Сплошные дощато-клееные балки. Конструирование и расчёт

Широко распространены составные балки, изготовл-е из мелких эл-тов из древесины более низких сортов и менее ценных пород, фанеры, синтетич. и др. м-лов, повышающих их нес. способ-ть. Клееные балки из досок и фанеры, склеенные синтетич. кле­ем, явл-ся осн. видом составных балок заводского изготов­л-я. Размеры и форма сеч-й клееных балок м.б. практи­чески любыми независимо от сортамента. Древесина клееных балок после искусств. сушки и фанера дольше сопротивл-ся загниванию, чем древесина др. к-ций. Клеевые сое-я, жесткие и стойкие против увлаж-я, обеспеч. монолитность. Балки крупных сеч-й имеют достаточный предел огне­стойкости.

а — типы балок; б — типы сечений; в — размещение стыков; г — размещение досок по качеству; / — односкатная балка; 2 — двускатная; 3 — ломаная; 4 — гнутая; 5 — пря­моугольное сечение из цельных досок; 6 — то же, из стыкованных по ширине досок; 7 — рельсовидное сечение; 8 — двутавровое сечение; 9 — зубчатые стыки

При проекти-и клееных балок необх. вып-ть условия: в _ст≥ в _n/2; h/ в≤ 6; h_ст/ в _ст≤6; h/ в _n ≤ 6; h_ср/ в≤ 8,5(для двускатных балок). Доски располаг. по сортам, в крайних зонах 1 и 2, кол-во не менее 2. Толщина досок не должна превышать 3,5см (до острожки), 2,0 см - для криволин-х балок. При изготовл-и балок из разных пород древесины рекоменд.: а) поперечное – прямоуг.; б) в нижнюю растянутую зону высотой не менее 0,15h укладывают доски из пород древесины, обладающей прямолинейной структурой волокон и высокой прочностью на растяж. (сосна, береза, лиственница); в) в верхн. сж. зону выс. 0,15-0,4h укладывают древесину хвойн. и листв. пород с выс. прочн. на сж. (сосна, береза); г) средн. зона - из древесины с невысокой прочн. (тополь, ольха, осина, пихта). Доски стыкуются зубчатым шипом.

Схема расчета балок: 1. По принятой схеме определяется высота балки в середине пролета.

Для двускатных балок:

1. Наим. ширина балки прямоуг. попереч. сеч. или толщина стенки балки двутаврового сеч.: или .и округляется до ближайшей ширины досок по сортаменту (с учетом острожки).

3. Проверяется прочность принятого сеч. по норм. напряж.: при расстоянии между закрепл-ми точками связей ℓ_о≤70 в ²/h_пр: а при ℓ₀>70 в ²/h_пр с учетом устойчивости плоской формы изгиба:

Для балок переменного по длине сечения h_пр- высота принятого поперечного сечения , к_ж- коэф., зависящий от формы и загружения балки, φ_М- коэф. в области упругой устойчивости.

4. В гнутоклееных балках постоянного сечения проверяются радиальные растягив-е напряж-я в криволинейном участке балки по клеевому шву: где R₀- радиус кривизны гнутой части; R_р90- расчетное сопротивление древесины растяжению поперек волокон;

5. Прогиб балки: где

Армированные дощатоклееные балки изготовляют пролетом до 24м прямоуг. сечения. Армируют растянутую и сжатую зоны горячекатаными стержнями периодического профиля из стали класса А-ΙΙ, А-ΙΙΙ, А-ΙV. Арм. укладывают в пазы, заливают эпоксидным клеем и запрессовывают дощатоклееный пакет. Расчет на прочн. по норм. и касат. напряж.:

коэф.армир.

Сечение армированной балки:1-доски;2-арм; 3- эпоксидный клей.

4. Клеефанерные балки. Конструирование и расчёт.

Балки с плоской фанерной стенкой по фор­ме сеч.: коробчатые и двутавровые. Коробчатые балки отличаются от двутавровых повышенной жесткостью из плоско­сти изгиба и гладкими боковыми поверхностями. Двутавровые бал­ки имеют обычно одинарные фанерные стенки и не обладают пре­имуществами коробчатых, но требуют вдвое меньшего расхода фа­неры. По длине клеефанерные балки могут иметь постоянное и пе­ременное сечение. Основным типом таких балок являются трапецие­видные двускатные. Их высоту в середине пролета определяют рас­четом на изгиб(1/10— 1/12 пролета). Высо­ту сечения на опорах определяют расчетом стенок на срез и устой­чивость, и она должна быть не меньше 0,4 пролета. Стенки клеефанерных ребристых балок изготовляют из водо­стойкой фанеры толщиной 10—12 мм. Направление наружных волокон фанеры следует принимать параллельным во­локнам поясов и продольным осям балки. При этом стенки работа­ют на изгиб в направлении наибольшей прочности и жесткости их сечений и имеется возможность их предварительно соединять по Длине усовым соединением.. Пояса коробчатых балок - одиночные клееные брусья, располож-е между двумя фанерными стенками. Пояса двутавровых балок состоят из двух клееных брусьев, распо­лож-х по обе стороны стенки. Доски поясов могут располагать­ся как горизонтально, так и вертикально. По длине доски поясов соединяются зубчатым стыком. В месте перелома двускатных балок в коньке верхний пояс соединяется по длине угловым зубчатым соединением.

