ГОСШПОРЫ открывать через winrar / госшпора СК ДЕРЕВО ВСЁ

3.4.1. Основные положения и особенности расчёта конструкций из дерева и пластмасс по предельным состояниям.

Расчёт по предельным состояниям: Расчёт состоит из 4 этапов: 1. Выбор конструктивного решения. 2. Составление расчётной схемы, определение нагрузок. 3. Определение усилий в расчётном сечении. 4. Конструктивные расчёты, обеспечивающие надёжность конструкции.

Предельное состояние – состояние, при котором конструкция перестаёт удовлетворять расчётным требованиям в отношении надёжности. (Разрушение конструкции – реализация предельного состояния).

I группа предельных состояний (всё что связано с прочностью и устойчивостью) σmax (максимальное нормальное напряжение), τmax (максимальное касательное напряжение) должно быть =< Rсоотв

R или Rсоотв. – расчётное сопротивление с гарантированной обеспеченностью p >=0,99

II группа предельных состояний (всё, что связано с требованими относительно деформаций) Δ =< [Δ] - осадка, f/l (относительный прогиб) =< [f/l] (нормированное значение деформации).

Прочностные и деформационные хар-ки др-ны. Прочностными хар-ками являются нормативное и расчётное сопротивления. Реологические свойства др-ны (изменение свойств во времени под действием нагрузки) учитываются при назначении расчётных сопротивлений. Деформационная хар-ка: модуль упругости, определенный при кратковременных лабораторных испытаниях E_кр = 15 · 10³ МПа. При учёте деформаций при длительном нагружении, при расчёте по прогибам Е = 10⁴ МПа.

Нормативные и расчётные сопротивления.

R^н или R^нсоотв – нормативное сопротивление с гарантированной обеспеченностью p^н = 0,95.

Нормативное сопротивление определяется по результатам многочисленных лабораторных кратковременных испытаний малых стандартных образцов сухой древесины влажностью 12% на растяжение, сжатие, изгиб, смятие и скалывание. Результаты испытаний разрабатываются статически:

где m_дл = 0,66 – коэффициент, отражающий длительную прочность древесины.

где - среднее значение временного сопротивления;=1,645; V – коэф-т вариации. где S – среднеквадратичное отклонение.

где - расчётное сопротивление каждого образца, n – количество образцов.

Расчётные сопротивления подразделяются на базисные и действительные (вводимые в расчёт).

Базисные (СНиП II.25.80 табл.3) (базисные породы древесины: сосна и ель): где γm – коэффициент надёжности по материалу, который учитывает снижение прочности реальной древесины в результате неоднородности строения и наличия различных пороков которых не бывает в лабораторных образцах.

где- среднее значение временного сопротивления; =1,645; ν –коэффициент вариации.

Действительные учитывают все факторы, связанные с условиями работы конструкции

где - произведение необходимых соответствующих условий работы. Коэф-ты условия работы: m_п – коэф-т, учитывающий породу др-ны (сосна, ель = 1); m_н – коэф-т, учитывающий временной режим действия нагрузки (сосна, ель = 1); m_в – коэф-т, учитывающий влияние температурно-влажностного режима эксплуатации (для режима эксплуатации А1, А2, Б1, Б2 = 1); m_б – коэф-т, учитывающий влияние размеров поперечного сечения элемента конструкции на прочность (при высоте =< 50см =1).

Если все коэф-ты =1, то такие условия работы назыв-ся нормальными.

3.4.3. Расчет по прочности и устойчивости центр и внецентр сж эл-в ДК

На центральное сжатие работают раскосы, стойки ферм и других сквозных конструкций, колонны при центральном сжатии. (рис.1СНиП)

Два предельных состояния:

1. на прочность (п 4.2,ф.5):

2.на уст-ть (п 4.2,ф.6).

, где R_с – расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон;  – коэффициент продольного изгиба; F_нт – площадь нетто поперечного сечения элемента; F_рас – расчетная площадь поперечного сечения элемента.

φmin (п 4.3 ф7,8) – зависит от гибкости (п 4.4 ф9, п4.5 ф10):

1) при гибкости элемента   :

;

2) при гибкости элемента   70:

, где коэффициент а = 0,8 для древесины и а = 1 для фанеры; коэффициент А = 3000 для древесины и А = 2500 для фанеры.

