Лекция 1. Краткий исторический обзор развития деревянных конструкций

Конспект лекции

Лекция 1. Краткий исторический обзор развития деревянных конструкций

Свойства древесины. Основные преимущества и недостатки

Деревянные конструкции являются надежными, легкими и долговечными.

Свойства древесины:

· относительно легкий и прочный материал, особенно по направлению вдоль волокон, где действуют наибольшие усилия от внешних нагрузок;

· микропористый материал с хорошими теплоизоляционными и санитарно-гигиеническими свойствами;

· малотвердый материал и поэтому легкообрабатываемый, что облегчает и упрощает изготовление деревянных конструкций;

· стойко сопротивляется разрушительному воздействию слабых химически агрессивных сред;

· стойко выдерживает ударные и циклические нагрузки;

· надежно склеивается водостойкими синтетическими клеями.

Преимущества:

· эстетическая привлекательность;

· химическая стойкость;

· возможность перекрывать большие пространства (рис. 1.1, 1.2, 1.3);

· деревянные конструкции изготовлены из природного возобновляемого естественным путём материала;

· деревянные конструкции экологически безопасны;

· по прочностным показателям единицы веса и по пределу огнестойкости конструкции не уступают металлическим конструкциям;

· позволяют создавать покрытия зданий любой формы и пролёта;

· экономичны при транспортировании и монтаже.

Недостатки:

· древесина подвержена гниению;

· деревянные конструкции сгораемы;

· относительно малая прочность дерева;

· малая продолжительность службы.

Время	События
Первобытное общество	Жилища на земле и на сваях, небольшие ограды и мосты
Древний Рим	Деревянные дома, храмы и мосты через крупные реки
1 век	Легионами Цезаря построен деревянный мост через реку Рейн
Средние века	В Китае и Японии построены деревянные храмы с применением бамбуковой древесины; В Европе широко применялись деревянные стропила крыш; дома, храмы, дворцы строились деревянными, со стенами из круглых бревен
Конец 17 в.	Появилась возможность в начале ручной, а затем и механической распиловки бревен, создания стержневых систем в виде брусчатых и дощатых конструкций
После революции	Внедрены дощато-гвоздевые конструкции
1932-1936г.	Разработаны брусчатые конструкции на пластинчатых нагелях
После Великой Отечественной войны	Преобладали железобетонные элементы заводского изготовления и металлические конструкции
70-ые годы	Разработаны прочные водостойкие синтетические клеи (фенолформальдегидные, резорциновые), развиваются деревянные клееные конструкции: клееная водостойкая фанера, клеедеревянные балки, стойки, рамы, клеефанерные плиты и панели, клеедеревянные фермы со стальным нижним поясом
1972 г.	Построен первый завод клеедеревянных конструкций в России
В настоящее время	Применяются деревянные конструкции для покрытия спортзалов, теннисных кортов, бассейнов, конноспортивных манежей, мансард, торговых и выставочных павильонов, помещений с агрессивной средой, коттеджей (рис. 1.4 – 1.7)

 

История развития и современное состояние развития деревянных конструкций в Республике Беларусь

Сейчас леса покрывают одну треть территории нашей республики. Больше всего хвойных лесов, особенно сосны – 68 %. Мелколиственные (берёза, осина) – занимают 27 %, а широколиственные (дуб, клён) – 5 %. В Полесье лучше растут дуб и граб. Беларусь – территория максимального распространения в Европе чёрной ольхи.

Дешевизна, доступность древесины, её теплотехнические и механические свойства с древнейших времён определяли дерево как основной строительный материал.

В настоящее время в Беларуси деревянные конструкции выпускает Гомельский комбинат строительных конструкций (ГКСК). ГКСК был создан в 1974 году. Сейчас мощность ГКСМ составляет 2800 м³ деревянных клееных несущих конструкций и 30 тыс. м² ограждающих конструкций в год. Интерес представляют спортивные сооружения с большими свободными пролётами, спортзалы, рынки, большепролётные промышленные сооружения. При возведении используются различные конструктивные схемы – арки, рамы, балки, купола (рис. 1.12 - 1.14).

