Розділ 4 захисні конструкції

4.1. Загальні відомості

Залежно від призначення будівлі захисні конструкції роблять неутепленими або утепленими. Перші призначені для захисту будівель від атмосферних опадів, опадів та сонячних променів; другі мають забезпечити належну термоізоляцію приміщень. Теплопровідність і теплостійкість захисних конструкцій визначають їхнім теплотехнічним розрахунком.

Дерев'яні настили є несучими елементами дерев'яних покриттів.На їхнє виготовлення витрачається більша частина деревини, використовуваної при спорудженні дерев'яних покрить. Ощадливе проектування дерев'яних настилів багато в чому визначає економічну ефективність покриття в цілому. Настили служать основою водо- і теплоізоляційних шарів покриття.

Рис. 4.1. Дощаті покриття:

а — неутеплене під рулонну покрівлю; б— те ж, утеплене; в — неутеплене риштування під азбестоцементну покрівлю; г — те ж, утеплене; 1 — настил; 2 — рулонна покрівля; 3 — азбестоцементна покрівля; 4 — утеплювач; 5 — пароізоляція.

Конструкція настилу залежить від типу покрівлі і теплоізоляційних властивостей покриття (рис. 4.1). При рулонній покрівлі настил повинен мати суцільну рівну дощату чи фанерну поверхню, на яку безпосередньо можна наклеювати рулонний килим. Утеплювач при цьому може бути твердим і розташовуватися поверх настилу під покрівлею чи бути м'яким і розташовуватися в порожнинах, як у клеєфанерних плитах.

При поштучних покрівельних матеріалах у виді хвилястих листів азбестоцементу, металопрофілю чи черепичних плиток настил повинен мати для них окремі опори у виді дощок чи брусів риштування відкритих ребер клеєфанерних плит. Утеплювач при цьому може бути м'яким і розташовуватися між брусками риштування чи між ребрами клеєфанерних плит. З такою покрівлею особливо ефективне застосування дерев'яних покрить, тому що вона паропроникна, сприяє висиханню деревини і перешкоджає її загниванню.

Дерев’яні настили поділяються на слідуючі основні види — дощаті, клеєфанерні і пластмасові.

4.2. Дощаті настили

Дощаті настили можуть виготовлятися як у цехах деревообробних підприємств, так і в невеликих майстерних будівельних майданчиків. Для їхнього виготовлення може застосовуватися деревина 2-го і 3-го сортів, оскільки місцеві дефекти настилів не знижують міцності покриття в цілому.

Розріджений настил, або лати – це несуцільний ряд дощок, покладених із кроком, обумовленим типом покрівлі і розрахунком. Зазори між краями дощок для їхнього кращого провітрювання повинні бути не менш 2 см. Для прискорення монтажу цей настил доцільно збирати з заздалегідь виготовлених плит, щитів, з’єднаних знизу поперечками і розкосами, з габаритними розмірами, ув’язаними з розміщенням опорних конструкцій з урахуванням умов транспортування.

Подвійний перехресний настил (рис. 4.2,а) складається з двох шарів: нижнього — робочого і верхнього — захисного. Робочий настил являє собою розріджений або суцільний ряд більш товстих дощок і несе на собі всі навантаження, що діють на покриття. Захисний настил являє собою суцільний ряд дощок мінімальною товщиною 16 мм і шириною 100 мм. Вони вкладаються на робочий настил під кутом 45...60° і кріпляться до нього цвяхами. Застосовуються також настили із суцільних одношарових щитів, з’єднаних знизу розкосами і поперечками, що мають меншу жорсткість, чим подвійні (рис. 4.2, б).

Рис. 4.2. Дощато-цвяхові щити настилів покриттів:

а — щит подвійного перехресного настилу; б — щит одношарового разкісного настилу; 1-дошки; 2-цвяхи; 3-косий захисний настил; 4-розріджений робочий настил; 5 — розкоси; 6— поперечки

Розрахунок дощатих настилів здійснюють на міцність і прогинам при згині при дії нормативних і розрахункових значень лінійних розподілених і зосереджених навантажень. Постійне навантаження від власної ваги настилу, утеплювача і покрівлі визначається з урахуванням товщини і густини всіх елементів покриття і є рівномірно розподіленої по площі поверхні настилу.

