Розділ 1 конструкційні деревина і пластмаси

Розділ 1 КОНСТРУКЦІЙНІ ДЕРЕВИНА І ПЛАСТМАСИ

Загальні відомості

Деревина — цінний конструкційний будівельний матеріал, запаси якого можуть поновлюватися після його раціональних заготівель. Заготовлений ліс у виді відрізків стовбурів стандартної довжини доставляється на деревообробні підприємства. Там з нього виготовляють пиломатеріали, фанеру, деревні плити, дерев'яні конструкції і будівельні деталі. Найбільш економічно доцільно постачати будівництво пиломатеріалами, готовими виробами і конструкціями, а не круглим лісом.

Хвойну деревину (сосна, ялина, модрина) використовують для виготовлення основних елементів дерев'яних конструкцій і будівельних деталей. Прямі високі стовбури хвойних дерев з невеликою кількістю сучків невеликої величини дозволяють одержувати прямошаруваті пиломатеріали з обмеженою кількістю вад. Також хвойна деревина містить смоли, завдяки чому вона більш стійка зволоженню і загниванню, ніж листяна

Деревина твердих листяних порід (дуб, бук, граб, акація) має підвищену міцність і стійкість проти загнивання. Однак через більшу дефіцитність і вартість її використовують у будівельних конструкціях тільки для дрібнорозмірних елементів з”єднань. Березова деревина відноситься теж до твердих листяних порід. Її використовують головним чином для виготовлення будівельної фанери. Деревина м'яких листяних порід (осика, тополя, вільха, липа) має знижену міцність і стійкість проти загнивання і використовується для виготовлення малонавантажених елементів тимчасових будівель і споруд.

Будова деревини

Деревина має трубчасту шарувато-волокнисту будову. Основу деревини складають деревні волокна, розташовані уздовж стовбура. Вони складаються з подовжених пустотілих оболонок відмерлих клітин — трахеїд — майже прямокутної форми, середньою шириною 50 мкм і довжиною 3 мкм з органічних речовин (целюлози і лигніна). Деревні волокна розташовуються концентричними шарами навколо осі стовбура, які називаються річними шарами. Кожен річний шар складається з двох частин: м'якої ранньої (весняно-літньої) деревини з більш тонкими стінками і широкими порожнинами кліток та більш твердої пізньої (осіньої) деревини, клітки якої мають більш товсті стінки і вузькі порожнини. Щільність і міцність деревини залежать від відносного вмісту в ній пізньої деревини, що у сосни, наприклад, змінюється від 5 до 35% (рис. 1.2).

Середня частина стовбурів сосни, кедра і модрини має більш темний колір, містить більше смоли і називається ядром. Навколо ядра розташована менш смолиста деревина - заболонь. Крім цих основних частин у деревині є горизонтальні серцевинні промені, м'яка серцевина, смоляні ходи, сучки і зовні вона покрита корою.

Рис. 1.1. Будова хвойної деревини:

а — поперечний переріз стовбура; б — пластина дошки; в — мікроструктура; 1— волокна деревини; 2 — ядро;

3 — заболонь; 4 — серцевина; 5 — ранні річні шари; 6 — пізні річні шари; 7 — клітки – трахеїди.

 

Сортамент лісоматеріалів

Лісоматеріали поділяються на круглі і пиляні (рис. 1.2).

 

Рис. 1.2. Лісоматеріали: а – пиляні; б – круглі; 1 – пласть; 2 – торець; 3– кромка; 4 — брус;5 — товста дошка;

6 — тонка дошка; 7 — брусок; 8 — колода; 9 — пластина;10 — колода окантована.

 

Круглі лісоматеріали — колоди — це частини стовбурів дерев з обпиляними кінцями — торцями, очищені від сучків та кори. Вони мають стандартні довжини 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0 і 6,5 м. Колоди мають конічну форму. Зменшення їхнього діаметру по довжині називається збігом і в середньому він рівний 0,8 см на 1 м довжини колоди. Сортамент колод визначається діаметром їх тонкого торця d. Малі колоди d=< 13см називають також підтоварником і застосовують їх для тимчасових споруд. Середні колоди мають d від 14 до 24 см, а великі d => 26 см з градацією розмірів через 2 см. Круглі лісоматеріали використовують в основному при будівельному виготовленні дерев'яних конструкцій.

Пиляні лісоматеріали — пиломатеріали — одержують у результаті подовжнього розпилювання колод на лісопильних рамах чи круглопильних верстатах. Вони мають прямокутний чи квадратний переріз. Більш широкі сторони пиломатеріалів називають пластями, а вужчі — ребрами. Пиломатеріали з поверхнями, обпиляними по всій довжині, називають обрізними, якщо частина поверхні не обпиляна - обзольним, я кщо не обпиляні дві поверхні - необрізним.