,

l_о = l₀, где l_о – расчетная длина элемента; r – радиус инерции сечения элемента с максимальными размерами брутто соответственно относительно осей Х и У.

Внецентр сж-в.п. ферм, стойки.

1Расчет на прочность по норм напряж п.4.14ф28:

, где М_д – изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок, определяемый из расчета по деформированной схеме.

2По касат ф18, только Q=Q/ξ:

, где Q – расчетная поперечная сила; S_бр – статический момент брутто сдвигаемой части поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси; I_бр – момент инерции брутто поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси; b_рас – расчетная ширина сечения элемента; R_ск – расчетное сопротивление скалыванию при изгибе.

3 Сжато-изгиб эл-ты прямоуг сеч рассчит на уст-ть плоской формы деф-я ф33.:

, где F_бр – площадь брутто с максимальными размерами сечения; W_бр – статический момент сопротивления; n = 2 – для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования и n = 1 для элементов, имеющих такие закрепления;  – коэффициент продольного изгиба; _м – коэффициент.

4.прогиб у сжато-изг ф.51:

, где f – прогиб;  – коэффициент, определяемый по формуле (30).

.

3.4.4. Расчет по прочности изгибаемых элементов ДК.

Рассчитываются прогоны и прочные балочные конструкции.

1.На прочность по норм напряж п.4.9 ф17:

,

где М – расчетный изгибающий момент; R_и – расчетное сопротивление изгибу; W_рас – расчетный момент сопротивления поперечного сечения элемента.

2. по касат напряж п.4.10 ф18:

,

где Q – расчетная поперечная сила; S_бр – статический момент брутто сдвигаемой части поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси; I_бр – момент инерции брутто поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси; b_рас – расчетная ширина сечения элемента; R_ск – расчетное сопротивление скалыванию при изгибе.

3.изгиб элементы прямоуг. сечения расчит. на уст пфд п.4.14 ф22:

, где М – максимальный изгибающий момент; W_бр – максимальный момент сопротивления брутто.

4. эл-ты двутаврового и коробчатого сеч. п4.15ф26:

, где  – коэффициент продольного изгиба; R_с – расчетное сопротивление сжатию; W_бр – момент сопротивления брутто поперечного сечения.

5.косой изгиб ф20

и прогиб при косом изгибе, fx и fy-прогибы от составляющих нагрузок.

3.4.2. Расчет по прочности и устойчивости центр и внецентр растянутых эл-в ДК

1

Центрально растянутые эл-ты – эл-ты раскосных решеток и нижних поясоф ферм, затяжки арок… Расчет п.4.1 ф.4.

Внецентр раст-нижние пояса ферм, к-е запректированы из технологич-х соображений внецентренно.Расчет ф.27.

Для несимметричных ослаблений.

-позволяет привести напряжения растяжения и изгиба к единому значению для сравнения с расчетным сопротивлением на растяжение

3.4.5.Соединения эл-в ДК.Общие положения, классиф-я.

Ограниченность сортамента лесоматериала требует разработки различных видов соединений.

Ограниченность сортамента лесоматериала требует разработки различных видов соединений.

Виды соединений:

1. сращивание-соед эл-в по длине.

2.сплачивание-по высоте и ширине сечения. 3.узловое соед-е эл-в под различными углами.

По характеру работы:

а) без специальных связей требующих расчёта (лобовые упоры и врубки);

б) со связями работающими на сжатие (шпонки, колодки);

в) на изгиб (цилиндрич нагели, гвозди, пластинчатые нагели);

г) на растяжение (тяжи, болты, хомуты, накладки);

д) на сдвиг-скалывание (клеевые швы, на вклеенных стержнях, клеестальные шайбы),

е) на выдергивание (с исп-ием винтов, шурупы, глухари, гвозди под углом к волокнам), ж) работающие в качестве аварийной связи – предотвращают смещение. По характеру работы соединения ДК: податливые и жёсткие. Все соединения кроме клеевых – податливые. Низкая прочность древесины при скалывании вдоль волокон, а также при растяжении поперек волокон, высокая деформативность при смятии поперек волокон и нелинейная зависимость их характеристик при изменении угла наклона направления волокон к направлению усилия требуют продуманного подхода к конструированию узловых соединений. Соединения по способу передачи усилий, разделяются на следующие способы: соединения на механических связях, соединения с сипользованием клея и контактные соединения.

