25. Клееные сплошные балки. Область применения, конструкции, расчет, узлы. Клеефанерные балки. Область применения, конструкции, расчет, узлы.

Клееные сплошные балки. Область применения, конструкции, расчет, узлы.

Деревянные балки применяются в качестве прогонов кровли,наслонных балок чердачных и междуэтажных перекрытий, в покрытиях иперекрытиях малоэтажных жилых домов, промышленных зданий схимически агрессивной средой, сельских производственных зданий и другихобъектов.

Рекомендуемые пролеты балок 3÷18 м, шаг балок от 1 до 6 м. Имеютсяпримеры применения клееных деревянных балок пролетами до 54 м.

Балки, как и другие изгибаемые элементы, рассчитываются напрочность и жесткость по известным формулам.

Балки деревянных междуэтажных перекрытий, кроме обычного расчетана прочность и жесткость, дополнительно проверяются на зыбкость расчетомна прогиб от сосредоточенной силы 1,0 кН, прогиб балки при этом не долженпревышать 0,7 мм. Предельные прогибы балок перекрытий, исходя изфизиологических требований, определяются также по формуле (26) раздела10.10 СНиП 2.01.07-85.

По типу поперечного сечения различают балки цельного сечения,составные балки на податливых связях, клееные деревянные, клеефанерные иармированные клееные деревянные балки.

Рассмотрим особенности конструирования и расчета основных типов балок.

Балки цельного сечения.

Балки цельного сечения изготавливаются из досок, брусьев или круглых лесоматериалов.

Пролеты балок из-за ограниченного сортаменталесоматериалов не превышают 6,5 м. Такие балки широко применялись всередине ХХ века в чердачных и междуэтажных перекрытиях жилых домов.При применении деревянных балок в покрытиях для уменьшения расчетныхусилий в балках используются следующие способы:

Клееные деревянные балки.

Основные типы клееных деревянных балок (постоянного по длинесечения, односкатные, двускатные, ломаного очертания и криволинейные) иих поперечные сечения показаны на рис. 6.1. Основным типом поперечногосечения является прямоугольное сечение постоянной высоты, другие типысечений применяются при технико-экономическом обосновании.

Расчет клееных деревянных балок ведется по известным формулам дляизгибаемых элементов с введением поправочных коэффициентов к моментусопротивления сечения и расчетному сопротивлению древесины на изгиб,учитывающих толщину слоев, высоту сечения, наличие ослаблений и другиефакторы для клееных элементов. Оценку плоского напряженного состоянияклееных балок на действие главных растягивающих напряжений вприопорных зонах рекомендуется производить по рекомендациям пособий

[4, 16].

В односкатных и двускатных балках опасное сечение (с максимальными напряжениями от изгиба) не совпадает с сечением, в котором возникает максимальный изгибающий момент, и находится на расстоянии хм от опоры с меньшей высотой. При равномерно распределенной нагрузке по всему пролету хм находится по формулам:

а) для балок прямоугольного сечения

х_м= (6.1)

где: l - расчетный пролет балки; h_оп - высота балки на опоре с меньшей

высотой; h_cp- высота балок в середине пролета;

б) для балок двутаврового сечения:

x_м = ( - )l(6.2)

где:

- высота на опоре между осями поясов в двутавровыхбалках; α - угол наклона верхнего пояса балки к горизонту.

В тех случаях, когда по конструктивным соображениям необходимоустраивать подрезки у опор изгибаемых элементов (например, при опираниивспомогательных балок на главные, раскреплении прогонами верхних поясовферм и т.д.), необходимо соблюдать следующее условие

(6.3)

где: А - опорная реакция балки от расчетной нагрузки;b и h - ширина и полная высота сечения балки без подрезки.

При этом глубина врезки не должна превышать 0,25 высоты сечения,длина опорной площадки - не более высоты сечения, длина скошенной части

-более двух величин глубины врезки: a ≤ 0,25h, c < h, c₁< 2a . Если среднеескалывающее напряжение получается более 0,4 МПа, подрезки на опоребалок не допускаются.

Рис. 6.2. Клееные деревянные балки

а — схема приложения нагрузки; б— основные типы балок; в — типы поперечных

сечений (1 — сплошное, 2 — спаренное, З — тавровое, 4 — двутавровое, 5— коробчатое).

Клеефанерные балки. Область применения, конструкции, расчет, узлы.

Общие сведения

Одним из путей снижения массы деревянных балок является применение клеефанерных балок. Вместе с тем клеефанерные балки имеют пониженную огнестойкость.

