Влага в древесине. Виды влаги

Влага в древесине.Виды влаги

Два вида влаги: связная и свободная Связная влага находится в толще клеточных оболочек, а свободная в полостях клеток и в межклеточных пространствах. Кроме этих – химически связная влага. При изменении влажно-сти от нуля до предела насыщения клет. оболочек объем древесины раз –

бухает, а снижение влажности в этих пределах уменьшает его размеры (усушка).Усушка в радиальном направлении колеблется от 2-8 %, в тан-генсальном направлении 2-14 %.Из-за этого происходит короблении. Высыхание: -испарение влаги с поверхности; -перемещение из внутренних слоев к наружным. Чем выше плотность древесины, тем меньше скорость высыхания. Свежесрубленная древесина содержит 80-100 % влаги, влажность сплавной древ-ны доходит до 200%.

Механичес-ие свойства древе-ны

Основная причина изменчивости механических свойств древесины- нестандартность трахеид. При быстром кратковременном действии нагрузки древесина сохраняет упругость и подвергается небольшим деформациям. Под действием постоянной нагрузки в древесине появляются упругие деформации, а со временем развиваются эластичные и остаточные деформации, которые исчезают после снятия нагрузки. Древесина – анизотропный материал, и ее механ. свойства зависят от угла наклона м/у направлением действующего усилия и направлением волокон. Для определения несущей способности дер. элем. является предел прочности. Он определяется испытанием стандартных образцов. На прочность древесины влияют скорость приложения нагрузки или продолжительность ее действия. Кривые деформации во времени а) при G<Gдл б) G>Gдл

Работа древесины на растяжение и сжатие.

Предел прочности древе-ны при растяж-ии вдоль волокон стандарт-х чистых образцах высок –100МПа. Модуль упругости 11-14ГПа. Наличие сучков и рисучкового косослоя значительно снижает сопрот-е раст-нию, особенно опасны сучки на кромках с выходом на ребро. Прочность на растяж-е зависит от размера образца, прочность крупных образцов в результате большей неоднородности их стоения меньше, чем у мелких. Диаграммма работы сосны на раст-е (рис 1.)

По оси абсцисс откладывается относительная дефор-я, по оси ординат относ-ое напр-ие, враженное в долях от предела прочности (наз-ая приведенная диаграмма).

Испытание стандартных образцов на сжатие вдоль волокон дают в значения предела прочности в 2-2,5 раза меньшие чем при раст-ии. Для сосны и ели – 40Мпа, а модуль упругости примерно такой же, как при растяжении. Влияние пороков (сучков) меньше, чем при раст-ии. В ДК размеры сжатых зл-тов обычно назначаются из расчета на продольный изгиб, т.е при пониженном напр-ии, а не из расчета на прочность. Благодаря указанным особенностям работа сжатых эл-тов в констр-ях более надежна, чем в растянутых. Приведенная диаграмма сжатия (рис) при фи больше 0,5 более криволинейна, чем при растяжении. При меньших значениях фи, кривол-ть ее не велика и она может быть принята прямолинейной до условного предела пропорциональности, =0,5, разрш-е сопровождается появлением хар-ной складки (рис2), образуемой местным изломом волокон.

Виды клеев

Клеевые содинения применялись давно, главным об­разом в столярных изделиях. В начале XX в. в Швей­царии, Швеции и Германии стали применять несу­щие деревянные конструкции, соединенные на казеино­вом клее. Некоторые из этих деревянных конструкций, надежно защищенные от увлажнения, сохранились до наших дней. Однако в полной мере удовлетворить тре­бованиям, предъявляемым к соединениям элементов не­сущих конструкций современных капитальных сооруже­ний, белковые клеи животного и тем более растительно­го происхождения не могли.

Решающее значение для современного индустриаль­ного производства клееных деревянных конструкций на новой технологической базе имеет развитие химии поли­мерных материалов и производства синтетических кле­ев. Синтетические полимерные материалы с запланиро­ванными свойствами позволяют обеспечить требуемые прочность и долговечность клеевых соединений. Поиск оптимального ассортимента конструкционных клеев и соответствующих режимов поточного производства кле­еных конструкций продолжается, но уже сейчас имеется

набор синтетических клеев, которые позволяют соеди­нять деревянные строительные детали не только с дере­вом, но и с синтетическими полимерными материалами и даже с металлическими деталями.