Пиломатеріали мають стандартні довжини від 1 до 6,5 м із градацією розмірів через кожні 0,25 м. Їх розділяють на дошки, бруски і бруси. Для несучих конструкцій дошки мають ширину від 60 до 250 мм, а товщину від 11 до 100 мм; бруски — ширину від 100 до 175 мм, а товщину від 50 до 100 мм, бруси - товщину і ширину від 125 до 250 мм.

Якість лісоматеріалів

Якість лісоматеріалів визначається в основному ступенем однорідності будови деревини, яка залежить від розмірів і кількісті ділянок, де однорідність її будови порушена і міцність знижена - вад деревини. Оновними неприпустимими вадами деревини є гнилизна, червоточина і тріщини в зонах сколювання. Найбільш розповсюдженими і неминучими вадами деревини є: сучки — зарослі залишки колишніх гілок дерева; косошарість нахил волокон щодо осі елемента.

Рис.1.3. Сорти пиломатеріалів по якості деревини: а,б,в – 1,2, і 3-й сорт; 1– сучки; 2– нахил волокон.

До вад відносяться також м'яка серцевина, сучки й інші менш розповсюджені порушення однорідності будови деревини.

Якість конструкційних лісоматеріалів визначається сортами (1, 2 і 3). Вимоги до деревини кожного сорту містяться в ДСТУ.

Основними факторами, що визначають сорт і відповідно міцність деревини, є величина і розташування сучків і нахилу волокон в елементі. У найбільш міцній деревині 1-го сорту допускаються сучки загальним діаметром на довжині 20 см, не більш чверті ширини дошки — d < ¹/₄ b і нахил волокон не більш 7 %.

У деревині середньої міцності 2-го сорту допускається відносно більша загальна ширина сучків d <^l/з b і нахил волокон не більше 10% до осі. У найменш міцній деревині 3-го сорту допускаються сучки ще більшої ширини — d <¹/₂ b і нахил волокон не більшt 12 % (рис. 1.3).

Крім того, у конструкційній деревині річні шари повинні бути не ширше 5 мм, і пізня, найбільш міцна деревина повинна складати не менше ¹/₅ їхньої ширини. У дошках, що працюють на згин не допускається м'яка серцевина. У зонах з'єднань не допускаються тріщини.

Деревину 1-го сорту, найбільш міцну, рекомендується застосовувати для виготовлення відповідальних елементів конструкцій, що працюють на розтяг і розтягнуті зони високих клеєдерев’янных балок, деревину середньої міцності 2-го сорту — для інших елементів несучих будівельних конструкцій, найменш міцну деревину 3-го сорту — у малонапружених настилах і обшивках.

Конструкційні пластмаси

Конструкційні пластмаси в будівництві застосовують для елементів несучих і захисних будівельних конструкцій. Основою цих матеріалів є синтетичні полімерні смоли — продукти промисловості хімічних органічних матеріалів. До них відносяться склопластики, пінопласт, оргскло, вініпласт, повітро- і водонепроникні тканини, плівки і деревні пластики, синтетичні клеї.

З найбільш міцних склопластиків, розрахунковий опір стиску і розтяганню яких досягає 100 Мпа, виконують основні елементи несучих будівельних конструкцій. Прозорі склопластики використовують для прозорих елементів захисних конструкцій будівель. З особливо прозорого оргскла і прозорого вініпласту виготовляють прозорі частини огороджень, що пропускають усі частини сонячного спектра. Надлегкі пінопласти застосовують у середніх шарах легких огороджень покриття і стін. Міцні, тонкі повітро- і водонепроникні тканини використовують у пневматичних і тентових покриттях. З полімерних плівок здійснюють тимчасові покриття закритого ґрунту. Деревні пластики можуть служити матеріалом для конструкцій, що працюють на відкритому повітрі.

До позитивних властивостей цих матеріалів відносяться: мала щільність, що не перевищує 1500 кг/м³; хімічна стійкість у деяких агресивних середовищах; вони водостійкі і не піддаються гниттю. У процесі виготовлення їм можна додати ряд необхідних властивостей і зробити елементи конструкцій будь-якої необхідної форми.