Соединение на врубках. Врубкой называется соединение, в котором усилие элемента, работающего на сжатие, передается другому элементу непосредственно без вкладышей или других рабочих связей. Основная область применения: узловые соединения ферм.

Нагельные соединения, виды нагелей, особенности констр-ния, расчёт. Нагель - гибкий стержень, к-ый соединяет эл-ты ДК и препятствует их взаимному сдвигу, а сам в основном работает на изгиб. Цилиндрические нагели изготавливают в виде гладких стержней круглого сечения из стали, твердых пород дерева, пластмасс. Также относятся гвозди, глухари, болты и шурупы. Цилиндрические нагели – это податливые связи.

Клеевые соединения область применения, конструктивные решения и расчёт. Используют в целях увеличения поперечных размеров сечения, форм и длины эл-тов конс-ии из досок и фанеры. Клеевой шов должен обеспечивать прочность соединения, не уступающую прочность древесины на ска-ние вдоль волокон и на растяжение поперёк волокон. Выбор типа клея зависит от температурно-влажностных условий эксплуатации, от вида склеиваемых материалов. Расчёт клеевых соединений не требуется, т.к. их прочность выше прочности древесины 1 сорта.

3,4,6. Соединения на врубках, лобовых упорах.

СНиП 5.9. Врубки и лобовые упоры относятся к узловым соединениям. По характеру работы: без специальных связей требующих расчёта. По характеру работы соединения: податливые. Врубка - соединение, в котором усилие элемента, работающего на сжатие, передается другому элементу непосредственно без вкладышей или других рабочих связей. Основная область применения: узловые соединения ферм. Определение высоты врубки: волокна нижнего пояса испытывают смятие под углом α. Условие прочности на смятие и скалывание: если врубка больше 1/3h тогда врубка двузубая. В результате врубки растягивающее усилие в нижнем поясе приложено с эксцентриситетом, что вызывает изгибающий момент. В этом случае расчет нижнего пояса ведется как для внецентр-раст элемента, где: M=Nр ∙ e. В связи с неравномерностью скалывающих напряжений по длине площадки скалывания: τ ср = Т ск / F ск ≤ R ск ср = Rск / (1+β / (lск / e)). Из этой формулы выражают и находят lск. Чтобы Nс надежно прижимала сжатый пояс в месте контакта к нижнему поясу, между ними оставляется зазор 2-3 см. Для предотвращения взаимного смещения сопрягаемых элементов и повышения надежности от возможного скалывания устанавливаются аварийные связи. Опр-ние длины площадки скалывания из условия надёжности на скалывание . Скалывание происходит под действием растягивающего усилия. R ск ср- среднее знач. скалывающих напряжений. (СНиП ф.54); тогда e = h/2; Конструктивно должно удовлетворять условию 1,5 ≤ lск ≤ 10 hвр Лобовые упоры можно представить в виде фрагмента узла конструкции фермы, врезанной в нижний пояс. Глубина врубки

_{Расчет лобового упора производится на смятие фрагмента узла под углом к волокнам древесины в месте контакта от усилия Nс, а также на смятие и скалывание фрагмента врезанного в нижний пояс от разницы усилий в смежных панелях нижнего пояса фермы.}

3.4.7.Нагельные соединения. Констр реш, расчет.

СНиП 5.13. Нагель - гибкий стержень, который соединяет элементы ДК и препятствует их взаимному сдвигу, а сам в основном работает на изгиб. Цилиндрические нагели изготавливают в виде гладких стержней круглого сечения из стали, стеклопластиков, твердых пород древесины. Также относятся гвозди, глухари, болты и шурупы. Цилиндрические нагели – это податливые связи. Конструктивные требования СНиП 5.18.

В нагельных соединениях отношение длины нагеля к его диаметру значительно больше, в связи с чем нагель рассматривается как гибкий стержень, работающим на изгиб и неравномерно сминающим древесину в нагельном гнезде.