Основные направления применения деревянных конструкций в Белоруссии:

· строительство жилых малоэтажных домов заводского изготовления (рис.15):

- с каркасной схемой;

- деревянные щитовые дома;

- со стенами из клееного бруса;

· строительство мансардных этажей;

· производство деревянных клееных конструкций, применение лёгких дощатых ферм, собираемых на коннекторах

 

 

Лекция 2. Конструкционная древесина

Классификация древесины по породе

Древесина	Хвойная	Лиственная
Породы	сосна, ель, пихта, кедр, лиственница	дуб, береза, осина, тополь
Применение	для изготовления основных элементов деревянных конструкций и строительных деталей	для небольших соединительных деталей
Основные свойства	· прямые высокие стволы с небольшим количеством сучков, что позволяет получить прямослойные пиломатериалы с ограниченным количеством пороков; · содержит смолы, благодаря чему она лучше сопротивляется увлажнению и загниванию, чем лиственная	· имеет относительно небольшую высоту; · менее прямолинейная; · имеет больше сучков; · более подвержена загниванию, чем хвойная древесина

Строение древесины

Древесина является анизотропным материалом: ее свойства различны в различных направлениях. Строение древесины в связи с этим изучается на трех главных разрезах: поперечном, радиальном, тангенциальном.

На поперечном сечении ствола различают следующие части (рис.2.3): кора; под корой – тонкий слой камбия (образовательной ткани); в центре – сердцевина, имеющая форму небольшого круглого пятнышка диаметром 2¸5мм. Вся основная древесина, расположенная между слоем камбия и сердцевиной, состоит из двух частей, отличающихся цветовыми оттенками. Внутренняя зона более темная – ядро, которое содержит больше смолы, а более светлая – заболонью, менее смолистая, но более прочная.

Годичные слои - концентрические слои, окружающие сердцевину, представляют ежегодный прирост древесины. Ширина годичных слоев колеблется в зависимости от возраста, породы, условий произрастания и положения в стволе. Каждый годичный слой состоит из двух частей:

· внутренний более широкий и светлый слой (состоит из мягкой ранней древесины, образующейся весной, когда дерево растет быстро). Клетки ранней древесины имеют более тонкие стенки и широкие полости.

· наружный узкий и темный слой (состоит из более твердой поздней древесины, образующейся летом). Клетки поздней древесины имеют более толстые стенки и узкие полости.

Плотность и прочность древесины зависят от относительного содержания в ней поздней древесины, которая у сосны колеблется от 10¸30%.

Древесина имеет трубчатое слоисто-волокнистое строение. Основную массу древесины составляют древесные волокна, расположенные вдоль ствола. Они состоят из удлиненных пустотелых оболочек отмерших клеток – трахеидов – почти прямоугольной формы, средней шириной 50 мкм и длиной 3 мм из органических веществ (целлюлозы и мегнина) полые клетки, сильно вытянутые в длину с заостренными концами. Трахеиды занимают 90% общего объема древесины. В 1 см³ древесины приблизительно размещается 420000 трахеид.

Еще есть паренхимные клетки. В хвойной породе они входят в состав сердцевинных лучей. В растущем дереве по сердцевинным лучам происходит движение питательных веществ и воды в горизонтальном направлении, а в период покоя в них хранятся запасные питательные вещества.

Влажность древесины

Влажность – это процентное содержание свободной и связанной воды в порах древесины. Наибольшую влажность имеет сплавная древесина (W = 200%). Свежесрубленная древесина имеет влажность до 100%.

Влага
Связная	Свободная	Химически связная
Находится в толще клеточных оболочек	Находится в полостях клеток и в межклеточном пространстве	Входит в химический состав веществ

Предел гигроскопичности (30%) - максимальное количество связанной влаги. Дальнейшее увеличение влажности может происходить только за счет свободной влаги, т.е. заполнение пустот в древесине.

При изменении влажности от 0-30% объем древесины увеличивается, происходит разбухание, а снижение влажности в этих пределах уменьшает ее размеры, происходит усушка.

