Скобы, хомуты, стяжные болты и тяжи

Расчет связей на разрыв производится по нормам расчета металлических конструкций. Связи могут быть натяжные и ненатяжные, временные и постоянные. Постоянные связи должны быть защищены от коррозии(оцинковка, покрытие водостойким лаком)

a>4d=b где d – диаметр гвоздя

l_защ>10d=b

l_защ>2a , где l_защ – длина защемления.

Гвозди сопротивляются выдергиванию только благодаря поверхностному трению между ними и древесиной. При появлении трещин(при раскалывании) сила сцепления снижается(чтобы гарантировать сцепление и исключить раскалывание), необходимо соблюдать те же конструктивные требования при расстановки гвоздей, что и при работе на сдвиг.

T_выд=πd_2bl₁R_гв^выд ,

где T_выд – несущая способность,

R_гв^выд – расчетное сопротивление выдергиванию на единицу поверхности соприкосновения гвоздя с древесиной.

l₁=l_защ- 1,5d- 0.2n

Сопротивление гвоздей выдергиванию разрешается учитывать во тонкостенных элементах , в подшивках потолков, настилах, а также в конструкциях где выдергивание гвоздя сопровождается одновременной работой его на сдвиг.

Нельзя учитывать работу гвоздя на выдергивание:

1) забитых в ранее просверленное отверстие

2) забитых в торец элемента(вдоль волокон)

3) при наличии динамических воздействий

T_выд=πdl_нарR_в^выд

Шурупы удерживаются в древесине не столько за счет трения, сколько упором винтовой нарезки, прорезаемый ею в древесные винтовые желобки.

d_отв= d_b-(2 до 3) мм, или 0,8 от диаметра гладкой части винта.

Чаще винты используют для крепления к брусьям металлических накладок, хомутов, шайб.

Если крепят деревянные или фанерные элементы, работающие на отрыв, то определяющим может быть сопротивление древесины смятию головкой винта.

Чтобы этого не произошло, под головку необходимо поставить шайбу 3,5d ×3,5d×0,25d

Примеряют скобы круглые и квадратные диаметром 10-18 мм. Применяют в качестве растянутых или фиксирующих связях в конструкциях из круглого леса или из брусьев.

Забивают скобы без предварительного сверления ударным способом (молотком).

Несущая способность весьма неопределенна и не рассчитывается

Хомуты

Отличительная способность - их охватывающее положение по отношению к соединяемому элементу.

Стяжные болты

Применяют практически во всех соединениях. Они играют преимущественно монтажное соединение на нагелях, на врубках, на шпонках.

В случае разбухания соединяемых элементов в болтах могут возникнуть большие растягивающие усилия.

Чтобы не произошел разрыв болта, проектируют площадь слияния древесины под головкой болта. В неблагоприятном случае произойдет безопасное для соединения вмятие шайбы в древесину.

Тяжи

Это растянутые металлические элементы, метало-деревянных конструкций (затяжки арочных и сводчатых конструкций)

Рассчитывают по СНиП «Стальные конструкции». Выполняют из профильной стали (не менее 12 мм).

3.7. СОЕДИНЕНИЯ НА ПЛАСТИНЧАТЫХ НАГЕЛЯХ

Пластинчатые нагели

В 1932 г., для сплачивания брусьев Деревягинным В.С., были предложены пластинчатые нагели

Пластинчатые нагели – пластины из твердых пород древесины, которые закладываются в гнезда, выбранные при помощи цепнодолбежного станка.

Волокна пластинчатых нагелей должны быть направлены перпендикулярно шву сплачивания.

При ширине бруса b<15 см, гнездо под нагель делается сквозным и нагель делают сквозным.

Если b>15 см, ставят глухие нагели.

По несущей способности два глухих нагеля приравниваются к одному сквозному.

3.8. КЛЕЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Соединения на клеях деревянных несущих конструкций стали применяться в начале 20 века в Германии.

