Утепленная клееная фанерная плита покрытия

В индустриальном строительстве эффективно используют клееные фанерные плиты заводского изготовления, которые применяют в качестве настилов и прогонов. Клееные фанерные плиты имеют размеры 1,5х3 и 1,5х6 м в плане и высоту 1/30…1/40 пролета.

Плиты покрытий отличаются малой массой, значительной несущей способностью и жесткостью благодаря рациональному сочетанию деревянного каркаса и листовых обшивок. Каркас плит состоит из продольных (на всю длину плиты) и поперечных ребер из остроганных досок толщиной не менее 44 мм (50 мм до острожки). К кромкам каркаса приклеивают обшивки из водостойкой фанеры толщиной 6…10 мм. Шаг продольных рабочих ребер каркаса принимают не более 0,5 м, а поперечных – не более 1,5 м и он совпадает с расположением стыков фанеры, что увеличивает прочность клеевых швов (рис. 1.11).

В трехслойных плитах отапливаемых зданий рекомендуется утеплитель из несгораемых или трудносгораемых материалов (плиты минераловатные, стекломаты), которые укладывают по пароизоляционному слою нижней обшивки.

Клееные фанерные плиты применяют в покрытиях с рулонной кровлей. При изготовлении на плиты сверху наклеивают только один слой кровельного материала, а остальные – после сборки покрытия.

Запроектировать утепленную клееную фанерную плиту покрытия склада (рис. 1.11, а, б).

Исходные данные. Здание ΙΙ уровня ответственности, коэффициент надежности по назначению γ_n = 0,95, отапливаемое с температурными и влажностными условиями эксплуатации по 2-му классу m _в = 0,9. Район строительства по снеговой нагрузке – ΙΙΙ. Кровля мягкая из рулонных материалов. Шаг несущих конструкций покрытия – 6 м.

Материалы плиты. Ребра из сосновых досок 2 сорта (класса К24) по ГОСТ 8486-86*Е; обшивки из водостойкой фанеры марки ФСФ сорта В/В В по ГОСТ 3916.1-89; клей марки ФРФ-50; утеплитель – минеральная вата на основе базальтового волокна PA ROC UNS 37 с объемным весом γ = 0,3 кН/м ³ – плиты размером 1200х600 мм; изоляция от пара – паронепроницаемая влагостойкая полимерная ткань FOLIAREX 110 г/м ²; кровля – из рулонных материалов в виде кровельной плитки KATEPAL.

Над утеплителем предусмотрена воздушная прослойка, вентилируемая вдоль плиты.

Деревянный каркас плиты образуют четырьмя продольными ребрами из досок, жестко склеенных с фанерными обшивками. Обшивки толщиной по 9 мм предварительно состыкованы по длине «на ус», а направление волокон наружных шпонов фанеры принимают продольным.

Под стыками обшивок и в торцах плиты предусматривают поперечные ребра. Продольные ребра после фрезерования верхних кромок принимают равными 52х168 мм.

Расчетный пролет плиты l _p = 0,99 l = 0,99х 5980 = 5920 мм.

Высота плиты в данном примере принята h _п = h_p + 2 δ_ф = 168 + 2х9 = 186 мм

Плиту рассчитывают как свободно лежащую на двух опорах однопролетную шарнирно опертую балку.

Сбор нагрузок и статический расчет. По скомпонованному сечению плиты составляют таблицу нормативных и расчетных нагрузок на 1 м ² плиты.

h_{p 1}, h_{p 2}, h _y – высота сечения продольных, поперечных ребер и высота утеплителя соответственно;

b_{p 1}, b_{p 2}, b ₁ – ширина сечения продольных, поперечных ребер и расстояние между ребрами в свету соответственно;

γ _у – n_{p 1}, n_{p 2}, n ₁ – количество продольных, поперечных ребер и расстояние между ребрами в свету соответственно;

γ _д., γ _ф.,объемный вес древесины, фанеры и утеплителя соответственно.

