

Передача сил в соединениях с механическими связями происходит от одного элемента к другому через отдельные точки (дискретно).

Все связи (кроме клеевых) являются податливыми, т.е. не обеспечи­вают полной монолитности соединения. Деформации возникают вслед­ствие неплотностей, неизбежных при изготовлении, от усушки и смятия древесины, а также от изгиба связей.

Необходимо избегать хрупких соединений, в которых разрушение происходит неожиданно и при малых деформациях. Такое разрушение характерно для врубок, работающих, в основном, на скалывание.

Для соединений, обладающих вязкостью, характерно медленное на­растание деформаций при длительном воздействии нагрузок с постепен­ным развитием пластических деформаций при разрушении. К вязким соединениям относятся соединения на гвоздях и нагелях, древесина в которых работает на смятие.

Лобовые упоры и соединения на врубках

Лобовым упором и врубкой называют соединения, в которых усилия от одного элемента передаются другому по площадкам смятия и ска­лывания без специальных промежуточных рабочих связей. Однако для передачи монтажных нагрузок устанавливают вспомогательные метал­лические крепления: скобы, болты, штыри и др.

Лобовые врубки чаще всего применяют в узлах бревенчатых и брус­чатых ферм. Наибольшее распространение получили лобовые упоры и лобовые врубки с одним зубом.

Соединения на врубках не требуют большого расхода металла, спе­циального оборудования и не вызывают затруднений при контроле каче­ства изготовления и их состояния во время эксплуатации.

Лобовые упоры относятся к самому простому и надежному типу со­единений. Их применяют для передачи усилия на опору или на другой деревянный элемент. Опорой обычно слу­жит каменная или бетонная кладка стен, столбов и фундаментов. Чаще всего лобовые упоры используют для передачи давления в деревянных элементах. Поверхности соприкосновения соединяемых элементов сле­дует проверять на смятие вдоль волокон, поперек волокон или под углом к волокнам.

Лобовые врубки с одним зубом применяют в подкосно-ригельных системах, фермах при круглом или брусчатом лесе при отно­сительно небольших пролетах и нагрузках. Сжатый наклонный элемент верхнего пояса упирается в гнездо, выпиленное в растянутом нижнем.

Для предотвращения возникновения изгибающих моментов в местах односторонних ослаблений основного растянутого элемента следует пре­дусматривать центрирование по ослабленному сечению.

Узел врубки необходимо обязательно стягивать болтом, устанавли­ваемым перпендикулярно к верхнему поясу, либо скобами с двух сто­рон. Болт называется аварийным, он должен воспринять усилие верхне­го пояса и предотвратить хрупкое разрушение торца растянутого пояса в результате случайного скалывания площадки l_cJ> из-за возможных по­роков древесины или других причин и тем самым предупредить внезап­ное разрушение фермы.

Лобовую врубку с одним зубом рассчитывают на смятие древесины под углом к волокнам нижнего растянутого элемента по площадке кон­такта стыка.

Соединения на нагелях

Нагелями называют стержни или пластинки, препятствующие вза­имному сдвигу соединяемых элементов. В нагельном соеди­нении, находящемся под воздействием внешней нагрузки, сам нагель работает на изгиб, а древесина соединяемых элементов под нагелями подвергается смятию. Нагели бывают стальные, пластмассовые и дере­вянные, а по форме — цилиндрические и пластинчатые.

Цилиндрические нагели представляют собой стержни круглого сече­ния или трубчатого сечения. Чаще всего применяются нагели из стали: стержни из арматурной стали (штыри), трубки, болты, гвозди, шурупы и глухари. Последние представляют собой винты диаметром 12—20мм, завинчиваемые не отверткой, а ключом. В конструкциях, которые разме­щают в агрессивных средах, используют алюминиевые, пластмассовые и дубовые нагели.

Штыри и болты закладывают в предварительно просверленные от­верстия, диаметр которых равен диаметру болта или штыря. Гвозди ди­аметром не более 6 мм просто забивают в древесину. Шурупы и глухари завинчивают в предварительно просверленные отверстия меньшего диа­метра. Пластинчатые нагели вставляют в смежные пропилы соединяе­мых элементов. Они используются, в основном, в балках составного се­чения.

Соединения на растянутых связях

К растянутым связям относятся гвозди, винты (шурупы и глухари), работающие на выдергивание, скобы, хомуты, стяжные болты и тяжи. Все виды связей, особенно постоянные, воспринимающие расчетные уси­лия, должны быть защищены от коррозии (оцинковкой, покрытием во­достойкими лаками и т.п.). Расчет связей на растяжение производят в соответствии с нормами расчета металлических конструкций.

Гвозди сопротивляются выдергиванию только усилиями поверхнос­тного трения между ними и древесиной гнезда. Сопротивление гвоздей выдергиванию допускается учитьюать во второстепенных элементах (на­стилы, подшивка потолков и т.п.) или в конструкциях, где выдергива­ние гвоздей сопровождается одновременной работой их как нагелей.

Не допускается учитывать работу по выдергиванию гвоздей, заби­тых в заранее просверленные отверстия, в торец (вдоль волокон), а так­же при динамических воздействиях на конструкцию.

