§ 11.2. Клееные балки

Клееные балки из досок и фанеры, склеенные синтетическим кле­ем являются основным видом составных балок заводского изготов­ления. Размеры и форма сечений клееных балок могут быть практи­чески любыми независимо от сортамента пиломатериалов и фанеры. Древесина клееных балок после искусственной сушки и фанера дольше сопротивляются загниванию, чем древесина прочих конст­рукций. Клеевые соединения, жесткие 'и стойкие против увлажне­ния, обеспечивают монолитность балок. Клееные сплошные балки крупных сечений имеют, как правило, достаточный предел огне­стойкости.

Рис. 11.3. Дощатоклееные балки:

а — типы балок; б — типы сечений; в — размещение стыков; г — размещение досок по качеству; / — односкатная балка; 2 — двускатная; 3 — ломаная; 4 — гнутая; 5 — пря­моугольное сечение из цельных досок; 6 — то же, из стыкованных по ширине досок; 7 — рельсовидное сечение; S — двутавровое сечение; 9 — зубчатые стыки; /—/// — ка­тегории качества

Дощатоклееные балки (рис. 11.3) прямоугольного сечения, скле­енные из досок плашмя, изготовляют заводы клееных конструкций в наибольших объемах. Их применяют главным образом в качестве основных несущих конструкций покрытий сельских, общественных и промышленных зданий. Используют их также в виде прогонов, пролеты и нагрузки которых не позволяют применить прогоны цель­ного сечения, а также в виде главных балок перекрытий, мостов и Других сооружений. В отечественном строительстве Дощатоклееные ' балки находят применение в покрытиях пролетом до 18м. За рубе­жом имеются примеры эффективного применения дощатоклееных балок в покрытиях пролетом до 30 м. ₍

Сечения дощатоклееных балок принимают в большинстве случа­ев шириной не более 17 см, что позволяет изготовлять их из цельных по ширине досок. Балки большей ширины изготовляют из менее ши­роких досок, склеенных между собой кромками с расположением этих стыков в разбежку по высоте, что увеличивает трудоемкость их изготовления. Ширину сечения клееных балок нашими нормами рекомендуется принимать не менее Ye их высоты. В зарубежной практике этого ограничения нет. Высота сечения балок определяет­ся расчетом и находится в пределах от Yio До Yis пролета, она увя­зывается с толщиной досок после фрезерования.

Форма дощатоклееных балок по длине (рис. 11.3) может быть прямоугольной односкатной, сегментной и двускатной, постоянной и переменной высоты. Прямоугольные и сегментные балки-имеют, как правило, постоянную по длине высоту. Двускатные трапецие­видные балки имеют переменную высоту, получаемую при склеива­нии досок уменьшающейся кверху длины. Двускатные ломаные бал­ки собирают из двух прямых элементов, соединенных в коньке зуб­чатым соединением. Двускатные гнутые балки имеют выгиб в зоне конька и двускатную коньковую наклейку. Они могут быть постоян--ного и переменного сечения. Высота балок переменного сечения на опорах должна быть не менее 0,4 высоты сечения в середине длины.

Балки склеивают из досок толщиной не более 50 мм. Примене­ние более тонких досок несколько увеличивает несущую способ­ность балок за счет меньшего влияния их коробления, но приводит к повышению трудоемкости изготовления и расхода клея. Доски перед склеиванием фрезеруются по пластям на 2,5—3,5 мм, а после склеивания кромки балок фрезеруются в среднем на 5 мм.

Доски располагаются по высоте сечения балок таким образом, чтрбы древесина наиболее высокого качества размещалась в наибо­лее напряженных нижней и верхней зонах. В балках с высотой се­чения более 50 см доски растянутой нижней зоны (0,17 высоты сечения балки) относятся к I категории качества. Доски сжатой и следующей по высоте растянутой и сжатой зон такой же толщины относятся к II категории и доски средней зоны — к III категории ка­чества. В балках высотой до 50 см доски растянутой и сжатой зон относятся к II категории качества, поскольку эти зоны имеют отно­сительно меньшую высоту.

По длине все доски дощатоклееных балок стыкуются на зубча­тое соединение, имеющее равную прочность с древесиной элементов I категории. Стыки должны располагаться на расстояниях не менее 30 см по длине и вразбежку — в соседних слоях. Практически при заводском изготовлении балок все эти требования соблюдаются ав­томатически.

Расчет дощатоклееных балок покрытий производят на изгиб в большинстве случаев по схеме однопррлетной свободно опертой балки на равномерную нагрузку q от собственной массы по­крытия, балки и массы снега. Расчетное сечение, где действуют мак­симальные нормальные напряжения, в балках переменной высоты трапециевидной и ломаной формы не совпадает, как в балках постоянной высоты, с местом действия максимального изгибающего мо­мента, поскольку момент сопротивления сечений уменьшается у них от середины балки быстрее, чем изгибающий момент. Расстоя­ние расчетных сечений от опор х определяется путем отыскания ми­нимума эпюры нормальных напряжений по длине балки

Сечения дощатоклееных балок в результате жесткости клеевых соединений считаются монолитными, и их геометрические характе­ристики определяются как для цельных сечений. Несущая способ­ность балок повышается с увеличением их высоты в меньшей степе­ни, чем момент сопротивления, так как при этом возрастает высота зон максимальных нормальных напряжений. Это учитывается сни­жением момента сопротивления сечений коэффициентом условий работы т₅ при высоте более 70 см и увеличением при высоте менее 70 см. Этот коэффициент принимает следующие значения (но при ширине стечения менее 14 см он не должен быть более 1):

h, см... до 50 60 70 80 100 120 и более т_б..... 1,151,051,00,90,850,82

Дощатоклееные балки двутаврового и рельсовидного сечения. Двутавровые Дощатоклееные балки из досок плашмя состоят из стенки шириной не менее 80 мм и двух полок шириной не более двойной ширины стенки. Их применяют при тех же пролетах, что и балки прямоугольного сечения. По условиям технологии изготовле­ния они имеют постоянное по длине сечение.

