1. Расчет элементов деревянных конструкций

1.1. Основы расчета деревянных конструкций по методу предельных состояний

Деревянные конструкции, как и другие виды строительных конструкций, рассчитываются по методу предельных состояний.

Предельным называется такое состояние конструкций, при котором их дальнейшая эксплуатация становится невозможной по причине:

– потери несущей способности (прочности, устойчивости) – первая группа предельных состояний;

– возникновения недопустимых деформаций (прогибов, перемещений) – вторая группа предельных состояний.

Основное положение расчета по предельным состояниям можно сформулировать так: внешние усилия или внутренние напряжения, а также деформации и перемещения от учитываемых нагрузок и воздействий не должны превышать предельных значений, устанавливаемых нормами проектирования (для деревянных конструкций – СНиП II-25­–­­­ 80 [2]).

Нормативные значения нагрузок приводятся в СНиП 2.01.07–85* [1].

Расчетные значения нагрузок получаются путем умножения нормативных нагрузок на коэффициенты надежности по нагрузке , которые также даны в СНиП 2.01.07–85* [1].

Конструкции рассчитываются на наиболее неблагоприятное сочетание нагрузок (собственный вес, снеговая, ветровая и другие нагрузки). Вероятность одновременного воздействия нагрузок на конструкции учитывается коэффициентами сочетаний [1].

Расчет конструкции по первому предельному состоянию ведется на расчетные нагрузки, а расчет по второму предельному состоянию производится на нормативные нагрузки.

1.2. Нормирование расчетных сопротивлений древесины и фанеры

Основными нормируемыми характеристиками прочности конструкционных строительных материалов являются нормативные и расчетные сопротивления, которые определяются на основании результатов испытаний малых стандартных образцов.

Данные стандартных испытаний обрабатываются с учетом статистической изменчивости показателей прочности и разной степени обеспеченности (доверительной вероятности) по минимуму.

В СНиП II-25–80 [2] нормативные и расчетные сопротивления древесины и фанеры приняты с обеспеченностью по минимуму: для нормативных значений – 0,95; для расчетных – 0,99 – при нормальном законе распределения результатов испытаний. Нормативное сопротивление древесиныопределено по формуле

, (1.1)

где – средний временный предел прочности древесины по данным многочисленных испытаний стандартных образцов, МПа;– множитель, зависящий от принятого уровня обеспеченности (при 0,95= 1,65) и вида функции плотности распределения;– коэффициент вариации (изменчивости) прочности древесины. Коэффициент вариации зависит от вида напряженного состояния и сорта материала, его величина колеблется в пределах 0,15–0,25.

Расчетное сопротивление древесины рассчитано по формуле

, (1.2)

где – коэффициент, учитывающий влияние длительности нагружения, т.е. коэффициент перехода от прочности древесины при кратковременных стандартных испытаниях к ее прочности в условиях длительно действующих постоянных и временных нагрузок за весь период службы конструкций ();– коэффициент, учитывающий влияние пороков древесины и размеров сечения деревянных элементов, т.е. коэффициент перехода от образцов из чистой древесины к элементам натурных размеров. Установлен эмпирическим путем.

Расчетные сопротивления сосны и ели для нормальных температурно-влажностных условий эксплуатации (относительной влажности воздуха 60–75% и температуре воздуха до ­) даны в табл. 3 СНиПII-25–80 [2], а фанеры – в табл. 10 [2].

Расчетные сопротивления древесины сосны и ели для 2-го сорта приведены приложении 1.

Расчетные сопротивления для других пород древесины устанавливаются путем умножения величин, приведенных в табл. 3 [2], на переходные коэффициенты (табл. 4 [2]).

Влияние на прочность материала условий эксплуатации и особенностей работы, отличающихся от принятых базовых расчетных сопротивлений, учитывается умножением последних на соответствующие коэффициенты условий работы (см. п. 3.2 [2]). К ним относятся: коэффициент m_в, отражающий влияние температурно-влажностных условий эксплуатации; коэффициентыm_диm_н, учитывающие характер и режим загружения; коэффициентыm_биm_сл,учитывающие влияние высоты сечения и толщины слоев клееных элементов; коэффициентm_гн, отражающий влияние начальных напряжений для гнутых элементов; коэффициентm_о, учитывающий концентрацию местных напряжений; коэффициентm_а, учитывающий снижение прочности древесины при пропитке ее антипиренами под давлением и др.

Совместное действие нескольких независимых условий работы учитывается перемножением соответствующих им коэффициентов.

Кроме того, расчетные сопротивления необходимо делить на коэффициент надежности по назначению. Правилами учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкций предусматривается три класса ответственности I,IIиIII– им соответствуют значения коэффициента, равные 1; 0,95 и 0,9.

Аналогичным образом учитываются условия эксплуатации для фанеры. При расчете конструкций по предельным состояниям второй группы модуль упругости древесины следует принимать равным:

• вдоль волокон МПа;

• поперек волокон МПа.

Модуль сдвига древесины относительно осей, направляемых вдоль и поперек волокон, МПа.

Коэффициент Пуассона древесины поперек волокон при напряжениях, направляемых вдоль волокон, ν= 0,9, а вдоль волокон при напряжениях, направляемых поперек волокон,ν= 0,02.