При статическом приложении нагрузки расчетную несущую способ­ность на выдергивание одного гвоздя, забитого поперек волокон с со­блюдением норм расстановки, определяют по формуле

Т_вг = R_Brndl_x,

где/?_В/- — расчетное сопротивление выдергиванию на единицу поверхно­сти соприкасания гвоздя с древесиной, которое следует принимать для воздушно-сухой древесины равным 0,3 МПа, а для сырой, высыхающей в конструкции, — 0,1 МПа; d — диаметр гвоздя; 1_Х — расчетная длина защемленной, сопротивляющейся выдергиванию части гвоздя.

При определении Т_вр расчетный диаметр гвоздя принимают не бо­лее 5 мм, даже в случае использования гвоздей большей толщины. Рас­четная длина защемления гвоздя 1_Х (без учета острия! ,5d_ee) должна быть не менее I0d^ и не менее, чем две толщины прибиваемой доски. В свою очередь, толщина прибиваемой доски должна быть не менее 4 d_ee. Рас­становку гвоздей, работающих на выдергивание, следует производить по правилам расстановки гвоздей, работающих на сдвиг.

Шурупы и глухари удерживаются в древесине не только силами тре­ния, но и упором винтовой нарезки в прорезаемые ею в древесине винто­вые желобки.

Расстановка шурупов и глухарей и размеры просверленных гнезд должны обеспечивать плотный обжим стержня глухаря древесиной без ее ракалывания. Расстояния между осями винтов в продольном направ­лении должны быть не менее Sj = lOd, а поперек волокон S₂ = S3 = 5d. Диаметр прилегающей к шву части гнезда должен точно соответство­вать диаметру ненарезной части стержня глухаря. Для надежного упора винтовой нарезки выдергиваемого шурупа или глухаря диаметр заглуб­ленной части по всей длине нарезной части должен быть на 2—4 мм меньше полного его диаметра.

Соединения на металлических зубчатых пластинах (МЗП)

Для узловых соединений дощатых элементов в последнее время на­шли применение металлические зубчатые пластины (МЗП). Наиболь­шее распространение в зарубежной практике строительства получили МЗП системы «Ганг-Нейл» (рис. 34.5).

МЗП представляет собой стальные пластины толщиной 1—2 мм, на одной стороне которых после выштамповки 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. Изготовление конст­рукции 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.

М ЗП рекомендуется изготовлять из листовой углеродистой стали марок 08кп или 10кп толщиной 1,2 и 2 мм. Антикоррозийную защиту МЗП

выполняют оцинковкой или покрытиями на основе алюминия в соответствии с рекомендациями по антикоррозийной защите стальных закладных деталей и сварных соединений сборных железобетонных и бетонных конструкций.

В нашей стране применяют соединения на металлических зубчатых пластинах типа МЗП-1.2 и МЗП-2 (в соответствии с толщиной применя­емой стали). Пластины МЗП-1.2 имеют размеры: длина 160—340 мм и ширина 80—140 мм с длиной зубьев 14,8 мм, а пластины МЗП-2 соот­ветственно: длина 160—400 мм и ширина 8—200 мм с длиной зубьев 23,5 мм. В табл. 34.5 приведены основные расчетные характеристики соединений типа МЗП-1.2 и МЗП-2.

Соединения на клеях

Склеивание древесины — наиболее прогрессивный способ соедине­ния деревянных элементов, отвечающий индустриальному способу из­готовления. Наличие водостойких и биостойких строительных клеев (на основе синтетических смол) открыло возможности широкого использо­вания клееных конструкций в индустриальном строительстве.

В настоящее время применяют в основном синтетические клеи. Для деревянных элементов, не защищенных от атмосферных воздействий и в сооружениях с изменяющимся температурно-влажностным режимом применяют фенолформальдегидные, резорциновые, фенольно-резорциновые, алкилрезорциновые клеи.

К достоинствам клееных конструкций относятся возможность ком­поновки крупноразмерных конструкций из мелкоразмерного сортамен­та, использование древесины низких сортов в менее напряженных зонах конструкций, отсутствие ослаблений врезками и врубками, надежная работа на сдвиг в швах, возможность автоматизации процессов изготов­ления конструкций в заводских условиях, незначительная металлоем­кость, повышенная огнестойкость вследствие значительной массивнос­ти клееных элементов.

Недостатками клееных конструкций считаются необходимость тща­тельного контроля изготовления в заводских условиях и сложность из­готовления соединений на монтаже.

В настоящее время для создания клееных конструкций используют доски и брусья хвойных пород влажностью не более 12% и толщиной не более 42 мм в прямолинейных элементах и 33 мм — в криволинейных. Применяют дощатые клееные конструкции в сочетании со строительной фанерой, а также с фанерой и сталью. Склеивание проводят под давле­нием 0,3—0,5 МПа при длительности запрессовки 4—24 ч. Применяе­мые клеи должны обеспечивать прочность клеевого шва не ниже проч­ности древесины на скалывание вдоль и растяжение поперек волокон.