Клеефан. ребристая балка:1- дощатые пояса; 2 —фанерн. стенки; 3 — стык пояса; 4 — ребра; 5 —коробчатая балка; 6 — двутавровая балка; 7 —стык стенки

Для уменьшения расчетных размеров листа фанерной стенки в опорных панелях устанавливают поперечные ребра. Волокна рубашек фанеры располагают в прод. направлении, стыкуя листы фанеры на ус. При значительных поперечных нагрузках волокна рубашек направляют перпендикулярно поясам. При этом стыки фанерных листов выполняют впритык с накладками.. Балки, составленные из 2 м-лов, рассчитывают по геом. хар-кам, приведенным м-лу. При приведении к древесине: F_пр=F+F_фЕ_ф/Е, I_пр=I+I_фЕ_ф/Е, S_пр=S+S_фЕ_ф/Е, к фанере: F_пр.ф=F_ф+FЕ/Е_ф, I_пр.ф=I_ф+IЕ/Е_ф, S_пр.ф=S_ф+SЕ/Е_ф, F, I, F_ф,I_ф, S_ф— площадь, мом. инерции, статич. мом. соотв. древесины и фанеры; Е, Е_ф — модули упругости соотв. древесины и фанеры.При проектировании балок с продольным расположением волокон рубашек фанеры, выбирают форму и высоту поясов. Ширину последних либо задают, либо определяют. В этом случае Е_ф вдоль волокон наружных слоев следует повышать на 20 %. Находят требуемый момент сопротивления в расчетном сечении W_тр = М/R_р, где R_р — расчетное сопротивление древесины нижнего пояса растяжению; М = М_макс — в балках с паралл. поясами; М = М_х — в двускатных балках.Ординату х находят из выражения , γ=h_1оп/(ltgα); h_1оп — высота балки на опоре в осях; α — угол наклона верхнего пояса. Определяют , h-высота балки в расчетном сечении, I_x^п, I_x.ф^ст- моменты инерции. , δ_ф — суммарная толщина стенки.Учитывая и пренебрегая собственным моментом инерции пояса I₀, определяют по которой подбирают размеры досок. Затем окончательно компонуют балки и определяют их действительные приведенные геометрические характеристики.Проводят проверку: 1)нижнего пояса σ_р=M/W_пр<=R_р, 2) верхнего пояса σ=M/(W_прφ_y)<=R_с, 3) фанерной стенки σ_р.ф=M/W_пр(Е_ф/Е)<=R_р.φm_ф., φ_y — коэффициент продольного изгиба пояса относительно оси y, 1₀ — расстояние между закрепленными точками из плоскости балки; r _у — радиус инерции пояса; m_ф = 0,8 — коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры в стыке. Прочность стенки в опасном сечении на действие главных растягивающих напряжений в зоне первого от опоры стыка фанеры либо под первой от опоры сосредоточенной нагрузкой: , σ_cт и τ_ст – соответственно нормальные и касательные напряжения сечения на стыке стенки и поясов Проверяют местную устойчивость стенки в середине первой от опоры панели при h_ст/δ_ф>50: , фанерную стенку на срез: ,прочность клеевого шва , h _расч— меньший размер панели стенки; — общая длина клеевого шва. Проверяют устойчивость плоской формы деформирования: σ=M/(W_обφ_y)<=R_с а жесткость по σ=M/(W_брφ_м)<=R_и, куда подставляют значение приведенного к древесине момента инерции. В балках с плоской фанерной стенкой и волокнами рубашек, расположенными перпендикулярно нижнему поясу, расчет ведут оп приведенным выше формулам, но без учета работы фанеры на действие нормальных напряжений. Проверяют устойчивость фанерных стенок при h_cт/δ_ф>80 по формуле определения устойчивости стенки в середине первой от опоры панели на действие только касательных напряжений.

