Расчет элементов деревянных конструкций по предельным состояниям II группы

8.1 Деформации деревянных конструкций или их отдельных элементов следует определять
с учетом сдвига и податливости соединений.

Величину деформаций податливого соединения при полном использовании его несущей способности следует принимать по таблице 8.1, а при неполном — пропорционально действующему усилию на соединение.

8.2 Вертикальные предельные прогибы элементов конструкций и нагрузки, от которых следует определять прогибы, приведены в таблице 19 СНиП 2.01.07.

8.3 Прогибы изгибаемых элементов следует определять по моменту инерции поперечного сечения брутто. Для составных сечений момент инерции следует умножать на коэффициент k_i, учитывающий сдвиг податливых соединений, приведенный в таблице 7.3.

Наибольший прогиб шарнирно-опертых и консольных изгибаемых элементов постоянного и переменного сечений следует определять по формуле

, (8.1)

где — прогиб балки при постоянной высоте поперечного сечения без учета деформаций сдвига;

h — наибольшая высота поперечного сечения;

l — пролет балки;

— коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения, при постоянной высоте поперечного сечения элемента;

— коэффициент, учитывающий влияние деформации сдвига от поперечной силы.

Значения коэффициентов и для основных расчетных схем балок приведены в таблице 8.2.

8.4 Прогиб клеефанерных плит и панелей следует определять с введением к жесткости сечения понижающего коэффициента, равного 0,7, который не распространяется на клеефанерные балки.

8.5 Прогиб сжато-изгибаемых шарнирно-опертых симметрично нагруженных элементов и консольных элементов следует определять по формуле

(8.2)

где u — прогиб, определяемый по формуле (8.1);

k_{m , c} — коэффициент, определяемый по формуле (7.22).

Таблица 8.1 — Деформации податливых соединений при полном использовании их несущей
способности

Вид соединения	Деформация соединения, мм
На лобовых врубках и торец в торец	1,5
На нагелях всех видов	2,0

Окончание таблицы 8.1

Вид соединения	Деформация соединения, мм
В примыканиях поперек волокон	3,0
На металлических стержнях из арматурной стали, работающих на выдергивание и продавливание (клей ЭПЦ):
вдоль волокон	0,3
под углом 30°–45° к волокнам	0,4
поперек волокон	1,0
В клеевых соединениях

 

Таблица 8.2 — Значения коэффициентов k_v и k_{h 1} для определения прогибов балок с учетом переменности сечения и деформаций сдвига

Поперечное сечение балки	Расчетная схема	kh 1	kv
Прямоугольное		b
Прямоугольное		0,23 + 0,77b	16,4 + 7,6b
Прямоугольное		0,5a + (1 - 0,5a) ∙ b	[45 - 24a ∙ (1 - b) + + 3b] ∙ 1/(3 - 4a^2)
Прямоугольное		0,15 + 0,85b	15,4 + 3,8b
Двутавровое		0,4 + 0,6b	(45,3 - 6,9b) ∙ g
Прямоугольное		0,23 + 0,77b + 0,6a ´ ´ (1 - b)	[8,2 + 2,4(1 - b) ∙ a + + 3,8b] ∙ 1/((2 + a) ´ ´ (1 - a))
Прямоугольное		0,35 + 0,65b	5,4 + 2,6b
Примечание — g — отношение площади поясов к площади стенки двутавровой балки (высота стенки принимается между центрами тяжести поясов).

 

Соединения элементов деревянных конструкций

Общие положения

9.1.1 Соединения деревянных конструкций разделяются на податливые и жесткие. К первым следует относить соединения на цилиндрических и пластинчатых нагелях, металлических зубчатых пластинах (МЗП), металлических нагельных пластинах (МНП), ввинченных стержнях, врезках и врубках. К жестким следует относить клеевые соединения древесины с древесиной и с другими плитными материалами, а также соединения на вклеенных стальных или стеклопластиковых стержнях.

9.1.2 Действующее на соединение (связь) усилие не должно превышать расчетную несущую способность соединения (связи).

9.1.3 Деформации в соединениях в результате действия расчетной нагрузки не должны превышать величин, указанных в таблице 8.1.

9.1.4 В зоне соединений не допускается наличие дефектов и повреждений древесины (трещины, гниль, несросшиеся сучки и т. п.).

9.1.5 При расчете следует учитывать, что несущая способность многосрезного соединения обычно меньше, чем суммарная несущая способность отдельных связей.

9.1.6 Не следует применять узлы и стыки конструкций с соединениями на связях различной податливости.