Основними недоліками конструкційних пластмас є їхня мала твердість (модуль пружності не перевищує 10⁴ МПа) і, отже, підвищена деформативність, що не дозволяє цілком використовувати їхню міцність. Горіння цих матеріалів обмежує їхнє застосування в основних несучих конструкціях. Мала поверхнева твердість веде до легкої пошкоджуваності конструкцій. Повзучість і старіння в процесі експлуатації ведуть до підвищення прогинів і зменшенню прозорості огороджувальних конструкцій.

До складу конструкційних пластмас входить ряд компонентів.

Синтетичні смоли є основними компонентами пластмас. Вони утворюють основну масу матеріалів, служать зв’язуючим аналогічно цементному розчину в бетоні і поділяються на два основних класи — термопластичні і термореактивні.

Термопластичні смоли (поліметилметакрилат, полівініл-хлорид, полістирол, поліетилен і ін.) після завершення процесу синтезу і перетворення у тверду склоутворюючу масу здатні під дією нагрівання розм'якшуватися, переходячи у в’язко-текучий стан, а при охолодженні знову повертатися до твердого стану. Термопластичні смоли використовують для виготовлення листових матеріалів (органічне скло, вініпласт), клеїв для їхнього склеювання, пінопластів, плівок.

Термореактивні смоли переходять з вязкотекучого у твердий стан тільки один раз — у процесі твердіння. Після завершення процесу твердіння термореактивний матеріал не розм'якшується при наступному нагріванні, а лише незначно втрачає міцність і твердість. У конструкційних пластмасах будівельного призначення застосовують наступні термореактивні смоли: фенолфоррисьдегідні, поліефірні, эпоксидні, мочевино-форрисьдегідні. Термореактивні смоли широко застосовують для виготовлення фанери, склопластиків, пінопластів, клеїв, деревних пластиків, різних фасонних деталей.

При формуванні полімеру застосовують і такі матеріали, як прискорювачі (речовини, що прискорюють твердіння), каталізатори (речовини, що не беруть участь в твердінні, але присутність яких необхідно для протікання процесу твердіння), пластифікатори (речовини, що зменшують крихкість готового матеріалу), інгібітори (речовини, що сповільнюють процес твердіння) і ін.З метою поліпшення механічних і технологічних властивостей, підвищення теплостійкості, зниження вартості в пластмасові матеріали вводять наповнювачі неорганічного й органічного походження. Їх вводять у виді порошків, волокон, листів (деревне борошно, цемент, скляні й азбестові волокна, папір, бавовняні і скляні тканини і т.і.).Фарбування пластмасових матеріалів здійснюється шляхом введення барвників у масу матеріалу. Потрібний малюнок і колір можуть бути також отримані, якщо вони попередньо нанесені на зовнішній шар листового наповнювача (папір, тканину). Пороотворювачі служать добавками для одержання газонаповнювальних матеріалів — пінопластів.

Поряд із пластмасами в конструкціях широко використовують такі неорганічні матеріали, як алюміній, лаковану (захищену) сталь, азбестоцемент.

1. Склопластик - це матеріал, що складається з двох основних компонентів: синтетичного зв’язуючого і скляного волокна (наповнювача). Суть виготовлення склопластику полягає в тому, що в рідку смолу вводять скловолокно, а потім смолу піддають твердінню. Синтетичне зв’язуюче додає монолітність і забезпечує стабільність форми готового склопластику; забезпечує використання високої міцності скловолокна шляхом рівномірного розподілу зусиль між волокнами і забезпечення їхньої стійкості, захист волокон від атмосферних і інших зовнішніх впливів; сприймає частину зусиль, що виникають в експлуатаційних умовах.

У склопластиках найчастіше використовують термореактивні смоли (поліефірну, эпоксидну, фенолфоррисьдегідну) з різними добавками, що модифікують, поліпшуючі технологічні й експлуатаційні властивості склопластику.

Скляне волокно, чи скловолокно, — це армуючий елемент, що забезпечує склопластикам велику міцність і стійкість проти ударів. Скловолокно виходить з розплавленої скляної маси спеціального складу, протягненої через дрібні отвори — фільєри. Воно має мікроскопічний діаметр близько 10 мкм, дуже високу міцність, що досягає 2000 Мпа., і застосовується в рубаному чи суцільному вигляді.

Склопластики на основі рубаного скловолокна є ізотропними матеріалами, однаково міцними у всіх напрямках, завдяки хаотичному розташуванню коротких скловолокон у їхній масі. Вони мають щільність до 1500 кг/м³, міцність при розтягненні 150 МПа. Така невисока міцність у порівнянні з високою міцністю скловолокна пояснюється тим, що паралельно до дій розтягуючого зусилля в ньому розміщується тільки незначна частина найбільш напружених коротких скловолокон, а інші спрямовані під різними кутами і напружені менше. Крім того, у роботі на розтяг бере участь менш міцна смола, через яку передається напруга від одних волокон до інших.

