Складені балки на піддатливих зв’язках

Складені балки з брусів чи колод без поздовжніх стиків, які скріплені по висоті дерев'яними вкладишами (рис. 5.5). Вони мають довжину до 6м і застосовуються як однопролітні балки покриттів будинків та в мостах невеликих прольотів.

Складені балки на пластинках, запропоновані В. С. Деревягіним, складаються з двох чи трьох брусів по висоті, з'єднаних пластинками з твердої дубової чи березової деревини, що вставляються в пази в зімкнутих кромках брусів При виготовленні цих балок їм додається невеликий згин, завдяки чому пластинки міцно защімляються в пазах. Пластинки працюють на зріз і зминання поперек волокон.

Рис. 5.5. Складені брущаті балки на податливих з'єднаннях: а-на пластинках; б-на шпонках; в-схема роботи;

1-бруси; 2— пластинки дубові чи березові; 3 — шпонки з деревини брусів; 4 — болти

 

Складені балки на шпонках і колодках складаються з брусів чи колод, з'єднаних по висоті короткими дерев'яними вкладишами з такої ж деревини, що і самі балки. Колодки є більш товстими, чим шпонки, і забезпечують виникнення між елементами балки природно вентиляційних зазорів. Волокна деревини шпонок і колодок мають той же напрямок, що і волокна деревини елементів балки. Шпонки і колодки працюють і розраховуються на сколювання і зминання вздовж волокон. Поперечний розпір у цих балках, що виникає в результаті ексцентриситету сил зсуву сприймається болтами, що працюють і розраховуються на розтягання.

Розрахунок складених балок із брусів і колод проводиться по несучій здатності при згині з урахуванням піддатливості їх з'єднань, у результаті якої їх несуча здатність зменшується в порівнянні з суцільнодерев’яними і клеєдерев’яними балками. Перевірка нормальних напружень в балках при згині проводиться по формулі:

 де W = bh ² / 6 — момент опору умовно cуцільного перерізу балки повної висоти;

K _w — коефіцієнт піддатливості з'єднань має значення менші одиниці і залежить від числа елементів, що з'єднуються, прольоту балки і приймається згідно будівельних норм. Наприклад, при балці з двох брусів прольотом 6м K _w = 0,9.

Розрахунок складених брущатих балок по прогинах розраховується по тій же формулі, що і суцільних елементів, що згинаються. Збільшення їх прогинів у результаті піддатливості з'єднань враховується коефіцієнтом зниження їх жорсткості К_ж до моменту інерції перерізу І₁, що приймається згідно будівельних норм. Наприклад, для балки з двох брусів прольотом l =6 м - К_ж =0,75.

Дерев'яні стійки

Дерев'яні стійки можуть бути суцільнодерев’яними, складеними і клеєдерев’яними.

Суцільнодерев’яні стійки - це бруси, товсті дошки, колоди круглого або окантованого перерізу. Вони застосовуються у вигляді опор покриттів, навісів, робочих площадок, платформ, елементів каркаса дерев’яних стін огороджень, вертикальних стержнів наскрізних конструкцій, опор ліній електропередач і зв'язку.

Розміри суцільнодерев’яних стійок і їх несуча здатність обмежена сортаментом лісоматеріалів. Довжина їх не повинна Перевищувати 6,4 м, а розміри перерізів практично не перевищують 20 см. Великі довжини і перерізи мають стійки ліній электропередач, виготовлені з лісоматеріалів, спеціально призначених для них.

Рис. 5.6 Складені брущаті стійки: а-суцільна; б-наскрізна з прокладками; в.-схема роботи;. 1-бруси; 2 -болти; 3 -прокладки

 

Складені стійки виготовляються з суцільних брусів чи з товстих дощок, з'єднаних по довжині болтами або цвяхами. Стержні складених стійок з'єднуються пластями впритул або мають між ними зазори, виконувані за допомогою коротких дощатих чи брущатих прокладок. Довжини складених стійок, як і суцільнодеревяних, не перевищують 6,4 м.

Розрахунок складених стійок проводиться на стиск і стійкість по формулі (2.5) у двох площинах. Розрахунок щодо матеріальної осі, що проходить через центри перерізів обох елементів стійки, проводиться як стійки суцільного перерізу шириною, рівній ширині перерізу обох брусів. Піддатливість з'єднань при цьому на несучу здатність стійки не впливає і не враховується.