9.1.7 При нагрузках, изменяющихся от растяжения F_t до сжатия F_c, расчет крепежных соединений (связей) следует вести для наибольшего из двух значений: F_t + 0,5 F_c и F_c + 0,5 F_t, где F_c — принима­ется по абсолютной величине.

9.1.8 При проектировании соединений для клееной древесины с большой высотой поперечного сечения следует учитывать влияние изменения температурно-влажностных условий на каждый элемент соединения.

9.1.9 В случае, если усилие действует под углом к волокнам древесины, следует учесть влияние растягивающих напряжений поперек волокон.

9.1.10 При отсутствии методики по расчету новых видов соединений разрешается определять их несущую способность и деформативность на основе испытаний в соответствии с требованиями действующих стандартов.

Клеевые соединения

9.2.1 Клеевые соединения следует использовать:

— для образования сплошного сечения многослойных клеедощатых и клееных брусчатых и бревенчатых элементов путем сплачивания слоев досок (ламелей) по высоте и/или по ширине сечения (рисунок 9.1);

— для стыкования на зубчатый шип и на «ус» пиломатериалов и фанеры;

— для соединения фанеры с древесиной в клеефанерных конструкциях.

Рисунок 9.1 — Клеевые соединения

9.2.2 При сплачивании по высоте и ширине сечения многослойных клеедощатых элементов швы склеиваемых кромок в смежных слоях следует смещать между собой не менее чем на толщину слоя d.

9.2.3 В многослойных клеедощатых элементах расстояние «в свету» между стыками на зубчатый шип в отдельных слоях должно быть не менее 300 мм, в смежных слоях — не менее 20 значений толщины слоя, при этом в каждом сечении элемента допускается стыковать не более 1/4 всех слоев.

9.2.4 В сжатых и внецентренно сжатых элементах при обосновании, а в изгибаемых и сжато-изгибаемых элементах вне зон с максимальными напряжениями допускается для сопряжения клеедощатых пакетов соединение на зубчатый шип по всей высоте сечения вдоль волокон или под углом a ⁱ £ 10°
с обязательной проверкой прочности по следующим условиям:

— по максимальным нормальным напряжениям в зоне затупления зубчатых шипов

s _{t ,0, d} ∙ k_os £ f_{t ,0, d} ∙ k_h ∙ k _d; (9.1)

— на отрыв по плоскостям склеивания

s _{t ,0, d} ∙ k_ss £ f_{t ,a s , d} ∙ k_h ∙ k _d; (9.2)

— по приведенным напряжениям, действующим под углом a к волокнам древесины

s _{t ,0, d} ∙ k _a1 £ f_{t ,a1, d} ∙ k_h ∙ k _d, (9.3)

где s _{t ,0, d} — расчетные значения краевых растягивающих напряжений в соединяемых элементах, действующих вдоль волокон древесины;

k_os — коэффициент условий работы сечения, проходящего по остриям шипов соединения;

k_ss — коэффициент, учитывающий напряженное состояние клеевых швов в стыке;

k _a1 — коэффициент, учитывающий величину и направление приведенных напряжений, действующих под углом a₁ к волокнам древесины;

a _s — угол между нормалью к шву и направлением волокон древесины (рисунок 9.2);

f_{t ,a s , d} и f_{t ,a1, d} — расчетные значения сопротивления древесины при растяжении под углом a
к направлению волокон, определяемые по формуле (10.2).

Коэффициенты условий работы и соответствующие углы следует принимать по таблице 9.1.

Рисунок 9.2 — Схема зубчато-шипового соединения при склеивании вдоль волокон древесины:

а — схема стыка на скос;

б — схема напряжений в зубчато-шиповом соединении

9.2.5 В клееных элементах из фанеры и древесины следует применять слои древесины шириной не более 100 мм при склеивании их с фанерой и не более 150 мм в примыканиях элементов под углом от 30° до 45°. Допускается применение слоев древесины шириной более 100 мм при склеивании с фанерой при условии устройства в них компенсационных продольных прорезей шириной до 3 мм
и глубиной до 1/2 толщины слоя.