Основной вид клеевого соединения — продольная склейка досок в пакете. Применяют и другие типы сопряжений, в частно­сти, продольные стыки: впритык — самый простой, хоро­шо работает на сжатие, на ус и на зуб — равно­прочны с основной древесиной при работе на сжатие и растяжение; скле­ивание досок под углом не рекомендуется из-за большой разницы в уса­дочных деформациях древесины вдоль и поперек волокон. Продольные стыки отдельных досок в пакете следует располагать вразбежку.

3.4. Простейшие строительные конструкции, их расчет и конструирование.

Общие сведения.

Деревянные арки являются в настоящее время наиболее распространенными основными несущими конструкции деревянных покрытий зданий различного назначения. Они применяются в покрытиях производственных промышленных, сельскохозяйственных и общественных зданий, имеющих пролеты 12...80 м. В практике зарубежного строительства применяются деревянные арки с пролетами до 100 м и более. Их изготовляют путем склеивания надежными синтетическими клеями гнутых и прямых клеедеревянных элементов значительных длин и сечений требуемой несущей способности. Конструкции клеедеревянных арок являются простыми, состоят из минимального числа элементов. Существенное значение имеет также архитектурная выразительность деревянных арочных покрытий. К достоинствам деревянных арок из клеедеревянных элементов следует также отнести их повышенный предел огнестойкости и достаточно длительное сопротивление загниванию и разрушению в химически агрессивных средах.

По статическим схемам деревянные арки разделяются на трехшарнирные, имеющие два опорных и один коньковый или иногда так называемый ключевой шарнир, и двухшарнирные, имеющие только два опорных шарнира. По особенностям опирания на опоры арки делятся на две основные группы: без затяжек и с затяжками, или с нижними поясами. По форме осей арки делятся на следующие типы: сегментные – имеют верхние пояса, оси которых располагаются на общей части окружности; стрельчатые, состоящие из двух полуарок, оси которых располагаются на двух одинаковых частях окружности, стыкующихся под углом в коньковом шарнире; треугольные, состоящие из двух одинаковых прямых полуарок, смыкающихся в коньковом шарнире под углом. Треугольные арки называются иногда также треугольными распорными системами, а когда имеют затяжки – безраскосными треугольными фермами. Однако эти конструкции работают и рассчитываются так же, как и арки с другими формами осей. Возможны также арки, состоящие из полуарок с ломаными осями.

Трехшарнирные арки являются наиболее распространенными. Они статически определимы, и усилия в их сечениях не зависят от осадок опор и деформаций затяжек. Наличие конькового шарнира позволяет предусматривать в нем монтажный стык и перевозить арки к месту установки в виде транспортабельных полуарок.

Двухшарнирные арки применяются реже. Усилия в их сечениях зависят от осадок опор, деформаций затяжек и они не могут делится простыми шарнирными узлами на более транспортабельные элементы.

Арки без затяжек опираются на фундаменты или соседние конструкции и являются наиболее простыми. Однако их опоры должны рассчитываться не только на вертикальные, но и на горизонтальные (распор) опорные давления. Арки с затяжками несколько сложнее предыдущих по конструкции, но их опоры рассчитываются только на вертикальные опорные давления.

Клеедеревянные арки из клееных элементов заводского изготовления имеют наиболее широкую область применения. Их формы, размеры и несущая способность могут отвечать требованиям сооружения покрытий самого различного назначения, в том числе уникальных по своим размерам и формам. Склеенные из досок плашмя в условиях заводского изготовления эти арки имеют повышенную стойкость против загнивания, химической коррозии и значительный предел огнестойкости. Элементы этих арок могут иметь любую из указанных выше форм оси в покрытиях с пролетами 12...80 м.

Сегментные клеедеревянные арки в условиях отечественного строительства имеют, как правило, трехшарнирную схему. Двухшарнирными выполняются только некоторые малопролетные сегментные арки, которые могут изготовляться и доставляться к месту установки в полностью собранном виде. Двухшарнирные арки особо больших пролетов, верхний пояс которых из условий изготовления и транспортирования должен быть расчленен на несколько транспортабельных элементов жесткими стыками, в отечественном строительстве пока не применялись.

С егментные клеедеревянные арки без затяжек (рис. 1, а, поз. 1), имеющие значительную высоту, достигающую половину длины их пролета, опираются обычно опираются обычно непосредственно на фундаменты и применяются в покрытиях общественных однопролетных зданий без стен. Невысокие сегментные клеедеревянные арки без затяжек, имеющие высоту, равную около 1/6 длины пролета, используют преимущественно в покрытиях среднего наибольшего пролета трехпролетных общественных зданий. Они опираются на элементы несущего каркаса боковых пролетов, которые воспринимают их и вертикальные и горизонтальные опорные давления. Большепролетные сегментные клеедеревянные арки применялись в отечественном строительстве.

Сегментные клеедеревянные арки с затяжками (рис. 1, б, поз. 2) имеют обычно небольшие пролеты и высоты порядка 1/6 длины пролета. В большинстве случаев они имеют трехшарнирные схемы. При малых пролетах эти арки выполняются двухшарнирными, что уменьшает трудоемкость их изготовления и упрощает транспортирование в полносборном виде. Верхние пояса этих арок обычно имеют ширину сечений, не превышающую 17 см, и изготовляются без поперечных стыков досок по кромкам.