Рис. 1.7. Склопластики: а —плоский; в —хвилястий; 1 — суцільне скловолокно; 2 — рубане скловолокно;

3 — поперечні хвилі; 4 — повздовжні хвилі; 5 — розріз хвилі

 

Позитивними якостями склопластиків на основі рубаних волокон є простота їхнього виготовлення завдяки хаотичному розташуванню скловолокна і відносно низька вартість, прозорість.

Склопластик на основі суцільних скловолокон непрозорий. Він складається з термореактивних фенолфоррисьдегфідних і інших смол і скловолокон у виді окремих волокон або ниток скложгутів суцільної довжини. Скловолокна розташовуються в одному чи двох взаємно перпендикулярних напрямках у кількості до 70 % по масі. Найбільш високими механічними властивостями мають склопластики, армовані прямими суцільними волокнами, наприклад склоджгутами. Якщо всі скложгути розташовані тільки в одному напрямку, міцність склопластику при розтяганні в цьому напрямку уздовж волокон максимальна і може досягати 1000 Мпа, а модуль пружності — 40000 Мпа. Однак у напрямку, поперечному напрямку скложгутів, міцність склопластику невелика і наближається до міцності неармованого зв’язуючого. Якщо скложгути покладені по двох взаємно перпендикулярних напрямках, то міцність і твердість склопластику буде вище в тому напрямку, по якому покладена більша частина скложгутів.

2. Пінопласти — це надлегкі газонаповнені конструкційні пластмаси. Вони являють собою тверду піну, що.складається з маси замкнутих осередків, заповнених повітрям чи нешкідливим газом зі стінками з затверділої полімерної смоли. Синтетичним зв’язуючим у пінопластах служать термопластичні чи термореактивні смоли. З термопластичних полістирольних полівінілхлоридних смол виготовляють пінополіуретан ПУ-101 і пінополіфенолфоррисьдегід ФРП-1. Напвнювачами є гази, що утворяться в процесі піноутворення.

Рис. 1.8 Пінопласт: а – блок; б – епюра зміни міцності по товщині блоку

Пінопласти утворяться шляхом гарячого пінення термопластичних смол чи введенням до складу термореактивних смол затверджувачів і піноутворювачів в процесі їхнього твердіння. Пресові пінопласти виготовляються в установках високого тиску і мають підвищену міцність і вартість. Непресовані пінопласти виготовляються при звичайному атмосферному тиску, є менш міцними і більш дешевими. Особливо ефективне виготовлення термопластичних пінопластів безпосередньо в порожнинах захисних конструкцій, наприклад при формуванні середнього шару тришарових плит і панелей.

Пінопласти — дуже ефективний теплоізоляційний матеріал. Теплопровідність, що відповідає їхній малій щільності, дуже низька. Теплостійкість їх обмежена й у термопластичних видів складає всього 60° і лише удвічі вище в термореактивних. Пінопласти бувають горючі Пс-1 і ПС-4, важкогорючі і самозагасаючі — ПСБ і ФРП. Завдяки малій масі, низькій теплопровідності і відносно достатньої міцності їх використовують як ефективний матеріал для шаруватих плит, панелей покриття і стін будинків різного призначення, що відрізняються легкістю і високими теплозахисними властивостями.

3. Органічне скло, чи оргскло, — це конструкційна пластмаса, що складається цілком з термопластичної полімерної смоли - поліметилметакрилата без яких-небудь наповнювачів. Воно виготовляється у виді листів і плит розмірами до 170 см і товщиною до 40мм. Оргскло має достатню (до 10 МПа) міцність при згині, але обмежену жорсткість і твердість. Модуль пружності його складає 3000 МПа, поверхня легко ушкоджується, теплостійкість обмежена 60 °С, воно вогненетривке. Головною перевагою оргскла є високий ступінь прозорості (до 95%).

4. Вініпласт, як і оргскло, складається цілком з термопластичної смоли без наповнювачів. Виготовляється у виді плоских чи хвилястих листів товщиною до 2 мм і шириною до 120 см. Може бути прозорим. Властивості вініпласту близькі до властивостей оргскла. Основними перевагами є самозатухаємість, висока стійкість у хімічно агресивних середовищах і відносно низька вартість. Застосовується в конструкціях, що працюють у хімічно агресивних середовищах.

5. Повітронепроникні тканини —конструкційний матеріал, що складається з текстилю й еластичних покрить.