Дощатий настил покриття розраховується на два поєднання навантажень. Перше поєднання — це загальне навантаження від власної ваги g і ваги снігу s, розташованого на всій довжині плити настилу q=g+s. На розрахункове значення цього навантаження настил перевіряється по несучій здатності при згині. При цьому максимальний згинальний момент, що виникає в перерізі над середньою опорою, М = ql²/8. Момент опору перерізів усіх дощок настилу на розрахунковій ширині W=Вh²/6. Діючі в них напруги σ = M/W≤R_зг, де розрахунковий опір згину деревини 3-го і 2-го сортів R_зг= 13 МПа.

Рис. 4.3. Розрахункові схеми настилів;

а— схеми навантажень рівномірних; б— те ж, зосереджених; в— схеми зусиль; / — перше поєднання навантажень; 2 — друге поєднання навантажень; 3 — дошки розрідженого настилу; 4 — дошки робочого настилу

На нормативні значення навантажень перевіряється максимальний відносний прогин настилу:

f/l ==(2,13/384) [ql³/(ЕI)]≤[f/l] =1/150. (4.1)

Друге поєднання — це загальна дія рівномірного навантаження від власної ваги q == g і зосередженої сили Р, прикладеної на відстані 0,43 l. У цьому перерізі виникає максимальний згинальний момент М =0,07ql²+0.21Pl. На цей згинальний момент переріз настилу перевіряється тільки по несучій здатності при згині по формулі σ=m/w≤ R_зг де R_зг — розрахунковий опір деревини згину; з урахуванням коефіцієнта умови роботи при тимчасовій силі m_н = 1,2 R_зг = 13·1,2 = 15,6 МПа.

Розрахунок розрідженого настилу, розташованого поперек схилу скатної покрівлі, проводиться на косий згин по формулах (2.9) і (2.10). Розрахункова ширина настилу приймається рівна кроку розміщення дощок з урахуванням перерізу тільки однієї дошки чи приймається рівною 1 м, але при цьому враховуються переріз всіх дощок, розташованих на цій ширині. Зосереджений вантаж Р = 1,2 кН вважається прикладеним до кожної дошки цілком при кроці дощок більше 15 см, а при кроці менше 15 см до кожної дошки прикладається Pcosα / 2.

Подвійний перехресний настил розраховується на згин тільки робочого настилу і тільки від нормальних складових навантажень, оскільки скатні складові сприймаються за допомогою захисного настилу. Розрахункова ширина настилу приймається В = 1 м з врахуванням усіх дощок, кількість яких при кроці а п= 1/a. Зосереджені вантажі розподіляются тут на ширину 0,5 м і тому в розрахункову ширину входять подвоєні величини Р = 2,4 кН. При підборі перерізу настилу зручно задаватися перетином дощок bh. (см), потім визначати необхідний момент опору Wн = M/R_зг, необхідну загальну ширину дощок В_н = W_н/h², потім крок їх розміщення а =100b\B_н (см).

Сполучні цвяхи шарів чи настилу з розкосами часто працюють зі значними запасами міцності. При великих ухилах і навантаженнях їх розраховують на скатні складові навантажень за умовною схемою балки, утвореної двома сусідніми прогонами і настилом.

Приклад 9. Розрахунок подвійного дощатого настилу

Запроектувати подвійний дощатий настил під рулонну покрівлю для будівлі ІІ класу відповідальності (коефіцієнт надійності за призначенням γ_п = 0,95), група експлуатації А-2 (приміщення, що не опалюється , відносній вологості повітря 60 - 75%). Крок прогонів — 1,6 м. Матеріал — дошки сосни 2-го сорту. Район будівництва - м. Львів.

Приймаємо переріз дощок розрідженого робочого настилу b  δ= 10  3,2 см, укладених з зазорами, а верхній суцільний захисний шар настилу - товщиною δ = 1,6 см (рис. 3.2). Розрахунок настилу проводять для полоси шириною 1 м. Кут нахилу покрівлі до горизонту, зважаючи на його незначність (при і =1/10 кут α =6º), при розрахунку настилу до уваги не беруть.