Затяжки этих арок в большинстве случаев изготовляются из стальных уголков или арматурных стержней, которые во избежание провисания поддерживаются стальными прутковыми подвесками. Нижние пояса арок могут быть также клеедеревянными. Это значительно повышает жесткость их при транспортировании и установке в полносборном виде.

Сегментные клеедеревянные арки с затяжками применяются в качестве основных несущих конструкций обычных деревянных покрытий зданий со стенами, на каркас которых они передают только вертикальные опорные давления, так как эти арки не имеют распора. К аркам может крепиться легкий подвесной потолок. При этом скрываются затяжки, уменьшается объем и улучшается архитектурная выразительность покрываемых помещений.

Стрельчатые клеедеревянные арки (рис. 1, в) всегда имеют трехшарнирные схемы, как правило, без затяжек. Они состоят из двух полуарок кругового очертания осей и имеют пролеты 18...80 м. Высота стрельчатых арок обычно близка к половине длины их пролетов. При меньших пролетах эти арки имеют сечения шириной не более 17 см без поперечных стыков досок, а при больших пролетах их сечения имеют большую ширину и состоят из досок, стыкуемых по ширине.

Стрельчатые арки чаще применяются в качестве основных несущих конструкций деревянных покрытий производственных зданий значительной высоты без стеновых ограждений и они опираются непосредственно на фундаменты, передавая им и вертикальные, и горизонтальные опорные давления. Наиболее рационально применение стрельчатых клеедеревянных арок без затяжек в покрытиях зданий, где кроме обычных распределенных нагрузок действуют еще сосредоточенные в зоне конька нагрузки от подвесного технологического оборудования, например от веса тельфера с грузом или веса транспортерной галереи.

Величины усилий в сечениях стрельчатых арок в большой мере зависят от величины, характера и соотношения значений действующих на эти арки нагрузок. Чем больше относительная величина сосредоточенных в зоне конька арки нагрузок, тем ближе рациональная форма оси арки должна приближаться к треугольной, при которой от этих нагрузок возникают минимальные отрицательные изгибающие моменты. Чем больше отно­сительные величины распределенных нагрузок, тем больше форма оси арки должна приближаться к круговой или параболической, при которой изгибающие моменты являются положительными и тоже приближаются к минимальным значениям.

При действии как распределенных, так и сосредоточенных в зоне конькового узла нагрузок оптимальной формой оси арки является стрельчатая - промежуточная. При этом кривизна полуарок может быть принята такой, при которой наибольшие положительные и отрицательные изгибающие моменты будут минимальными и близкими по величине.

В настоящее время расширяется применение стрельчатых клеедеревянных арок пролетом 18 и 24 м для покрытий прирельсовых и глубинных складов минеральных удобрений.

Аналогичную область применения имеют также арки, состоящие из полуарок с ломаными осями, имеющими один или два излома. Такие полуарки состоят из прямых участков, соединенных в местах переломов оси наклонными зубчатыми шипами. Эти арки более трудоемки в изготовлении, однако их преимуществом является то, что они могут быть основой плоских участков настила и кровли.

Треугольные клеедеревянные арки могут быть только трехшарнирными с затяжками или без них. Длина пролета этих арок обычно не превышает 30 м. Они проще в изготовлении, чем сегментные, так как состоят из прямых полуарок. Такие арки могут служить основой плоских настилов двускатной асбестоцементной кровли, наиболее рациональной для деревянных покрытий. Основным недостатком треугольных арок является возникновение в их сечениях значительно больших изгибающих моментов от основных распределенных нагрузок, чем в сечениях сегментных арок. Это ограничивает рациональные длины их пролетов.

Треугольные клеедеревянные арки без затяжек (рис. 1,б, поз. 1) имеют в большинстве случаев высоту, близкую к половине длины их пролета. Особенно рационально применение этих арок в покрытиях складских зданий треугольного профиля без стен, где арки опираются непосредственно на фундаменты. В этих зданиях обычно имеется технологическое оборудование, подвешенное к коньковым узлам арок, например монорельс тельфера. При этом изгибающие моменты в сечениях арки возникают только от распределенных нагрузок. Сосредоточенные в коньке нагрузки вызывают в сечениях арки только продольные сжимающие силы, которые мало влияют на размеры сечений полуарок. Полуарки этих арок крепятся в узлах так, что между осями продольных сил от распределенных нагрузок и осями полуарок образуется эксцентриситет и соответствующий изгибающий отрицательный момент, который уменьшает момент от распределенных нагрузок.

Треугольные клеедеревянные арки с затяжками (рис. 1, б, поз. 2) имеют высоту порядка 1/6 длины пролета. Сечения их верхнего пояса обычно имеют ширину, не превышающую 17 см. Затяжки этих арок в большинстве случаев изготовляются из уголковой или арматурной стали и поддерживаются от провисания прутковыми стальными подвесками. Нижние пояса малопролетных клеедеревянных арок целесообразно выполнять тоже клеедеревянными. При этом значительно повышается жесткость арок в процессе их транспортирования и установки, а также предел их огнестойкости и стойкости в химически агрессивных средах. В этих арках тоже используется эффект эксцентричного крепления полуарок в узлах для уменьшения изгибающих моментов от распределенных нагрузок, как и в арках без затяжек. В отечественном сельскохозяйственном строительстве чаще применяются треугольные клеедеревянные арки с затяжками из арматурной стали пролетами 12 и 18 м.