В отличие от казеиновых и других белковых клеев синтетические конструкционные клеи образуют прочный водостойкий клеевой шов в результате реакции поли­меризации или поликонденсации. В настоящее время в основном применяют резорциновые, фенольно-резорциновые, алкилрезорциновые, фенольные клеи. Согласно СНиП II-25-80, выбор типа клея зависит от температур-но-влажностных условий, при которых будут эксплуа­тироваться клееные конструкции.

Эластичность и вязкость клеевого шва особенно важ­на при соединении деревянных элементов с металличес-кини, фанерными, пластмассовыми и другими конструк­ционными элементами, имеющими температурные, уса­дочные и упругие характеристики. Однако использование эластичных каучуковых клеев в напряженных соеди­нениях как правило недопустимо из-за недостаточной прочности таких соединений и чрезмерной ползучести их при длительном нагружении.

Чем суше и тоньше склеиваемые доски, тем меньше опасность образования в них трещин. Если усушечное коробление недосушенных досок произойдет еще до от-верждения клеевого шва, но после прекращения давле­ния пресса, то склеивание будет необратимо нарушено, хотя возможно, что этот брак обнаружится лишь позд­нее, когда трещина раскроется по клеевому шву. Виды соединений на клею Растянутый стык клееных элементов в заводских ус­ловиях изготовляют на зубчатый шип (рис. IV.40, а, б) с уклоном склеиваемых поверхностей зуба примерно 1:10. Это унифицированное решение, по прочности не уступающее решению стыка на ус (при том же уклоне), более экономично по затрате древесины и более техно­логично в производстве; поэтому оно должно полностью заменить при заводском изготовлении все остальные ви­ды стыков.

Зубчатый шип одинаково хорошо работает на растя­жение, изгиб, кручение или сжатие. Согласно испытани­ям, прочность такого стыка на клее К.Б-3 даже на разрыв оказалась не ниже прочности цельного бруска, ослаб­ленного «нормальным» для I категории сучком размером ¼-1/6 ширины соответствующей стороны элемента.

На практике рекомендуется использовать наиболее технологичный вариант (рис. IV.40, б) с нарезкой ши­пов перпендикулярно пласти Этот вариант применим при любой ширине склеиваемых досок, даже слегка по­коробленных (рис. IV.40, в). При стыковании клееных блоков больших сечений приходится применять склеива­ние холодным (или теплым) способом.

Для сращивания фанерных листов в заводском про­изводстве таким же унифицированным неразборным видом соединения служит стыковое соединение на ус (рис. IV.40, г); его применение в напряженных элементах кон­струкций требует соблюдения следующих условий: дли­ну уса принимают равной 10—12 толщинам фанеры, а направление волокон наружных шпонов (рубашек) должно совпадать с направлением действующих усилий Ослабление обычной фанеры стыком на ус учитывают коэффициентом К.осл=0,6, а бакелизированной фанеры коэффициентом 0,8.

Дощатоклееные арки

Дощатоклееные арки применяют кругового или стрельчатого очертания с затяжками или с непосредст­венным опиранием на фундаменты или контрфорсы. При наличии затяжек пролеты арок обычно не превышают 24 м, при опирании на фундаменты или контрфорсы про­леты зданий, осуществленных в СССР, достигали 63 м (здание летнего катка в Архангельске). За рубежом имеются отдельные примеры применения арок с проле­тами более 100 м.

Арки обычно склеивают из пакета досок прямоуголь­ного по высоте сечения, что менее трудоемко. При боль­ших пролетах может оказаться целесообразным приме­нение арок переменного по высоте сечения, принятого с учетом изменения момента по длине арки.

Дощатоклееные арки бывают двух- и трехшарнирны-ми (рис. VI.28). При пролетах до 24 м и f/l=1/8—1/6 целесообразно применять двухшарнирные арки как бо­лее экономичные во всех случаях, когда возможна

транспортировка криволинейных элементов арок. Кри­волинейные арки, как правило, делают с постоянным радиусом кривизны, так как изогнуть доски по окружно­сти легче. В дощатоклееных арках толщину слоев (досок после острожки) для удобства их гнутья целесообразно применять, как правило, не более 1/300 радиуса кривиз­ны и не более 33 мм.

