Балки из цельной и клееной древесины

8.22 Балки следует рассчитывать по двум предельным состояниям на прочность, устойчивость плоской формы деформирования и прогиб.

8.23 Подрезка на опоре в растянутой зоне деревянных изгибаемых элементов глубиной а £ 0,25h допускается при условии:

(77)

где А - опорная реакция от расчетной нагрузки;

b и h - ширина и высота поперечного сечения элемента без подрезки.

Длина опорной площадки подрезки с должна быть не больше высоты сечения h, а длина скошенной части подрезки с₁ - не менее двух глубин а (рисунок 19).

В случае если невозможно выполнить скошенную подрезку или глубина ее превышает 0,25h, необходимо усиление зоны подрезки. Усиление производится вклеиванием поперечных (перпендикулярно волокнам) и наклонных (под углом 45° к волокнам) стержней (рисунок 20).

Длина поперечных стержней должна удовлетворять условию

2а_р £ l_a ³ 0,7h, (78)

где l_a - расчетная длина стержня;

а_р = а - 30 мм (глубина подрезки минус 30 мм на непроклей).

Рисунок 19 – Скошенная подрезка конца балки

Рисунок 20 - Усиление подрезки на конце балки

Расчет стержней производится с учетом того, что все растягивающее усилие воспринимается поперечно вклеенными стержнями. Наклонные стержни воспринимают сдвигающие усилия в зоне трещины и снижают касательные напряжения на приопорном участке.

Расстояние от торца подрезки должно быть 80-120 мм (120 мм для конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе).

Для двух поперечно вклеенных стержней должно выполняться условие

T > 0,7Aa/h, (79)

где Т - несущая способность поперечно вклеенного стержня, определенная по 7.38 при l_р = а_р;

А - опорная реакция;

h - высота сечения без учета подрезки;

а - глубина подрезки.

Для наклонно вклеенного стержня должно выполняться условие

Т ³ 25Aa²(h - a)/h⁴, (80)

где Т - несущая способность поперечно вклеенного стержня, определенная по 7.38, условно принимая уровень площадки опирания за местоположение шва сплачиваниия.

8.24 Клееным балкам с шарнирным опиранием и прямолинейной нижней гранью следует придавать строительный подъем, равный ¹/₂₀₀ пролета. В клееных балках допускается сочетать древесину двух сортов, используя в крайних зонах на 0,17 высоты поперечного сечения более высокий сорт, по которому назначают расчетные сопротивления (R_и).

8.25 Гнутоклееные балки с постоянной или переменной высотой поперечного сечения могут быть как двускатными, так и с верхней гранью положительной и отрицательной кривизны от 10 % до 20 %.

Одна из опор в таких балках, независимо от пролета, должна быть подвижной во избежание возникновения распора.

При расчете гнутоклееных балок на прочность, кроме проверки краевых тангенциальных нормальных напряжений, необходима проверка максимальных радиальных растягивающих напряжений sr_max, действующих поперек волокон древесины, в соответствии с требованиями 6.13.

8.26 Двускатные гнутоклееные балки рекомендуются к применению при уклонах до 20 %. В односкатных и двускатных балках переменного сечения следует учитывать влияние ската на напряжения изгиба параллельно поверхности.

В случае когда волокна древесины параллельны одной из поверхностей балки и угол ската a £ 10° (рисунок 21), напряжения изгиба в крайних волокнах, параллельных поверхности, следует определять по формуле

s_p = (1 + tg²a)M/W_paсч £ R_и, (81)

а на скатной поверхности - по формуле

s_с.a = (1 - 4tg²a)M/W_paсч £ R_с.a, (82)

где R_с.a - расчетное сопротивление древесины сжатию под углом а к направлению волокон, определяемое по формуле (5).

Рисунок 21 - Односкатная балка

8.27 Пояса клееных балок с плоской фанерной стенкой следует выполнять из вертикально поставленных слоев (досок). В поясах балок коробчатого сечения допускается применять горизонтальное расположение слоев. Если высота поясов превышает 100 мм, в них следует предусматривать горизонтальные пропилы со стороны стенок.

Для стенок балок должны применяться водостойкая фанера или LVL толщиной не менее 8 мм.

Балки композитного сечения

8.28 Балки композитного сечения являются составными и включают деревянные ребра с вклеенными анкерами и монолитную железобетонную плиту (рисунок 22).