Несущая спосбность нагеля на один условный шов сплачивания элементов определяется из условия смятия древесины и изгиба нагеля. Несущая способность нагеля из условия скалывания не определяется, т.к. конструктивными требованиями по расстановке ригелей исключается возможность скалывания древесины. С учетом характера воздействия внешних сил нагельные соединения различаются: симметричные (двухсрезные, многосрезные); несимметричные (односрезные, многосрезные). Несущая способность нагельного соединения определяется в зависимости от диаметра нагеля, толщин соединяемых элементов и направления, прикладываемого нагеля усилия к волокнам древесины. Несущая способность нагельных соединений определяется из условия работы древесины на смятие и изгиб нагеля. Формулы: СНиП табл. 17. Условие надёжности: N ≤ T ∙ n н ∙ n ш ∙ mf, где n ш - количество площадок взаимного сдвига; n н - количество нагелей; mf - коэффициент условия работы, зависящий от числа нагелей в одном ряду

3.4.8.Констр реш и осн полож расч плит покр и перекр с исп листовых мат-в. (п4,23-4,27)

Плита-о.к. заводского изг-я прим-ся в отапл зд при относит влаж возд в помещении до75% и внеотапливаемых зд без выделений вредных паров.В районах с расч темпер возд до -50. Плиты покр предназначены для бесфонарных зд-й с нар отводом воды.

Плита состоит из несущего каркаса и фанерной обшивки, соед-ых м/у собой водостойким клеем. По форме поперечного сечения клеефанерные панели могут быть:1) коробчатые;2) ребристые, обшивкой вверх; 3ребристые, обшивкой вниз. Коробчатые панели имеют двусторонние обшивки, как правило явл-ся о.к. отапливаемого здания, поэтому по нижней обшивке по слою пароизоляции уложен плитный утеплитель из несгораемых или трудносгораемых материалов (9)(менераловат плиты). Деревянный каркас состоит из продольных(1) и поперечных ребер(2), и торцевых вкладышей. Во избежание смещения утеплителя при монтаже и транспортировании его фиксируют прижимными брусками (7) сечением 25х25 мм, соединяя их с каркасом гвоздями.

Элементы каркаса соединяются между собой обоюдоострыми гвоздями по слою клея. Торцевые вкладыши и продольные ребра объединяются вклеенными арматурными стержнями (10). Арматурные стержни выходящие за боковую грань плиты необходимы для закрепления панели на стропильной конструкции и для осуществления подъема при монтаже. Для обеспечения проветривания между утеплителем и фанерой верхней обшивки предусмотрены продухи с минимальным диаметром 30 мм в поперечных ребрах и торцевом вкладыше. Для повышения предела огнестойкости нижняя обшивка дополнительно закреплена к крайним продольным ребрам гвоздями. По крайним продольным ребрам с наружной стороны панели предусмотрена постановка брусков трапециевидного сечения, образующих со стороны одной стороны паз(3), с другой гребень. Это позволяет выровнять нижние плоскости плит, обеспечить совместную работу диска покрытия и обеспечить герметизацию.

Расчет:

Толщину фанеры верхней обшивки определяем из условия прочности на местный изгиб от сосредоточенного груза Р=100 кг, с коэффициентом надежности по нагрузке , как заделанную в местах приклеивания к ребрам пластинку

,где - коэфф-т, учит длительность приложения нагрузки [I, табл.6]

Сечение коробчатой панели приводят к двутавровому. При этом ширина стенки равна сумме ширин ребер (b_ст=Σb_реб), а расчетная ширина обшивок см п4.25.

При рачете сечение приводят к фанере п.4.25

1.Прочность растянутой (нижней)обшивки п4.24.

2.устойчивость сжатой(верхней) п4.26

3проверка на скалывание п4,27

4прогиб п4.33

3.4.9. Конструкт реш и основные полож расч дощато-клееных балок (п 6.19)

-Многослойные ДКБ изг-ся путем сращ-я и сплач-я досок по пласти.1.для собрки клееных пакетов прим фрезерованные доски, толщ <=40мм. 2.доски в пакете размещают согласованно(ориентируясь на положение годовых колец) 3.шарина досок <=100мм, либо исп-ся пропилы по длине доски на 2/3 толщины, к-е располаг на расст <=100мм от кромок.4пропилы располагают в шахматном порядке Сращивание по длине вып-ся зубчатым шипом.

Преимущества балок:1) работают как монолитные (как балки цельного сечения) 2) можно изготовить с поперечным сечением люьой высоты и ширины 3) в них можно размещать доски различного качества по высоте, иск-ть попад-е естств. пороков в местах концентр-ции напр-й. Надёжность балки зависит от качества склейки и соблюдения технологии процесса изготовления.

