Брыль С.В

КАФЕДРА СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

С. В. БРЫЛЬ

КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА

И ПЛАСТМАСС

методические указания и задание к курсовой работе

Коломна

2015

УДК 624.011.1

Брыль С.В.

Конструкции из дерева и пластмасс. Методические указания и задание к курсовой работе. / С.В Брыль. - Коломна: 2015 - 48 с.

Приводится задание на курсовое проектирование. Изложены необходимые пояснения по выполнению курсовой работы с указанием на литературные источники.

Рецензент:

кандидат технических наук, __________________

Рассмотрено и одобрено:

на заседании кафедры строительного производства Коломенского института (филиала) Университета машиностроения, протокол № ___, «____» _________________ 2015 года.

учебно-методическим советом Коломенского института (филиала) Университета машиностроения, протокол № ___, «____» _________________ 2015 года.

© Брыль С.В., 2015

© Коломенский институт (филиал)

Университета машиностроения 2015

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение.......................................................................................... 4

2. Вопросы по курсу, рекомендуемые для изучения.............................. 4

3. Задание на курсовую работу.............................................................. 6

4. Содержание работы и её состав...................................................... 10

5. Указания к выполнению работы....................................................... 13

5.1. Разработка эскизно-технического проекта... 13

5.2. Конструирование и расчёт несущих элементов каркаса... 18

5.3. Расчёт и конструирование основной несущей......................... 20 конструкции 25

5.4. Расчёт и конструирование основной стойки каркаса................ 33

5.5. Защита от загнивания............................................................... 37

5.6. Защита от возгорания............................................................... 40

5.7. Защита деревянных конструкций при транспортировке, складировании и хранении 41

6. Указания по оформлению пояснительной записки и листа чертежей 41

7. Литература...................................................................................... 44

1. ВВЕДЕНИЕ

Цель методических указаний - познакомить студентов с перечнем вопросов, включенных в рабочую программу курса «Конструкции из дерева и пластмасс) с указанием на источники, в которых находятся ответы; представление исходных данных для курсовой работы с указаниями по его выполнению.

Настоящие методические указания составлены по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс» для студентов специальности 270102, 270101 «Промышленное и гражданское строительство», утверждённая Учебно-методическим управлением по высшему образованию 7 марта 2000 года.

2. ВОПРОСЫ ПО КУРСУ, РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ

Программа курса включает следующие темы и вопросы, рекомендуемые для самопроверки:

Тема 1. Исторический обзор развития конструкций из дерева и

пластмасс

1.1. Исторический обзор развития конструкций из дерева.

1.2. Состояние и перспективы развития деревянных конструкций.

1.3. Краткий исторический обзор, современное состояние и области применения конструкций на основе пластмасс.

Тема 2. Материалы и конструкции из дерева и пластмасс

2.1. Распространение древесины.

2.2. Особенности древесины как строительного материала.

2.3. Материалы из древесины.

2.4. Физические свойства древесины

2.5. Защита древесины от возгорания.

2.6. Защита древесины от гниения и поражения насекомыми.

2.7. Механические свойства древесины (прочность).

2.8. Длительное сопротивление.

2.9. Нормативное и расчётное сопротивление.

2.10. Работа древесины на растяжение, сжатие и поперечный изгиб.

2.11. Работа древесины на смятие и скалывание.

2.12. Фанера.

2.13. Общие сведения о пластмассах.

2.14. Механические свойства пластмасс.

2.15. Виды пластмасс: стеклопластики, древесные пластики,

оргстекло, винипласт, пенопласт, поликарбонат и др. 2.16. Синтетические клеи.

Тема 3. Расчёт элементов из дерева и пластмасс

3.1. Расчёт растянутых, сжатых, изгибаемых, косоизгибаемых, сжато- изгибаемых, растянуто-изгибаемых элементов из дерева и пластмасс.

3.2. Данные для расчёта элементов из дерева и пластмасс.