Технічний текстиль є міцною основою повітронепроникних тканин. Він виготовляється з високоміцних синтетичних волокон. Поліамідні волокна типу «капрон» застосовуються найбільше широко. Вони мають високу міцність, значну розтяжність і малу стійкість проти старіння. Поліефірні волокна типу «лавсан» менш розтяжні і більш стійки проти старіння. Текстиль має полотняне переплетення. Більш міцні нитки розташовуються уздовж рулону (основа), а менш міцні— поперек нього (утік). Синтетичні волокна не піддані загниванню, але вогненестійкі.

Покриття забезпечують необхідну повітронепроникність тканин, служать для щільного зв'язку ниток і шарів текстилю між собою і захищають їх від активного атмосферного старіння. Як покриття застосовують, головним чином, гуму на основі синтетичних каучуків, а також еластичний пластифікований полівінілхлорид.

Повітронепроникні тканини виготовляються заводами гумовотехнічних виробів у виді рулонів шириною до 1 м, довжиною до 20 м, товщиною 1...2 мм і масою 0,5.-.1,5 кг/м². По числу шарів текстилю їх виготовляють одно- і багатошаровими з числом шарів до трьох. Багатошарові тканини бувають паралельно дубльованими, у яких нитки шарів розташовуються паралельно, і діагонально дубльованими, коли вони розташовуються під кутом 45⁰ один до одного.

Гума з натурального каучуку товщиною 1 мм застосовується для виготовлення камер пневмокаркасних конструкцій. Для виготовлення невеликих повітроопорних конструкцій з термінами служби, вимірюваними місяцями, застосовуються неміцні і нестійкі до атмосферних впливів, особливо у світлі, синтетичні плівки. Властивості повітронепроникних тканин визначаються властивостями складових їх текстилей і покриттів.

Міцність повітронепроникних тканин залежить не від їхньої товщини, а тільки від міцності ниток текстилю, спрямованих вздовж діючого в тканині зусилля, що розтягує. Вздовж основи міцність тканини значно вище, ніж вздовж утоку, що відповідає їхній відносній міцності. Міцність паралельно дубльованих тканин близька до сумарної міцності складових їхніх шарів.

Деформативність повітронепроникних тканин дуже значна і може досягати при одноосьовому розтяганні 30%. Модуль пружності одношарових тканин складає близько 90 кг/см по основі і близько 45 кг/см по утоці (відповідно 90 і 45 кн/м).

Старіння повітронепроникних тканин відбувається в результаті тривалого впливу на них у процесі експлуатації кисню й озону повітря, сонячного світла, перемінної вологості і температури. Покриття тканин при цьому знижують свою еластичність і повітронепроникність, а нитки текстилю зменшують свою міцність.

Морозостійкість повітронепроникних тканин є достатньої і вони зберігають свої властивості при негативній температурі до —50 °С. Теплостійкість їх теж досить висока і вони можуть експлуатуватися при температурі до +50 °С. До недоліків повітронепроникних тканин відносятьсяїхня горючість і легка пошкоджуваність. Синтетичні тканини тільки з водонепроникними покриттями, чи просоченнями, застосовуються для тентових покриттів.

6. Неорганічні конструкційні матеріали. У конструкціях з дерева і пластмас застосовуються також наступні неорганічні конструкційні будівельні матеріали.

Сталь маловуглецева середньої міцності, щільність 7850 кг/м³, границя текучості 275 МПа, модуль пружності Е= 2,1*10⁵ МПа. Сталь виготовляється у вигляді листів, прокатних і гнутих профілів, прутків і застосовується для виготовлення металевих елементів і з'єднань конструкцій.

Алюміній піддається обробці тиском марок АМц, АМг, АВ і ін. Щільність алюмінію значно менше, ніж у сталі, і дорівнює 2640 кг/м³, модуль пружності Е =7,1 • 10⁴, а середня міцність 150 МПа. З алюмінію виготовляють плоскі і гофровані аркуші, прокатні і гнуті профілі. Алюміній набагато більш стійкий, чим сталь, проти корозії у вологому середовищу і застосовується для обшивань легких тришарових плит і панелей покриття і стін різних будинків, а також для виготовлення елементів і з'єднань конструкцій.

Азбестоцемент складається із суміші азбестових волокон з цементним каменем. Виготовляється у виді хвилястих і плоских листів товщиною 6...10 см і довжиною 1,5, 3,0, 1,7 і 3,3 м і гнутих профілів. Середня щільність 1800 кг/м³, середня міцність при стиску невеликий і дорівнює 1,5 МПа, а при розтяганні ще нижче, модуль пружності Е =600 МПа. Азбестоцемент негорючий. Застосовується в основному для листів покрівлі.