Коньковый узел в трехшарнирных арках можно вы­полнять с деревянными накладками на болтах, воспринимающими поперечную силу от временной нагрузки-и обеспечивающими жесткость узла арки из ее плоскости. В случае, если распор воспринимается затяжкой, она вы­полняется из, профильной или круглой стали.

Арки рассчитываются на нагрузки и воздействия в соответствии со СНиП П-6-74. В результате расчета арок определяют значения М, N,Q.

Нормальные напряжения в арках вычисляют по обычной формуле для сжато-изгибаемого стержня в се­чении с максимальным изгибающим моментом и соот­ветствующей ему нормальной силой:

где No — значение сжимающей силы в ключевом сечении арки.

При отношении напряжений от изгиба к напряжени­ям от сжатия менее 0,1 производят расчет на устойчи­вость в плоскости кривизны арки по формуле

Расчетную длину арки Lo при определении ее гибкости принимают: а) при расчете на прочность по деформиро­ванной схеме:

для двухшарпирных арок при симметричной нагруз­ке L₀=0,35S;

для трехшарнирных арок при симметричной нагруз­ке Lо=0,58S;

для двухшарнирных и трехшарнирных арок при кососимметричной нагрузке — по формуле

Lo=πS/2√π²-а²

где а — центральный угол полуарки, рад; S — полная длина дуги арки.

Для трехшарнирных арок при расчете на несиммет­ричную нагрузку расчетную длину допускается прини­мать Lо = 0,58S. Для трехшарнирных стрельчатых арок с углом перелома в ключе более 10° при всех видах на­грузок Lо=0,5S.

Расчет арок на устойчивость плоской формы дефор­мирования производят по формуле

Клеевые швы проверяют на скалывание по формуле

где Q— расчетная поперечная сила в арке; S — статический момент; J — момент инерции; Ь — ширина арки; Rсk — расчетное сопротив­ление скалыванию для клееных элементов.,

Накладки в коньковом узле рассчитывают на попереч­ную силу при несимметричном загружении арки. Наклад­ки работают на поперечный изгиб. Изгибающий момент накладки (см. рис. У1.28,г).

Усилия, действующие на болты (см. рис. У1.28, г):

Несущую способность болтов определяют с учетом направления сил поперек волокон; она должна быть больше действующих усилий R_1, R₂

Крепление арки в опорных узлах рассчитывают на максимальную поперечную силу, действующую в этих узлах. В арках больших пролетов опорный и конько­вый узлы конструктивно сложнее. Их можно выполнить,например, с помощью специальных элементов, состоя­щих из стальных пластинок, соединенных стержнем из круглой стали (рис. У1.29).

49. Треугольные фермы. Конструкция ферм и расчет.

Несмотря на то что треугольные фермы на лобовых врубках являются одним из старых типов деревянных конструкций построечного изготовления, тем не менее они применяются в строительстве временных зданий и сооружений, а также в сельском строительстве и в настоя­щее время. Для того, чтобы обеспечить работу раскосов только на сжатие в треугольных фермах, на лобовых врубках принимают раскосную решетку с нисходящими раско­сами. Верхний и нижний пояса, а также сжатые раскосы треугольных ферм на лобовых врубках обычно выполня­ется из брусьев (рис1) или из бревен (рис2), растянутые стойки—из круглой стали. Пояса и раскосы брусчатых ферм на лобовых врубках выполняют из брусьев той же ширины поперечного сечения, а высоту сечения элементов определяют соответствующим расче­том.

Стыки верхнего пояса ферм осуществляют лобовым упором и перекрывают парными накладками на болтах. Нижние пояса ферм пролетом до 12 м имеют один стык в середине фермы, перекрытый парными накладками на болтах, а у ферм пролетом свыше 12 м устраивают либо такие же раздельные стыки в местах перелома нижнего пояса для образования строительного подъема, либо устраивают раздвинутый стык (с накладками большей длины). При выполнении стыков болты следует располагать в два ряда.