Тема 4. Соединение элементов в конструкциях из дерева и

пластмасс

4.1. Классификация соединений и требования к ним.

4.2. Соединения, работающие на смятие и скалывание.

4.3. Конструктивные врубки.

4.4. Соединения на шпонках и пластинчатых нагелях.

4.5. Нагельные соединения (болтовые)

4.6. Нагельные соединения (гвоздевые)

4.7. Соединения, работающие на растяжение.

4.8. Клеевые соединения.

4.9. Новые системы соединений.

4.10. Соединения элементов в конструкциях из пластмасс.

Тема 5. Ограждающие конструкции из дерева и пластмасс

5.1. Настилы, обрешётки.

5.2. Прогоны.

5.3. Клеефанерные панели.

5.4. Панели и плиты с применением пластмасс.

Тема 6. Плоские деревянные конструкции

6.1. Клееные сплошные балки.

6.2. Клеефанерные балки.

6.3. Составные балки.

6.4. Составные стойки.

6.5. Решётчатые стойки.

6.6. Арки с затяжками.

6.7. Арки без затяжек.

6.8. Рамы гнутоклееные.

6.9. Рамы из прямолинейных элементов

6.10. Фермы на врубках.

6.11. Металлодеревянные фермы.

6.12. Сегментные фермы.

6.13. Пространственное крепление деревянных конструкций, зданий и сооружений.

3. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Целью выполнения курсовой работы является закрепление, углубление и обобщение теоретического материала, а также приобретение навыков практического применения методов расчёта и конструирования при самостоятельном решении конкретной инженерной задачи.

Задачей курсовой работы является разработка эскизно- технического проекта и рабочих чертежей элементов покрытия промышленного или гражданского здания в соответствии с выданным заданием.

Данные для задания выбирают из таблиц 3.1^3.6 в соответствии с тремя последними цифрами учебного шифра студента.

__________________________________________________________ Таблица 3.1

Схемы основных несущих конструкций здания

Наименование объектов

Склад солей

Крытый каток

Склад минеральных удобрений

Склад готовой продукции

Однопролетное производственное здание

Прирельсовый склад

Цех заготовок и деталей для мебели

Однопролетное производственное здание

Зерносклад

Механическая мастерская

Схему здания принимают по последней цифре шифра студента (см. табл. 3.1). Размеры пролёта, высоту и шаг расстановки конструкций находят по последней и предпоследней цифрам шифра (см. табл. 3.2).

Географический район строительства определяют по табл.3.3 согласно предпоследней цифре шифра, а тепловой режим здания - по табл. 3.4 согласно третьей от конца цифре шифра.

Пример определения исходных данных здания под шифром с тремя последними цифрами - 5 3 5

По табл. 3.1-3.6 находим: схему несущих конструкций (5 - однопролётное производственное здание с трапециевидной фермой; пролёт (Ь = 20,0 м); высота (Н=7,4 м); шаг расстановки (В=4,6 м); район строительства (Омск); тепловой режим здания - (тёплый); сечение стойки каркаса (сплошная дощато-клееная); покрытие - (прогонное).

Высота Н дана в таблице 3.1 в схемах 1-4,9 и между уровнями заделки стоек в фундамент и уровнем нижнего пояса фермы или балки.

Длину здания принимают равной 11 шагам (11 В). Радиус кривизны полуарок в схеме 1 равен пролёту - Ь.

4. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ И ЕЁ СОСТАВ

Выполнение курсовой работы состоит из двух основных этапов.

На первом этапе проводится эскизно-техническая проработка компоновочной схемы: решение схемы и расположение в плане несущих конструкций, выбор типа покрытия и размещение элементов кровли (прогонов, щитов), выбор типа и размещение связей.

На втором этапе выполняется расчет и конструирование основных несущих конструкций покрытия и рабочие чертежи конструкций с основными деталями узлов и соединений.