Метод граничних станів

Дерев'яні й пластмасові конструкції розраховують за єдиним для всіх будівельних конструкцій методом граничних станів. Граничним називають такий стан конструкцій, при якому подальша експлуатація їх неможлива. Дерев'яні й пластмасові конструкції розраховують за двома граничними станами: за несучою здатністю (міцністю або стійкістю) і за деформаціями.

Під час розрахунку за першим гранич ним станом визначають зусилля від розрахункових навантажень: поздовжню силу N, згинальний момент М та поперечну силу Q. Розрахункові зусилля в елементі не повинні перевищувати його найменшої несучої здатності.Напруження, що виникають в елементах від дії розрахунковихзусиль, не повинні перевищувати розрахункових опорів матеріалів.

Під час розрахунку за другим гранич ним станом має виконуватись умова, коли деформації або переміщення від нормативних навантажень не перевищують деформацій, встановлених нормами:

де f/l — розрахунковий відносний прогин;

[f/l] — відносний прогин, який допускається за нормами проектування.

Розрахунок за другим граничним станом проводять на дію нормативних навантажень, тобто в нормальних умовах експлуатації, оскільки розрахункові навантаження проявляються рідко і небезпека виходу конструкції з ладу в зв'язку з перевищенням деформацій їхніх граничних значень при розрахункових навантаженнях невелика.

Метою розрахунку є не допустити ні першого, ні другого граничних станів при транспортуванні, монтажу та експлуатації конструкції. При цьому необхідно враховувати нормативні і розрахункові навантаження та опори матеріалів.

Контактні з'єднання

Конструктивні врубки (рис. 3.1) є з'єднаннями, у яких виникають зусилля, набагато менші їхньої несучої здатності, і вони не мають потребу в розрахунку. У дерев'яних конструкціях найбільше застосування знаходять конструктивні з'єднання у чверть, у шпунт, у півдерева і косий прируб.

Рис. 3.1. Конструктивні рубки: а — рубка в півдерева; б — косий прируб; в — з'єднання у чверть; г — з'єднання в шпунт

 

Лобові упори (рис. 3.2) є найбільш простими і надійними з'єднаннями і застосовуються в більшості видів дерев'яних конструкцій для кріплення стиснутих елементів. Вони працюють і розраховуються на зминання, що виникає в них від дії повздовжніх стискальних зусиль. На розтягання вони працювати не можуть.

Повздовжній лобовий упор — це з'єднання обрізаного під прямим кутом стиснутого стержня з опорою чи з діафрагмою опорного башмака чи з таким же стержнем у стиснутому стику. У стику лобовий упор скріплюється двосторонніми конструктивними дерев'яними накладками товщиною не менш третини товщини стержнів і довжиною не менше трьох висот перерізу і стягається конструктивними болтами. У повздовжньому лобовому упорі деревина працює на зминання вздовж волокон і має найбільш високий розрахунковий опір зминанню, рівний розрахунковому опору стиску R_с. У більшості випадків напруги зминання в повздовжніх лобових упорах досягають значної величини і вимагають перевірки міцності у тих випадках, коли на зминання працює тільки частина площі торця елемента.

Поперечний лобовий упор — це з'єднання двох стержнів під прямим кутом, коли торець стиснутого елемента впирається в площину іншого і закріплюється непрацюючими зв'язками. Так, наприклад, з'єднуються стійки з верхніми і нижніми горизонтальними елементами каркаса. В такому з'єднанні деревина торця стійки працює на зминання вздовж волокон, а деревина площини горизонтального елемента — поперек волокон. Це з'єднання розраховується тільки по меншій міцності деревини поперек волокон.

Рис. 3.2. Лобові упори: а-повздовжній вздовж волокон деревини; б — поперечний поперек волокон; в — похилий під кутом до волокон;

1 — елементи; 2 — стяжні болти; 3 — накладки;4-металеві кріплення; 5-опора; 6-штир; 7— епюри напруг зминання; α — кут зминання

 

Похилий лобовий упор являє собою з'єднання кінців двох стиснутих елементів, осі яких розташовані під кутом α один до одного. При цьому торець одного елемента може бути перпендикулярним його осі чи торці обох елементів нахилені до їх осей (рис. 3.2, в). Так, наприклад, з'єднуються стержні крокв і підкісних рам. У цих з'єднаннях необхідно перевіряти міцність деревини при зминанні торців тільки розташованих під кутом до осей елементів.

