Стержни, работающие на вдавливание или выдергивание поперек волокон древесины

9.6.3.1 Расчетную несущую способность соединения на вклеенных поперек волокон стержнях (рисунок 9.10), работающих на вдавливание или выдергивание, следует определять по формуле

R_d = f_{sv ,90, d} ∙ k _s ∙ k_nF ∙ p d _о ∙ l_d ∙ nk_{n 4} ∙ k_{n 5} ∙ k_{n 6}, (9.22)

где f_{sv ,90, d} — расчетное сопротивление древесины срезу поперек волокон в соединении с круглыми арматурными стержнями периодического профиля, принимаемое для древесины сосны и ели равным 4,5 МПа;

k _s — коэффициент, учитывающий снижение несущей способности соединения в зависимости от вида напряженного состояния в зоне установки стержней (сжатой или растянутой);

k_nF — коэффициент, учитывающий направление приложения усилия к стержню (сжатие или растяжение);

d _о — диаметр отверстия под вклеенный стержень, м;

l_d — расчетная длина заделываемой части стержня, м;

n — количество стержней;

k_{n 4} — коэффициент, учитывающий неравномерность напряжений сдвига в зависимости
от длины заделываемой части стержня;

k_{n 5} — коэффициент, учитывающий изменение расчетного сопротивления древесины срезу поперек волокон в зависимости от диаметра стержней;

k_{n 6} — коэффициент, учитывающий неравномерность нагружения стержней.

9.6.3.2 Для выдергиваемых из древесины стержней при работе их в зоне растягивающих напряжений, действующих вдоль волокон древесины элемента конструкции, значения коэффициента k _σ следует определять по формуле

k _s = 1 – 0,01s _{t max,0, d} , (9.23)

где s _{t max,0, d} — максимальные растягивающие напряжения, МПа.

При работе в сжатой зоне, а также для стержней, работающих на вдавливание, k _s = 1.

9.6.3.3 При вдавливаниистержней значение коэффициента k_nF следует принимать равным 1,
а при выдергивании — 0,9.

Рисунок 9.10 — Схема расстановки вклеенных поперек волокон древесины стержней:

а — однорядная расстановка;

б — двухрядная расстановка

9.6.3.4 Значения коэффициентов k_{n 4} и k_{n 5} следует определять по формулам:

k_{n 4} = 1 – 0,01 l_d / d, (9.24)

k_{n 5} = 1,12 – 10 d, (9.25)

где d — номинальный диаметр стержня, м;

l_d — расчетная длина стержня, м.

9.6.3.5 Значения коэффициента k_{n 6} принимают по таблице 9.8.

Таблица 9.8 — Значения коэффициента k_{n 6}

Условия передачи нагрузки	Количество поперечных рядов стержней
Количество стержней в ряду
Вдавливание с центрирующей прокладкой		0,9	0,85	0,80	0,75
Вдавливание без центрирующей прокладки		0,9	0,85	0,75	0,70
Выдергивание		0,9	0,85	0,60	0,55

 

9.6.3.6 Длина заделываемой части стержня должна быть не менее 100 мм.

9.6.3.7 Минимальные расстояния между осями стержней принимают по таблице 9.9. Обозначения приведены на рисунках 9.9, 9.10.

Таблица 9.9 — Минимальные расстояния между осями стержней

Направление	Расстояние
Вдоль волокон между осями стержней и до торца элемента S 1	3,5 d
Поперек волокон между осями стержней S 2	2 d
Поперек волокон до кромки элемента S 3	1,5 d

Наклонно вклеенные стержни и их соединения

9.6.4.1 Наклонно вклеенные стержни следует применять для восприятия главных растягивающих напряжений s₁ в элементах деревянных конструкций (приопорные участки большепролетных клееных деревянных конструкций с соотношением h / b ³ 4, криволинейные участки изгибаемых и сжато-изгибаемых элементов).

9.6.4.2 Стержни должны вклеиваться под углом от 30° до 45° к волокнам древесины. Процент армирования принимается от 0,1 % до 1 % сечения деревянного элемента конструкции.

9.6.4.3 Для изгибаемых элементов шаг расстановки наклонно вклеенных стержней вдоль волокон древесины S ₁ следует определять по формуле (9.26), и он должен быть не менее 12 d и не более h.

, (9.26)

где h — высота поперечного сечения элемента на участке армирования, м;

— расчетное значение касательных напряжений, определяемых по формуле (7.15), МПа;

m = A_a /(bh) — процент армирования;

f_{sv ,a, d} — расчетное сопротивление древесины срезу под углом a от 30° до 45° к волокнам в соединении с круглыми арматурными стержнями периодического профиля, принимаемое для древесины сосны и ели равным 3,5 МПа.

9.6.4.4 При высоте поперечного сечения элемента более 1 м, допускается армирование встречными стержнями, ввинченными или вклеенными в древесину с перехлестом не менее 10 d и смещением на (3–5) d (рисунок 9.11).