Общий объем курсовой работы 2 листа чертежей формата А-2 и расчетно-пояснительная записка объемом 15 - 20 страниц, выполненные в соответствии с требованием ЕСКД.

Пояснительная записка должна содержать: исходные данные; выбранные материалы (автор сам выбирает материал - породу древесины и её сорт (желательно сосна, ель), для стали - марку или класс прочности стали), действующие нагрузки, сбор расчётной нагрузки, определение усилий в элементах, подбор сечений и расчёт узлов; принятые меры по защите материалов конструкции от загнивания, возгорания, коррозии.

Все расчёты выполняют в соответствии с действующими СНиП и иллюстрируют необходимыми схемами и эскизами.

На листах чертежей изображают разработанные конструкции (отправочный элемент) и их детали, узлы, приводят спецификацию и примечания.

На первом листе формата А-2 приводятся: как правило, совмещенные планы здания (план каркаса, планы связей и распорок, план покрытия, включающий прогоны или плиты покрытия); поперечные и продольные разрезы здания с указанием вертикальных связей, распорок (рис.5.1, рис.5.2, рис.5.3, рис.5.4).

Рис.5.1. Схема покрытия с прогонами, стропильными ногами и обрешеткой 1 - фермы покрытия; 2 - вертикальные связи; 3 - прогоны; 4 - стропильные ноги; (через 0,1 - 1,0 м); 5 - горизонтальные связи

Рис.5.3.Схема покрытия с несущими кровельными панелями 1 - фермы покрытия; 2 - вертикальные связи; 3- горизонтальные связи; 4 - кровельные панели

На втором листе формата А-2 размещается: рабочий чертеж несущего элемента (полуарка, полурама, ферма, балки) с детальным рассмотрением узлов и опираний; спецификация на расположенные на этом листе элементы и конструкции.

Графическая часть должна полностью основываться на расчетах и конструировании, выполненных в пояснительной записке.

Примеры компоновки листов приведены в приложениях.

Следует заметить, что чертежи, расположенные в приложениях, не могут служить эталоном или образцом выполнения графической части проекта, а лишь служат примером возможного расположения на листах и одним из вариантов конструктивного решения. Автор проекта несет ответственность за правильность выбора того или иного варианта конструктивного решения и обосновывает свой выбор при защите проекта.

При выполнении графической части на компьютере студент дополнительно подтверждает это, проходя процедуру тестов по имеющимся при себе материалам на носителях (дисках, дискетах). При отрицательном результате тестирования графическая часть переоформляется в традиционном виде.

Оформление пояснительной записки и чертежей ведётся в соответствии с требованиями ЕСКД.

5. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

5.1. Разработка эскизного технического проекта

В эскизно-техническом проекте студент должен выбрать конструкцию покрытия в соответствии с шифром задания, указать основные размеры элементов ограждения и несущей конструкции, разместить элементы, обеспечивающие пространственную жесткость и устойчивость здания. Шаг несущих конструкций необходимо увязать с конструкцией покрытия, которое может выполняться в прогонном и беспрогонном вариантах. В прогонных покрытиях рекомендуется использовать неразрезные прогоны, обладающие более высокой несущей способностью и жёсткостью по сравнению с разрезными прогонами. В беспрогонном решении покрытия выполняются с использованием несущих клеефанерных или других панелей, работающих по схеме однопролётной балки и имеющих длину от 3 до 6 м.