Полная погонная нагрузка на 1 м составит:

q ^н = 1,697˙1,48 = 2,512 кН/м;

q = 2,274˙1, 48 = 3,365 кН/м.

Максимальный изгибающий момент в середине пролета плиты с учетом 2-го уровня ответственности

M = q l ²γ _n/8 = 3,365˙5, 92 ²˙0, 95/8 = 14 кН м.

Максимальная поперечная сила

Q = q l γ _n/2 = 3,365˙5,92˙0, 95/2 = 9, 46 кН.

Геометрические характеристики поперечного сечения. Расстояние между осями продольных ребер, а = 42,4 + 5,2 = 47,6 см. Расчетная ширина фанерной обшивки согласно [1, п.6.27]

b_пр. = 0,9 b _п. = 0,9х148 = 133,2 см.

Рис. 1.11. Клеефанерные ребристые плиты покрытия:

а - план плиты 1.5х6 м.; б - поперечное и расчетное сечения плит коробчатого типа; в - то же, с одной нижней обшивкой; 1 - фанерная обшивка; 2 - продольные несущие ребра; 3 - поперечные ребра; 4 - утеплитель; 5 - пароищоляция; 6 - вентиляционный продух в торцах

Геометрические характеристики сечения клееной фанерной плиты приводят к фанерной обшивке отношением модулей упругости древесины ребер к фанере обшивок E/E _ф = 10 000/9 000 = 1,11.

Положение нейтральной оси симметричного сечения плиты

Y ₀ = 0, 5 h = 0,5˙18, 6 = 9, 3 см.

Приведенный момент инерции поперечного сечения плиты

I _пр. = b _пр.(h ³- h_p³)/12 + (n b _p h_p³/12) (E/E _ф.) = 133, 2(18, 6 ³ – 16, 8 ³)/12 + +(4˙5,2˙16,8 ³/12) ˙1,11 = 27918 см ⁴.

Приведенный момент сопротивления поперечного сечения плиты

W _пр = 2 I _пр /h = 2х 27918/18, 6 = 3002 см ³.

Проверка плиты на прочность. Напряжение в нижней растянутой обшивке

σ _р. = M/W _пр. = 1400/ 3002 = 0,47 кН/см ² = 4,7 МПа < R _{ф. р.} k _ф. m _в = 14х 0,6х 0,9 = 7,56МПа,

где k _ф. = 0,6 – коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры в растянутом стыке; m _в – коэффициент температурно-влажностных условий эксплуатации.

Напряжение в верхней сжатой обшивке с учетом ее устойчивости

σ _с = M/W _пр.

При отношении расстояния с₁ между продольными ребрами к толщине обшивки δ _ф.

с ₁/δ _ф. = 42,4/0,9 = 47,1 < 50;

= 1 – (с ₁δ _ф.) ²/5000 = 1 – 47,1²/5000 = 0,556.

Напряжение в сжатой обшивке

σ _с = 1400/3002х 0,556 = 0,84 кН/см ² = 8,4 МПа < R _{ф. с.} =

= 12˙0,9 = 10,8МПа.

Таблица 1.4 Нагрузки на плиту кН/м ²

Нагрузка	Нормативная нагрузка	Коэффициент надежности	Расчетная нагрузка
1	2	3	4
Кровельная плитка KATEPAL 0,123 кН/м 3	0,123	1,05	0,129
Фанера ФСФ n δф. γф.	2х0,009х7= 0,126	1,1	0,138
Продольные ребра каркаса (bp1хhp1х np1х γ)/b1	(0,052х0,168х4х5)/1,48=0,118	1,1	0,13
Поперечные ребра каркаса(b p2хhp2х n p2х γ)/l	(0,052х0,144х3х5)/5,98=0,019	1,1	0,021
Утеплитель – минеральная вата на основе базальтового волокна PAROC UNS 37 γ=0,3кН/м3(by hy n1 γy)/b1	(0,15х0,407х3х0,3)/1,48=0,05	1,2	0,055
Изоляция от пара - паронепроницаемая влагостойкая полимерная ткань FOLIAREX 110 г/м 2	0,0011	1,2	0,0013
Итого постоянная нагрузка	0,437		0,474
Временная снеговая нагрузка	1,26		1,8
Полная нагрузка	1,697		2,274