Клеефанерные ребристые балки (рис. 6.3) бывают коробчатого и двутаврового сечения. Первые отличаются от вторых повышеннойжесткостью из плоскости изгиба и гладкими боковыми поверхностями. Двутавровые балки имеют обычно одинарные фанерные стенки и не обладают преимуществами коробчатых, но требуют вдвое меньшего расхода фанеры. По длине клеефанерные балки бывают постоянного и переменного сечения. Основным типом таких балок являются трапециевидныедвускатные. Их высоту в середине пролета определяют расчетом на изгиб, и она получается близкой к 1/10...1/2 пролета. Высоту сечения на опорах определяют расчетом стенок на срез и устойчивость, и она должна быть не меньше 0,4 высоты.

Балки переменного сечения сегментной формы требуют изготовления гнутого верхнего пояса, который не нуждается в устройстве стыка в середине длины. Односкатные прямоугольные балки являются наименее трудоемкими в изготовлении, но область их применения ограниченна.

Клеефанерные балки состоят из дощатых поясов и фанерной стенки. Для изготовления таких балок используются пиломатериалы хвойных пород 1-го и 2-го сортов и водостойкая фанера марок ФСФ и ФБС. Требования к качеству изготовления клеефанерных конструкций алогичны требованиям к изготовлению КДК. По длине доски поясов соединяются зубчатым шипом. В месте перелома двускатных балок в коньке верхний пояс соединяется по длине угловым зубчатым шипом. Нижние растянутые пояса балок должны изготовляться из досок первого сорта. Верхние сжатые пояса и ребра клеефанерных балок изготовляют из досок 2-го сорта. В коробчатых балках ребра располагаются в полости между двумя фанерными стенками, а в двутавровых — по обе стороны стенки. Их рекомендуется совмещать со стыками стенок и опорами прогонов.

Основные правила конструирования клеефанерных балок

- рекомендуемые пролеты 9÷12 м (за рубежом до 40 м);

- размерами поперечного сечения предварительно задаются исходя из проектируемых нагрузок /2 (1/10÷1/12)1,

- пояса балок выполняются из досок 6 ÷50 мм и шириной не более 100 мм, при большей ширине в поясах делаются пропилы для снижения напряжений в клеевом шве между древесиной и фанерой;

- фанерная стенка должна быть толщиной более 8 мм, стыки фанерной стенки по длине выполняются “на ус” или в стык с накладками;

- для лучшего использования несущей способности фанерной стенки, листы фанеры располагаются так, чтобы волокна ее рубашек были направлены вдоль оси балки;

- устойчивость вертикальной стенки обеспечивается постановкой ребер жесткости через 1/10l, в крайних панелях сечение усиливается дополнительным листом фанеры и подкосом жесткости;

- внутренние полости коробчатых сечений обрабатываются комбинированными составами антисептиков и антипиренов.

Порядок расчета клеефанерных балок тот же, что и клееных деревянных балок.

Особенности расчета клеефанерных балок с плоской стенкой.

Ввиду неодинаковых модулей упругости древесины и фанеры, в расчетные формулы вводятся геометрические характеристики сечения, приведенные к наиболее напряженному материалу— древесине:

где h - высота балок в расчетном сечении.

Расчет клеефанерных балок с плоской стенкой (см. рис. 6.3,а) ведется с учетом работы фанерной стенки на нормальные напряжения, однако основная доля нормальных напряжений в клеефанерных балках воспринимается древесиной поясов, поэтому нижний пояс балок проверяется по формуле

Верхний пояс клеефанерных балок проверяется по формуле

где 𝛶- коэффициент продольного изгиба из плоскости изгиба для верхнего пояса.

Проверка прочности клеевого шва между шпонами фанеры на скалывание (в пределах ширины пояса балки) или проверка клеевого юна

между фанерной стенкой и поясами производится по формуле

где R_ф,ск— расчетное сопротивление скалыванию фанеры вдоль волокон наружных слоев, для фанеры марки ФБС - 1,8 МПа, для марки ФСФ - 0,8 МПа;

Q - максимальная поперечная сила на опоре;

I_пр- приведенный момент инерции балки на опоре;

S_п - статический момент пояса относительно нейтральной оси,

S_п=F_пh_c/ 2 , где h_c— расстояние между центрами поясов на опоре,

F_п- площадь сечения пояса балки;

h_п - суммарная ширина приклейки пояса к фанерной стенке с обеих сторон.

Проверка прочности фанерной стенки на срез выполняется по формуле

где R_ф,ср - расчетное сопротивление фанеры на срез перпендикулярно плоскости листа, для фанеры марки ФБС - 12 МПа, для марки ФСФ -6 МПа;

I_пр - приведенный статический момент половины сечения балки относительно нейтральной оси, S_пр - приведенный момент инерции балки на опоре;

∑δ— суммарная толщина фанерных стенок.

Рис. 6.3. Клеефанерные балки

а - с плоской фанерной стенкой и типы поперечных сечений; б - с волнистой стенкой; в -

типы поперечных сечений клеефанерных балокв зарубежном строительстве.