9.2. Клеефанерные настилы

Клеефанерные настилы покрытий собираются из крупных клеефанерных плит или панелей заводского изготовления и отвечают условиям сборного строительства. Они имеют длину 3—6 м, ширину 1 —1,5 м, соответствующую размерам фанерных листов, и уклады­ваются непосредственно на основные несущие конструкции покры­тий. Панели состоят из дощатого каркаса и фанерных обшивок, со­единенных клеем (рис. 9.6).

Клеефанерные панели выполняют функции настила, прогонов, водо- и паро - изоляции. Они характеризуются малой массой при зна­чительной несущей способности благодаря расположению основных несущих элементов — обшивок — в зонах действия максимальных нормальных напряжений при изгибе. В своей плоскости они имеют большую жесткость. Поверхности панелей, обращенные внутрь по­мещений, покрывают огнезащитными составами для повышения их степени огнестойкости. Каркас панелей состоит из продольных и по­перечных досок — ребер, которые могут быть также клееными тол­щиной не менее 32 мм. Продольные, рабочие, сплошные по длине ребра ставятся на расстоянии не более 50 см друг от друга из усло­вий работы обшивок на изгиб от сосредоточенных грузов. Попереч­ные ребра жесткости ставятся на расстоянии не более 1,5 м, как правило, в местах расположения стыков фанеры, и прерываются в местах пересечений с продольными ребрами.

Обшивка панелей состоит из листов фанеры повышенной водо­стойкости марки ФСФ, толщиной не менее 8 мм, состыкованных по длине усовыми соединениями. Обшивки склеиваются с каркасом в таком положении, при котором направления наружных волокон фа­неры и древесины продольных ребер совпадают для того, чтобы фа­нера работала в направлении своей большей прочности и жёст­кости.

Клеефанерные панели опираются на основные несущие конст­рукции при ширине опорных площадок не менее 5 см. Их прикреп­ляют к опорам и соединяют кромками между собой шурупами или гвоздями для обеспечения их совместных прогибов при нагружении. Панели подразделяют на коробчатые, ребристые обшивкой вверх и ребристые обшивкой вниз.

Коробчатую клеефанерную панель применяют в утепленных по­крытиях с рулонной кровлей и гладким потолком. Она имеет дву­сторонние обшивки, образующие вместе с ребрами ряд полостей, в

Рис. 9.6. Клеефанерные плиты или панели настила: а — конструкция; б — расчетные схемы; 1 — коробчатая; 2 — ребристая; обшивкой вверх; 3 — ребристая обшивкой вниз; 4 — клей; 5 — утеплитель; 6 — пароизоляция; 7 —осушающий про­дух; 8— фанерная обшивка; 9 — продольные ребра; 10 — поперечные ребра

которые по слою пароизоляции укладывают утеплитель. Полости всех панелей настила соединяются отверстиями в единую вентили­руемую прослойку, сообщающуюся с наружным воздухом в карни­зах и коньке покрытия, которая обеспечивает осушающий режим работы настила. Первый нижний слой рулонного ковра наклеивают на верхнюю обшивку при изготовлении для предохранения панели от увлажнения при транспортировании и монтаже, а верхние слои — после сборки покрытия.

Ребристую клеефанерную панель обшивкой вверх применяют в холодных и утеплённых покрытиях с рулонной кровлей без гладко­го потолка. Она имеет только одну верхнюю обшивку, поверх кото­рой укладывают утеплитель и рулонный ковер.

Ребристую клеефанерную панель обшивкой вниз применяют в утеплённых и холодных покрытиях с кровлей из волнистых асбестоцементных листов. Она имеет только одну нижнюю обшивку. Листы кровли укладывают по продольным рёбрам, а утеплитель размещают по обшивке между рёбрами.

Расчёт клеефанерных плит или панелей производят по прочно­сти и прогибам при изгибе по схеме однопролётной свободно опер­той балки на нормальные составляющие нагрузок от собственной массы g_x и снега р_х, отнесённые к их полной ширине. От суммы этих двух нагрузок определяют изгибающие моменты, поперечные силы и максимальные прогибы. На местный изгиб между продоль­ными рёбрами обшивку рассчитывают на нормальную составляю­щую сосредоточенного груза от массы человека Р_х, условно рас­пределенную на ширине 1 м, по схеме балки пролётом а, жёстко заделанной на опорах, где фанера приклеена к рёбрам. Макси­мальный изгибающий момент при этом равен М_ф = Р_ха/8.