Для обеспечения устойчивости покрытия в целом и отдельных его элементов необходимо установить горизонтальные связи в торцовых

частях здания в плоскости покрытия и по его длине на расстоянии не более 20-25 м друг от друга. Эти связи образуют в плоскости верхних поясов двух соседних несущих конструкций покрытия решётчатую ферму, которая передаёт действующие в её плоскости усилия на продольные стены. Примеры расположения горизонтальных и вертикальных связей в покрытиях приведены на рис. 5.1, 5.2, 5.3, 5.4. Вертикальные связи могут быть крестовыми и полураскосными. При жёстких торцевых стенах и небольшой длине здания устойчивость покрытия может быть обеспечена прогонами покрытия без устройства горизонтальных связей. При этом прогоны должны быть надёжно скреплены с верхними поясами ферм и заанкерены своими концами в торцовых каменных стенах (рис.5.5). В средней части зданий большой протяжённости устраивают также горизонтальные связи на расстоянии не менее 20 м от торцевой стены и друг от друга. В том случае, если в конструкциях покрытия имеются двойной перекрёстный дощатый настил или диагональные бруски по дощатому настилу, при надёжном скреплении этих элементов между собой, а также с прогонами и верхним контуром несущей конструкции, в плоскости покрытия образуется жёсткая неизменяемая диафрагма и устройства горизонтальных связей не требуется. Для покрытия, выполняемого из разрезных кровельных панелей, жёстких и неизменяемых в своей плоскости, необходима установка монтажных связей, которые прикрепляются непосредственно к основной несущей конструкции (рис. 5.6). Проверка устойчивости сжатого верхнего пояса из плоскости несущих конструкций, раскреплённого конструкциями покрытия по всей длине не требуется. Для обеспечения плоской формы изгиба ферм нижние пояса раскрепляются вертикальными связями. Эти связи служат также для удержания конструкций в вертикальном положении, как в период монтажа, так и в процессе эксплуатации здания. Основным типом поперечных вертикальных связей являются жёсткие связи с прямоугольным контуром, соединяющие попарно вдоль здания соседние несущие конструкции. Связи устанавливаются в плоскости стоек и раскосов ферм. Примеры схем и узлов крепления вертикальных связей каркасных зданий приведены на рис. 5.4, 5.7.

Рис.5.4. Схемы и узлы вертикальных связей между фермами.

Рис.5.5. Примеры крепления прогонов крыши а - к ферме; б - к торцевым стенам; в - стык разрезного прогона

Рис.5.6. Примеры крепления клеефанерных панелей к верхнему поясу конструкций и стыков панелей вдоль ската

Рис.5.7. Схемы вертикальных связей.

5.2. Конструирование и расчёт несущих элементов покрытия

Конструкции покрытия. В зависимости от теплового режима зданий покрытия могут быть холодные и утеплённые. В состав покрытия входят несущие элементы и кровля, а в утеплённых покрытиях, кроме того, пароизоляция и теплоизолирующий слой. В конструктивном отношении используются два решения: покрытия по прогонам и покрытия без прогонов с применением несущих щитов или панелей, укладываемых непосредственно на несущие конструкции.

Несущими элементами покрытия в прогонном решении являются: 1) рабочий настил, воспринимающий через кровлю внешние нагрузки и передающий их на прогоны, и скатные бруски; 2) прогоны, располагаемые в направлении продольной оси здания, передающие нагрузку на основную несущую конструкцию покрытия в виде ферм, балок, арок и рам; 3) скатные бруски, укладываемые по прогонам перпендикулярно скату в случае большого шага между ними (свыше 2 м) или под обрешётку для кровли из штучных материалов и кровельной стали. На рис. 5.8, 5.9, 5.10 показаны основные варианты конструкции утеплённого и холодного покрытия по прогонам. Схема конструкции несущих клеефанерных панелей дана на рис. 5.11. Уклон покрытия выбирается в зависимости от применяемого материала кровли. В проекте должны быть предусмотрены конструктивные меры защиты деревянных элементов зданий от биологического разрушения, возгорания и действия химически агрессивной среды, а в необходимых случаях также защитная обработка древесины в соответствии с указаниями СНиП и специальных инструкций. Для утепления покрытий применяются, как правило, несгораемые и биостойкие минеральные теплоизоляционные материалы. Настилы. Конструкция деревянных настилов зависит от вида кровли. Настилы могут состоять из отдельных досок, уложенных плашмя или с небольшим зазором (3-15 см), или из брусков, разреженных на расстояние в осях не более 25 см. Настилы могут быть одинарными или двойными. Двойные настилы применяют в качестве основания под рулонные кровли или под жёсткий утеплитель, по которому также укладывается рулонная кровля. Двойной настил состоит из нижнего (рабочего) сплошного слоя досок или обрешётки и защитного слоя, укладываемого под углом 30-45⁰ к рабочему слою из досок толщиной 16­19 мм вплотную. Защитный настил обеспечивает повышенную жёсткость основания под кровлю и пространственную жёсткость покрытия в плоскости крыши. Для наиболее равномерного распределения нагрузки к одинарному настилу или обрешётке можно снизу или сверху прибивать диагональные бруски или доски. Настилы кровли могут быть также щитовыми - сборными.