Розрахунок стійки щодо вільної осі, що проходить поза перетинами брусів, проводиться з врахуванням того, що її гнучкість значно вища, а несуча здатність нижча, ніж стійки суцільного перерізу подвійної висоти.

Клеєдерев’яні стійки (рис. 5.7) є конструкціями виключно заводського виготовлення. Їхні форми і розміри можуть бути будь-якими і визначаються тільки призначенням, величинами діючих навантажень, розрахунком і не залежать від обмежень сортаменту дощок, застосовуваних для їхнього склеювання. Розміри перерізів можуть перевищувати 1м, а їх довжин-досягати 10м;

Клеєдерев’яні стійки можуть мати квадратні і прямокутні постійні перерізи, перемінні і східчасті по довжині. Трудомісткість виготовлення і вартість цих стійок значно вища, ніж суцільнодерев’яних, але вони можуть мати значно більшу несучу здатність. 

Розрахунок такої стійки в напрямку більшої висоти перерізів у площині дії вітрових навантажень виконується на стиск із згином по формулі (2.11). Розрахункова довжина стійки, яка защімлена на опорі і має вільний верхній кінець, приймається l _р = 2,2 l. Якщо вільний кінець стійки шарнірно закріплений у площині покриттів від горизонтальних зсувів, то її розрахункова довжина приймається l _р = 0,8 l.

Рис. 5.7. Клеєдерев’яні стійки: а — постійного квадратного перерізу; б-постійного прямокутного перерізу;

в-перемінного прямокутного перерізу

 

Розрахунковий опір деревини 2-го сорту стиску при ширині перерізу b > 13 см приймається R_c =15 Мпа, причому враховуються коефіцієнти умов роботи т_н і т_ш. Коэфіцієнт т_н =1,2 враховує короткочасність дії вітрового навантаження.

Стійка перевіряється на стійкість плоскої форми деформування. При цьому її розрахункова довжина приймається рівною відстаням між її кріпленнями вертикальними зв’язками. При цьому розрахункова довжина l ₁ приймається рівною відстані між закріпленнями стійки в цьому напрямку вертикальними зв'язками.

Перевірка опорного кінця стійки на сколювання від поперечної сили виконується по формулі (2.16).

Жорсткі кріплення опорного кінця стійки до фундаменту виконуюються з застосуванням анкерних столиків, похило вклеєних стержнів, клеєдерев’яних накладок або інших з'єднань.

Жорстке кріплення з анкерними столиками (рис. 5.8) складається з чотирьох сталевих столиків, прикріплених в крайніх зонах стійки болтами, і чотирьох анкерів із пруткової сталі, замонолічених у бетоні фундамента. Це з'єднання дозволяє підтягувати гайки анкерів у процесі експлуатації будинку і при необхідності заміняти стійки

Жорстке кріплення стійки і фундаменту з вклеєними сталевими стержнями складається з двох груп коротких арматурних стержнів, вклеєних у деревину крайніх зон перерізу стійки і замонолічених зовнішніми кінцями в анкерних гніздах фундамента. Це з'єднання відрізняється простотою, невеликою трудомісткістю і твердістю, але воно не дає можливості заміни стійки.

Рис 5.8 Жорсткі обпирання клеєдерев’яних стійок перемінного перерізу: а- кріплення з анкерними столиками; б-кріплення з вклеєними сталевими стержнями;

1 — анкерні столики; 2 — анкери; 3 — болти; 4 — вклеєні арматерні стержні

 

Розрахунок жорстких кріплень стійки до фундаменту виконується на дію максимальної сили, що розтягує, N _р. Вона виникає від дії максимального згинаючого моменту в опорному перерізі М _д і визначається з урахуванням подовжньої сили N_р по формулі N_р=М _д/ е - N/ 2. Тут е = h - h ₀ — плече пари внутрішніх сил.

Розрахунок жорсткого кріплення стійки до фундаменту з анкерними столиками полягає в наступному. Необхідне число болтів кріплення двох столиків до стійки з врахуванням їх симетричної двохзрізної роботи між металевими накладками визначається по формулі (3.2). Необхідний переріз анкерів по нарізці, що з'єднують стійку з фундаментом і працюють на розтягання, визначається по формулі (3.1).

Розрахунок жорсткого кріплення стійки до фундаменту вклеєними стержнями полягає у визначенні числа стержнів, що працюють на висмикування растягуючою силой. При цьому несуча здатність стержня визначається в залежності від його діаметра d, глибини вклеювання в деревину l і розрахункового опору сколюванню R _ск по формулі (3.4).

