10 Основные требования по конструированию и расчету деревянных конструкций

10.1 Общие требования

10.1.1 При проектировании деревянных конструкций следует:

а) учитывать производственные возможности предприятий-изготовителей деревянных конструкций;

б) учитывать возможности транспортных средств;

в) использовать древесину с наименьшими отходами и потерями;

г) предусматривать меры по обеспечению устойчивости и неизменяемости отдельных конструкций и всего здания или сооружения в целом в процессе монтажа и эксплуатации.

10.1.2 При конструировании деревянных конструкций должны соблюдаться требования разделов 5–10.

10.1.3 Приопорные зоны большепролетных клееных деревянных конструкций с соотношением h/b  4, а также участки в местах действия сосредоточенных сил, кроме требований разделов 7–9, должны быть рассчитаны на прочность по главным площадкам с учетом всех компонент плоского напряженного состояния.

10.1.3.1 Расчет на прочность клееных деревянных конструкций с учетом всех компонент плоского напряженного состояния производят по формуле

(10.1)

где ₁ — значение главного растягивающего напряжения;

_х, _у и _ху — компоненты плоского напряженного состояния;

f_t,,d — расчетное значение сопротивления древесины при растяжении под углом  к направлению волокон.

Здесь f_t,,d определяют по формуле

(10.2)

где В = f_t,0,d /f_t,45,d – (1 + k)/4;

k = f_t,0,d /f_t,90,d.

Компоненты плоского напряженного состояния _х и _ху определяют в соответствии с требова­ниями 7.4 и 7.6.

10.1.3.2 Угол наклона  направления главного растягивающего напряжения ₁ к волокнам древесины определяют по формулам:

при х – у  0,	 = 0,5arctg[2ху /(х – у)],	(10.3)
при х – у = 0,	 = 45°,	(10.4)
при х – у  0,	 = 0,5 ∙ [180 – arctg(2ху /(х – у))].	(10.5)

10.1.3.3 Величины напряжений _y, сопоставимые с прочностными характеристиками клееной древесины и фанеры, определяют:

а) в приопорных зонах и в окрестностях действия сосредоточенных поперечных сил на расстояниях, равных высоте поперечного сечения h от линии действия опорной реакции или сосредоточенной силы F:

(10.6)

где  — ордината положительной части кривой распределенияот единичной сосредоточенной силы;

h — высота поперечного сечения.

При определяют по формуле

(10.7)

где у — расстояние от нейтрального слоя до рассматриваемой фибры.

При рассмотрении участка между двумя сосредоточенными силами, отстоящими друг от друга на расстоянии l  h , усилия суммируются (например, опорная реакция и сосредоточенная поперечная сила F);

б) на скошенных кромках под углом _sk к направлению волокон дополнительные напряжения на площадках, параллельных волокнам, определяют по формулам:

, , (10.8)

где _х — напряжения, действующие вдоль волокон древесины;

_sk — угол между линией скоса и направлением волокон древесины;

в) в сжато-изогнутых и внецентренно сжатых элементах клееных деревянных конструкций дополнительные касательные напряжения определяют по формуле

, (10.9)

где N — продольное сжимающее усилие;

е — эксцентриситет передачи усилия N;

b, h — соответственно ширина и высота поперечного сечения элемента.

При этом эксцентриситет е не должен превышать 0,15h.

10.1.4 В необходимых случаях прочность клееных деревянных конструкций, кроме увеличения геометрических размеров поперечных сечений, может быть обеспечена локализацией главных растягивающих напряжений с помощью ввинченных, в предварительно просверленные под углом от 30° до 45° к волокнам древесины отверстия, стальных винтов или вклеенных стержней (стальных класса S400, стеклопластиковых различных марок первой группы, углепластиковых и др.).

10.1.5 Усилие растяжения стержней N_t в окрестностях действия сосредоточенных поперечных сил определяют по формуле

(10.10)

где N_t — усилие растяжения, приходящееся на стержни;

l_t — длина опасной зоны, которая колеблется в зависимости от вида нагрузок и очертания элемента конструкции и находится в пределах (0,8–2,5)h.

10.1.6 Для элементов постоянной высоты h и при равномерно распределенной нагрузке l_t = 1,2h.

10.1.7 Криволинейные (гнутые) участки (рисунок 10.1) клееных деревянных конструкций, изгибаемых моментом М, уменьшающим их кривизну, следует рассчитывать по формулам кривых брусьев:

а) по тангенциальным нормальным напряжениям на внутренней и внешней кромках бруса:

(10.11)

(10.12)

где _,int, _,ext — соответственно тангенциальные нормальные напряжения на внутренней и внеш­ней кромках бруса;

М_d — расчетный изгибающий момент;

r₀ — радиус кривизны нейтрального слоя;

r₁ и r₂ — соответственно радиусы кривизны нижней (ближней к центру кривизны) и верх­ней кромок бруса;

А — площадь поперечного сечения кривого бруса;

у₀ = l/(A ∙ r) — смещение нейтрального слоя от геометрической оси криволинейного участка;

f_m,d — расчетное сопротивление древесины изгибу;

б) по максимальным радиальным нормальным напряжениям

(10.13)

Рисунок 10.1 — Расчетная схема кривого бруса при чистом изгибе

10.1.8 Сжато-изгибаемые элементы с криволинейными участками рассчитывают по формулам кривых брусьев:

а) на сжатой кромке

(10.14)

б) на растянутой кромке

(10.15)

10.1.9 Допускается без увеличения геометрических размеров и радиуса кривизны на криволинейных участках, когда условие формулы (10.13) не выполняется, постановка ввинченных или вклеенных стержней, воспринимающих _r, max. В этом случае усилие, приходящееся на стержни, определяют по формуле

(10.16)

где l₁ — длина хорды криволинейного участка по внутренней кромке бруса.