Клейові з'єднання

Це найбільш прогресивні види з'єднань при заводському виготовленні клеєних дерев'яних конструкцій. Їхньою основою є конструкційні синтетичні клеї. Ці з'єднання мають ряд важливих переваг. Склеювання дає можливість з дощок обмежених розмірами перерізів і довжин виготовляти дощатоклеєні елементи несучих конструкцій практично будь-яких розмірів і форм. Вони можуть бути прямими і вигнутими, постійного, перемінного і профільного перерізів, висотою, вимірюваної метрами, а довжиною — десятками метрів.

Клейові з'єднання є не менш міцними, чим реальна деревина, монолітними і мають настільки малу піддатливість, що її можна не враховувати при розрахунках і вважати дощатоклеєні елементи як суцільні. Клейові з'єднання є водостійкими. Вони не піддаються загниванню і стійки проти впливу ряду хімічно агресивних середовищ, що забезпечує довговічність клеєдерев’янних елементів. Ці з'єднання технологічні і їхнє виготовлення без особливих труднощів механізується й автоматизується, вимагаючи обмежених трудозатрат. При склеюванні можна використовувати деревину маломірну і зниженої якості шляхом видалення значних вадз наступним стикуванням. Клеєні з'єднання безметальні, що важливо для конструкцій, експлуатованих у приміщеннях з хімічно агресивними середовищами.

Клейові з'єднання по їхньому розташуванню й особливостям роботи можуть бути поперечні, повздовжні і кутові (рис. 3.8). З'єднання досок по пластях -поперечне - застосовується для виготовлення клеєдерев'яних елементів необхідної висоти перерізу. З'єднання застосовується при виготовленні клеєдерев'яних елементів із шириною перерізів, більшою, ніж ширина окремих дощок.

Рис. 3.8. Клейові з'єднання: а — поперечні стики; б — повздовжні стики; в — кутовий стик; 1 — стики по площинам; 2 — по краях;

3 — по площині і краю; 4 — зубчатий шип; 5 — вусовий стик фанери; 6 — кутовий зубчатий шип

 

Зубчастий шип -це клейове з'єднання кінців дощок по зубсчатій поверхні у вигляді ряду гострих клинів, що виходять на пласті або ребра дощок. Зубчасий шип характеризується трьома параметрами — довжиною зубів l, шириною їхньої основи і шириною вершини — затупленням b. Довжина зубів звичайно не перевищує товщини дощок, а інші параметри забезпечують необхідний ухил зубів відносно осі дощок не більш 1:8 і затуплення не більш 1 мм.

Кутовий зубчастий шип має ту ж форму, що і прямий, і застосовується, головним чином, при виготовленні ломаноклеєних напіврам. Елементи цих рам розташовуються під кутом більшим 120°. Такий зубчатий шип працює на стиск із вигином як суцільний дерев’янний похилий переріз

Розрахунок клейових з'єднань, через те, що вони мають міцність вище міцності деревини 1-го сорту, не потрібен.

З'єднання на вклеєних сталевих стержнях є клейові з'єднання клеєдерев'яних елементів за допомогою коротких стержнів з арматури періодичного профілю класів A-II і A-III діаметром 12...25 мм. Вони вклеюються в прямокутні пази з накладками чи в круглі отвори клеєм (наприклад, епоксидно-цементним), що забезпечує надійне з'єднання деревини зі сталлю (рис. 3.9).

Глибина вклеювання l повинна бути не менш 10 і не більш 30 діаметрів d стержня, ширина паза чи діаметр отвору виконується на 5 мм більше діаметра стержня. Відстань між осями стержнів приймається не менш 3d, а до країв перерізу — не менш 2d. Вклеєні стержні застосовуються для повздовжнього і кутового з'єднань клеєдерев'яних елементів, що працюють на повздовжні сили чи згинальні моменти. Вони сприймають повздовжні розтягуючі сили N (висмикування) чи стискаючі (вдавлення). Сховані в товщі деревини сталеві стержні захищені від хімічно агресивного середовища і швидкого нагрівання при пожежі, що підвищує стійкість з'єднання проти корозії і межу вогнестійкості.

Рис. 3.9. З'єднання на вклеєних стержнях: а— повздовжньо вклеєні; б — похило вклеєні; в — схема роботи;

1-арматурний стержень; 2-отвір; 3 — паз; 4 — рейка

 

Розрахункова несуча здатність повздовжньо вклеєного стержня Т (МН) при висмикуванні чи вдавленні визнчається по формулі

 

де l — глибина вклеювання, м;

d — діаметр стержня, м;

R _ск = 2,1 Мпа —розрахунковий максимальний опір деревини місцевому сколюванню вздовж волокон в з'єднаннях;

К_ск — коефіцієнт, що враховує нерівномірності розподілу напруг сколювання по довжині вклеювання; К_ск = (1,2 - 0,02) l / d.