Розділ 6 ДЕРЕВ'ЯНІ АРКИ

Конструкції арок

Дерев'яні арки є розповсюдженими основними несучими конструкціями дерев’яних покриттів будинків різного призначення. Вони застосовуються в покриттях виробничих промислових, сільскогосподарських і громадських будівель, що мають прольоти 12...80 м. В практиці закордонного будівництва застосовуються дерев'яні арки з прольотами до 100 м і більше. Їх виготовляють шляхом склеювання синтетичними клеями гнутих і прямих клеєдерев’яних елементів значних довжин і перерізів необхідної несучої здатності. Конструкції клеєдерев’яних арок є простими, складаються з мінімального числа елементів. Істотне значення має також архітектурна виразність дерев'яних аркових покриттів. До переваг дерев'яних арок із клеєдерев’яних елементів варто також віднести їхню підвищену межу вогнестійкості і досить тривалий опір загниванню і руйнуванню в хімічно агресивних середовищах.

Сегментні клеєдерев’янні арки з клеєних елементів заводського виготовлення без затяжок (рис. 6.1, а, поз. 1) мають значну висоту, яка досягає половини довжини їхнього прольоту, спираються, як правило, безпосередньо на фундаменти і застосовуються в покриттях громадських однопролітних будівель без стін. Невисокі сегментні клеєдерев’яні арки без затяжок, що мають висоту, рівну біля 1/6 довжини прольоту, використовують переважно в покриттях середнього найбільшого прольоту трьохпролітних громадських будівель. Вони спираються на елементи несущого каркаса бічних прольотів, що сприймають їхній вертикальний і горизонтальний опорні тиски.

Сегментні клеєдерев’яні арки з затяжками (рис. 6.1, а поз. 2) мають невеликі прольоти і висоту порядку 1/6 довжини прольоту. У більшості випадків вони мають трьохшарнірні схеми. При малих прольотах ці арки виготовляють двохшарнірними, що зменшує трудомісткість їхнього монтажу. Верхні пояси цих арок, як правило, мають ширину перерізів, яка не перевищує 17 см, і виготовляються без поперечних стиків дощок по кромках.

Затяжки цих арок у більшості випадків виготовляються зі сталевих кутників або арматурних стержнів, які від провисання підтримуються сталевими прутковими підвісками. Нижні пояси арок можуть бути також клеєдерев’яними. Це значно підвищує жорсткість їх при транспортуванні й установці в повнозбірному вигляді.

Сегментні клеєдерев’яні арки з затяжками застосовуються як основні несучі конструкції звичайних дерев'яних покриттів будинків зі стінами, на каркас яких вони передають тільки вертикальні опорні тиски тому, що ці арки не мають розпору. До арок може кріпитися легка підвісна стеля. При цьому ховаються затяжки і поліпшується архітектурна виразність приміщень, що покриваються.

Рис. 6.1. Клеєдерев’яні арки: а-сегментні; б — трикутні; в — стрілчасті; 1— без затяжок; 2— із затяжками

 

Стрільчасті клеєдерев’яні арки (рис.6.1, в) завжди мають трьохшарнірні схеми, як правило, без затяжок. Вони складаються з двох напіварок кругового обрису осей і мають прольоти 18...80 м. Висота стрілчастих арок близька до половини довжини їхніх прольотів. При менших прольотах ці арки мають перетин шириною не більше 17 см без поперечних стиків дощок, а при великих прольотах їх перерізи мають велику ширину і складаються з дощок, які стикуються по ширині.

Трикутні клеєдерев’яні арки можуть бути тільки трьохшарнірними з затяжками або без них. Довжина прольоту цих арок звичайно не перевищує 30 м. Вони простіші у виготовленні, ніж сегментні тому, що складаються з прямих напіварок. Такі арки можуть бути основою плоских настилів двосхилої азбестоцементної покрівлі, найбільш раціональної для дерев'яних покриттів. Основним недоліком трикутних арок є виникнення в їхніх перерізах значних згинальних моментів від основних розподілених навантажень, ніж у перерізах сегментних арок. Це обмежує довжини їхніх прольотів.

Трикутні клеєдерев’ні арки без затяжок (рис. 6.1, б, поз. 1) мають у більшості випадків висоту, близьку до половини довжини їхнього прольоту. Особливо раціональне застосування цих арок у покриттях складських будинків трикутного профілю без стін, де арки спираються безпосередньо на фундаменти.