а - общий вид; б - поперечное сечение; в - геометрические характеристики поперечного сечения; г - опорная зона балки
Рисунок 22 - Балка композитного сечения

8.29 Изгибающие моменты, усилия и напряжения в элементах композитной балки следует, в общем случае, определять суммированием силовых факторов, возникающих на различных стадиях и этапах работы, соответствующих условиям возведения и загружения конструкции.

Для нахождения изгибающих моментов, сдвигающих и отрывающих усилий между железобетоном и деревом, внутренних напряжений, а также при определении общих деформаций работа бетона принимается, как правило, упругой, независимо от величины и знака напряжений в бетоне. При этом, в необходимых случаях учитывается ползучесть бетона.

8.30 В расчетах композитных балок, выполняемых в предположении упругой работы бетона, следует использовать коэффициенты приведения т к древесине геометрических характеристик поперечных сечений этих балок

(83)

где E_b1 - модуль деформации сжатого бетона;

E_д - модуль упругости древесины вдоль волокон.

Высота деревянного ребра принимается равной:

(1/15-1/25)l - для разрезных балок;

(1/20-1/30)l - для неразрезных балок, где l - пролет балок.

Толщина железобетонной плиты принимается равной 80-150 мм. Угол наклона вклеенных анкеров a = 30-45°.

Расстояния между осями вклеенных анкеров вдоль волокон (см. рисунок 22) следует принимать не менее:

S₁ = 14d при a = 30°;

S₁ = 10d при a = 45°.

Расстояние от оси анкера до торца по направлению волокон следует принимать не менее 5d.

Расстояния в направлении поперек волокон следует принимать:

S₂ ³ 3d - между осями анкеров;

S₃ ³ 2d, но не менее 30 мм - от оси анкера до кромки.

8.31 Расчет ведется в две стадии:

1-я стадия - расчет деревянного ребра на вес железобетонной плиты;

2-я стадия - расчет на постоянные и временные нагрузки.

8.32 Напряжения по нижней грани деревянного ребра проверяют по формуле

s_др = s_др1 + s_др2 £ R_p, (84)

где - напряжение в ребре на первой стадии;

- напряжение в ребре на второй стадии;

М₁ - изгибающий момент от веса железобетонной плиты;

М₂ - изгибающий момент от расчетной нагрузки (кроме веса железобетонной плиты);

W_дp - момент сопротивления деревянного ребра;

- момент сопротивления композитного сечения, приведенного к древесине;

у - расстояние от нейтральной оси приведенного сечения по нижней грани балки.

8.33 Напряжения по верхней грани железобетонной плиты проверяют по формуле

S_b = M₂/W_b.пp £ R_b, (85)

где W_b.пp - момент сопротивления композитного сечения, приведенного к бетону;

R_b - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию.

8.34 Расчетная ширина железобетонной плиты принимается равной расстоянию между ребрами, но не более 1/6 пролета. При толщине плиты менее 1/10 высоты композитной балки, расчетная ширина свеса принимается не более 6-кратной толщины плиты.

8.35 Требуемое число анкеров определяется из расчета на сдвиг по плоскости скалывания плиты и ребер.

Несущая способность одного анкера на сдвиг определяется по формуле

(86)

где F_a - площадь поперечного сечения анкера;

R_a - расчетное сопротивление материала анкера на растяжение;

d - номинальный диаметр анкера;

R_b - расчетное сопротивление бетона на осевое сжатие (призменная прочность).

Фермы

8.36 Расчет ферм с разрезными и неразрезными поясами следует производить по деформированной схеме с учетом податливости узловых соединений. В фермах с неразрезными поясами осевые усилия в элементах и перемещения допускается определять в предположении шарнирных узлов.

Фермы следует проектировать со строительным подъемом не менее ¹/₂₀₀ пролета, осуществляемым в клееных конструкциях путем выгиба по верхнему и нижнему поясам.

8.37 Расчетную длину сжатых элементов ферм при расчете их на устойчивость в плоскости фермы следует принимать равной расстоянию между центрами узлов, а из плоскости - между точками закрепления их из плоскости.

8.38 Элементы решетки ферм следует центрировать в узлах. В случае нецентрированных узлов ферм следует учитывать возникающие в элементах изгибающие моменты. Стыки сжатых поясов ферм следует располагать в узлах или вблизи узлов, закрепленных от выхода из плоскости ферм.