Развитие полимерных материалов дало возможность получить синтетический клей, который обеспечил базу для развития современного индустриального производства клееных деревянных конструкций.

Синтетические клеи позволяют обеспечить достаточную прочность и долговечность клеевых соединений, т.к. имеют высокую био- и водостойкость.

Из всего многообразия типов клея СНИП рекомендуют:

1) резорциновые и фенольно-резорциновые (ФР-12, ФРФ-50). Эти клеи не выделяют свободного фенола, т.е. выделения не токсичны.

Соединения получаются высокопрочными, и шов невосприимчив к действию кипящей воды.

Область применения:

Все условия, кроме конструкций, соприкасающихся с грунтом, находящихся в грунте, постоянно увлажняющиеся и находящиеся в воде.

2)алкилрезорциновые и фенольные (ФР-100, СФХ). Обладают высокой био- и водостойкостью. Недостаток – выделяют фенол, являются токсичными, но дешевле резорциновых и фенольно-резорциновых.

Область применения:

Все условия, кроме конструкций, соприкасающихся с грунтом, находящихся в грунте, постоянно увлажняющиеся и находящиеся в воде.

3) карбомидные (КФ-5), применяются в несущих конструкциях, которые эксплуатируются в отапливаемых зданиях, с влажностью 60-75% и где обеспечена гарантия надежного предохранения от увлажнения, т.е. клей является средневодостойким. Преимущество – шов получается бесцветным (имеет применение в производстве мебели).

4) карбонидно – мелониловые;

5) для соединения древесины с металлами нормы рекомендуют эпоксидные клеи.

Клеевой шов должен обеспечивать прочность соединения, не уступающую прочности древесины на скалывание вдоль волокон и на разрыве поперек волокон.

Прочность клеевого шва, соответствующую прочности древесины на разрыве вдоль волокон пока получить не удается

прочность приблизительно в 10 раз ниже, чем цельного дерева

Поэтому в растянутых элементах, площадь склеенной поверхности необходимо увеличить приблизительно в 10 раз.

СНиП запрещает склеивать на “ус” пиломатериалы (можно только фанеру), так как:

1) большой расход материала,

2) нужно выдерживать под давлением – это неудобно.

Пиломатериалы соединяют с помощью зубчатого шипа:

Для производства клееных конструкций применяется древесина влажностью 6-15%, прошедшая стереализующую сушку и свежеоструганную.

Толщина склеиваемых слоев элементов, как правило, не должна превышать 33 мм.

В прямолинейных элементах допускается толщина слоев до 42 мм, но с устройством продольных прорезей

Ширина одной доски не должна превышать 180 мм.

В целях уменьшения внутренних напряжений в нулевом шве (поперек волокон древесины) при подборе досок для изготовления многослойных элементов рекомендуется применять согласованное направление годовых слоев.

При склейки для обеспечения плотного сплачивания производится запрессовка пакета при помощи специальных пневматических или гидравлических прессов. Давление порядка 3-5 кг/см², а выдержка под давлением 4-24 часа.

ГЛАВА 4. СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

4.1. ПЛОСКИЕ СПЛОШНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Плоскостными сплошными конструкциями являются конструкции, в которых основные усилия возникают в плоскости действия внешних сил и сечения которых не имеют сквозной решетки. К плоскостным конструкциям относятся:

а) при пролетах до 6 м – балки, прогоны, стропила, настилы цельного сечения, состоящие из одного элемента (доски или бруса);

б) при больших пролетах, превышающих сортамент лесоматериалов по длине, или при малых пролетах, но при значительных нагрузках – более сложные составные конструкции из брусьев, досок и фанеры в виде различного типа панелей, балок, арок, рамных и других распорных систем.

В зависимости от способа изготовления плоские сплошные системы делятся на индустриальные конструкции, изготавливаемые на заводах и конструкции построечного изготовления (непосредственно на стройплощадке).