Фанерные обшивки и продольные рёбра каркаса работают на из­гиб совместно благодаря жёсткости клеевых соединений. Сечение коробчатой панели считается условно двутавровым, а ребристых — тавровым полкой вверх или вниз. При этом ширина стенки равна сумме ширин рёбер, а расчётная ширина обшивок b принимается равной 0,9 ширины панели, учитывая концентрацию напряжений в них в зоне соединений с рёбрами.

Г еометрические характеристики сечений панели определяют с учётом различных величин модулей упругости древесины Е_д и фа­неры Е_ф вдоль волокон. Коэффициенты приведения сечения к фане­ре и древесине при этом равны: n_ф=Е_д/Е_ф=10 000/8500= 1,18; n_д=Е_ф/Е_д=8500/10000 = 0,85. Расстояние нейтральной оси от кромки фанерной обшивки в коробчатой панели равно половине вы­соты сечения, а в ребристых определяется с учётом приведённых значений площади сечения и статического момента относительно кромки обшивки из выражений

Приведённые к фанере и древесине моменты инерции сечений оп­ределяют из выражений J_пр.ф=J_ф+J_дn_ф; J_пр.д=J_д+J_фn_д.

П риведенные к фанере и древесине моменты сопротивления се­чений определяют из выражений

С татический момент обшивки толщиной δ относительно оси равен

При расчёте клеефанерной панели производят шесть проверок.

Проверку верхней обшивки на сжатие и устойчивость при изгибе производят по формуле

где расчётное сопротивление фанеры сжатию вдоль наружных во­локон равно R_{ф. с}= 10 МПа (100 кгс/см²), а коэффициент устойчи­вости фанеры _ф определяют в зависимости от её толщины δ и рас­стояния между продольными ребрами а из выражений

_ф= 1250/(a/δ)² при а/δ>50 и _ф=1-(а/δ)²/5000 при а/δ<50.

П роверку нижней обшивки на растяжение при изгибе производят по формуле

где расчётное сопротивление фанеры растяжению вдоль наружных волокон равно R_ф.р=13 МПа (130 кгс/см²), а коэффициент k_ф = 0,6 учитывает ослабление сечения обшивки усовыми или зубчатыми соединения­ми листов фанеры.

Обшивку проверяют на местный изгиб между продольными реб­рами от сосредоточенного груза. При этом расчётное сопротивление фанеры поперёк наружных волокон принимается с учётом коэффи­циентов, вводимых при расчёте настилов, равным R_ф.и=5·1.5·1,2 =6,9 МПа (69 кгс/см²), а момент сопротивления W_ф = δ²/6 м³.

Проверку рёбер на изгиб производят только при расчёте ребри­стых панелей, так как в коробчатых напряжения в рёбрах менее опасны, чем в обшивках. Расчёт производится по общей формуле изгиба, в которой принимается момент сопротивления сечения, при­веденный к древесине W_nр._д.

Клеевые швы проверяют только между слоями фанеры, ближай­шими к рёбрам, по общей формуле скалывания при изгибе (5.16), в которой расчётное сопротивление скалыванию принимается рав­ным R_ск=0,6 МПа (6 кгс/см²), ширина равна общей ширине рёбер и учитывается приведённый к фанере момент инерции сечения J_пр.ф.

Проверку панелей по прогибам производят по общей формуле прогиба свободно опёртых балок (6.7) с учётом модуля упругости фанеры Е_ф, причём относительный прогиб от нормативных нагру­зок не должен превышать 1 : 250 пролёта.

Сечения клеефанерных панелей подбирают методом попыток, при котором предварительно задаются сечениями и затем произво­дят все необходимые проверки и определяют несущую способность по прочности и прогибам. Рассмотрим на примере порядок подбора сечений.

Пример 9.2. Подобрать сечение коробчатой клеефанерной панели утеплен­ного настила под рулонную кровлю, имеющую уклон 1 : 10. Панели опираются на основные несущие конструкции, поставленные с шагом 6 м.

На панель действуют следующие нормативные и расчетные нагрузки:

от собственной массы g^H = 0,7 кН/м², g = 0,8 кН/м²;

от снега р^н=1,5 кН/м², р = 2,35 кН/м²;

от человека с грузом Р=1,2 кН.