При увеличении влажности более 30%, когда влага занимает полости клеток древесины, дальнейшего разбухания не происходит.

Для сравнения показателей прочности и жесткости древесины независимо от ее влажности установлено значение стандартной влажности – 12%, т.е. при испытании образцов древесины, имеющих нестандартную влажность, предел их прочности (или другой показатель), должен быть приведен к значению его при стандартной влажности с учетом поправочного коэффициента a (a=0,05 – при сжатии вдоль волокон, a=0,04 – при изгибе, a=0,03 при скалывании вдоль волокон) В₁₂ = В_W [1 + a(W-12)]

2.6 Меры борьбы с увлажнением, биологическими повреждениями и пожарной опасностью

Гниение – это разрушение древесины простейшими растительными организмами (древоразрушающими грибами), для которых она является питательной средой.

Гниение как результат жизнедеятельности растительных организмов невозможно без определенных благоприятных условий:

· температура должна быть не выше 50⁰С. При отрицательной температуре жизнь грибов замирает, но может возобновиться при потеплении. При температуре больше 80⁰С грибница, споры грибов погибают.

· наименьшая влажность, при которой могут расти грибы – 20%. В более сухой древесине жизнь грибов прекращается.

· присутствие воздуха необходимо для роста гриба. Древесина, полностью насыщенная водой или находящаяся в воде без доступа воздуха, гниению не подвергается.

Защита от гниения – это исключение одного из необходимых условий жизнедеятельности грибов.

Это достигается путем стерилизации, которая происходит в процессе искусственной сушки, где t >80⁰С, все споры погибают.

Конструктивная защита обеспечивает такой режим эксплуатации конструкции, при которой ее влажность не превышает благоприятного для загнивания уровня.

а) защита от увлажнения атмосферными осадками:

1. полная водонепроницаемость кровли;

2. соблюдение требования к уклонам кровли

б) защита от капиллярной влаги:

1. отделение деревянных конструкций от бетонных и каменных конструкций слоями битумной гидроизоляции;

2. деревянные конструкции должны опираться на фундаменты выше уровней пола и грунта.

Химическая защита используется, когда увлажнение древесины неизбежно, и представляет собой пропитку или покрытие деревянных элементов антисептиками:

1. водорастворимыми (фтористый и кремнефтористый натрий);

2. маслянистыми: каменноугольное масло, антраценовое масло, сланцевое масло и древесный креозот.

Защита от возгорания

Древесина, как органический материал, сгораема. Однако благодаря малой теплопроводности горение крупных элементов долго ограничивается наружными слоями, поэтому деревянные конструкции имеют достаточный предел огнестойкости.

Цель защиты от возгорания – повышение предела огнестойкости. Это достигается мероприятиями конструктивной и химической защиты.

Конструктивные меры защиты:

· в производственных зданий с горячими процессами применение древесины запрещено;

· деревянные конструкции должны быть отделены от печей и нагревательных приборов достаточными расстояниями или огнестойкими материалами;

· для предотвращения распространения огня деревянные строения должны быть разделены на части противопожарными преградами и зонами из огнестойких конструкций;

· деревянные ограждающие конструкции не должны иметь сообщающихся полостей с тягой воздуха, по которым может распространяться пламя, недоступное для тушения;

· элементы деревянных конструкций должны быть более массивными клееными или брусчатыми, имеющими большие пределы огнестойкости, чем дощатые;

· применение штукатурки.

Химическая защита от возгорания применяется, когда от ограждающих деревянных конструкций требуется повышенная степень огнестойкости (например, в помещениях, где находится легковоспламеняющие предметы). Химическая защита включает в себя противопожарная пропитку и окраск у.

Для пропитки применяют антипирены - вещества, которые при нагреве плавятся или разлагаются, покрывая древесину огнезащитной пленкой или газовыми оболочками.

Для окраски применяют защитные краски на основе жидкого стекла, суперфосфаты и др.

Основные принципы расчёта

Предельное состояние – состояние, при достижении которого конструкция перестаёт удовлетворять предъявляемым к ней в процессе эксплуатации или возведение требованиям, заданным в соответствии с назначением и ответственностью сооружения.