Индустриальные – это все балки, 2-х и 3-х шарнирные арки, рамы сплошного сечения, а также балки на пластинчатых панелях и арки, составленные из таких балок.

Построечного изготовления–все виды составных балок из бревен и брусьев на призматических шпонках и колодках; гвоздевые балки с двойной перекрестной дощатой стенкой; 2-х и 3-х шарнирные арки и рамы той же конструкции, а также арки кружальной системы.

Все составленные балки из бревен и брусьев на призматических шпонках относятся к устаревшим конструкциям. Все виды гвоздевых балок и рам могут изменяться в зданиях и сооружениях только временного назначения.

Плоские сплошные деревянные конструкции цельного сечения – это настилы из досок и брусьев применяемые в покрытиях в виде обрешетки или сплошной конструкции им под кровли разных типов.

1. Двойной дощатый настил под мягкую кровлю неотапливаемого здания

1- прогон

2- рабочий настил (доски толщиной 25,32,40 – по расчету)

3- защитный настил тоже из досок, направленных по углом к 1му (доски защитного слоя 16-25 мм и шириной 100 мм)

4- рубероидная кровля обычно из 3-х слоев

Шаг а = (0,75 - 1,5)м

2. Ограждение для устройства кровли из асбестоцементных листов

1- прогон

2- обрешетка

3- асбестоцементный лист

3. Дощатый настил пустотной конструкции покрытия отапливаемого здания

Рис.

1- подшивка потолка

2- пароизоляция

3- утеплитель

4- прогон

5- рабочий дощатый настил (сплошной или разреженный)

6- защитный слой

7- мягкая кровля

При расстоянии между досками более 150 мм нагрузка передается на две доски. При двойном настиле, рабочем и защитном, сосредоточенный груз следует распределять на ширину 500 мм.

4.2. БАЛКИ СПЛОШНОГО СЕЧЕНИЯ УСИЛЕННЫЕ ПОДБАЛКАМИ

Одним из способов усиления однопролетных балок сплошного сечения является применение подбалок.

Подбалки подкладываются на опорных под стыками балок скрепляются болтами. Длину консоли «а» определяют из условия, чтобы общая касательная упругих линий консоли и балки рассматривалась у конца консоли.

Для увеличения площади смятия подбалку увеличивают на 100 мм с каждой стороны.

Суть усиления состоит в следующем: реакция в данном случае с балки передается на опору, а в месте контакта упругих линий, т.е. расчетный пролет балки уменьшается на 2а (рабочая длина подбалки)

Длина консоли подбалки будет зависеть естественно от соотношения моментов инерции балки и подбалки

Обычно консоль назначается в пределах (0,15-0,19)l.

В случае

4.3. КОНСОЛЬНО-БАЛОЧНЫЕ И НЕРАЗРЕЗНЫЕ СИСТЕМЫ ПРОГОНОВ

Консольно-балочные прогоны являются многопролетными статически определимыми системами. Их применение целесообразно только в том случае, когда временная нагрузка неподвижно и равномерно распределена по всей длине прогона.

Статическая определенность достигается введением шарниров в количестве равном количеству промежуточных опор. Существуют 2 варианта постановки шарниров:

1) встроенное расположение шарниров

2) последовательное расположение шарниров

Встречное расположение более предпочтительно для консольно-балочных прогонов , т.к. система наиболее живуча.

Консольно-балочные прогоны выполняются из брусьев или бревен, по длине соединяются прирубом.

В центре ставится болт для предотвращения случайных смещений.

Недостатки:

· Малый пролет ≈ 4,5 м и при стандартном размере бруса 6,5 м.

· В крайних пролетах приходится уменьшать пролет или увеличивать поперечное сечение бруса.

Неразрезные спаренные прогоны состоят из 2-х рядов досок поставленных на ребро и соединяемых с помощью гвоздей. Каждый ряд досок выполняется по схеме консольно-балочного типа с последовательным расположением шарниров.