При создании верхнего и нижнего поясов бревенча­тых треугольных ферм на лобовых врубка брёвна рас­полагают так, чтобы их комли были o6paщены к опор­ным узлам. Комли бревен для раскосов обращают в сто­рону верхнего пояса. Соединение верхнего пояса с ниж­ним в опорном узле ферм выполняют на лобовой врубке.

Опорные узлы современных треугольных ферм на ло­бовых врубках осуществляют лобовым упором на метал­лических натяжных хомутах или тяжах, передающих усилие от вкладыша, в который упирается верхний пояс, на накладки, соединенные с нижним поясом нагелями из круглой стали и болтов. Подобное решение полностью исключает работу на сдвиг со скалыванием древесины нижнего пояса в опорном узле фермы. В современных треугольных фермах подвесной потолок крепят только к узлам нижнего пояса вместо крепления его между уз­лами, как это делалось раньше.

Разработаны новые разновидности ферм на лобовых врубках с нижним поясом из профильной стали, бла­годаря чему существенно повысилась надежность ферм.

Раскосы ферм обычно соединяют с поясами на лобовых врубках одним зубом и дополнительно крепят болтами или скобами. Исключение составляет средний узел нижнего пояса ферм, где сходятся два раскоса. Данные раскосы либо вводят в промежуток между парными на­кладками растянутого стыка нижнего пояса и крепят к ним болтами, либо упирают в специально предназначен­ную для этой цели бобышку со скошенными торцами.

Для того чтобы снизить напряжения в ослабленных врубками сечениях поясов ферм из брусьев, центрирова­ние в опорных и промежуточных узлах производят по центру ослабленного сечения пояса.

Узлы ферм из бревен центрируют по осям поясов, так как ослабление бревна врубкой приводит лишь к не­значительному смещению оси ослабленного сечения по отношению к оси бревна.

 

 

 

3-3

 

Рис.1 Общий вид и узлы треугольной брусчатой фермы на лобовых врубках.

Рис.2 Общий вид и узлы треугольной фермы из бревен на ло­бовых врубках.

50. Основные принципы проектирования каркаса деревянного здания.

Общая устойчивость остову деревянного здания мо­жет быть придана следующими способами.

Первый способ. Поперечную и продольную устойчи­вость здания создают пространственным защемлением каждой из стоек каркаса в грунте. Верхние концы стоек связывают через обвязку с элементами покрытия (рис.1). Во избежание возможного в некоторых случаях перекашивания зданий в связи с деформациями грунта пестах защемления стоек в крайних пролетах продоль­ных и торцовых стен, а также в промежуточных проле­тах целесообразно устанавливать связи с интервалом 20—30 м (рис. 1, 2). Для увеличения срока службы такого здания необходимо нижнюю часть стоек, зарытую в землю, антисептировать, чтобы не было быст­рого загнивания. Предпочтительнее нижние концы стоек располагать выше уровня пола и прикреплять их болтами или хомутами к сменяемым деревянным, а еще луч­ше - железобетонным пасынкам. Этот способ получил широкое распространение в строительстве временных зданий.

Рис.1 Поперечное сечение деревянного каркасного здания с за­щемленными в земле стойками, имеющими на концах пасынки(деревянные антисептированные, железобетонные или металлические)

1 — подкосы; 2 — пасынки.

Рис.2 Каркас здания с консольно защемлёнными в фундаментах стойками сплошной или сквозной конструкции.

Второй способ. Поперечная устойчивость здания обеспечивается защемлением в фундаментах плоских деревянных стоек, решётчатых или клееных (рис.2)

Решётчатые стойки защемляют натяжными анкерами. Прикрепление клееных стоек к фундаменту показано на рис.3.

Анкерами служат стальные полосы, заделываемые фундамент и рассчитываемые на максимальное отрывающее усилие Na, определяемое при наиневыгоднейшем сочетании нагрузок. К анкерным полоскам приварены равнобокие уголки. В опорной части клееная стойка на длине lск, определяемой по расчету на скалывание с при­жимом, имеет увеличенную высоту сечения для образо­вания наклонных площадок смятия под углом 30—45°, на которые укладывают уголки. Сквозь консольные час­ти уголков с двух сторон стойки проходят перекрестные тяжи с нарезкой на обоих концах. Усилие в тяже определяют по формуле:

усилие, воспринимаемое площадкой смятия,

Рис.3 Способ защемления деревянных клееных стоек.