Треугольные трехшарнирные арки из брусьев с соединениями из деревянных пластинок и затяжками из стальной арматуры пролетом до 12 м, опирающиеся на конструкции стен, могут применяться в деревянных покрытиях зданий, возводимых в районах, где отсутствует заводское изготовление клеедеревянных конструкций.

Арки из цельнодеревянных элементов могут быть сегментными и треугольными. Сегментные кружально-дощатые арки имеют двухшарнирную схему пролетом до 12 м и высоту от 1/6 до 1/2 длины пролета. Такая арка состоит в большинстве случаев из двух слоев косяков. Косяк представляет собой короткую толстую доску переменной высоты сечения, верхняя кромка которой обрезается по дуге окружности радиуса, равного радиусу оси арки. Стыки косяков располагаются в шахматном порядке. Косяки плотно приторцовываются по длине и соединяются с серединами соседних косяков болтами или гвоз­дями. Распор таких арок воспринимается затяжками или фундаментами. Эти арки имеют небольшую несущую способность и ставятся с шагом, не превышающим 2 м. Их изготовляют в небольших деревообрабатывающих мастерских и применяют в деревянных покрытиях временных зданий.

Треугольные цельнодеревянные арки имеют трехшарнирную схему и затяжки. Их пролеты не превышают 12 м, а высота равна около 1/6 длины пролета. Верхние пояса этих арок состоят из цельных брусьев или бревен, а затяжки обычно из стальной арматуры. Они имеют невысокую несущую способность и применяются во временных зданиях, опираясь на их наружные стены.

Дощатые цельнодеревянные арки имеют трехшарнирную схему, треугольную форму оси и дощатые нижние пояса. Они применяются при пролетах до 12 м и высоте порядка 1/6 пролета. Нижний пояс этих арок состоит, как правило, из двух досок, соединенных продольным стыком в середине пролета. Верхний пояс — из двух толстых досок с прокладками и зазором, равным их толщине. Эти арки применяются в двускатных покрытиях временных зданий.

Узловые соединения деревянных арок.

Состоят из опорных и коньковых узлов.

О порные узлы клеедеревянных арок без затяжек (рис. 2) выполняются в большинстве случаев при помощи стальных сварных башмаков. Опорный башмак арок малых и средних пролетов включает опорный лист с отверстиями для анкерных болтов и две вертикальные фасонки с отверстиями для болтов крепления опорного конца полуарки, которые упираются лобовыми упорами в опорный лист. Зазор между фасонками равен ширине сечения полуарки. Для уменьшения сдвигающих усилий в анкерных болтах опорный башмак устанавливается на наклонную поверхность фундамента, параллельную опорному сечению сегментных арок.

Опорные узлы сегментных и стрельчатых арок, в сечениях которых могут действовать изгибающие моменты разного знака и незначительные поперечные силы, центрируются по осям полуарок и опорный лист располагается перпендикулярно им. Узлы треугольных арок, в сечениях которых действуют в основном положительные изгибающие моменты и значительные поперечные силы, центрируются по расчетным осям, расположенным с эксцентриситетом относительно оси полуарок, а опорный лист башмака располагается перпендикулярно равнодействующей вертикальной и горизонтальной опорных реакций или продольной и поперечной силам в узле. При этом уменьшаются изгибающие моменты в арке и сдвигающие усилия в узле. Концы полуарок для облегчения их шарнирных поворотов в опорных узлах имеют одно- или двусторонние срезки. Опорные узлы большепролетных сегментных арок без затяжек выполняются с применением стальных шарниров качающегося или поворачивающегося типа. Стальные поверхности башмаков отделяются от древесины а рок слоем гидроизоляции для предупреждения опасности ее конденсационного увлажнения.

Опорные узлы клеедеревянных арок с затяжками (рис. 3) выполняются тоже, как правило, с применением стальных башмаков, конструкция которых учитывает, что эти арки опираются на горизонтальные поверхности опор и имеют стальные затяжки. Например, опорный башмак сегментной или треугольной клеедеревянной арки с затяжкой из стальных уголков может состоять из горизонтального опорного листа с отверстиями для анкерных болтов, двух вертикальных фасонок с зазором между ними, равным ширине сечения верхнего пояса арки и вертикальной диафрагмы между ними (рис. 3, а). Опорный конец полуарки, имеющий горизонтальную и вертикальную площади срезок, вводится в зазор между боковыми фасонками, опирается на опорный лист и упирается в диафрагму, образуя наклонные лобовые упоры, которые воспринимают вертикальную и горизонтальную опорные реакции арки. К фасонкам башмака крепятся снаружи сварными швами стальные полосовые накладки, соединяющие с башмаком уголки затяжки. Конец верхнего пояса крепится к фасонкам башмака конструктивными монтажными болтами. Оси верхнего пояса затяжки и опорного листа башмака сегментной арки центрируются, а верхний пояс треугольной арки крепится в башмаке с эксцентриситетом. При опирании арки непосредственно на клеедеревянные стойки каркаса стен боковые фасонки башмака удобно удлинять ниже опорного листа и делать в них отверстия для болтов крепления башмака к стойке. Опорный башмак может иметь также диафрагму листового сечения, перпендикулярную оси полуарки (рис. 3, б).

