Соединение деревянных конструкций на клеях. Особенности проектирования и расчёта

Соединения на клеях — наиболее прогрессивный способ соединения древесины, отвечающий индустриальным методам изготовления. Этому во многом способствует наличие водостойких и биостойких строительных клеев (на основе синтетических смол), открывших широкие возможности использования клееных конструкций в индустриальном и гражданском строительстве. К достоинствам клееных конструкций относятся возможность компоновки крупноразмерных конструкций из мелкоразмерного сортамента, использование древесины низких сортов в менее напряженных зонах конструкций, отсутствие ослаблений врезками и врубками, надежная работа на сдвиг в швах и т.д. Недостатком клееных конструкций считается необходимость тщательного контроля в заводских условиях и сложность изготовления соединений при монтаже.

Технологический процесс склеивания состоит из нескольких операций, поэтому правильная подготовка поверхностей и подбор склеиваемых деталей по годичным слоям древесины играют не последнюю роль в прочности соединения. Если древесина неверно подобрана, то в процессе эксплуатации (при изменении температурно-влажностного режима} детали могут неравномерно разбухать, в результате клеевое соединение разрушится. Прочное и надежное соединение получится тогда, когда соблюдаются следующие условия:

влажность древесины при склеивании должна быть такой, как в и процессе эксплуатации. При этом обе склеиваемые детали должны иметь одинаковую влажность;

склеиваемые поверхности должны располагаться таким образом, чтобы годичные слои были направлены в противоположные стороны или под углом друг к другу;

сопрягаемые поверхности должны быть очищены от пыли, жировых включений и подогнаны друг к другу без зазоров;

соединяемые кромки лучше склеиваются, если они относятся к одной и той же части ствола (заболони или ядра);

тонкие заготовки лучше склеиваются, чем толстые.

Рис. 24. Клеевые соединения:
А — склеивание продольное; Б — склеивание впритык; В — склеивание "на ус"; Г — склеивание зубчатым шипом; Д — склеивание под углом

В настоящее время для создания клееных конструкций используют доски и брусья хвойных пород влажностью не более 12% и толщиной не более 42 мм в прямолинейных элементах и 33 мм в криволинейных. Применяют дощатые клееные конструкции в сочетании со строительной фанерой, а также с фанерой и сталью. Склеивание производят под давлением 0,3—0,5 МПа при длительности запрессовки 4—24 часа. Основные виды клеевого соединения конструкций приведены на рис. 24. Для склеивания шипы и все сопрягаемые поверхности деталей смазывают клеем, собирают и проверяют прямоугольность соединения. После этого склеенные элементы сжимают струбцинами или другими приспособлениями и оставляют до полного засыхания клея. Надежность соединения будет зависеть от того, как правильно будет зафиксированы склеиваемые детали до полного высыхания клея.

Рис. 25. Сечения дощатоклееных и клеенофанерных элементов:
1 — доски; 2 — фанера

Поперечные сечения клееных конструкций бывают прямоугольными, двутавровыми, коробчатыми и пр. (рис. 25). Клееные соединения применяют при изготовлении несущих и ограждающих конструкций, выполненных из досок или строительной фанеры. К числу таких конструкций относятся составные из досок балки, дощато-фанерные балки, гнутые арки, рамы, щиты ограждающих частей зданий, стропильные фермы и др.

Дощатоклееные балки в виде многослойного пакета обладают рядом преимуществ перед другими составными балками:

они работают как монолитные;

их можно изготовлять с поперечным сечением большой высоты;

в балках длиной более 6 м отдельные доски стыкуют по длине с помощью зубчатого шипа и, следовательно, балки не будут иметь стыка, ослабляющего сечение;

в дощатоклееных балках можно рационально размещать доски различного качества по высоте — в наиболее напряженных зонах доски 1-го сорта, в менее напряженных зонах доски 2-го и 3-го сортов.

Рис. 26. Балки дощатоклееные:
А — типы балок; Б — варианты сечений балок; В — распределение составных элементов по сортам (по качеству)

Рис. 27. Балки клеенофанерные с плоскими стенками и ребрами жесткости:
А — балка постоянной высоты; Б — двухскатная балка; В — балка с криволинейной геометрией верхнего пояса; Г — стык фанерной стенки с накладками; Д — стык фанерной стенки "на ус"

В отечественном строительстве применяют дощатоклееные балки пролетом до 24 м. Сечения дощатоклееных балок принимаются в большинстве случаев не более 16,5 мм, что позволяет изготовлять их из цельных широких досок, склеенных между собой кромками, с расположением этих стыков вразбежку по высоте. Высота сечения балок определяется расчетом и находится в пределах от 1/10 до 1/15 пролета. Форма дощатоклееных балок может быть прямоугольной, односкатной, сегментной и двускатной, постоянной и переменной высоты (рис. 26). Высота балок переменного сечения на опорах должна быть не менее 0,4 высоты сечения в середине длины. Балки склеивают из досок не более 44 мм. Доски перед склеиванием фрезеруют по лопастям на 2,5—3,5 мм, а после склеивания кромки балок фрезеруют в среднем на 5 мм.

Клеенофанерные балки состоят из фанерных стенок и дощатых поясов (рис. 27). Поперечное сечение клеенофанерной балки может быть двутавровым и коробчатым. Так как при этом пояса балки удалены от нейтральной оси, то материал в таких балках используется более эффективно. При этом клеенофанерные балки могут быть постоянной высоты, двускатными, а также с криволинейным верхним поясом. Балки с плоской фанерной стенкой рекомендуется использовать для пролетов до 15 м. Их высоту назначают в пределах 1/18—1/12 длины пролета. Толщина стенок должна быть не менее 8 мм. Доски поясов балки могут располагаться как горизонтально, так и вертикально. Пояса балки по плоскостям склеивания с фанерными стенками должны иметь прорези для того, чтобы ширина клеевых швов не превосходила 10 см. Это предотвратит появление перенапряжения швов при колебаниях температуры и влажности.

Придание жесткости фанерной стенке обеспечивается установкой дощатых ребер жесткости, которые располагают в коробчатых балках в полости между двумя фанерными стенками. В двутавровых балках ребра жесткости располагают по обе стороны стенки. По длине ребра жесткости ставятся с шагом, равным 1/8—1/10 пролета.