Трикутні клеєдерев’ні арки з затяжками (рис. 6.1, б, поз. 2 ) мають висоту порядку 1/6 довжини прольоту. Перерізи їхнього верхнього пояса звичайно мають ширину, що не перевищує 17 см. Затяжки цих арок у більшості випадків виготовляються з кутиків чи арматурної сталі і підтримуються від провисання прутковими стальнимими підвісками. Нижні пояси малопролітних клеєдерев’них арок доцільно виконувати теж клеєдерев’ними.

Трикутні суцільнодерев’ні арки мають трьохшарнірну схему і затяжки. Їхні прольоти не перевищують 12 м, а висота рівна 1/4... 1/6 довжини прольоту. Верхні пояси цих арок виготовяються з суцільних брусів чи колод, а затяжки зі металевої арматури або брусів, з’єднаних між собою по довжині при допомозі дерев’яних накладок і болтів.

 Дощаті суцільнодерев’яні арки мають трьохшарнірну схему, трикутну форму осі і дощаті нижні пояси. Вони використовується при прольотах до 12 м і висоті порядку 1/6 прольоту. Нижній пояс цих арок складається, як правило, із двох дощок, з одним подовжнім стиком у середині прольоту. Верхній пояс — із двох товстих дощок із прокладками і зазором, рівним їх товщині. Ці арки застосовуються в двосхилих покриттях тимчасових будинків.

Вузлові зєднання дерев'яних арок є опорні та конькові.

Опорні вузли клеєдерев’яних арок без затяжок (рис. 6.2) виконуються в більшості випадків за допомогою сталевих зварних башмаків. Опорний башмак арок малих і середніх прольотів включає опорний лист з отворами для анкерних болтів і дві вертикальні фасонки з отворами для болтів кріплення опорного кінця напіварки, що спираються лобовими упорами в опорний лист. Зазор між фасонками рівний ширині перерізу напіварки.

 Опорні вузли клеєдеревяних арок із затяжками (рис. 6.3) виконуються також, як правило, із застосуванням сталевих башмаків, конструкція яких враховує те, що ці арки спираються на горизонтальні поверхні опор і мають сталеві затяжки.

Рис. 6.2. Опорні вузли клеєдерев’яних арок без затяжок а — сегментної; б — трикутної; в —велилопролітної;

1 — арка; 2 — сталевий башмак; 3 — болт; 4 — зварювання; 5 — анкер; 6 — шарнір

 

Опорні вузли клеєдеревяних арок невеликих прольотів з клеєдеревяними нижніми поясами можуть виконуватися також без сталевих башмаків. Пояса арок в опорному вузлі можуть бути з'єднані за допомогою вклеєних стержнів зі сталевої арматури. Ці стержні вклеюються в нижній пояс арки уздовж волокон деревини.

_____ _____ _____

Рис. 6.3. Опорні вузли арок із затяжками: а - вертикальною діафрагмою; б- похилою діафрагмою;

1- башмаки- 2 арки; 3— затяжки;4— анкери; 5 — діафрагма; 6-болт; 7 — зварні шви; 8- опорний лист

 

Конькові вузли клеєдерев’яних трьохшарнірних арок (рис. 6.4) виконуються з застосуванням сталевих кріплень чи дерев’яних накладок і болтів. Сталеве кріплення конькового вузла (рис. 6.4, а) складається з упорного листа і двох фасонок.

 Рис. 6.4. Конькові вузли клеєдеревяних арок: а - зі сталевими кріпленнями; б - з дерев'яними накладками; в - із шарніром;

1- напіварка; 2 -сталеве кріплення; 3-болт; 4-дерев'яна накладка; 5- шарнір

 

Клеєдерев’яні накладки в конькових вузлах арок (рис.6.4, б) мають товщину, порядку 10 см і кріпляться до кінця кожної напіварки подвійними болтами, найближчими до центра вузла, і одиночними болтами в кінцях накладок. Конькові вузли арок, що працюють у хімічно агресивному середовищі, можуть виконуватися за допомогою вклеєних сталевих стержнів. Конькові вузли багатопролітних трьохшарнірних клеєдерев’яних арок виконуються у вигляді стальних башмаків з плитковими або валиковими шарнірами. Опорні вузли арок з брусів при таких же нижніх поясах можуть виконуватися за допомогою лобових врубок.