Предельное состояние
1 группы	2 группы
по потере несущей способности или непригодности к эксплуатации	по непригодности к нормальной эксплуатации

Предельные состояния первой группы связаны с обрушением или другими формами разрушения конструкций, которые могут угрожать здоровью и жизни людей и включают в себя следующие р асчёты:

• по прочности, чтобы предотвратить хрупкое, вязкое, усталостное и иного характера разрушение;

• по потере устойчивости формы конструкций (расчёт на общую и местную устойчивость);

• по потере устойчивости положения конструкций (расчёт на опрокидывание и скольжение).

При расчёте конструкций по первой группе предельных состояний должно соблюдаться условие:

или (4.1)

т.е. расчётная несущая способность (R_d) должна превышать расчётное значение внутренней силы или момента (T_d) или максимальные нормативные или скалывающие напряжения не должны превосходить расчётные сопротивления материалов.

Предельные состояния второй группы соответствуют состояниям, при достижении которых конструкция не отвечает эксплуатационным требованиям и включают в себя следующие расчёты:

• по определению деформаций или прогибов, которые влияют на внешний вид или эффективное использование конструкции, или вызывающее повреждение отделки и других элементов.

В общем виде условие, которое должно соблюдаться при расчёте конструкций по второй группе предельных состояний:

или (4.2)

где C_d – нормальное значение или функция определённых свойств материала конструкции, связанная с рассматриваемым расчётным воздействием; E_d – расчётный эффект от воздействия нормативных нагрузок или максимальные относительные прогибы конструкций (U_max/l) не должны превышать предельно допустимых значений (), указанных в разделе 10 «Прогибы и перемещения» СНиП 2.01.07-85.

Предельные прогибы (табл.4.1) устанавливаются исходя из следующих требований:

технологических конструктивных физиологических эстетико-психологических

 

 

Постоянные воздействия

Постоянная нормативная нагрузка g_k, действующая на конструкции, состоит из двух частей:

· нагрузок от всех элементов и материалов, поддерживаемых данной конструкцией;

· нагрузка от собственного веса основной рассчитываемой конструкции.

При предварительном расчете нагрузку от собственного веса рассчитываемой конструкции можно определить приближенно, используя эмпирическую формулу.

,

где - постоянная нагрузка от веса поддерживаемых элементов; - снеговая нагрузка; - коэффициент собственного веса;

Постоянная расчетная нагрузка равна произведению нормативной на коэффициент надёжности для постоянных воздействий

Таблица 4.3 Значение коэффициента в зависимости от вида нагрузки

Вид нагрузки	Значение коэффициента
Нагрузка от собственного веса деревянных конструкций		1,1
Нагрузки от утеплителя, кровли, стяжек, выполняемых в заводских условиях	1,2
Нагрузки от утеплителя, кровли, стяжек, выполняемых в построечных условиях	1,3

Снеговая нагрузка

Нормативная снеговая нагрузка определяется с учетом нормативного веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности , который даётся в нормах в зависимости от снегового района и особенностей формы покрытия .

Республика Беларусь разделена согласно изменению №1 к СНиП 2,01,07-85 «Нагрузки и воздействия» разделена на 2 снеговых района: IБ с кПа, IIБ с кПа.

Коэффициент , учитывающий уклон и другие особенности формы покрытия, определяется:

• при двухскатных или односкатных покрытиях, имеющих угол наклона при а при промежуточных углах наклона определяется интерполяцией.

• при сводчатых покрытиях по сегментным фермам или аркам равномерная снеговая нагрузка определяется с учётом коэффициентов и (рис. 4.1(а)).

• при стрельчатой форме (рис.4.1 (б)) определяется как на двухскатные, условно считая покрытие двухскатным по плоскостям, проходящим через хорды осей полуарок, если ; при , нагрузка определяется как на сегментные покрытия.

; , где - угол покрытия, град.