Рис.5.8. Схема утепленного непроветриваемого покрытия по прогонам.

Рис.5.9. Схема утепленного проветриваемого покрытия: а - разрез; б - щит рабочего настила; в - щит кровельный. 1 - верхний пояс несущей конструкции; 2 - прогоны; 3, 4 - упоры; 5 - рабочий настил (доски 19 - 25 мм); 6 - решетка дощато - гвоздевого щита; 7 - пароизоляция; 8 - утеплитель мягкий 50 - 70 мм; 9 - воздушная прослойка (продух); 10 - кровельный настил; 11 - рулонная кровля; 12 - диагональные бруски; 13 - поперечные планки; 14 - диагональные планки; 15 - сплошной настил в шпунт 6=16 мм; 16 - рабочие рейки 50х50 мм; 17 - соединительные рейки 50х50 мм; 18 - соединительный продольный брусок 50х100 мм.

Рис.5.10. Конструкция холодного покрытия с кровлей: а- из стали; б- рубероида; в- волнистого асбошифера. 1- балка; 2- стропильная нога; 3- рабочий настил из досок 19-32 мм; 4- защитный косой настил из досок 16-19 мм; 5- рубероид; 6- уголок; 7- подушка; 8- обрешетка; 9- доска под лежачий фалец; 10- кровельная сталь; 11- упор; 12- волнистый асбошифер; 13- решетка кровельного щита.

Рис.5.11. Конструкция клеефанерных панелей: а - план; б, в - разрезы холодной и утепленной панелей; г - стыки фанерных листов на "ус" и "зубчатый ус"; д - стык древесноволокнистых плит на "ус".

Настилы и обрешётку рассчитывают по двухпролётной схеме на следующие сочетания нагрузок (рис. 5.12):

a) собственный вес и снег (расчёт на прочность и прогиб);

b) собственный вес и сосредоточенный груз 100 кгс с умножением последнего на коэффициент перегрузки 1,2 (расчёт только на прочность);

При сплошном настиле или разреженном с расстоянием между осями досок или брусков не более 15 см сосредоточенный груз считается приложенным к двум доскам или брускам поровну. При двойном перекрёстном настиле или однослойном настиле с пришитым снизу в середине пролёта распределительным бруском

сосредоточенный груз считается распределённым на ширину 0,5 м рабочего настила.

Рис. 5.12. Расчётная схема настилов и обрешетки

Расчётное сопротивление древесины изгибу при расчёте настила и обрешётки под кровлю из древесины 3-го сорта следует принимать равным 13 МПа (130 кгс/см²).

Прогоны. Они выполняются из досок на ребро, брусьев и круглых или окантованных брёвен и укладываются по верхним поясам несущих конструкций с шагом от 0,8 до 2,0 м. При укладке прогонов только в узлах ферм и длине панелей верхнего пояса более 2 м необходимо по прогонам укладывать скатные бруски - наслонные стропила из досок на ребро с шагом 0,8 ^ 1,2 м.