Навантаження на 1 м горизонтальної проекції покриття приймаються

відповідно до таблиці 1.

Граничне розрахункове значення снігового навантаження на горизонтальну проекцію покриття обчислюється за формулою:

S_m = γ_fm×S_oC = 1×1310×1=1310Па = 1,31 кН/м²,

де γ_fm =1– коефіцієнт надійності за граничним значенням сніговою навантаження, що визначається залежно від заданого середнього періоду повторюваності Т за т. 8.1 [2];

S_o = 1310 Па - характеристичне значення снігового навантаження за п. 8.5. [2]);

С- коефіцієнт, який визначається за формулою п. 8.6. [2] - С=µС_еС_alt=1×1×1=1,

де µ = 1 - коефіцієнт переходу від ваги снігового покриву на горизонтальну поверхню землі до снігового навантаження на покриття при його ухилі α ≤ 25º, який визначається за п.8.7., 8.8. [2];

С_е = 1 - коефіцієнт, що враховує режим експлуатації покрівлі (п. 8.9. [2]);

С_alt =1 - коефіцієнт географічної висоти (п. 8.10. [2]).

Експлуатаційне розрахункове значення снігового навантаження обчислюється за формулою

S_е = γ_fе×S_oC = 0,49×1310×1= 640 Па = 0,64кН/м²

де γ_fе = 0,49 - коефіцієнт надійності за експлуатаційним значенням снігового навантаження, визначається за нормами (п. 8.12. [2]); залежно від частки часу η, протягом якої можуть порушуватися умови другого граничного стану (т. 8.3. [2]);.

Таблиця 1.

Навантаження на 1 м² горизонтальної проекції покриття

№ пп	Тип і склад покриття	Характеристичне навантаження кН/м2	Експлуатаційне навантаження, кН/м2	Коефіцієнт надійності fm	Розрахункове навантаження кН/м2
1	Акваізол	0,15	0,15	1,3	0,195
2	Захисний шар 0,016х5	0,08	0,08	1,1	0,088
3	Робочий шар 0,032х5	0,16	0,16	1,1	0,176
	Усього постійного	0,39	ge = 0,39		g = 0,459
	Снігове навантаження	1,31	Se = 0,64		Sm = 1,31
	Загальне навантаження		qе = 1,03		q = 1,769

Переріз подвійного дощатого настилу розраховуємо за схемою нерозрізної двопрольотної балки на два сполучення навантажень при розрахунковому прольоті робочого настилу l = В = 1,6 м. Навантаження, що діють на 1 погонний метр довжини настилу шириною 1 м:

- експлуатаційне q^е_пог=q^е·в=1,031=1,03 кН/м;

- розрахункове q_пог=q·в=1,769·1=1,769 кН/м.

Визначаємо максимальний згинальний момент при першому сполученні навантажень (власна вага і сніг):

кНм

Необхідний момент опору робочого настилу:

Приймаємо дошки перерізом bxh = 10x3,2 см.

Потрібна загальна ширина досок на полосі шириною 1м:

Крок досок:

.

Завдяки наявності захисного настилу дію зосередженої ваги Р = 1,2 кН від ваги людини з інструментом вважаємо розподіленою на ширині 0,5 м робочого шару настилу. Тоді розрахункове зосереджене навантаження, яке приходиться на ширину настилу 1 м, дорівнює:

.

Визначаємо максимальний згинальний момент при другому сполученні навантажень (власна і зосереджена вага):

Розрахунковий опір згину з врахуванням короткочасної дії зосередженої сили:

Знаходимо момент опору робочого шару настилу:

Виконуємо перевірку міцності настилу при другому сполученні навантажень:

Жорсткість настилу перевіряємо за першим сполученням навантажень.

Для цього попередньо знаходимо момент інерції робочого шару настилу:

Відносний прогин настилу за формулою (3.1.):

,

Отже, міцність та жорсткість прийнятого дощатого настилу забезпечені.