М.б. армированные и неармированные. Армирование увел нес сп-ть и жесткость балки. Расход древесины сокр на 10-15%.наиб эффективно двойное армировагие (в сж и раст зонах), поэтому обысно балки имеют постоянное сечение по длине (вар1).

Сечение неармир-х: прямоуг и двутавровое. По длине м.б. постоянного и переменного сечения.

Эпюра σ

Расчёт на прочность по нормальным напряжениям.

где х_р – координата расчётного сечения, в котором возникают наибольшие нормальные напряжения: ; Mр=q*Xp(Lp-Xp)/2–изгибающий момент в расчётном сечении; Wр – момент сопротивления расчётного сечения.

Для вар 1 расчетное сечение расположено по центру пролета.

Проверка устойчивости:

п4.14 ф22 (Mр Wр-в расч сеч)

φ_m (ф.23)

Расчёт по касательным напряжениям: (скалывание) наибольшие касательные напряжения возникают в сечении с максимальной поперечной силой. П4.10 ф.18

Проверка по деформациям п4.33 ф50.

3.4.10. Конструкт реш и основные полож расч клеефанерных балок (п6.20)

Бывают двутавровые при L<12м,и коробчатого сеч (L>12м) рис.4СНиП С плоской и волнистой стенкой

С плоской

Стенки-из водостойкой реже бакелизированной фанеры, толщиной >=10мм.По длине листы стыкуются впритык с перекрытием парными накладками, или на «ус».Рубашки фанеры ориентир вдоль оси балки, для повыш прочности балки на срез в приопорных зонах перпендик оси балки.Доски поясов, примыкающих к стенкам делают с пропилами либо зазорами шириной 3-5мм для избежания коробления. Поперечную уст-ть стенки обеспеч ребрами, их устан с шагом <=L/9 в местах стыка фанеры.Опорные ребра в 2 р шире промужеточных.Эти ребра и коньковый узел перекрыв парными защит накладками, закрепляются болтами, чтоб исключ повреждение ответственные части балок при монтаже и установке связей.

Приводим сечение к доскам: n=Еф/Ед

Проверка по нормальным напр:

Нижний пояс где х_р – координата расчётного сечения, в котором возникают наибольшие нормальные напряжения: ; Mр=q*Xp(Lp-Xp)/2–изгибающий момент в расчётном сечении;

Верхний пояс где - коэф-т продольного изгиба ф.7,8 (, L₀-расстояние м/у закрепленными точками)

Проверка стенки на срез: (п4.29) рис А в шпоре и- статич. момент полусечения и момент инерции в опорном

сечении относительно оси Z;

Проверка стенки на скалывание по швам м/у поясами: - статич. момент пояса относительно нейтральной оси поперечного сечения балки; – кол-во площадок скалывания; - высота пояса балки.

Проверка стенки по главным напряжениям:(ф.45)

где R_ф.р. – расчетное сопротивление фанеры растяжению под углом ; _ст – нормальное напряжение в стенке от изгиба на уровне внутренней кромки поясов; _ст – касательные напряжения в стенке на уровне внутренней кромки поясов;  – угол.

Проверка стенки на устойчивость между рёбрами жёсткости на опоре ф.48 (СНиП ф.48):

, где k_и и k – коэффициенты; h_рас – расчетная высота стенки, которую следует принимать равной h_ст при расстоянии между ребрами а  h_ст и равной а при a < h_ст.

Проверка балки по деформациям ф.50:

, где f_о – прогиб балки постоянного сечения высотой h без учета деформаций сдвига; h – наибольшая высота сечения; l – пролет балки; k – коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения; с – коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы.

С волнистой стенкой.

Для закрепления стенки в поясах делается канавка в форме синусоиды, в которую запасовывают предварит изогнутую стенку, или широкий паз вставляют прямую стенку и раскрепляют клиньями, после заполняют клеем с опилками и стружкой.

Балки проектир только опорные ребра.

Волнистая стенка не восприн норм напряжения.

Проверка по нормальным напр:

Нижний пояс

Верхний пояс где kw-коэф-т, учит податливость стенки(уменьш нес сп-ть). -момент сопр пояса.