1 — дощатоклееная балка; 2 — поперечно вклеенные стержни;

3 — наклонно ввинченные или вклеенные стержни

Рисунок 9.11 — Схема армирования балки

9.6.4.5 Жесткие и шарнирные узловые сопряжения клееных деревянных конструкций целесообразно выполнять с помощью закладных деталей, состоящих из V-образных анкеров, вклеенных
в древесину, и анкерных стальных пластин, сваренных между собой. Стержни анкера необходимо располагать таким образом, чтобы один из двух стержней был вклеен под углом 45° к волокнам древесины и испытывал растяжение, а второй располагался под углом 90° к первому и работал на сжатие.

9.6.4.6 В сопряжениях с V-образными анкерами (рисунок 9.12) усилия в пластине определяются из статического расчета узла. Расчет вклеенных стержней анкера следует производить на усилия, полученные путем их разложения в пластине по направлению стержней из условия (9.22), в котором вместо f_{sv ,90, d} принимается f_{sv ,a, d} = 3,5 МПа. При этом конструктивную длину вклеивания стержней следует принимать не менее 0,6 h для сжатых и не менее 20 d — для растянутых стержней.

1 — элементы конструкции;

2 — наклонно вклеенные стержни (V-образные анкеры);

3 — поперечно вклеенные стержни; 4 — стальные пластины

Рисунок 9.12 — Схема узла сопряжения деревянных элементов конструкций с V-образными анкерами

9.6.4.7 Нормальные напряжения в растянутых и сжатых стержнях не должны превышать расчетных сопротивлений арматуры соответственно растяжению и сжатию.

Вклеенные стальные нагели

9.6.5.1 Расчетную несущую способность на сдвиг вклеенного нагеля из стальной арматуры периодического профиля на один шов определяют по формуле (9.12) по правилам, приведенным
в 9.4.1.2 – 9.4.1.12. За диаметр нагеля d принимается номинальный диаметр стержня, за t ₁ в формуле (9.13) — длина заделки l_d.

9.6.5.2 Для нагелей из арматуры класса S 400 необходимо принимать следующие значения расчетных характеристик:

— сопротивление изгибу нагеля f_{n , d} — 25 МПа;

— коэффициент k_n — 0,0894;

— коэффициент b _{n ,max} — 0,6928.

9.6.5.3 Глубина заделки стержня должна быть не менее 6 d.

9.6.5.4 Минимальные расстояния между осями вклеенных нагелей следует принимать по таб­лице 9.10 в соответствии с обозначениями, приведенными на рисунке 9.13.

Рисунок 9.13 — Соединение на вклеенных стальных нагелях:

а — шахматная расстановка;

Б — двухрядная расстановка

Таблица 9.10 — Минимальные расстояния между осями нагелей

Направление	Расстояние
Вдоль волокон между осями нагелей и до торца элемента S 1	8 d о
Поперек волокон при двухрядном расположении:
между осями нагелей S 2	3 d о
до кромки элемента S 3	3,5 d о
Поперек волокон при шахматном расположении:
между осями нагелей S 2 и до кромки элемента S 3	3 d о
Примечание — d о — диаметр отверстия под вклеенный нагель.

10 Основные требования по конструированию и расчету деревянных конструкций

10.1 Общие требования

10.1.1 При проектировании деревянных конструкций следует:

а) учитывать производственные возможности предприятий-изготовителей деревянных конструкций;

б) учитывать возможности транспортных средств;

в) использовать древесину с наименьшими отходами и потерями;

г) предусматривать меры по обеспечению устойчивости и неизменяемости отдельных конструкций и всего здания или сооружения в целом в процессе монтажа и эксплуатации.

10.1.2 При конструировании деревянных конструкций должны соблюдаться требования разделов 5–10.

10.1.3 Приопорные зоны большепролетных клееных деревянных конструкций с соотношением h/b ³ 4, а также участки в местах действия сосредоточенных сил, кроме требований разделов 7–9, должны быть рассчитаны на прочность по главным площадкам с учетом всех компонент плоского напряженного состояния.

10.1.3.1 Расчет на прочность клееных деревянных конструкций с учетом всех компонент плоского напряженного состояния производят по формуле

(10.1)

где s₁ — значение главного растягивающего напряжения;

s _х, s _у и t _ху — компоненты плоского напряженного состояния;

f_{t ,a, d} — расчетное значение сопротивления древесины при растяжении под углом a
к направлению волокон.

Здесь f_{t ,a, d} определяют по формуле

(10.2)

где В = f_{t ,0, d} / f_{t ,45, d} – (1 + k)/4;

k = f_{t ,0, d} / f_{t ,90, d}.

Компоненты плоского напряженного состояния s _х и t _ху определяют в соответствии с требова­ниями 7.4 и 7.6.

10.1.3.2 Угол наклона a направления главного растягивающего напряжения s₁ к волокнам древесины определяют по формулам:

при s х – s у > 0,	a = 0,5arctg[2t ху /(s х – s у)],	(10.3)
при s х – s у = 0,	a = 45°,	(10.4)
при s х – s у < 0,	a = 0,5 ∙ [180 – arctg(2t ху /(s х – s у))].	(10.5)

10.1.3.3 Величины напряжений s _y, сопоставимые с прочностными характеристиками клееной древесины и фанеры, определяют:

а) в приопорных зонах и в окрестностях действия сосредоточенных поперечных сил на расстояниях, равных высоте поперечного сечения h от линии действия опорной реакции или сосредоточенной силы F:

(10.6)

где — ордината положительной части кривой распределения от единичной сосредоточенной силы;

h — высота поперечного сечения.