площадка скалывания воспринимает усилие

Продольную устойчивость здания с плоскими стойками создают постановкой связей по продольным стенам и м/у внутренними стойками, если такие есть, в продольном направлении. Для неизменяемости каркасных торцовых стен в их пролётах также ставят аналогичные связи. Третий способ. Поперечную устойчивость здания обеспечивают, применяя простейшее комбинирование и подкосные системы, рамные системы или арочные конструкции, передающие распор непосредственно на фундаменты. Продольная устойчивость здания может быть созда­на постановкой связей по продольным линиям стоек (рис.4). Стеновые щиты при этом располагают с наружной стороны стоек. Продольную устойчивость зда­нию с арочными конструкциями, опертыми непосредст­венно на фундаменты, придают связи, расположенные в конструкции кровельного покрытия, а пространственную устойчивость нижним поясам — поперечные связи, соеди­няющие арки попарно.

 

Рис.4. Схема каркасного здания при шарнирном опирании сто­ек на фундаменты и шарнирном примыкании к элементам кровельного покрытия.

Четвертый способ. Устойчивость каркасного здания при шарнирном опирании стоек на фундаменты и шар­нирном примыкании их к элементам покрытия можно создать лишь в том случае, если конструктивные элемен­ты покрытия и стен не только будут достаточно прочны­ми, жесткими и устойчивыми для восприятия всех дейст­вующих на них нагрузок, но и создадут неизменяемые, жесткие и устойчивые диафрагмы, образуя тем самым неизменяемую, жесткую и устойчивую пространственную коробку. Для этого в плоскости покрытия можно использовать применяемый в качестве основы под рулонную кровлю щитовой настил, связанный гвоздями с прогонами; в стенах могут быть использованы косые обшивки или специальные связи между стойками каркаса (рис.2, рис.4).

Участие ограждающих частей здания в обеспечении его пространственной устойчивости, которую устанавли­вают поверочным расчетом, возможно только при относительно иалых размерах здания.

Устойчивость и жесткость зданий, собираемых из го­товых щитов дощато-гвоздевой или клеефанерной конст­рукции заводского изготовления, может быть обеспечена, как и в предыдущем случае, жесткой горизон­тальной диафрагмой чердачного перекрытия или наклон­ным кровельным покрытием, надежно сопротивляющим­ся перекосу стен. Для этого необходимо, чтобы жесткость и устойчивость поперечных стен была доста­точной для восприятия в своей плоскости горизонталь­ных сил от ветра, передающихся от продольных стен через горизонтальную диaфрагму (рис. 5) При этом щиты продольных стен, непосредственно восприни­мающих ветровую нагрузку, работают как однопролет­ная плита, опертая внизу на фундамент, а вверху на горизонтальную диафрагму. Щиты поперечных стен, па­раллельных направлению ветра, работают в своей плос­кости на перекос и опрокидывание.

 

Рис.5 Расчетная схема работы стеновых щитов на ветровую нагрузку.

51. Пространственные связи в покрытиях деревянных каркасных зданий.

Ветровое давление, передающееся на деревянную торцовую стену каркасной конструкции небольшой вы­соты, распределяется между фундаментом и верхним по­крытием с помощью работающих на изгиб вертикальных стоек каркаса. Конструкция покрытия в этом случае должна передавать ветровое давление че­рез верхнюю обвязку продольным стенам, которые, в свою очередь, должны иметь в своей плоскости связи, рассчитанные на передачу этих усилий фундаментам. При устройстве в качестве основы под рубероидную кровлю щитового перекрестного настила покрытие пре­вращается в неизменяемую и жесткую диафрагму. В этом случае расчет сводится к проверке прочности: а) прикрепления верхних концов стоек каркасной стены к прогонам на передачу ветрового давления;

б) гвоздевой пришивки прогонов к щитовому насти­лу, скрепленному диагональными элементами;

в) соединения гвоздями обоих щитовых настилов для перекрытия их стыков, расположенных вразбежку;

г) прикрепления настила, связанного с диагональны­ми элементами, к верхней обвязке каркасных деревян­ных стен.