Рис. 4.1. Определение снеговой нагрузки

Расчетная снеговая нагрузка равна произведению нормативной нагрузки на коэффициент надежности для снеговых воздействий (в старых нормативных документах 1,4). Если отношение нормативного значения равномерно распределенной нагрузки от веса покрытий к нормативному значению веса снегового покрова So менее 0,8 .

В 2004 г. изданы строительные нормы «Нагрузки и воздействия» в России. Вся Российская федерация разделена на 8 снеговых районов, для которых даны значения расчетных значений Sg веса снегового покрова 1м² горизонтальной поверхности. Нормативное значение снеговой нагрузки определяется умножением расчетного значения на 0,7.

 

 

Ветровая нагрузка

Нормативное значение ветровой нагрузки определяется умножение нормативного давления ветра на коэффициент, учитывающий высоту здания и аэродинамический коэффициент, учитывающий его форму:

- нормативное значение ветрового давления (оно направлено перпендикулярно поверхностям покрытия и стен и зависит от ветрового района страны); - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (для большинства зданий из дерева и пластмасс, высота которых не превышает 10м, =1); - аэродинамический коэффициент (зависит от формы здания, его абсолютных и относительных размеров, уклонов, относительных высот покрытия).

Для большинства скатных покрытий, угол наклона не превышает , ветровая нагрузка действует в виде отсоса. Ветровая нагрузка должна обязательно учитываться при расчёте стоек, конструкций треугольной и стрельчатой формы.

Расчётная ветровая нагрузка равна нормативной, умноженной на коэффициент надёжности .

Сжатые элементы

На сжатие работают стойки, подкосы, верхние пояса и отдельные стержни ферм и других сквозных конструкций.

Древесина работает на сжатие более надежно, чем на растяжение, но не вполне упруго. Примерно до половины предела прочности древесина работает упруго, а рост деформаций происходит по закону, близкому к линейному. При дальнейшем увеличении напряжений деформации растут всё быстрее, чем напряжения, указывая на упругопластическую работу древесины. Разрушение образцов происходит пластично в результате потери местной устойчивости, о чём свидетельствует характерная складка на образце.

Поэтому сжатые элементы работают более надёжно, чем растянутые, и разрушаются только после заметных деформаций.

Сжатые элементы конструкций имеют длину, как правило, намного большую, чем размеры поперечного сечения и разрушаются не как малые стандартные образцы, а в результате потери устойчивости, которая происходит раньше, чем напряжения сжатия достигнут предела прочности. При потере устойчивости сжатый элемент выгибается в сторону (рис.5.2 (б)). При дальнейшем выгибе на вогнутой стороне появляются складки, свидетельствующие о разрушении древесины от сжатия, а на выпуклой стороне древесина разрушается от растяжения.

Расчёт центрально-сжатых элементов производится по формулам:

на устойчивость (для элементов с гибкостью )

(5.2)

где ; - расчётная осевая сила; - расчётная площадь поперечного сечения, принимаемая равной: - площади сечения брутто, если ослабления не выходят за кромку и площадь ослабления не превышает 25%; - площади сечения нетто, если ослабления не выходят за кромку и площадь ослабления превышает 25%; - площади нетто, если ослабления выходят за кромки;

- коэффициент продольного изгиба, определяемый в зависимости от гибкости элемента:

Гибкость () зависит от расчётной длины элемента и радиуса инерции сечения элемента в направлении соответствующей оси ();

Расчётную длину следует определять умножением его свободной длины () на коэффициент (), учитывающий закрепление элемента и нагрузку, действующую на элемент (рис.5.2(в)).

Рис. 5.2. Сжатый элемент: а) диаграмма деформирования чистой от пороков древесины; б) схема работы, разрушения и эпюра напряжений; в) типы закрепления концов и расчётные длины

Сжатие поперёк волокон. При местном сжатии поперёк волокон соседние незагруженные участки древесины тоже сжимаются за счёт изгиба волокон и оказывают поддерживающее действие работе незагруженного участка, чем меньше его длина .

В настоящий момент при сжатии поперек волокон должно соблюдаться условие:

(5.6)

- коэффициент, учитывающий поддерживающие влияния волокон при сжатии поперёк волокон на участке; зависит от величины , , (рис. 5.3).

