Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тамбовский государственный технический университет»

В. П. ЯРЦЕВ, О. А. КИСЕЛЕВА

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ИИСПЫТАНИЕ ЦЕЛЬНЫХ

ИКЛЕЁНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Утверждено Учёным советом университета в качестве учебного пособия для студентов 4 курса

направления подготовки 08.03.01 «Строительство» всех форм обучения

Учебное электронное издание

Тамбов Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ»

2019

1

УДК 624.011.1(075) ББК Н55-07я73

Я79

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор кафедры «Строительные материалы» ФГБОУ ВО «ЛГТУ»

Б. А. Бондарев

Доктор технических наук, профессор, директор института АрхСиТ ФГБОУ ВО «ТГТУ»

П. В. Монастырев

Ярцев, В. П.

Я79 Проектирование и испытание цельных и клеёных деревянных конструкций : учебное пособие / В. П. Ярцев, О. А. Киселева. – Тамбов : Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2019. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – Системные требования : ПК не ниже класса Pentium II ; CD-ROM-дисковод ; 24,5 Mb ; RAM ; Windows 95/98/XP ; мышь. – Загл. с экрана.

ISBN 978-5-8265-2110-6

Изложены методы расчёта и испытаний несущих конструкций на основе древесины: балок, двух- и трёхшарнирных рам, клеедеревянных арок.

Предназначено для студентов 4 курса направления подготовки 08.03.01 «Строительство» всех форм обучения при подготовке к курсовому и дипломному проектированию, а также к лабораторным работам по дисциплинам «Конструкции из дерева и пластмасс» и «Обследование и испытание зданий и сооружений».

УДК 624.011.1(075) ББК Н55-07я73

Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком. Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.

ISBN 978-5-8265-2110-6 © Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВО «ТГТУ»), 2019

2

ВВЕДЕНИЕ

В данном пособии совмещены вопросы проектирования и испытания деревянных конструкций. Литературы, посвящённой испытанию моделей деревянных конструкций, условиям их эксплуатации, очень мало, поэтому авторами предпринята попытка обобщения имеющейся информации, получения экспериментальных значений и сравнения их с теоретическими.

Учебное пособие разбито на несколько глав, каждая из которых посвящена определённому виду конструкций, например балкам. В работе рассмотрены следующие виды конструкций: балки (цельнодеревянные, составного и клеёного сечения, клеефанерные, дощатогвоздевые), рамы (двухшарнирные, трёхшарнирная бревенчатая рама, трёхшарнирная рама из брусьев), трёхшарнирная стрельчатая арка, геодезический купол. Структура каждой главы выстроена следующим образом: описывается расчёт той или иной конструкции, затем описывается проведение испытаний данных конструкций и в завершение даётся сравнение экспериментальных и теоретических результатов.

3

1. РАЗНОВИДНОСТИ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Широкое применение в строительстве с незапамятных времён получила древесина. Она применяется как для изготовления несущих конструкций (балки, колонны, арки, рамы, купола), так и различных древесных композитов (древесностружечные и древесноволокнистые плиты, ЦСП, паркетная доска, фанера, ламинат, MDF и т.д.).

Для увеличения пролётов несущих деревянных конструкций были разработаны такие материалы как клеёная древесина и LVL-брус.

В нашей стране большой процент жилья относится к категории малоэтажного деревянного домостроения. Например, из LVL-бруса было налажено производство деревянных домов заводского изготовления с различными архитектурно-планировочными решениями. Такие дома можно назвать мобильными. Кроме того, они считаются одними из самых эффективных в районах с расчётной температурой наружного воздуха до минус 40 °С [3].

Применение деревянных клеёных конструкций также является эффективным направлением в деревянном домостроении, так как применение таких материалов позволяет увеличить долговечность зданий за счёт повышения их био-, водо- и химической стойкости. Но самым важным моментом является то, что применение клеёной древесины способствует экономии лесных ресурсов за счёт сокращения отходов при распиловке пиломатериала.

Из клеёной древесины промышленностью изготавливается различные виды конструкций: балки и колонны, гнутоклеёные рамы (рис. 1.1), большепролётные арки (пролёт до 45 м), стрельчатые арки (пролёт до 24) (рис. 1.2), панели стен и плиты покрытий (пролёт 3 и 6 м) и т.д. [1]. Назначение зданий, в которых они применяются, также очень разнообразно.

Это здания химической промышленности, различные сельскохозяйственные здания (животноводческие комплексы, склад для хранения сена, грубых кормов и т.д.), спортивные сооружения, цирки, крытые рынки, пролётные строения автодорожных мостов и т.д. [2]. При правильной эксплуатации срок службы таких конструкций не ниже чем у железобетонных и металлических. При этом может быть получен и существенный экономический эффект. Например, строительство теплицы площадью 1 га, выполненной из клеёных деревянных конструкций, обходится дешевле, по сравнению с аналогичной теплицей, но с металлическим каркасом [3].

Экономичных конструкций с использованием дерева немало (рис. 1.3). К сожалению, масштабы внедрения их явно недостаточны [4].

4

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЛОК РАЗЛИЧНОГО СЕЧЕНИЯ

2.1. ЦЕЛЬНОДЕРЕВЯННЫЕ БАЛКИ

Цельнодеревянные балки состоят из отдельных брусьев, которые укладываются на окантованные брёвна небольшого сечения. Особенностью данного вида балок является ограниченность их пролёта до 6 м, из-за сложности получения лесоматериала большого сечения и длины. Балки устанавливаются наклонно с шагом 3 м на стропильные конструкции покрытий.

Балка работает на поперечный изгиб, а расчётная схема представляет собой однопролётную шарнирно опертую балку [3, 5 – 7].

Этапы проектирования цельнодеревянной балки [3, 6]:

1.Выполняем сбор нагрузок и рассчитываем изгибающий

момент.

2.Подбираем сечение балки (Wтр) исходя из работы при попе-

речном изгибе по первой группе предельных состояний (Wтр выража-

ется из формулы (2.1)).

3. Осуществляем проверку несущей способности балок и при необходимости уточняем сечение балки

чётное сопротивление древесины изгибу.

4. Выполним проверку жёсткости балки, т.е. определим наибольшую величину прогиба

прогиба.

Цельнодеревянные балки не требуют проверки скалывающих напряжений ввиду их малой величины.

6

Пример 2.1. Рассмотрим расчёт цельнодеревянной балки с размерами поперечного сечения 130×200 мм (рис. 2.1) и пролётом 2,8 м, на которую через силовой пол (п. 2.5.) передаётся нагрузка в 200 кг (на одну винтовую пару). Расстояние между опорами равно 2,6 м.

1. Определим нагрузку, действующую на балку. Собственный вес балки равен: Pб = hblρ = 0,13 0,2 2,8 500 =36,4 кг, тогда равно-

мерно распределённая нагрузка, действующая на балку, будет равна

qн = 3 200 +36,4 = 244,7 кг/м (2,45 кН/м); 2,6

qр = qнγ = 244,7 1,2 = 294 кг/м (2,94 кН/м),

где γ – коэффициент надежности по нагрузке [8].

2.Определим максимальный изгибающий момент, действующий

вбалке

б)

2600

эпюра «M»

M = ql2/8

Рис. 2.1. Цельнодеревянная балка

7