Сказанное решение покрытия обеспечивает хорошее закрепление плоских деревянных конструкций в проектном положении. Жесткость покрытий с одинарным настилом или с об­решеткой без диагональных элементов недостаточна для восприятия ветровой нагрузки и закрепления плоскост­ных деревянных конструкций в проектном положении. В этом случае при наличии деревянных каркасных стен необходимо устройство в плоскости верхних поясов несу­щих конструкций горизонтальных связей, располагаемых в торцовых частях здания и по его длине на расстоянии не более 20 м (рис. 1).

Для покрытия, выполненного из разрезных кровель­ных панелей, жестких и неизменяемых в своей плоско­сти, требуется ус1ановка монтажных связей, которые прикрепляют непосредственно к основной несущей кон­струкции (рис. 1, б).

Горизонтальные связи, воспринимающие ветровую нагрузку, образуют в плоскости верхних поясов двух со­седних несущих конструкций решетчатую ферму, которая передает действующие в ее плоскости усилия на продольные стены При жестких торцовых стенах, вос­принимающих ветровую нагрузку, и небольшой длине здания (до 20 м) устойчивость плоских деревянных кон­струкций может быть создана прогонами кровли, на­дежно скрепленными с верхним поясом фермы и заанкеренными своими концами в торцевые каменные cтены (рис. 2). При этом стыки разрезных или консольных балочных прогонов должны быть перекрыты накладками на гвоздях.

В средней части зданий большой протяженно кроме того, устраивают горизонтальные связи (рис.1) на расстоянии около 20 м от торцовой стены и, одни от других.

Рис.1 Торцо­вые и промежуточ­ные связи, распо­ложенные в плос­кости верхних поя­сов конструкции.

а — для варианта с неразрезными прогонами б - для раз резных кровельных панелей.

Рис 2. Призеры крепления прогонов кровли: а—к ферме, б—к торцовым стенам.

52. Обеспечение пространственной жесткости плоских деревянных конструкций.

Рассмотренные ранее пространственные крепления воспринимающие ветровые усилия, в то же время служат для предупреждения выпучивания сжатого контура плоскостных деревянных конструкций. В большинстве случаев сжатый пояс в них раскрепляют прогонами кровли, которые должны быть прочно прикреплены к верхнему поясу, и настилам кровли.

В арочных конструкциях помимо верхних (сжатых) поясов следует раскреплять и нижние сжатые пояса арок, а в некоторых рамных конструкциях—внутренний контур рамы, который может быть сжат на всей своей длине или на части ее, особенно при несимметричном приложении нагрузок. Нижние пояса раскрепляют (при пространственно устойчивом верхнем покрытии) устрой­ством вертикальных связей. Учитывая деформации в соединениях связей, за расчетную длину сжатого нижне­го пояса при проверке его устойчивости следует прини­мать расстояние между связями, увеличенное на 25%.

Основным типом поперечных вертикальных связей являются жесткие связи, соединяющие попарно вдоль здания соседние конструкции (рис. 1). Вертикальные связи не следует делать непрерывными по всей дли­не здания, так как при обрушении по какой-либо причи­не одной из несущих конструкций она перегрузит через связи соседние конструкции, что может привести к по­следовательному обрушению всего покрытия.

Рис 1 Вертикальные поперечные связи. а — правильно; б, в — неправильно.

Устройство вертикальных связей в виде подкосов (рис. 1, б) нецелесообразно. Если по длине здания будет действовать снеговая нагрузка различной интен­сивности (рис. 1, в), то подкосы не предупредят, а наоборот, будут способствовать выпучиванию закрепля­емого ими пояса фермы.

Связи рассчитывают на усилия, направленные пер­пендикулярно плоскости раскрепляемой конструкции. В случае раскрепления верхнего сжатого пояса ферм связями, расположенными в плоскости покрытия, рассто­яние между узлами закрепления b устанавливают в со­ответствии с условиями гибкости пояса из плоскости фермы. При этом каждый узел закрепления рассчитыва­ют на силу Q=b*q_св Значение q_св определяют по форму­лам:

а) в покрытиях по фермам, однопролетным балкам и пологим аркам (f/l<1/6)

б) в покрытиях по трехшарнирным рамам и высоким аркам (l/f>l/3)

в) в покрытиях по консольным балкам и рамам при положительном изгибающем моменте в пролете

при отрицательном изгибающем моменте в пролете

Узловую нагрузку на связевую поперечную ферму или на точку крепления элементов покрытия к несущим конструкциям определяют по формуле

Рис. 2. Схемы связей

а — поперечные связи; б — связи, располагаемые в плоскости сжатых нижних поясов.