Розрахунок дерев'яних арок

Геометричний розрахунок арки полягає у визначенні всіх необхідних для статичного розрахунку розмірів кутів нахилу і їх геометричних функцій. Через те, що арки мають симетричні схеми, такий розрахунок досить зробити тільки для однієї, звичайно лівої половини схеми. Розраховувати зручно в прямокутній системі координат з початком у центрі лівого опорного вузла (рис. 6.5, а). Однак можливе використання для цієї мети і полярної системи координат. Основними вихідними величинами є її проліт l і висота f, а в стрілчастій арці також радіус напіварок r.

Геометричний розрахунок трикутної арки полягає у визначенні кута нахилу осі арки a, довжини осі напіварки s і координат х и у, що знаходяться з виразів

Геометричний розрахунок сегментної.арки полягає у визначенні радіуса її осі r, центрального кута дуги напіварки j, довжини осі напіварки s, координат перерізів х и у і кутів нахилу дотичних а_п до осі в цих перерізах, що визначаються з виразів:

Геометричний розрахунок стрілчастої арки полягає у визначенні наступних величин: кута нахилу хорди а, довжини хорди l _х, центрального кута осі j, довжини осі s, кута нахилу першого радіуса φ_о, координат центра b и с, координат перерізів х и у, координат перерізів по хорді z, кутів нахилу дотичних до осі a _п, відстані її від середнього радіуса до центра правої опори. Ці величини визначаються з наступних вирзів:

Розрахункові навантаження, що діють на арки, містять у собі навантаження постійні від власної ваги всіх елементів покриття, ваги арки і стаціонарного підвісного устаткування, тимчасові розподілені від ваги снігу, тиску й відсоса вітру і тимчасові зосереджені від ваги рухомого устаткування. Вони визначаються відповідно до норм ДБН В.1.2 – 2; 2006 «Навантаження і впливи» (див. § 1.2).

Розподілені навантаження визначаються з урахуванням кроку розміщення арок В. Вони є лінійними і їх зручно обчислювати в кН/м, зосереджені навантаження — в кН.

Постійне навантаження g умовно, у невеликий запас міцності, вважається рівномірно розподіленої по довжині прольоту арки, для чого її фактичне значення збільшується на відношення довжини арки до її прольоту, тобто 2 s / l.

Рис. 6.5. Геометричні схеми напіварок: а — сегментної; б — стрілчастої

 

Снігове навантаження s на трикутні і стрілчасті арки даються в нормах умовно рівномірно розподілені по довжині прольоту арки, розташованої на всьому прольоті чи на напівпрольотах. Снігове навантаження на сегментні арки можуть бути рівномірно розподіленої по всьому прольоті чи його половинам і залежить від відношення довжини прольоту до його висоти — l /( 8 f). Це навантаження s ₁ може бути також трикутної з максимальними значеннями над опорними вузлами і нульовими в коньку в залежності від відношення висоти арки до прольоту f / l.

Вітрове навантаження w дається нормами рівномірно розподіленої по довжині верхнього пояса арки. На пологі трикутні і сегментні арки вона діє у виді вітрового відсоса w_- і, як правило, не враховується в розрахунку, тому що вона майже не збільшує зусиль, що діють у перерізах цих арок. На відносно високі сегментні трикутні і стрілчасті арки вітрове навантаження діє у виді тиску w₊ на підвітрову сторону й відсоса w_- на завітряну, звичайно близьких за значенням. На стрілчасті арки вітрове навантаження може прийматися умовно рівномірно розподілене по довжині хорд напіварок. При розрахунку цих арок вітрове навантаження обов'язково враховується, тому що вона істотно збільшує зусилля в їхніх перерізах. Зосереджені навантаження від підвісного устаткування з вантажами Р приймаються відповідно з даними технологічної частини розрахунку.

Статичний розрахунок арок (рис. 6.7) проводиться в наступному порядку. Визначають діючі на арку розрахунокові навантаження. Потім обчислюють опорні реакції — вертикальну R и горизонтальну Н — і діючі в перерізах арки зусилля — згинальні моменти М, поздовжні N і поперечні Q сили.

Визначення зусиль у перерізах арок проводиться з врахуванням того що трьохшарнірні арки є статично визначеними конструкціями. Двухшарнірні арки один раз статично невизначені. Однак розрахунок їх як трьохшарнірних дає в більшості випадків результати, досить близькі до розрахунку з врахуванням їхньої статичної невизначеності.