Рис.5.3 Сжатие поперек волокон

 

При наклонном сжатии под углом к направлению волокон (α) должно удовлетворять следующее условие: , где расчётное сопротивление сжатию под углом определяется по формуле

(5.7)

Смятие древесины – это поверхностное сжатие, которое может быть местным и общим. Общее смятие – это когда сжимающая сила действует на всю поверхность, местное – когда сила действует на часть поверхности элемента. Смятие древесины в конструкции может происходить:

· вдоль волокон;

· поперёк волокон;

· под углом к волокнам;

Сопротивление древесины смятию поперёк волокон в несколько раз меньше сопротивления её вдоль волокон (клетки работают в наименее благоприятных условиях: они сплющиваются за счёт внутренних пустот).

Изгибаемые элементы

Изгибаемые элементы: балки, настилы, обшивки. В изгибаемом элементе от нагрузок, действующих поперёк его продольной силы, возникают изгибающие моменты и поперечные силы .

От действия изгибающего момента в сечениях элемента возникают напряжения изгиба (рис.5.4), которые состоят из сжатия в верхней половине сечения и растяжения в нижней. Нормальные напряжения в сечениях распределяются неравномерно по высоте.

рекомендуется изготавливать из II сорта, в малоответственных элементах III сорт.

Рис. 5.4. Изгибаемый элемент: а) график прогибов; б) схема разрушения и эпюра нормальных напряжений; схема работы при косом изгибе (в); оси элемента (г); эпюра напряжений (д)

Расчет изгибаемых элементов, обеспеченных от потери устойчивости, на прочность по нормальным сечениям производят по формуле:

(5.8)

где - расчетное сопротивление изгибу; - расчетное напряжение.

Для изгибаемых элементов, не имеющих постоянного подкрепления сжатой кромки из плоскости изгиба, следует также провести проверку на устойчивость плоской формы деформирования по формуле:

(5.9)

Косой изгиб. В элементах, оси сечений которых расположены наклонно к направлению действия нагрузок (балки, прогоны скатных покрытий) изгиб можно рассматривать как результат изгибов относительно любой из осей сечения, каждый из которых происходит как прямой.

При косом изгибе нормальные напряжения в сечениях суммируются и достигают максимальных значениях в верхних и нижних точках сечения (рис.5.4 (в-д)

Проверка прочности косоизгибаемых элементов производится по формулам:

(5.12)

Расчёт косоизгибаемых элементов по прогибам производится с учётом геометрической суммы прогибов относительно каждой оси по формуле:

(5.13)

Скалывание и срез древесины

Скалывание древесины происходит в продольных сечениях элементов, от действия скалывающих усилий. Прочность древесины при скалывании очень мала ввиду её волокнистого строения. Волокна древесины имеют относительно слабые связи между собой, которые легко разрываются при скалывании. Разрушаются при скалывании элементы почти мгновенно.

Расчет изгибаемых элементов на прочность при сдвиге выполняют по формуле:

; (5.20)

где - расчетная поперечная сила; - статистический момент брутто сдвигаемой части относительно нейтральной части; - момент инерции брутто поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси; - расчетная ширина сечения элемента; - расчетное сопротивление скалыванию при изгибе.

Расчётную несущую способность соединения на скалывание следует определять по следующей формуле:

(5.21)

где - расчётное среднее по площадке скалывания сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон, определяемое по формуле

 

Рис. 5.7. Скалываемые элементы:

а – скалывание при изгибе; б – одностороннее скалывание в соединениях

 

 

Классификация соединений

Пиломатериалы, применяемые в строительстве, имеют ограниченные размеры поперечного сечения (250 – 275 мм) и максимальную длину до 6,5 м. Лесоматериалы, имеющие большие размеры, поставляются по особому заказу, по повышенной стоимости. В связи с этим, для создания конструкций больших пролётов или высоты, необходимо соединять отдельные элементы.