^ Малогабаритные Дощатоклееные балки состоят из стенки из од­ной или двух досок на ребро и двух- полок одинаковой или раз­ной ширины из досок плашмя. Они применяются при пролетах До 7 ад-Расчет двутавровых балок производят с учетом влияния двутав-. ровой формы сечения на их несущую способность и жесткость. При расчете по прочности момент сопротивления их сечения W снижает­ся дополнительно коэффициентом формы сечения т_ф, который за­висит от отношения ширины стенки Ь_ст к ширине полки Ь_п и колеб­лется от 0,9 (при отношении 0,5) до 0,75 (при отношении 0,25).

Применение дощатоклееных балок двутаврового сечения огра­ничивается тем, что технология их изготовления существенно слож­нее, чем балок прямоугольного сечения, что экономически не оправ­дывается получаемой некоторой экономией материалов.

Клеефанерные балки состоят из-фанерных стенок, дощатых по­лок и ребер, скленных между собой. Они имеют ту же область при­менения, что- и Дощатоклееные балки, но отличаются от них сущест­венно меньшей массой и меньшим расходом древесины, требуемым при их изготовлении, благодаря тому что древесина сконцентриро­вана в зонах действия максимальных нормальных напряжений при изгибе. Фанерные стенки этих балок работают на срез надежнее, чем древесина на скалывание. Однако применение этих балок сдер­живается временной дефицитностью строительной фанеры, большей трудоемкостью их изготовления и меньшим пределом огнестойкости тонких фанерных стенок. По типу конструкции клеефанерные балки разделяют на ребристые и с волнистыми стенками.

Клеефанерные ребристые балки (рис. 11.4) по фор­ме сечений бывают коробчатыми и двутавровыми. Коробчатые балки отличаются от двутавровых повышенной жесткостью из плоско­сти изгиба и гладкими боковыми поверхностями. Двутавровые бал­ки имеют обычно одинарные фанерные стенки и не обладают пре­имуществами коробчатых, но требуют вдвое меньшего расхода фа­неры. По длине клеефанерные балки могут иметь постоянное и пе­ременное сечение. Основным типом таких балок являются трапецие­видные двускатные. Их высоту в середине пролета определяют рас­четом на изгиб, и она получается близкой к Vio— '/12 пролета. Высо­ту сечения на опорах определяют расчетом стенок на срез и устой­чивость, и она должна быть не меньше 0,4 пролета.

Рис. 11.4. Клеефанерная ребристая балка:

1~ дощатые пояса; 2 —фанерные стенки; 3 — стык пояса; 4 — ребра; 5 —коробчатая балка; 6 — двутавровая балка; 7 —стык стенки

Балки переменного сечения сегментной формы требуют изготов­ления гнутого верхнего пояса, который не нуждается в устройстве стыка в середине длины. Односкатные прямоугольные балки явля­ются наименее трудоемкими в изготовлении, но область их приме­нения ограничена.

Стенки клеефанерных ребристых балок изготовляют из водо­стойкой строительной фанеры толщиной 10—12 мм. Направление наружных волокон фанеры следует принимать параллельным во­локнам поясов и продольным осям балки. При этом стенки работа­ют на изгиб в направлении наибольшей прочности и жесткости их сечений и имеется возможность их предварительно соединять по Длине усовым соединением. При поперечном по отношению к поя­сам расположении наружных волокон фанерных стенок их соединёние по длине более трудоемко и осуществляется при помощи стыковых накладок.

Пояса клеефанерных балок изготовляют прямоугольной формы из досок. Пояса коробчатых балок представляют собой одиночные клееные брусья, расположенные между двумя фанерными стенками. Пояса двутавровых балок состоят из двух клееных брусьев, распо­ложенных по обе стороны стенки. Доски поясов могут располагать­ся как горизонтально, так и вертикально. По плоскостям склеива-» ния с фанерными стенками пояса должны иметь прорези для того, чтобы ширина клеевых швов не превосходила 10 см для предотвра­щения перенапряжения швов в результате различных деформаций древесины поперек волокон и фанеры при колебаниях влажности.

По длине доски поясов соединяются зубчатым стыком. В месте перелома двускатных балок в коньке верхний пояс соединяется по длине угловым зубчатым соединением. При отсутствии оборудова­ния для такого соединения он может'в этом месте соединяться бо­ковыми дощатыми накладками на болтах. Нижние растянутые по­яса балок должны изготовляться из досок высшей, I категории ка­чества. Верхние сжатые пояса изготовляются из досок II категории качества.

Ребра клеефанерных балок изготовляют из досок II категории качества. В коробчатых балках ребра располагаются в полости ме­жду двумя фанерными стенками, а в двутавровых балках — по обе стороны стенки. Их рекомендуется совмещать со стыками стенок и опорами прогонов. По длине ребра ставятся с шагом, равным Ye — Yio пролета.