Прогоны могут устанавливаться по скату покрытия вертикально (см. рис. 5.10, б) или наклонно (см. рис. 5.10. а, в). Последнее решение является более простым и поэтому предпочтительным. При наклонном расположении прогоны из досок, брусьев и окантованных бревен будут
работать на косой изгиб. Однако, как правило, скатную составляющую нагрузки удаётся передать на другие элементы покрытия (жёсткие в плоскости покрытия дощатые панели, наслонные стропила, скреплённые в коньке) и прогоны можно рассчитывать только на нормальную составляющую нагрузки. Следует иметь в виду, что в случае консольно- балочных или спаренных из двух досок неразрезных прогонов передача скатной составляющей на другие элементы покрытия является обязательной, потому что такие прогоны не могут воспринимать нагрузку, действующие в плоскости ската.

Конструкция и расчёт прогонов различных видов и наслонных стропил приведены в рекомендуемой литературе.

Прогоны, так же как и настилы, рассчитывают по прочности и жёсткости на нагрузку собственного веса покрытия, включая вес прогона, и снеговую нагрузку. Консольно-балочные и неразрезные прогоны рассчитывают при одновременном расположении временной равномерно распределённой нагрузки во всех пролётах.

Клеефанерные панели. Они состоят из дощатого каркаса и прикреплённых к нему фанерных обшивок (рис. 5.11). В утеплённых панелях между обшивками размещается тепло- и пароизоляция.

Материалами для клеефанерных панелей служат водостойкая строительная фанера марки ФСФ сорта В/ВВ или бакелизированная и пиломатериалы хвойных пород II - III сорта влажностью не более 10­12%. Для внутренней обшивки панелей в помещениях с относительной влажностью воздуха не выше 75% наряду с водостойкой можно использовать фанеру средней водостойкости марки ФК, а также твёрдые древесноволокнистые плиты. Стыки фанерных листов по длине осуществляются «на ус» или зубчатый шип, плит - «на ус». Склеивание листов в картины и обшивок с каркасом производят водостойким клеем.

При проектировании панелей предварительно уточняют их длину, пролёт и задаются размерами поперечного сечения панели и её элементов. Длину панели I принимают на 2 см меньше шага несущих конструкций покрытия, пролёт вычисляют по формуле

1пр _ 0,99 ■ I.

Высотой сечения панели И задаются из рекомендуемого соотношения

н _ 1 ^ 1 I ~ 4' 30

Сечение ребер можно принимать по сортаменту пиломатериалов, приведённому в табл. 5.4 настоящих Указаний, с учётом припусков на строгание кромок с фугованием по 5-6 мм на каждую кромку и по 2 мм на строжку каждой пласти доски - боковой поверхности рёбер.

Расчёт панелей производится на изгиб по прочности и жёсткости. При этом различие модулей упругости материалов, составляющих панель, учитывается вычислением приведённых геометрических характеристик сечения, неравномерное распределение напряжений по ширине обшивок - вычислением приведённой их ширины.

Указания по расчёту клеефанерных панелей приведены в СНиП [1], примеры проектирования содержатся в рекомендуемой литературе.

Наряду с клеефанерными панелями в покрытии могут быть применены панели с обшивками из других материалов, а также трёхслойные панели со сплошным средним слоем из пенопласта или сотопласта и обшивками из алюминия, пластмасс, асбестоцемента, фанеры. Примеры конструкции и расчёта таких панелей имеются в рекомендуемой литературе.

5.3. Расчёт и конструирование основной несущей конструкции.

Статический расчёт. Он заключается в определении расчётных, т.е. максимальных усилий, которые могут возникнуть в элементах конструкции при самом неблагоприятном сочетании действующих на конструкцию нагрузок.

На основную несущую конструкцию покрытия действуют постоянные нагрузки от собственного веса покрытия и временные - снеговые и ветровые. Кроме того, могут быть эксплуатационные нагрузки: постоянные и временные, например, от подвесных кранов. При этом в курсовом проекте ветровые нагрузки на покрытие не учитывают с целью упрощения расчётов и имея в виду, что чаще всего ветровая нагрузка, действующая на покрытие (отсос), уменьшает усилия, возникающие в элементах покрытия от вертикальных нагрузок. Эксплуатационные нагрузки учитывают, если они указаны в задании.