Усилие в верхней обшивке при местном изгибе определяют как в балке, заделанной по концам ( у продольных ребер). Изгибающий момент в обшивке

M _ф. = P c ₁ γ _n /8 = 1,2˙47,6˙0, 95/8 = 6, 78 кН см.

Момент сопротивления обшивки шириной 100 см

W _ф. = 100δ_ф²/6 = 100˙0, 9 ²/6 = 13, 5 см³.

Напряжение от изгиба верхней обшивки сосредоточенной силой

σ_и = M _ф. /W _ф. = 6,78/ 13,5 = 0,38 кН/см ² = 4,6 МПа < R _{ф. и 90} m _n m _в = 6,5˙1,2˙0,9 = 7,02 МПа,

где m _n = 1,2 – коэффициент условия работы для монтажной нагрузки [2]; m _в = 0,9 – коэффициент температурно-влажностных условий эксплуатации [1].

Напряжения скалывания клеевых швов между слоями фанеры (в пределах ширины продольных ребер) проверяют по формуле

τ = Q S _пр./I n b _p1 = 9,46˙1061/27918˙4˙5, 2 = 0,017 кН/см ² =

= 0,17 МПа < R _{ф. ск.} m _в = 0,8˙0, 9 = 0,72 МПа,

где S _пр. – приведенный статический момент фанерной обшивки относительно центра тяжести сечения плиты:

S _пр. = b _пр. δ _ф. (y ₀ – δ _ф./2) = 133,2˙0,9 (9,3 – 0,9/2) = 1061 см ³.

Проверка жесткости плиты. Прогиб плиты с учетом 2-го уровня ответственности при q ^н = 2,512 кН/м = 0,025 кН/см и E _ф = 9 000 МПа = 900 кН/см ² вычисляют по формуле

f = 5 q ^н l ⁴γ _n / (384˙ 0, 7 E _ф. I _пр) =

=5˙0,025˙592 ⁴/384˙0,7˙900˙ 27918 = 2,29 см < [f] =

= l/250 = 2,36 см.

Алгоритм расчета клееной фанерной плиты покрытия. Исходные данные: нагрузки – q, q ^н, P; геометрические характеристики – l, b, b _p, h _p, δ, c ₁, n _p; характеристики материалов – E, E _ф., R _{ф. с.}, R _{ф. р.}, R _{ф. и.}, m _в, k _ф., [f].

1.M = Q l ²/8. 2. Q = q l/2. 3. b _пр. = 0,9 b. 4.E/E _ф. 5. h = h _p + 2 δ _ф.

6. S _пр. = b _пр. δ_ф.(y ₀ – δ _ф./2).

7. I_пр. = b _пр. (h ³-h_p³)/12 + (n _p. b _p. h_p³/12)(E/E _ф.). 8. W _пр. = 2 I/h.

9. σ _p = M/W _пр ≤ R _{ф. р.} k _ф. m _в .

10.σ _c = M/(W _{пр ф}) ≤ R _{ф. с/} m _в.. 11. _ф = [1 - (c ₁/δ _ф.)]/5000.

12. M _ф. = P c ₁/8. 13. σ _и = M _ф./W_ф. ≤ R_{ф. и.} M _в.

14. W _ф. = 100 δ_ф²/6. 15. τ = Q S _пр./(I _пр. n _p. b _p.) ≤ R _{ф. ск.} m _в .

16. f = 5 q ^н l ⁴/384 х 0,7 E _ф. I _пр. ≤ [f].

П р и м е р 1 .7