Таблица 9.1 — Значения коэффициентов условий работы зубчато-шипового соединения при склеивании вдоль волокон древесины в зависимости
от основных параметров зубьев

Уклон зуба i	Значения коэффициента kos	Угол a s, град	Значения коэффициента kss	Угол a1, град	Значения коэффициента k a1
Длина зуба ls, мм	Длина зуба ls, мм	Длина зуба ls, мм
Длина затупления зуба ts, мм	Длина затупления зуба ts, мм	Длина затупления зуба ts, мм
0,5	1,5	0,5	1,5	0,5	1,5	0,5	1,5	0,5	1,5	0,5	1,5
1:8	1,33	1,67	1,49	1,75	82,90	0,0300	0,0375	0,0413	0,0450	11,2	0,731	0,809	0,86	0,980
1:10	1,23	1,48	1,35	1,59	84,30	0,0225	0,0281	0,0300	0,0341	8,5	0,830	0,900	0,96	1,090
1:12	1,18	1,37	1,30	1,52	85,24	0,0187	0,0225	0,0225	0,0262	7,8	0,908	0,973	1,03	1,161
1:14	1,15	1,29	1,26	1,48	85,92	0,0157	0,0187	0,0172	0,0202	7,2	0,945	1,020	1,08	1,215
1:16	1,12	1,26	1,22	1,45	86,43	0,0135	0,0157	0,0150	0,0169	6,8	0,980	1,045	1,12	1,240
Примечание — При непосредственном сопряжении элементов под углом a ^i расчетные сопротивления в формулах (10.1) – (10.3) корректируются путем умножения их на отношение причем определяется по формуле (10.2).

 

 

9.2.6 Клеевые соединения в деревянных конструкциях следует применять при соблюдении требований ТНПА к исходным материалам, клееным изделиям и технологического регламента на выполнение клеевых соединений.

9.2.7 Прочность клеевых соединений при скалывании вдоль волокон древесины по ГОСТ 15613.1 через 3 сут после склеивания для сосны и ели должна быть не менее 6,5 МПа.

9.2.8 В клееных элементах допускается сочетать древесину двух сортов, используя в крайних зонах на 0,15 высоты поперечного сечения более высокий 1 или 2 сорт, по которому назначаются расчетные характеристики древесины при изгибе и сжатии вдоль волокон. В ответственных конструкциях (большепролетные балки, фермы и арки) наружные слои следует выполнять из древесины 1 сорта.

9.3 Соединения на врубках

9.3.1 Узловые соединения из брусьев и круглых лесоматериалов на лобовых врубках следует выполнять с одним зубом (рисунок 9.3).

Рисунок 9.3 — Соединение на лобовой врубке с одним зубом

9.3.2 Рабочая плоскость смятия во врубках должна располагаться перпендикулярно равнодей­ствующей осевой силе сжатого сжато-изогнутого элемента, а если сжатый элемент не испытывает поперечного изгиба, то перпендикулярно его оси.

9.3.3 Элементы, соединяемые на лобовых врубках, должны быть стянуты болтами.

9.3.4 Расчетная несущая способность соединения на лобовой врубке должна приниматься равной минимальному значению, определенному из двух условий: прочности древесины на смятие рабочей плоскости под углом a и прочности древесины на скалывание вдоль волокон.

9.3.5 Расчетную несущую способность соединения из условия смятия рабочей плоскости под углом a следует определять по формуле

R_c,d = f_{c ,a, d} ∙ A_c, (9.4)

где A_c — рабочая плоскость смятия, определяемая по формуле

A_c = bh ₁/cosa, (9.5)

здесь b — ширина сминаемого участка;

h ₁ — глубина врубки;

f_{c ,a, d} — расчетное сопротивление древесины смятию под углом a к направлению волокон, определяемое по формуле (6.2).

9.3.6 Расчетную несущую способность соединения из условия скалывания следует определять по формуле

R_{v , d} = f_{v ,mod, d} ∙ A_v, (9.6)

где f_{v ,mod, d} — расчетное среднее по площадке скалывания сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон, определяемое по формуле

(9.7)

здесь f_{v ,0, d} — расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон;

k_{v 1} — коэффициент, равный 0,25. При обеспечении обжатия площадки скалывания k_{v 1} = 0,125;

e — плечо сил скалывания, принимаемое равным 0,5 h_w — при расчете элементов с несимметричной врезкой в соединениях без зазора между элементами и 0,25 h_w — при расчете симметрично нагруженных элементов с симметричной врезкой;

h_w — полная высота поперечного сечения скалываемого элемента;

l_v — расчетная длина плоскости скалывания, принимаемая не более 10 глубин врезки в элемент;

A_v — расчетная площадь скалывания, определяемая по формуле

A_v = bl_v. (9.8)

Рисунок 9.4 — Врезки в элементах соединений:

а — несимметричная;

б — симметричная;