Рис 6.6. Схеми роботи і епюри згинальних моментів в січеннях арок: а-схеми роботи;

б- моменти в сегментних арках; в-моменти в стрільчатих арка

 

Зусилля в перерізах,.арок -згинальні моменти М, поздовжні N і поперечні Q сили визначаються в залежності від навантажень, координат перерізів х и у і кутів нахилу а дотичних до осі у цих перерізах. Наприклад, при рівномірному сніговому навантаженні s на лівому напівпрольоті арки М_х, N_х і Q_x визначаються за формулами

Згинальні моменти варто визначати у всіх перерізах лівої напіварки й ілюструвати їх епюрами моментів (див. рис. 6.6). Поздовжні і поперечні сили можна визначати тільки в опорному і коньковому шарнірах сегментних арок, де вони досягають найбільших значень.

Конструктивний розрахунок дерев'яних арок проводиться на дію максимальних зусиль -згинаючих моментів М, поздовжніх N і поперечних Q сил, при найбільш несприятливих поєднаннях розрахункових навантажень.

Верхні пояса арок розраховуються на стиск із згином і сколювання, а нижні пояси — на розтяг.

Підбір перерізу верхнього поясу клеєдерев’яної арки може проводитись в наступному порядку. Спочатку можна задатися шириною прямокутного перерізу b в відповідності із шириною досок сортаменту пиломатеріалів і з врахуванням їх острожки по кромках. Так, як розміри верхнього поясу більшою мірою залежать від згинаючого момента, можна визначити необхідний момент опору W _н і необхідну висоту перерізу h _н, виходячи з формули згину, в якій вплив поздовжньої сили можна враховувати коефіцієнтом 0.8

 Потім висоту перерізу варто пов’язати з товщиною дощок d, із яких склеюється арка після їх острожки. Перевірка нормальних стискаючих напруг у перерізах проводиться по формулі (2.16):

де M _д= М/ ξ; ξ =1- N l ² /( 3000 RcA).

Тут N — поздовжня сила, яка діє в перерізі з максимальним згинальним моментом; l _р - розрахункова довжина арки: при розрахунку сегментної арки – l _р =0,580 2σ=1,16σ; при розрахунку трикутної і стрілчастої арок - l _р = σ,  де s-довжина піварок. Розрахунковий опір стиску повинний прийматися з врахуванням висоти перерізу т_б,вітру т_п і товщини досок т_ш.

Перевірка сколюючих напружень проводиться в кінцях арки по формулі (2.20). При ексцентричному опиранні прямої піварки частиною торця в чисельник цієї формули вводиться коефіцієнт, що враховує концентрацію сколюючих напружень К_ск. При висоті торця напіварки h _т, рівному половині висоти перерізу арки, К_ск. = 2. Підбір перерізу нижнього пояса чи затяжки і перевірка напружень у їхніх перерізах проводиться по формулам розрахунку на розтяг дерев'яних чи стальних элементів.

Розрахунок на стійкість плоскої форми деформування верхнього пояса необхідний при розрахунку клеєдерев’яних арок, що мають переріз пояса значної висоти h при відносно малій щодо його ширині b. Цей розрахунок повинний виключати небезпеку виходу поясу з вертикальної площини до момента втрати ним несучої здатності по міцності. Верхні пояса арок закріплюються від виходу з вертикальної площини скатними зв'язками в точках, відстані між якими називаються розрахунковою довжиною l _р. Ці зв'язки, як правило, розташовуються біля верхніх кромок арок.

При дії від’ємних згинальних моментів верхня зона арки виявляється розтягнутою і закріпленою зв'язками, а нижня зона — стиснутою і не закріпленою. У цьому випадку небезпека втрати стійкості плоскої форми деформування вища, ніж при додатніх згинальних моментах, коли закріпленою зв'язками виявляється стиснута зона арки і її перевірка більш необхідна.

Стійкість плоскої форми деформування верхнього пояса сегментної клеєдерев’ної арки, що має площу перерізу А = b / h, момент опору W = bh ² / 6, довжину напіварки s, центральний кут її осі — α _р (рад) і закріпленого з площини скатними зв'язками поверху з кроком l _р, на яку діє поздовжня сила N і від’ємний згинальний момент М _д, проводиться по формулі

де φ_y,φ_м — коефіцієнти стійкості: φ_y= 3000/λ_y²; λ_y= s /(0,29 b); φ _м =140 b ² / (l _р h) K _ф , при K _ф = 1,13

Розрахунковою довжиною напіварки з її площини є довжина її осі σ.

Якщо умова формули (6.6) не дотримується, крок скатних зв'язків повинний бути зменшений або необхідні додаткові зв'язки, що закріплюються з площини, нижню зону напіварки.