Опорные узлы клеедеревянных арок небольших пролетов с клеедеревянными нижними поясами могут выполняться также без стальных башмаков. Пояса арок в опорном узле могут быть соединены с помощью вклеенных стержней из стальной арматуры. Эти стержни вклеиваются в нижний пояс арки вдоль волокон древесины. При полносборном изготовлении арок вторые концы стержней вклеиваются также в конец верхнего пояса полуарки под углом к волокнам древесины, равным углу наклона касательной к оси арки в опорном сечении. При сборке арки на месте установки из отдельно доставляемых поясов удобно стержни вклеивать только в концы нижнего пояса, а к концам верхнего пояса крепить концы стержней, пропущенные через соответствующие отверстия в древесине и стальных накладках, гайками.

Коньковые узлы клеедеревянных трехшарнирных арок (рис. 4) выполняются с применением стальных креплений или деревянных накладок и болтов. Стальное крепление конькового узла (рис. 4, а) состоит из упорного листа и двух фасонок.

Рис. 4. Коньковые узлы клеедеревянных арок:

а – со стальными креплениями; б – с деревянными накладками; в – с шарниром; 1 – полуарка; 2 – стальное крепление; 3 – болт; 4 – деревянная накладка; 5 – шарнир.

Вертикальный упорный лист имеет ширину, равную ширине лобового упора полуарок, и длину, необходимую для постановки двух монтажных болтов, соединяющих полуарки при сборке. Фасонки имеют зазор, равный ширине сечения полуарок, и отверстия для болтов крепления к концу полуарки. В коньковом узле полуарки сегментных и стрельчатых арок соединяются центрировано, а концы треугольных арок – с эксцентриситетами. Для облегчения шарнирных поворотов полуарок в этом узле там можно между упорными листами ставить стальную шайбу.

Клеедеревянные накладки в коньковых узлах арок (рис. 4, б) имеют толщину порядка 10 см и крепятся к концу каждой полуарки двойными болтами, ближайшими к центру узла, и одиночными болтами у концов накладок. Коньковые узлы арок, работающих в химически агрессивной среде, могут выполняться с помощью вклеенных стальных стержней. Коньковые узлы большепролетных трехшарнирных клеедеревянных арок выполняются в виде стальных шарниров качающегося или поворотного типа.

Опорные узлы арок из брусьев или бревен (рис. 5) при таких же нижних поясах могут выполняться при помощи лобовых врубок. При затяжках из арматурной стали опорный узел таких арок выполняется, как правило, упрощенно. Конец затяжки, имеющий нарезку, пропускается через отверстие в конце полуарки и закрепляется гайкой на шайбе, опертой на вертикальный срез торца. Горизонтальный срез торца арки ставится на антисептированную и гидроизолированную подкладку опоры. Несколько более сложным является опорный узел с хомутом из арматурной стали. Этот хомут соединяется с затяжкой при помощи серьги с нарезанными концами и крепится к швеллерной упорной траверзе, передающей усилие в затяжке на вертикальный срез конца полуарки. Коньковые узлы этих арок обычно осуществляются при помощи дощатых двусторонних накладок и болтов.

О порные узлы дощатых арок выполняются путем введения доски нижнего пояса в зазор между двумя досками верхнего пояса и соединения их болтами или гвоздями. Коньковый узел этих арок решается при помощи дощатых прокладок, накладок и болтов или гвоздей.

Деревянные рамы.

Общие сведения.

Рамы являются одним из основных классов несущих деревянных конструкций. Их форма вполне соответствует большинству производственных и общественных зданий. Вертикальные стойки и наклонные ригели служат основами для настилов покрытий и обшивок стен. Однако рамы требуют большего расхода древесины на изготовление, чем арки, поскольку форма их осей менее, чем осей арок, соответствует закономерностям действующих в них распределенных и особенно сосредоточенных нагрузок. В отечественном строительстве в основном применяют однопролетные двускатные рамы при пролетах 12...24 м, в зарубежном строительстве – рамы пролетом до 60 м. Деревянные рамы можно разделить по ряду признаков.

По статическим схемам деревянные рамы могут быть статически

определимыми и однократно статически неопределимыми. Трехшарнирная рама (рис. 6, а) является статически определимой. Преимуществом этой схемы является независимость действующих в ее сечениях усилий от осадки фундаментов и относительная простота решений шарнирных опорных узлов. К недостаткам относится возникновение больших изгибающих моментов в карнизных сечениях или узлах.

Двухшарнирная схема с жесткими опорными узлами (рис. 6, б) является однажды статически неопределимой. Преимуществами этой схемы являются отсутствие изгибающих моментов в шарнирных соединениях ригеля со стойками. Это упрощает их конструкцию и дает возможность применения в качестве ригеля клеедеревянных балок, арок с затяжками, сегментных и треугольных ферм. Недостатками этой схемы являются наличие жестких опорных узлов, в которых действуют изгибающие моменты и конструкции которых сложнее шарнирных, а также зависимость величин усилий в таких рамах от осадок опор.