При раскреплении нижних поясов ферм арочной кон­струкции попарно поперечными связями (рис. 2,а) последние воспринимают, таким образом образом, горизонталь­ные силы Q от двух смежных поясов и передают их в плоскости верхних поясов или на жесткую систему кро­вельного покрытия, образуемую щитовым настилом, ли­бо на ветровые фермы или специальные связи. Близко расположенные друг от друга арочные или рамные конструкции иногда соединяют попарно решет­чатыми связями, располагаемыми в плоскости нижних сжатых поясов (рис. 2, б). Такие связи рассчиты­вают как горизонтальные фермы, имеющие пролет, рав­ный длине нижнего пояса полуарки. Такое решение свя­зей менее рационально. При этом связи по верхнему поя­су должны быть рассчитаны на восприятие не только го­ризонтальных сил от закрепляемых узлов верхнего пояса, но и от реактивных сил в верхнем шарнире и от горизонтальных ферм по нижнему поясу.

Бывают случаи, когда даже при отсутствии активных сил, действующих перпендикулярно плоскости конструк­ции, приходится принимать меры к пространственному креплению ее растянутого контура. Примером таких конструкций являются шпренгельные системы (рис.3). шпренгельные конструкции характеризуют пониженным по отношению к линии опор расположением нижнего пояса в средней части пролета и по крайней мере одним переломом в его очертании—в месте сжатой стойки. Если при этом верхний пояс расположен выше уровня опор, то равновесие узла Г устойчивое (рис. 3, а). При отклонении узла Г из плоскости систе­мы он стремится вернуться в прежнее положение. Если верхний с расположен ниже уровня опор, узел Г на­ходится в неустойчивом положении (рис. 3, в)При прямом верхнем поясе равновесие узла Г становится без­различным (рис 3, б).

При применении конструкции покрытия кровельных панелей последние могут быть использованы также для закрепленя сжатого контура плоских деревянных кон­струкций. При этом связи, соединяющие панели с закреп­ляемым сжатым элементом, располагают равномерно по всей его длине и рассчитывают на усилие q.

Рис. 3 Условия устойчи­вости и пространственное креп­ление узла Г нижнего пояса шпренгельных ферм.

53. Основные формы и области применения пространственных деревянных конструкций.

Конструктивные системы, которые обеспечивают совместную работу составляющих их элементов в двух и более плоскостях, являются пространственными конструкциями.

Пространственные конструкции из древесных и синтетических материалов отличаются большим разнообразием видов и конструктивных особенностей. Они могут быть такими же, как конструкции, выполняемые из стали, железобетона, армоцемента, имея в то же время свои особенности. Как и любые пространственные конструкции они, как правило, совмещают в себе несущие и ограждающие функции, при одном и том же расходе материала обладают более высокой надежностью и несущей способностью, их характеризует меньшая материалоёмкость, а при агрессивности среды— большая долго­вечность.

Пространственные конструкции используют в здани­ях и сооружениях, где нежелательны или недопустима промежуточные опоры (спортивные сооружения, промышленные здания с гибкой технологией и т. п) и в зданиях с жесткой планировочной сеткой опор (зонтичные оболочки кассовых вестибюлей, торговых павильонов, выставочных залов, служебных помещений). Пространственные конструкции из дерева и пластмасс успешно применяют при малых пролетах (3—4 м), средних (до 36 м) и больших—висячие покрытия до 100м, сводчатые до 140 м, купола до 257 м. Эти материалы позволяют создавать разнообразные конструктивные формы, реализующие практически любые замыслы проектировщиков.