Первый ряд досок не имеет стыков в первом пролете, а второй ряд не имеет стыка в последнем пролете.

Доски между собой соединяются гвоздями конструктивно с шагом 500 мм. Доски каждого ряда соединяются без косого прируба. Концы одного ряда прибиваются гвоздями к доскам другого ряда, не имеющим в данном месте стыки.

В стыке количество гвоздей определяют по величине поперечной силы

- расстояние от опоры до центра гвоздевого забоя

- усилие, которое воспринимает каждый гвоздь

4.4. ПЛОСКИЕ СПЛОШНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ НА УПРУГО-ПОДАТЛЕВЫХ СВЯЗЯХ

1) Расчет составленных стержней на поперечный изгиб

а) балка цельного сечения

; ;

б) из 2-х брусьев с помощью податливых связей

в) в балке нет связей два бруса работают самостоятельно

; ;

В составных балках со связями сдвигу будут препятствовать элементы связей (болты и др.) и поэтому сдвиг будет меньше чем в балках без связей. Балка на податливых связях занимает промежуточное положение между балкой цельного сечения и балкой без связей. Геометрические характеристики балки цельного сечения

где , - коэффициенты учитывающие податливость связей в зависимости от числа слоев в элементе и от пролета изгибаемой конфигурации, приведены а СНиПе (табл.13).

Количество связей определяется по расчету на сдвигающие усилия, а полное сдвигающее усилие на участке от опоры до точки, где Q=0 (до середины балки, будет равно )

4.5. РАСЧЕТ СТОЕК НА ПРОДОЛЬНЫЙ ИЗГИБ (ЦЕНТРАЛЬНОЕ СЖАТИЕ)

Рис.

На устойчивость стержня относительно оси Х податливость связи влиять не будет - элемент рассчитывается как цельный

- коэффициент продольного изгиба.

определяется в составных стержнях по приведенной гибкости

- частный случай.

- коэффициент приведения гибкости, учитывающий податливость связей

В нормах коэффициент определяется

*

к_с – коэффициент податливости соединений, зависит от вида связей (таблица 22)

n_ш – расчетное количество швов в элементе

n_c – расчетное количество срезов связей в одном шве на участке длиной 1м.

В общем виде:

- гибкость одного слоя

, если

- гибкость цельного стержня

При этом необходимо учитывать, что в формуле определяется * не слишком строго (результаты упрощений). При nc=0 приведенная тогда N = 0 – что неверно. Поэтому для гибкости вводится ограничение

Y_i – сумма моментов инерции поперечных сечений всех стержней относительно собственных осей y₁, y₂, y₃.

Расчет стержней, подверженных воздействию осевой силы С изгибам

Метод расчета этих элементов остается таким же как и элементов цельного сечения, но в формулах дополнительно учитывается податливость связей.

Растянуто-изогнутые (внецентренно растянутые)

Рассчитываются только на прочность

Внецентренносжато-изогнутые

,

Проверка устойчивости

Кроме проверки всего стержня на устойчивость при расстоянии между связями l₁>7δ необходимо проверить устойчивость наиболее напряженной ветви.

φ₁ – коэффициент продольного изгиба отдельного слоя, вычисленный по гибкости

4.6. БАЛКИ ДЕРВЯГИНА (НА ПЛАСТИНЧАТЫХ ПАНЕЛЯХ)

1. В виде треугольной арки

2. Балки двутавровые с перекрестной дощатой стенкой на гвоздях. Эти балки являются конструкциями построечного изготовления, они состоят из дощатых или трубчатых поясов, перекрестной стенки из досок и ребер жесткости, могут быть двускатными или постоянного сечения.