о

Сбор нагрузок начинают с определения их величин на 1 м² горизонтальной проекции покрытия.

a) нормативная постоянная нагрузка от веса покрытия

н х ^ ^д = ^дкр ' ^ >

где дХр - вес 1 м² покрытия, кгс/м²;

- длина оси верхнего пояса или поверхности несущей конструкции, м; Ь - пролёт несущей конструкции, м.

b) расчётная снеговая нагрузка

5р=•с,

о

где 5₀ - вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности

о

земли, принимаемый по СНиП [3], кгс/м²;

с - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие с учётом очертания его поверхности, принимаемый в соответствии с указаниями СНиП [3];

с) нормативная нагрузка от собственного веса несущей конструкции

д^н + 5р/1,6

^дсв

1000 ^ксв ' ^

н СУ

где д, 5_р - постоянная нормативная и снеговая расчётная нагрузки; к_св - коэффициент собственного веса несущей конструкции, принимаемый по таблицам в рекомендуемой литературе.

Расчётную постоянную нагрузку определяют путём умножения нормативной нагрузки на соответствующий коэффициент безопасности д. В соответствии со СНиП [3] величина д для постоянной нагрузки

принимается в соответствии со СНиП [3].

о

Сбор нагрузок на 1 м² горизонтальной проекции покрытия удобно свести в таблицу следующей формы (табл. 5.1):

Затем определяют погонные и расчётные нагрузки раздельно постоянную и временную (снеговую) на 1 пог. м пролёта - путём умножения на шаг несущих конструкций (В) соответствующих значений

2 ~ нагрузок на 1 м² горизонтальном проекции покрытия.

В сквозных решётчатых конструкциях, кроме того, определяют расчётную узловую нагрузку (постоянную и временную) умножением погонной нагрузки на горизонтальную проекцию панели верхнего пояса фермы. Для статического расчёта всю нагрузку условно считают приложенной в узлах верхнего пояса. Статический расчёт конструкции выполняют обычными методами строительной механики.

Усилия, полученные в элементах решётчатых конструкций, записывают в табл. 5.2, в сечениях сплошных распорных конструкций - в табл. 5.3.

Конструктивный расчёт. После статического расчёта приступают к конструктивному расчёту, заключающемуся в подборке сечений элементов, конструировании и расчёте узлов основной несущей конструкции покрытия.

Расчёт и конструирование фермы начинают с подбора сечения верхнего и нижнего поясов. При прогонном решении покрытия и расположении прогонов только в узлах фермы верхний пояс рассчитывают на устойчивость как центрально-сжатый элемент, принимая за расчётную длину расстояние между центрами узлов. В случае опирания конструкций покрытия на верхний пояс не только в узлах, но и между ними, в панелях пояса возникают изгибающие моменты и их рассчитывают на сжатие с изгибом.

с подбора сечения верхнего и нижнего поясов. При прогонном решении покрытия и расположении прогонов только в узлах фермы верхний пояс рассчитывают на устойчивость как центрально-сжатый элемент, принимая за расчётную длину расстояние между центрами узлов. В случае опирания конструкций покрытия на верхний пояс не только в узлах, но и между ними, в панелях пояса возникают изгибающие моменты и их рассчитывают на сжатие с изгибом.

Рис. 5.13. Внецентренное стыкование в узлах (а) и расчётная схема верхнего пояса (б)

С целью уменьшения расчётного изгибающего момента в верхнем поясе создают момент обратного знака путём эксцентричного приложения нормальной силы. Для этого в узлах и стыках верхнего пояса упор элементов в узловые детали или друг в друга производится только нижней частью сечения (рис. 5.13, а).