Клеефанерные балки с волнистой стенкой относятся к классу малогабаритных балок. Они имеют двутавровое сечение, постоянное по длине. Пояса их состоят из одиночных досок II категории качества. Они располагаются горизонтально плашмя, и в их пластях образуются волнистые по длине пазы клиновидного сечения. Фанерная стенка имеет волнистую по длине форму, которая придается ей в процессе изготовления, Волокна наружных слоев фанеры располагаются вдоль стенки. Стенка вклеивается краями в пазы поясов. Благодаря волнистой форме стенка лучше сопротивляется потере устойчивости, чем плоская, и не нуждается в укреплении ее ребрами жесткости. Стенка толщиной не менее 10 мм, волокна рубашек которой располагают параллельно поясам и стыкуют листы фанеры на ус. В местах опирания балок устанавливают опорные ребра шириной не менее высоты поясов..Расчет балок с волнистой стенкой производят с учетом того, что стенка практически не работает на нормальные напряжения при изгибе, и эти напряжения воспринимаются только поясами. Клеевые соединения стенки с поясами рассчитываются на скалывание между шпонами фанеры с учетом ширины швов, равной двойной глубине пазов.

Балка с волнистой фанерной стенкой: 1— верхний пояс; 2 — волнистая стенка; 3 — опорное ребро; 4 — опорный уголок; 5 — опорная подушка; 6 — анкерный болт; 7 — стяжные болты.

Изготавливают двутаврового сечения длиной до 12 м тремя способами:

1. В цельных брусчатых или клеедощатых поясах выбирают пазы, в кот. вставляют фанерные изогнутые листы на клею;

2. В прямолин. пазы заводят изогнутый лист и паз заливают эпоксидной смолой;

3. В прямолинейные пазы заводят прямой лист фанеры и затем деревянными клиньями листу придают нужную искривленную форму, а паз заливают смолой.

Такие балки устойчивы, нет необходимости в установке ребер жесткости к_см=2,5-3.

Особенность расчета таких балок заключается в определении W_расч и I_расч. в расчетном сечении. Податливость стенки учит. Коэф.: мом. инерции сече. без учета податливости стенки.

По прочности и жесткости балки проверяют по формулам:

На срез по нейтральной оси стенки проверяется по формулам:

Прочность клеевого шва стенки с поясом проверяют на скалывание:

37.Деревянные арки. Конструирование и расчёт.

Арки отн-ся к плоским распорным нес. к-циям. Распор восприним-ся затяжкой фундаментами или контрфорсами. Арки перекрывают пролеты до 100м. По геом. форме - круглового, стрельчатого и треуг. очертания. По статической схеме - двухшарнирные и трехшарнирные. Если распор не воспринимается фундаментом, то в арках делают затяжки из круглой или профильной стали.

ℓ- пролет; f- стрела подъема; f₀- стрела подъема полуарки; S- длина дуги арки; S₀- длина хорды полуарки.

По констр. решению - сплошные из прямолинейных блоков и решетчатые, составленные из двух ферм- сегментных или с параллельными поясами. Для решетчатых рекомендуется применять фермы с жестким нижним поясом. Сплошные арки по поперечному сечению могут быть прямоугольные и двутавровые, по способу изготовления брусчатые, дощатоклееные и клеефанерные. Для обеспечения устойчивости из плоскости удобнее всего выполнять клеефанерные арки с поперечным сечением, состоящим из полок и двух стенок.

Устойчивость обеспечивают установкой поперечных скатных связей, кот. м.б. выполнены как из деревянных брусьев, так и из металла в виде профильных или круглых тяжей.

Усилия в арках, для расчета принимаются следующие сочетания нагрузок.

1. Пост. и снег. нагр. расположены на всем пролете + временная нагрузка от подвесного оборудования.

2. Постоянная нагрузка по всему пролету, снеговая на половине + врем. Нагр. от подвесного оборуд-я.

3. Ветровая, постоянная и снеговая нагрузка на ℓ/2 + нагрузка от подвесного оборудования. При одновременном учете двух или более временных нагрузок их величины умножают на коэф. к=0,9.

Усилия в арке определяются по методам строительной механики в определенных сечениях:

Расчетная длина ℓ₀ для 2-х шарнирных арок с несимметричной нагрузкой в плоскости действия момента ℓ₀=0,6S. Для 3-х шарнирных арок с несимметрич. Нагр. ℓ₀=0,7S. Для всех остальных случаев ℓ₀=0,5S. Расч. длина из плоскости = расстоянию между узлами крепления связей, прогонов и других элементов покрытия.

Клееные арки - наиболее эфф., т.к. возм. рационально использовать древесину по качественному составу (3 сорта). Криволинейные арки по статической работе выгоднее, чем арки из линейных элементов.

Внешняя нагрузка q+p вызывает в арке момент М: ,

Чтобы уменьш. М_х (М_б), продольную силу прикладывают в узлах внецентренно. Опирание арки выполняют неполным сечением с высотой h_оп опирания не менее 0,4h_сеч.

Арки криволинейные по статической работе выгоднее, чем треугольные, однако изготовление их более трудоемкое. По попереч. сеч. экономичнее клеефанерные арки с тавровым или коробчатым сечением. При вып-и эл-тов арок из разных пород древесины, хвойные располагают по краям, а лиственные - посередине.