При определяют по формуле

(10.7)

где у — расстояние от нейтрального слоя до рассматриваемой фибры.

При рассмотрении участка между двумя сосредоточенными силами, отстоящими друг от друга на расстоянии l ³ h, усилия суммируются (например, опорная реакция и сосредоточенная поперечная сила F);

б) на скошенных кромках под углом a _sk к направлению волокон дополнительные напряжения на площадках, параллельных волокнам, определяют по формулам:

, , (10.8)

где s _х — напряжения, действующие вдоль волокон древесины;

a _sk — угол между линией скоса и направлением волокон древесины;

в) в сжато-изогнутых и внецентренно сжатых элементах клееных деревянных конструкций дополнительные касательные напряжения определяют по формуле

, (10.9)

где N — продольное сжимающее усилие;

е — эксцентриситет передачи усилия N;

b, h — соответственно ширина и высота поперечного сечения элемента.

При этом эксцентриситет е не должен превышать 0,15 h.

10.1.4 В необходимых случаях прочность клееных деревянных конструкций, кроме увеличения геометрических размеров поперечных сечений, может быть обеспечена локализацией главных растягивающих напряжений с помощью ввинченных, в предварительно просверленные под углом от 30° до 45° к волокнам древесины отверстия, стальных винтов или вклеенных стержней (стальных класса S400, стеклопластиковых различных марок первой группы, углепластиковых и др.).

10.1.5 Усилие растяжения стержней N_t в окрестностях действия сосредоточенных поперечных сил определяют по формуле

(10.10)

где N_t — усилие растяжения, приходящееся на стержни;

l_t — длина опасной зоны, которая колеблется в зависимости от вида нагрузок и очертания элемента конструкции и находится в пределах (0,8–2,5) h.

10.1.6 Для элементов постоянной высоты h и при равномерно распределенной нагрузке l_t = 1,2 h.

10.1.7 Криволинейные (гнутые) участки (рисунок 10.1) клееных деревянных конструкций, изгибаемых моментом М, уменьшающим их кривизну, следует рассчитывать по формулам кривых брусьев:

а) по тангенциальным нормальным напряжениям на внутренней и внешней кромках бруса:

(10.11)

(10.12)

где s_q,int, s_q,ext — соответственно тангенциальные нормальные напряжения на внутренней и внеш­ней кромках бруса;

М_d — расчетный изгибающий момент;

r ₀ — радиус кривизны нейтрального слоя;

r ₁ и r ₂ — соответственно радиусы кривизны нижней (ближней к центру кривизны) и верх­ней кромок бруса;

А — площадь поперечного сечения кривого бруса;

у ₀ = l /(A ∙ r) — смещение нейтрального слоя от геометрической оси криволинейного участка;

f_{m , d} — расчетное сопротивление древесины изгибу;

б) по максимальным радиальным нормальным напряжениям

(10.13)

Рисунок 10.1 — Расчетная схема кривого бруса при чистом изгибе

10.1.8 Сжато-изгибаемые элементы с криволинейными участками рассчитывают по формулам кривых брусьев:

а) на сжатой кромке

(10.14)

б) на растянутой кромке

(10.15)

10.1.9 Допускается без увеличения геометрических размеров и радиуса кривизны на криволинейных участках, когда условие формулы (10.13) не выполняется, постановка ввинченных или вклеенных стержней, воспринимающих s _{r , max}. В этом случае усилие, приходящееся на стержни, определяют по формуле

(10.16)

где l ₁ — длина хорды криволинейного участка по внутренней кромке бруса.

10.2 Настилы, обрешетки и прогоны

10.2.1 Расчет настилов, обрешеток и прогонов, работающих на изгиб, следует производить по двум предельным состояниям.

10.2.2 Настилы и обрешетки под кровлю следует рассчитывать как балки (по двухпролетной схеме) на следующие сочетания нагрузок:

а) постоянная и временная от снега — расчет на прочность и жесткость;

б) постоянная и временная от сосредоточенного груза 1 кН с умножением последней на коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,2, — расчет только на прочность.

10.2.3 При сплошном настиле или при разреженном настиле с расстоянием между осями досок или брусков не более 150 мм нагрузку от сосредоточенного груза следует передавать на две доски или на два бруска, а при расстоянии более 150 мм — на одну доску или брусок. При двойном настиле (рабочем и защитном, направленном под углом к рабочему) сосредоточенный груз следует распределять на ширину 500 мм рабочего настила.

10.2.4 Прогоны в покрытиях зданий и сооружений рекомендуется применять спаренными или консольно-балочной конструкции. Шарниры консольно-балочных прогонов следует располагать попарно через пролет, выполняя их в виде косого прируба.

В спаренных многопролетных прогонах из двух досок на ребро стыки досок следует располагать вразбежку на расстоянии 0,2 l от опоры.