Опорний вузол клеедерев’яної арки без затяжки перевіряється за міцністю деревини при зминанні за формулою (2.19). В опорному вузлі сегментної чи стрілчастої арки торець напіварки перпендикулярний її осі, поздовжня сила N діє уздовж волокон деревини при куті зминання α = 0, і розрахунковий опір зминанню є максимальним, рівним розрахунковому опору стиску R _с. В опорному вузлі трикутної арки торець напіварки звичайно перпендикулярний поздовжній і поперечній силі . Ця поздовжня сила діє під кутом до волокон деревини, визначеним з виразу tg α = Q / N, і розрахунковий опір зминанню R _{зм a} відповідно дещо нижче і визначається по формулі (2.18).

Число болтів кріплення кінця сегментної і стрілчастої арок до бічних фасок башмака визначається по величині поперечної сили Q як двох зрізних, що працюють симетрично при сталевих накладках під кутом α= 90° до волокон деревини. В опорному вузлі трикутної арки, де рівнодіюча сил N i Q діє перпендикулярно торцю напіварки, поперечня сила відсутня і болти кріплення приймаються конструктивно.

Опорний лист башмака працює на згин як балка на пружній оснолві. Максимальний згинальний момент в його перерізі при розрахунковій ширині b = 1 см визначається по наближеній формулі

де q _1, q ₂ дорівнюють тиску торця напіварки і реактивному тиску фундамента, а l ₁ і l ₂ рівні відповідно довжині листа при ширині перерізу арки.

Необхідна товщина опорного листа d визначається з виразу . Анкерні болти розраховуються на зріз і зминання при дії поперечних сил по нормах проектування сталевих конструкцій. Поверхня опор розраховується на зминання від дії поздовжніх сил N.

Опорний вузол сегментної чи трикутної деревяної арки з затяжкою з двох сталевих кутиків (див. рис. 6.3, а) розраховується за міцністю при двох похилих лобових упорах торця напіварки в елементи башмака. Нижня горизонтальна площа упора А _г розраховується на зминання від дії на неї через опорний лист вертикальної опорної реакцій R по формулі s = R /А_г<= R _зма, де розрахунковий опір зминанню визначається при куті нахилу дотичної осі арки α =α₀ Вертикальна площина упора А _в розраховується на зминання діафрагмою від горизонтального зусилля в затяжці по формулі s = R /А_г<= R _сма, де кут α =90⁰-a₀. Розрахункові опори зминанню визначається в відповідності зі значеннями цих кутів по формулі (2.12).Опорний лист цього башмака працює на згин як сталева пластина, обперта по трьох сторонах з консолями на реактивний тиск опори і вертикальний тиск торця напіварки. Діафрагма працює і розраховується на згин як сталева пластина обперта по трьох сторонах на горизонтальний тиск торця піварки.

В опорному вузлі з похилою ребристою діафрагмою (рис. 6.3, б) торець напіварки перевіряється на зминання силою N вздовж волокон деревини. Число двухзрізних болтів визначається по величині поперечної сили Q, а діафрагма розраховується на згин від тиску торця напіварки, як балка прольотом, рівним відстані між бічними фасонками башмака. Довжини зварних швів, що з'єднують елементи башмака, кріплення до нього накладок затяжки розраховують з врахуванням ростягуючої сили в затяжці за нормами проектування стальних конструкцій. Анкерні болти арок із затяжками не сприймають розпору і є конструктивними.

Опорний вузол арки з клеедерев’яною затяжкою і з'єднаннями на вклеєних сталевих стержнях розраховується на зусилля розтягання в затяжці відповідно до несучої здатності вклеєних сталевих стержнів, що визначається по формулі (3.10). Опорна площа горизонтального торця кінця напіварки розраховується на зминання під кутом α= 90°-α_о (де α_о — кут нахилу дотичної до осі напіварки в центрі вузла) і на тиск опорної реакції. При збірній конструкції цього вузла вертикальна площа кінця напіварки перевіряється на зминання, сталева шайба — на згин від тиску зусилля в нижньому поясі арки, а кінці вільних тут стержнів з нарізками перевіряються на розтягання.