Р е ш е н и е. Задаемся размерами панели: длина L=6 м, ширина В = 1,5 м, высота сечения h = 19,4 см, количество продольных рёбер n=4, сечение ребер b₁/h₁=4·17,4 см, толщина фанерных обшивок δ=1 см.

Полные нагрузки, действующие на панель без учёта наклона, поскольку в данном случае он мал:

нормативные q^н = (g^H+p^H)B = (0,7+1,5) • 1,5=3,3 кН/м=0,0033 МН/м (330 кгс/м);

расчётные q= (g+p)B= (0,8+2,1) • 1,5=4,8 кН/м (480 кгс/м) = 1,2 кН (120 кгс).

Расчётный пролёт:

панели  = 6,0 — 0,05 = 5,95 м;

о бшивки

Расчетные усилия:

изгибающий момент общий

п оперечная сила

и згибающий момент местный

Расчётные сопротивления фанеры — сжатию вдоль наружных волокон R_Ф.с=10 МПа (100 кгс/см²), растяжению вдоль наружных воколон R_ф.р = = 13 МПа (130 кгс/см²), изгибу поперек наружных волокон R_ф.и = 6,9 МПа (69 кгс/см²), скалыванию R_Ф._СК = 0,6 МПа (6 кгс/см²); Е_ф = 8500 МПа, Е_д = 10 000 МПа, n_ф= 1,18.

Геометрические характеристики сечения панели: расчетная ширина обшивок b = 0,9B = 0,9·1,5=1,35 м, толщина обшивок δ = 0,01 м (1 см), общая ширина ре­бер b_p=nb₁=4·0,04=0,16 м, высота сечения h=0,194 м, высота сечения ребер h_р = 0,174 м.

Положение нейтральной оси сечения z=h/2=0,194/2=0,097 м.

Статический момент обшивки относительно нейтральной оси

S_ф= bδ(z— 0,5δ) = 1,35·0,01 (0,097 — 0,5·0,01) = 138·10^-5 м³.

Приведенный к фанере момент инерции сечения панели

П риведенный момент сопротивления W_пр.ф = J_пр.ф/z=311 • 10^-6/0,097=32·10^-4 м³.

М омент сопротивления обшивки

Проверка верхней обшивки на сжатие и устойчивость при изгибе:

п ролёт а=45 м; отношение a/δ=0,45/0,01 =45<50;

коэффициент устойчивости

напряжение сжатия

Проверка нижней обшивки на растяжение при изгибе с учётом коэффици­ента ослабления сечения усовыми или зубчатыми соединениями:

н апряжение растяжения

Проверка верхней обшивки на местный изгиб между ребрами:

н апряжение изгиба

Проверка клеевых соединений фанеры на скалывание:

напряжение скалывания

Проверка прогиба панели: относительный прогиб

Полная несущая способность панели по прочности нижней об­шивки равна

Панели с деревянным каркасом и плоскими асбестоцементными обшивками имеют такую же конструкцию и размеры, как и клеефанерные панели. Их применяют в холодных и утепленных покры­тиях помещений с асбестоцементной и рулонной кровлей, потолок которых должен быть несгораемым. Обшивки соединяются в этих панелях с каркасом шурупами, которые обладают податливостью, необходимой при соединении разнородных материалов. Эти панели работают и рассчитываются по прочности асбестоцементной обшив­ки на растяжение при изгибе, по прочности соединений и по проги­бам, как балки составного сечения на податливых соединениях.

Коэффициенты податливости соединений на шурупах принимают при расчёте равными k_w=0,4, k_ж = 0,35, расчётное сопротивление асбестоцементных листов растяжению принимается равным R_a.р = = 4 МПа, а предельный относительный прогиб равен 1/300 пролёта.

Соединительные шурупы рассчитывают по несущей способности при изгибе и по смятию древесины, как в односрезных несимметрич­ных соединениях на изгибаемых винтах, на сдвигающие усилия при изгибе на половине длины пролёта Т_/2.

Расчёт асбестоцементных обшивок по прочности при изгибе на сосредоточенный груз не требуется, поскольку при рекомендуемых расстояниях между продольными ребрами не более 50 см они рабо­тают с достаточными запасами прочности.