Подобрать универсальный классификационный признак и сгруппировать пространственные конструкции представляется возможным, поскольку любая классифи­кация будет условной. Можно лишь говорить о материа­ле конструкций, геометрии и способе образования по­верхности, пологости и крутизне, характере работы и конструктивных особенностях, способе опирания и очер­тании плана здания, пролете и т д. Поэтому для удобст­ва дальнейшего рассмотрения отдельных видов конст­рукций из всего многообразия существующих форм рас­членим их сначала по геометрическому признаку, а затем в каждой группе по возможности учтем консгрук-тивные и другие ос шости покрытия

С точки зрения формы применяемые в конструкциях из древесины и синтетических материалов оболочки можно разделить на следующие типы 1) призматичес­кие (складки, своды); 2) цилиндрические (нулевой гаус­совой кривизны); 3) эллиптические (положительной гауссовой кривизны); 4) гиперболические (отрицатель­ной гауссовой кривизны). Meньшее распространение по­лучили оболочки комбинированные (из частей различной кривизны) и произвольной формы.

С точки зрения конструктивного признака целесооб­разно выделить два наиболее распространенных типа по­крытий — своды и купола (сферические, конические гиперболические и т д). По общему конструктивному исполнению оболочки могут быть тонкостенные, ребристые, сетчатые, по типу поперечного сечения—одно-, двух- и трехслойные.

Дощатоклееные арки стрельчатого очертания. Варианты конструкций опорных и коньковых узлов для арок больших и малых пролетов.

Дощатоклееные арки применяют кругового или стрельчатого очертания с затяжками или с непосредст­венным опиранием на фундаменты или контрфорсы. При наличии затяжек пролеты арок обычно не превышают 24 м, при опирании на фундаменты или контрфорсы про­леты зданий достигали 63 м (здание летнего катка в Архангельске). За рубежом имеются отдельные примеры применения арок с проле­тами более 100 м.

Арки обычно склеивают из пакета досок прямоуголь­ного по высоте сечения, что менее трудоемко. При боль­ших пролетах может оказаться целесообразным приме­нение арок переменного по высоте сечения, принятого с учетом изменения момента по длине арки.

Дощатоклееные арки бывают двух- и трехшарнирными (рис. 1). При пролетах до 24 м и f/L=1/8—1/6 целесообразно применять двухшарнирные арки как бо­лее экономичные во всех случаях, когда возможна транспортировка криволинейных элементов арок. Кри­волинейные арки, как правило, делают с постоянным радиусом кривизны, так как изогнуть доски по окружно­сти легче. В дощатоклееных арках толщину слоев (досок после острожки) для удобства их гнутья целесообразно применять, как правило, не более 1/300 радиуса кривиз­ны и не более 33 мм. Коньковый узел в трехшарнирных арках можно вы­полнять с деревянными накладками на болтах, воспринимающими поперечную силу от временной нагрузки и обеспечивающими жесткость узла арки из ее плоскости. В случае, если распор воспринимается затяжкой, она вы­полняется из профильной или круглой стали.

Рис. 1 Дощатоклееные арки.

а— двухшарнирная кругового очертия со стальной затяжкой; б — то же, трехшарнирная; в — трехшарнирная стрельчатого очертания с опиранием на фундаменты; г — коньковый узел арки и схемы работы накладок; д — опорный узел арки.

Арки рассчитываются на нагрузки и воздействия в соответствии со СНиП II-6-74. В результате расчета арок определяют значения М, N, Q.

σ_с=N/F_HT+M_Д/W_HT≤R_cm_гнm_бm_cл;

Нормальные напряжения в арках вычисляют по обычной формуле для сжато-изгибаемого стержня в се­чении с максимальным изгибающим моментом и соот­ветствующей ему нормальной силой: Мд=М_с/ξ_с+М_к.с/ξ_кс; ξ=1-(λ²-N₀/3000F_брR_c),

При отношении напряжений от изгиба к напряжени­ям от сжатия менее 0,1 производят расчет на устойчи­вость в плоскости кривизны арки по формуле:

Расчетную длину арки L₀ при определении ее гибкости принимают: а) при расчете на прочность по деформиро­ванной схеме:

для двухшарнирных арок при симметричной нагруз­ке l₀ = 0,35*S;

для трехшарнирных арок при симметричной нагруз­ке lо=0,58*S;

для двухшарнирных и трехшарнирных арок при кососимметричной нагрузке — по формуле:

где а — центральный угол полуарки, рад; S — полная длина дуги арки..