Розрахунок конькових вузлів сегментних, трикутних і стрілчастих клеєдерев’яних арок великих прольотів проводиться аналогічно опорних з врахуванням їх конструкції. Розрахунок конькових вузлів клеєдерев’яних і брущатих малопролітних арок з накладками з товстих дощок або клеєдерев’яними і з болтовими кріпленнями (див. рис. 6.4, б) проводиться на зминання торців напіварок поздовжніми силами N. Необхідне число з’єднувальних болтів визначається при дії поперечної сили Q. При цьому кожна половина накладки умовно вважається консольною балкою прольотом l, рівним відстані між рядами болтів, і консоллю а, рівної відстані крайнього ряду болтів від осі вузла, де діє поперечна сила Q. При цьому в найближчому до осі вузла болтів виникає зусилля R ₁ = Q (l + a)/ l, а в дальньому - R ₂ = Qa. По цих зусиллях визначаються необхідна кількість болтів з врахуванням того, що вони працюють під значними кутами до волокон деревини як двохзрізні і симетричні. У найближчому до осі вузла ряду ставляться звичайно два болти, а в більш дальньому — один болт. Самі накладки працюють на згин з запасом міцності.

Розділ 7 ДЕРЕВ'ЯНІ РАМИ

Конструкції дерев'яних рам

Рами є одним з основних класів несучих дерев’яних конструкцій. Їхня форма цілком відповідає большості виробничих і громадських споруд. Вертикальні стійки і похилі ригелі служать основами для настилів покритів і обшивок стін. Однак рами вимагають більшої витрати деревини на виготовлення, ніж арки, оскільки форма їх осей менше відповідає закономірностям діючих в них розподілених і особливо зосереджених навантажень. У вітчизняному будівництві в основному застосовують однопролітні двосхилі рами при прольотах 12...24 м, можуть бути до 60 м. Дерев'яні рами можна розділити по ряду признаків.

По статичним схемам дерев'яні рами можуть бути статично визначними й один раз статично невизначеними.

Трьохшарнірна рама (рис. 7.1, а) є статично визначеною. Перевагою цієї схеми є незалежність діючих у її перерізах зусиль від осідання фундаментів і відносна простота рішень шарнірних опорних вузлів. До недоліків відноситься виникнення великих згинальних моментів у карнизних перерізах чи вузлах.

Рис 7.1. Статичні схеми дерев'яних рам: а—трьохшарнірна; б—двухшарніирна жорстко обперта; в-двухшарнірна шарнірно обперта

Двухшарнірна схема з жорсткими опорними вузлами (рис. 7.1, б) є один раз статично невизначеною. Перевагами цієї схеми є відсутність згинальних моментів у шарнірних з'єднаннях ригеля зі стійками. Це спрощує їхню конструкцію і дає можливість застосування як ригеля клеєдеревяних балок, арок із затяжками, сегментних і трикутних ферм. Недоліками цієї схеми є наявність жорстких опорних вузлів, у яких діють згинальні моменти і конструкції яких складніше шарнірних, а також залежність величин зусиль у таких рамах від просідань опор.

Двухшарнірная схема із шарнірними опорними вузлами (рис. 7.1, в) теж один раз статично невизначена. Перевагами цієї рами є відсутність згинальних моментів у шарнірних опорних вузлах, що дозволяє просто вирішувати їхню конструкцію, і можливість застосовувати як ригель клеєдерев'яні балки і ферми, що мають опорні стійки, наприклад п’ятикутні. Недоліком цієї схеми є наявність жорстких карнизних вузлів, у яких діють згинальні моменти, що ускладнюють їх конструкцію.

По конструкції поперечного перерізу дерев'яні рами поділяються на клеєдерев’яні, суцільнодерев'яні і клеєфанерні. Трьохшарнірні клеєдерев'яні рами заводського виготовлення є одним з основних видів дерев'яних рам. Вони бувають беспідкосними і можуть мати від двох до чотирьох підкосів (рис. 7.2). Елементи цих рам мають прямокутні клеєдерев’яні перерізи До недоліків ломаноклеєної рами відноситься те, що їх важко транспортувати, деревина в зоні перелому осі і зубчатого стику, де діють максимальні згинальні моменти, працює на нормальні напруження від стиску з згином під значним кутом до напрямку волокон.

Рис. 7.2. Клеєдеревяні трьохшарнірні рами: а — гнутоклеєная; б — ломаноклеєная; в — четирьохпідкосна;

г — двопідкосна; д -із внутрішніми опорними підкосами; е — із зовнішніми опорними розкосами

 

Гнутоклеєна трьохшарнірна рама (рис. 7.2, а) складається з (напіврам Г-образної форми прямокутного перемінного перерізу, вигнутих при вигот