Двухшарнирная схема с шарнирными опорными узлами (рис. 6, в) тоже однажды статически неопределима. Преимуществами этой рамы являются отсутствие изгибающих моментов в шарнирных опорных узлах, что позволяет просто решать их конструкцию, и возможность применять в качестве ригеля клеедеревянные балки и фермы, имеющие опорные стойки, например пятиугольные. Недостатком этой схемы является наличие жестких карнизных узлов, в которых действуют изгибающие моменты, усложняющие решение их конструкций.

По конструкции деревянные рамы делятся на трех- и двухшарнирные клеедеревянные, цельнодеревянные и клеефанерные.

Т рехшарнирные клеедеревянные рамы заводского изготовления являются одним из основных видов деревянных рам. Они бывают бесподкосными и могут иметь от двух до четырех подкосов (рис. 7). Элементы этих рам имеют прямоугольные клеедеревянные сечения постоянной ширины и переменной, а в подкосах постоянной высоты.

Типы рам.

Гнутоклееная трехшарнирная рама (рис. 7, а) состоит из двух полурам Г-образной формы прямоугольного переменного по высоте сечения, изогнутых при изготовлении в зоне будущего карниза. Первым достоинством этой рамы является то, что она состоит только из двух крупных элементов – полурам, которые соединяются при сборке всего тремя узлами – двумя опорными и одним коньковым. Это сводит к минимуму время и трудоем­кость сборки и установки таких рам. Второе достоинство – это переменная высота сечений – максимальная в зоне выгиба, где действуют максимальные изгибающие моменты, и минимальная в узлах, где моменты отсутствуют. Это позволяет экономить древесину и рационально использовать ее прочность.

Гнутоклееная рама имеет и существенные недостатки. Транспортирование крупных изогнутых полурам при значительных расстояниях мест установки от завода-изготовителя встречается со значительными габаритными затруднениями. Технология изготовления гнутых клеедеревянных полурам переменного сечения более сложна и трудоемка, чем прямых элементов. При изготовлении этих полурам требуются тонкие доски, позволяющие гнуть их по минимальному допускаемому радиусу – r≥150δ. Это повышает трудоемкость изготовления, расход древесины при острожке и клея. Кроме того, в зонах карниза для опирания на них настила покрытия требуются дополнительно наклонные стержни.

Ломаноклееная рама (рис. 7, б), называемая также клеедеревянной рамой с жестким стыком на зубчатых шипах, состоит из двух полурам. Каждая полурама имеет Г-образную форму с переломом оси в месте будущего карниза. Полурама состоит из двух прямых элементов – стойки и полуригеля, имеющих переменные сечения, максимальные в зоне перелома оси. Эти элементы соединяются под необходимым углом наклонным зубчатым шипом. Ломаноклееная рама имеет существенные достоинства. Так же как и гнутоклееная, она малотрудоемка при монтаже, но отличается от нее большей простотой и меньшей трудоемкостью изготовления. Ломаноклееные полурамы изготовляются из прямых заготовок постоянного сечения, которые склеиваются из досок любой допускаемой толщины и затем распиливаются по диагонали для получения сечения переменной высоты. Благодаря этому экономятся древесина при острожке, а также клеи. Эти рамы не требуют дополнительных стержней для опирания настилов в карнизных узлах.

К недостаткам ломаноклееной рамы относится то, что их трудно транспортировать, древесина в зоне перелома оси и зубчатого стыка, где действуют максимальные изгибающие моменты, работает на нормальные напряжения от сжатия с изгибом под значительным углом к направлению волокон. Ее расчетные сопротивления при этом существенно снижаются и, следовательно, увеличиваются размеры этого сечения, повышается расход клееной древесины на раму. Замена древесины в этих сечениях более прочным материалом, например древесным пластиком, позволила бы получить значительную экономию материала.

Клеедеревянная трехшарнирная четырехподкосная рама (рис. 7, в) состоит из двух стоек, двух полуригелей переменной высоты сечения и четырех подкосов постоянного сечения, соединяющих стойки с ригелем. Подкосы создают дополнительные кроме стоек опоры для ригеля, что приводит к уменьшению изгибающих моментов в ригеле по сравнению с бесподкосной рамой. Особенно уменьшаются при этом моменты в стойках. Эта рама является сборно-разборной и состоит из прямых клеедеревянных элементов, простых в изготовлении, которые без затруднений могут транспортироваться любым видом транспорта. Основным недостатком этой рамы является большее, чем в бесподкосных рамах, число элементов и узлов, что повышает трудоемкость изготовления и сборки. Подкосы также сокращают свободное пространство помещений, поэтому применение этих рам наиболее рационально в покрытиях навесов.

Двухподкосная клеедеревянная трехшарнирная рама (рис. 7, г) состоит из двух стоек, двух полуригелей переменного сечения и двух подкосов постоянного сечения. К недостаткам этой рамы относится наличие значительных растягивающих усилий в карнизных узлах, для восприятия которых необходимо применение металлических креплений и винтов. Кроме того, изгибающие моменты в стойках и ригелях этой рамы значительно больше, чем в рамах с парными подкосами. Подкосы уменьшают свободное пространство помещения.