Способы соединений
Сращивание	Сплачивание	Анкеровка
соединение элементов по длине	соединение элементов для увеличения размеров поперечного сечения	соединение элементов под углом или прикрепление к опорам

Анизотропия строения, малая прочность древесины при скалывании, растяжении поперёк волокон и смятии являются причиной большой сложности и многообразия соединения конструкций из дерева.

Для осуществления соединений используют различные средства (связи) – это различные детали, позволяющие не только обеспечить заданную форму конструкции, но и передавать значительные усилия с одного элемента на другой. Самым распространённым видом соединений деревянных элементов являются нагели – гибкие стержни или пластинки из стали, пластмасс или древесины твёрдых пород (дуба или антисептированной берёзы).

По характеру работы соединения могут быть разделены на следующие группы:

без специальных связей, требующих расчёта (лобовые упоры, врубки). Чаще всего сжатые элементы, в которых усилия передаются от элемента к элементу и не требуют рабочих связей.

со связями, работающими:

- на сжатие (шпонки, колодки);

- на изгиб (болты, стержни, гвозди, винты, пластинки);

- на растяжение (болты, винты, хомут);

- на сдвиг, скалывание (клеевые швы).

податливые: п одатливость – способность связей давать возможность соединяемым элементам сдвигаться друг относительно друга. Деформации в податливых соединениях возникают в результате:

· неплотностей, образующихся при изготовлении, от усушки и смятия древесины, особенно поперёк волокон;

· изгиба связей

жесткие: соединения, не обладающие податливостью. К жестким соединениям относятся клеевые соединения.

 

Клеевое соединение

Клеевые стыки по их расположению и особенностям работы могут быть разделены (рис. 6.3):

Клеевой стык
• Поперечный: • стык по пластям • стык по кромкам • стык по пластям и кромкам	• Продольный: • «на ус» • зубчатый шип • встык с односторонней накладкой • встык с двумя накладками	• Угловой: • зубчатый шип

 

Рис. 6.3. Клеевые стыки:

а) поперечные; б) продольные; в) фанеры; г) под углом; 1-по пластям; 2-по кромкам;3 - по пласти и кромки; 4 и 5 - зубчатый с выходом зубьев на кромки и пласти; 6 – усовое соединение фанеры; 7 – клееный элемент

 

Расчет нагельных соединений

Нагель работает как балка в упруго-пластичной среде. Разрушение нагеля может произойти:

1) от изгиба нагеля (нагель – балка, лежащая на сплошном основании);

2) от смятия древесины нагельного гнезда;

3) от скалывания древесины (от нагеля до торца или между нагелями);

4) раскалывание (разрыв поперёк волокон).

Несущая способность нагеля определяется из условия изгиба и смятия древесины нагельного гнезда (в крайних и средних элементах пролёта). Несущую способность по скалыванию и раскалыванию обеспечивают соответствующей расстановкой нагелей.

Расстановка нагелей в соединениях бывает нормальная, в шахматном порядке и косыми рядами (рис. 7.2.) и производится по правилам, исключающим опасность преждевременного разрушения древесины от скалывания и растяжения поперек волокон. Промежутки и расстояния между осями не должны быть меньше приведенных в строительных нормах значений.

 

Рис. 7.2. Схемы расстановки нагелей:

а – нормальная; б – в шахматном порядке; в – косыми рядами

 

Расчётную несущую способность соединения на цилиндрических нагелях из одного материала (сосны или ели) и одинакового диаметра следует определять по формуле:

, (7.1)

где – минимальное значение несущей способности одного среза нагеля в соединении; – количество нагелей в соединении; – количество швов в соединении для одного нагеля.

Расчётную несущую способность одного среза в односрезных и симметричных двухсрезных соединениях (рис. 7.1.) следует принимать как наименьшее значение из найденных по приведенным ниже формулам:

(7.2)

(7.3)

(7.4)

 

где и – расчётные сопротивления смятию древесины для наружных элементов и для средних элементов в глухом нагельном гнезде, которые приведены для сосны и ели для нормальных условий эксплуатации. Для соединения элементов из древесины других пород или для других условий эксплуатации следует учитывать соответствующие коэффициенты (),(),().