В балках пояса выполняются чаще из досок толщиной 40-60мм. Перекрестная стенка состоит из двух слоев досок, общая толщина которых должна быть равна толщине доски пояса, доски стенки должны быть наклонены к нижнему поясу так, чтобы его уклон был равен 0,5. Пояса со стенкой соединяют расчетным количеством гвоздей. Ребра жесткости ставят с шагом а=(1/5÷1/10)l. Обычно в сечениях, где прикладывается сосредоточенные нагрузки, толщина досок ребер жесткости принимается равной толщине доски поясов. Крепятся ребра жесткости гвоздями конструктивно. Оба слоя досок стенки в пределах между поясами скрепляются друг с другом гвоздями, концы которых загибают и гвозди располагают так, чтобы каждая доска прикреплялась ≥2 гвоздями, а ее свободная длина во избежание выпучивания ≤30 толщин доски.

В статическом отношении в балке с перекрестной стенкой рассматривается как ферма многорешетчатой системы с растянутыми нисходящими от опор и сжатыми восходящими раскосами, образующими вертикальную стенку.

Усилия в поясах определяют как

- расстояние между осями поясов (нижний пояс растянут)

Сжатый верхний пояс проверяют на продольный изгиб – устойчивость из плоскости балки с расчетной длиной равной расстоянию между закрепленными точками (расстояние между прогонами).

Растянутый нижний пояс проверяют на прочность.

Гвозди соединение пояса со стенкой рассчитывают на сдвиговые усилия.

Высота балки принимается h=(1/8÷1/12)l

4.7. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КЛЕЕНЫХ БАЛОК

Они делятся на дощатоклеенные и клеефанерные.

Для дощатоклеенных балок применяют доски высушенные до влажности 9-12% свежеостроганные с максимальной толщиной 33 мм. Максимальная ширина доски в пакете 180 мм

Дощатоклееные балки

Преимущества дощатоклееных балок:

· они работают как монолитные;

· их можно изготовить с большим поперечным сечением выгодной формы (двутавровое сечение);

· в балках длиной более 6,5м сращивание отдельных досок производится вразбежку, следовательно, балка не имеет стыков, ослабляющих ее сечение;

· в дощатоклееных балках можно рационально размещать доски различного качества по высоте поперечного сечения и по длине балки. Слои из досок первого или второго сортов укладывают на наиболее напряженные зоны балки, а слои из досок второго или третьего сортов - в менее напряженные места. В дощатоклееных балках можно также использовать маломерные пиломатериалы.

Рис.

Доски II сорта менее качественные, но дешёвые. Расчетное сопротивление берется по I сорту. Для небольших (до 6,5м) пролетов используют малогабаритные балки.

Недостатки дощатоклееных балок:

· сложность склеивания;

· большая вероятность возникновения дефектов клеевого шва

Дощатоклееные балки рекомендуется применять при пролетах м.

Высоту балок приближенно принимают , ширину , толщину стенки

Двутавровое сечение менее технологично, чем прямоугольное.

Расчет дощатоклееных балок производят как для цельных изгибаемых элементов.

Нормальные напряжения:

,

где - коэффициент условия работы, учитывающий влияние размеров поперечного сечения

- коэффициент, учитывающий толщину слоев

- коэффициент, учитывающий породу древесины

Выполняют проверку прочности по касательным напряжениям:

, где

- расчетная поперечная сила;

- статический момент брутто сдвигаемой части поперечного сечения элемента;

- момент инерции брутто сдвигаемой части поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси;

- ширина балки; при двутавровом сечении - ширина стенки

- расчетное сопротивление скалыванию при изгибе для клееных элементов

Выполняют проверку общей устойчивости:

, где

- максимальный изгибающий момент на рассматриваемом участке;

- максимальный момент сопротивления брутто на рассматриваемом участке

В шарнирно опертых балках при изготовлении следует предусматривать строительный подъем

Клеефанерные балки

Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок и дощатых поясов. Фанерная стенка может выполняться плоской и для обеспечения местной устойчивости укрепляться ребрами жесткости, либо выполняться волнистой.