Необхідне число повздовжньо вклеєних стержнів у з'єднанні, на якому діють розтягуючі чи стискаючі сили N від розрахункових навантажень, визначаються по формулі

Самі сталеві вклеєні стержні працюють у цьому з'єднанні на розтяг звичайно з великими запасами міцності.

З'єднання на поперечно вклеєних стержнях працюють аналогічно на зсув і зминання поперек волокон деревини біля поверхні отвору. Працюють вони спочатку пружно, потім пластично і руйнуються після великих деформацій, як при місцевому зминанні деревини. Несуча здатність такого з'єднання вище, ніж повздовжнього і коефіцієнт нерівномірності напруг теж вище. Розрахункова несуча здатність такого з'єднання може визначатися по формулі (3.4). Для визначення несучої здатності таких стержнів Т (МН) можна рекомендувати більш точну емпіричну формулу

де R _зм90 = 3 Мпа — розрахунковий опір поперечному місцевому зминанню у вузлових з'єднаннях конструкцій;

К_зм = (1—0,025) l / d —коефіцієнт нерівномірності напруг зминання.

З'єднання на поперечно вклеєних сталевих стержнях з великим ефектом застосовуються в опорних і проміжних вузлах конструкцій. При цьому виключається робота деревини елемента на зминання поперек волокон і розміри з'єднань істотно зменшуються.

Загальні відомості

Залежно від призначення будівлі захисні конструкції роблять неутепленими або утепленими. Перші призначені для захисту будівель від атмосферних опадів, опадів та сонячних променів; другі мають забезпечити належну термоізоляцію приміщень. Теплопровідність і теплостійкість захисних конструкцій визначають їхнім теплотехнічним розрахунком.

Дерев'яні настили є несучими елементами дерев'яних покриттів. На їхнє виготовлення витрачається більша частина деревини, використовуваної при спорудженні дерев'яних покрить. Ощадливе проектування дерев'яних настилів багато в чому визначає економічну ефективність покриття в цілому. Настили служать основою водо- і теплоізоляційних шарів покриття.

Рис. 4.1. Дощаті покриття: а — неутеплене під рулонну покрівлю; б— те ж, утеплене; в — неутеплене риштування під азбестоцементну покрівлю;

г — те ж, утеплене; 1 — настил; 2 — рулонна покрівля; 3 — азбестоцементна покрівля; 4 — утеплювач; 5 — пароізоляція.

 

Конструкція настилу залежить від типу покрівлі і теплоізоляційних властивостей покриття (рис. 4.1). При рулонній покрівлі настил повинен мати суцільну рівну дощату чи фанерну поверхню, на яку безпосередньо можна наклеювати рулонний килим. Утеплювач при цьому може бути твердим і розташовуватися поверх настилу під покрівлею чи бути м'яким і розташовуватися в порожнинах, як у клеєфанерних плитах.

При поштучних покрівельних матеріалах у виді хвилястих листів азбестоцементу, металопрофілю чи черепичних плиток настил повинен мати для них окремі опори у виді дощок чи брусів риштування відкритих ребер клеєфанерних плит. Утеплювач при цьому може бути м'яким і розташовуватися між брусками риштування чи між ребрами клеєфанерних плит. З такою покрівлею особливо ефективне застосування дерев'яних покрить, тому що вона паропроникна, сприяє висиханню деревини і перешкоджає її загниванню.

Дерев’яні настили поділяються на слідуючі основні види — дощаті, клеєфанерні і пластмасові.

Дощаті настили

Дощаті настили можуть виготовлятися як у цехах деревообробних підприємств, так і в невеликих майстерних будівельних майданчиків. Для їхнього виготовлення може застосовуватися деревина 2-го і 3-го сортів, оскільки місцеві дефекти настилів не знижують міцності покриття в цілому.

Розріджений настил, або лати – це несуцільний ряд дощок, покладених із кроком, обумовленим типом покрівлі і розрахунком. Зазори між краями дощок для їхнього кращого провітрювання повинні бути не менш 2 см. Для прискорення монтажу цей настил доцільно збирати з заздалегідь виготовлених плит, щитів, з’єднаних знизу поперечками і розкосами, з габаритними розмірами, ув’язаними з розміщенням опорних конструкцій з урахуванням умов транспортування.

Подвійний перехресний настил (рис. 4.2, а) складається з двох шарів: нижнього — робочого і верхнього — захисного. Робочий настил являє собою розріджений а