При проектир-и клееного попереч. сеч. необх., чтобы толщина досок не более 3,3см. Склеивание отдельных досок по длине выполняется зубчатым соединением. Разбежка соединений -не менее чем на 1500мм.

Схема констр. расчета сплошных арок: Определяют геом. размеры.Собирают нагрузки (пост. и врем.).Определяют усилия: М, Q, N.Принимают размеры поперечного сечения.

для треугольных арок, для круговых и стрельчатых.

Ширина в=h/5, с учетом сортамента пиломатериалов. Определяют площадь:

1. Определяют напряжения. Если элементы покрытия или связи дают расстояние по длине арки между точками крепления ℓ₀>70в2/h, в этом случае проверяют устойчивость поперечного сечения.

Нижнюю полку рассчитывают на растяжение, а верхнюю - на сжатие:

Из плоскости проверяют все поперечное сечение на действие: где

Проверяют прочность клеевого шва:

В клеефанерных арках производят проверку прочности фанеры: ,

2. Устойчивость фанерной стенки проверяют аналогично как и устойчивость стальной стенки.

Рассчитывают стальную затяжку:

Выполняют расчет опорного и конькового узлов арки

Производят проверку устойчивости арки в монтажных условиях на собственную массу арки:

Трехшарнирнаые арки из балок на пластинчатых нагелях имеют треугольное очертание. Длина пролетов 8-12 м, отношение f/ℓ=1/2÷1/6. арки делают с затяжкой или опертыми непосредственно на фундаменты. Каждая полуарка работает на изгиб только от нагрузки, расположенной на ней; загружение другой полуарки лишь увеличивает нормальное усилие в первой, поэтому расчетным будет загружение по всей арке. Расчет производится по формуле для сжато-изгибаемого стержня:

где М_расч.=М_δ-Ne_ср; М_δ- максимальный изгибающий момент от поперечной нагрузки; k_W- коэффициент, учитывающий податливость связей; е_ср- средний эксцентриситет, равный полусумме эксцентриситетов в опорной и коньковом узлах;

Число пластинчатых нагелей на половине полуарки:

к=0,4 при опирании одного бруса, к=0,2 при опирании двух брусьев, к=0 при опирании всех брусьев.

Кружальные арки.

Арки бывают двух- и трехшарнирными. Состоят из двух или более рядов косяков, соединенных между собой нагелями. Основным элементом арки является косяк, выпиливаемый из досок. Каждый косяк в арке работает на поперечный изгиб как балка на двух опорах, загруженная сосредоточенной нагрузкой в середине пролета. Болты, соединяющие ряды косяков, работают на передачу изгибающего момента от одного ряда косяков другому.

где Т_с- несущая способность болта; а- расстояние между центрами групп болтов.

6. Деревянные рамы. Конструирование и расчёт.

Дощатоклееные рамы в завис. от технологии изготовления: а) гнутоклееные- тип ДГР; б) из прямолинейных элементов, соединенных в карнизном узле на зубчатый стык- тип РДП; в) из прямолинейных элементов ригеля и стоек, соединенных с помощью гнутоклееной вставки- тип ДГРП; г) из прямолинейных элементов ригеля и стоек с соединением в карнизном узле с помощью нагелей- тип РДПН; д) из ригелей, стоек и упирающихся в фундамент подкосов, с помощью которых образуется рамный карнизный узел- рамно-подкосная система.

Статический расчет трехшарнирных рам по нес. способ-ти производят при след. схемах загружения:

1- расчетная постоянная и снеговая нагрузки на всем пролете;

2- расчетная постоянная на всем пролете, а снеговая на половине пролета (слева, справа);

3- по схемам «1», «2» в сочетании с ветровой нагрузкой слева (справа).

Рамы рассчитывают как сжато-изгибаемые элементы, при этом учитывают с помощью коэффициента ξ увеличение изгибающего момента вследствие геом. нелинейности их работы: ющих схемах загружения:й механики. _______________________________________________для схем 1-3 из условия транспортировки, чтобы высота стоек не превышала 4м. части сечения или с помощью стального ш

Гибкость в пл-ти деформирования λ=ℓ₀/0,289h_пр, где ℓ₀=0,5S- расчетная длина оси рамы, = длине оси полурамы, h_пр- приведенная высота сечения рамы.

h_пр=h_пр.стS_ст+h_крS_кр+h_пр.рS_р/ℓ₀, где h_пр.ст, h_пр.р- приведенные высоты сечений стойки и ригеля, определяемые умножением max высоты на участке на коэф/ h_кр- высота сечения криволинейной части; S_ст, S_кр, S_р- длины стойки, криволинейного участка и ригеля по оси рамы.