Клеедеревянная трехшарнирная рама с опорными подкосами (рис. 7, д) состоит из двух полуригелей переменного сечения, двух подкосов и двух стоек постоянного сечения. Основные достоинства этой рамы те же, что и прочих подкосных рам. Основные недостатки – это работа стоек на растяжение и изгиб от ветровой нагрузки, что усложняет конструкцию их узловых креплений, и значительная длина сжатых подкосов, сечения которых определяются из условия предельно допускаемой гибкости.

К леедеревянная трехшарнирная рама с наружными раскосами (рис. 7, е) отличается от предыдущей только наружным расположением раскосов. Достоинства ее и недостатки те же, что и прочих подкосных рам. Наружные раскосы работают в этой раме на растяжение и могут выполняться как из клееной древесины, так и из стали, при этом они не уменьшают внутреннего пространства помещения.

Двухшарнирные клеедеревянные рамы (рис. 8) состоят из трех конструктивных элементов – двух вертикальных стоек и горизонтального ригеля. Их основное достоинство – это относительная простота изготовления и транспортирования прямых стоек и балочных конструкций ригелей по сравнению с гнутыми и ломаными полурамами. Кроме того, их горизонтальные ригели удобны для крепления к ним необходимого в некоторых помещениях подвесного потолка. Недостатком их является большая трудоемкость сборки и зависимость усилий в элементах от возможных осадок опор.

Двухшарнирная клеедеревянная рама с жесткими опорными узлами (рис. 8, а и б) может иметь две клеедеревянные стойки постоянного, переменного или ступенчатого сечения. Стойки переменного сечения наиболее экономичны по расходу древесины, так как в опорном сечении, где действуют максимальные моменты, имеют наибольшую высоту. Стойки постоянного сечения проще в изготовлении, а стойки ступенчатой формы позволяют опирать на их ступени клеедеревянные балки мостовых кранов небольшой грузоподъемности.

Ригель этой рамы может представлять собой клеедеревянную двускатную балку, арку с затяжкой, сегментную или треугольную клеедеревянную ферму, шарнирно опирающуюся на стойки. Решение шарнирных узлов опирания этих конструкций на стойки не представляет затруднений. Основным недостатком этой рамы является относительно большая сложность жестких опорных узлов стоек, чем шарнирных.

Двухшарнирная клеедеревянная рама с шарнирными опорными узлами (рис. 8, в) может иметь две стойки постоянного или переменного клеедеревянного сечения наименьшей высоты в опорных узлах, где нет изгибающих моментов. Ригелем этой рамы может служить клеедеревянная двускатная балка или пятиугольная ферма. Они крепятся к стойкам на разных высотах, образуя жесткое рамное соединение. Достоинством этой рамы является простая конструкция шарнирных опорных узлов, а недостатком – более сложное решение жестких креплений ригеля к стойкам. Однако значительная жесткость ригелей позволяет не учитывать при решении этих креплений изгибающих моментов от действующих на ригель основных вертикальных нагрузок.

Трехшарнирная дощато-гвоздевая рама состоит из дощато-гвоздевых двутавровых стоек и полуригелей переменной высоты. Пояса этих элементов состоят из двойных толстых досок, а стенка – из двух слоев перекрестных слоев тонких досок. Соединениями их служат гвозди и болты. Такие рамы являются простыми, но трудоемкими в изготовлении и в настоящее время применяются редко.

Цельнодеревянные рамы из брусьев или бревен или из толстых досок имеют определенные достоинства. Они могут быть изготовлены в пределах любой строительной площадки в помещении или под навесом в любое время года и не обязательно в заводских условиях. Их могут изготовлять подсобные организации строек. Их стоимость ниже клеедеревянных.

К недостаткам относится то, что их изготовление трудно механизируется, требует расхода дефицитных лесоматериалов крупных сечений и больших затрат ручного труда рабочих высокой квалификации. Пролеты этих рам невелики, обычно до 15 м.

Основная область применения – небольшие здания, возводимые в районах, где нет заводского изготовления деревянных конструкций.

П односные рамы (подкосные системы) из брусьев или бревен являются наиболее простыми по конструкции. Пролеты их в большинстве случаев не превышает 9 м (рис. 9). Подкосная трехшарнирная рама (рис. 9, а) состоит из двух стоек, двух полуригелей и четырех подкосов. При малых пролетах и нагрузках эта рама может иметь только два внутренних подкоса.

Подбалочно-подкосная трехшарнирная рама (рис. 9, б) имеет дополнительно две подбалки над стойками и повышенную несущую способность.

Ригельно-подкосная двушхарнирная рама (рис. 9, в) имеет дополнительный ригель между подкосами и еще большую несущую способность. Такая рама применяется также в небольших мостах. Подкосные цельнодеревянные рамы могут объединяться в многопролетные конструкции, позволяющие перекрывать помещения с большими площадями. При этом степень их статической неопределимости может быть значительной.

Трехшарнирная клеефанерная рама состоит из коробчатых клеефанерных элементов переменной высоты, максимальной в карнизном узле и может найти применение. Она отличается относительно малой массой и небольшим расходом клееной древесины. Однако она требует расхода дефицитной строительной фанеры, но является трудоемкой в изготовлении и имеет пониженный предел огнестойкости.