Величина эксцентриситета е может быть различной. Оптимальную величину е, при которой расчётный момент будет наименьшим, можно определить из равенства

где X - по формуле 30 [1].

Однако не следует применять слишком большие эксцентриситеты, превышающие 1/4 высоты сечения верхнего пояса.

В сегментных фермах, имеющих криволинейное очертание верхнего пояса, момент обратного знака от действия нормальной силы возникает за счёт выгиба панелей (рис. 5.14), поэтому прибегать к внецентренному решению узлов не требуется. Расчётный изгибающий момент определяют по формуле

Нижний пояс, как правило, рассчитывают на центральное растяжение с учётом ослаблений сечения в узлах и стыках.

Рис. 5.14. Расчётная схема панели верхнего пояса сегментной фермы

В отдельных случаях, когда имеет место нецентрированное присоединение решётки в узлах, учитывают возникающие при этом изгибающие моменты. Сечения верхнего и нижнего поясов подбирают по максимальным расчётным усилиям и принимают постоянными по всей длине фермы. Далее определяют расчётом сечения элементов решётки фермы, конструируют и рассчитывают опорные и промежуточные узлы несущей конструкции. Для подбора сечения элементов решётки каждого вида (подкосов, стоек) рассматривают наиболее напряжённый элемент и полученное сечение принимают также для всех остальных элементов. Конструирование узлов начинают с опорного с расчётом всех деталей узлов, участвующих в передаче усилий.

Кроме конструирования узлов, необходимо предусмотреть и рассчитать стыки элементов нижнего пояса и сконструировать стыки верхнего пояса по длине с учётом стандартной длины лесоматериалов и металлических частей.

При проектировании сплошных несущих конструкций (балок, арок, рам) подбирают их сечение по прочности и устойчивости с проверкой в необходимых случаях жёсткости (прогибов), а затем конструируют и рассчитывают узлы: опорные и коньковые. В рамах иногда предусматривается монтажный стык.

Фермы следует проектировать со строительным подъёмом не менее 1/200 пролёта, осуществляемым путём выгиба по верхнему и нижнему поясам. Строительный подъём, равный 1/200 пролёта, придаётся также балкам всех типов путём выгиба досок в процессе склеивания.

Компоновка сечений элементов несущих конструкций.

Конструкции из цельной древесины с использованием пиломатериалов (брус, доски) компонуются без дополнительной обработки (строжки) сортиментов, поэтому номинальные размеры сечений пиломатериалов одновременно являются расчётными. При этом необходимо ориентироваться на установленный сортамент пиломатериалов по табл. 5.4.

В сквозных (стержневых) конструкциях для удобства конструирования узлов размеры сечения всех элементов (поясов, стоек, раскосов) в плоскости конструкции принимают одинаковыми.

Компоновка сечений клееных элементов деревянных несущих конструкций имеет свои особенности. Как известно, путём склеивания пиломатериалов, в том числе маломерных, можно получить элементы практически неограниченных размеров как по длине, так и по сечению. При этом наряду с прямолинейными, возможно изготовление элементов криволинейного очертания и использование наиболее выгодных в статическом отношении форм сечения - двутавровой, коробчатой и т.п. Однако ввиду усложнения технологии при изготовлении элементов

указанной формы сечения, а также специфики прочностных свойств древесины, в частности низкой прочности при скалывании, основной формой сечения клееных элементов является прямоугольная, формируемая из пакета досок, склеенных по пластям водостойким клеем. При этом эффективное использование древесины достигается за счёт развития высоты сечения элементов, работающих на изгиб и сжатие с изгибом, и использования в средней по высоте сечения зоне пиломатериалов пониженного качества. Для центрально-сжатых элементов используют преимущественно сечение квадратной формы, для центрально-растянутых - квадратной и прямоугольной.

Максимальная высота сечения Ь по отношению к ширине Ь может быть ограничена и принята равной шестикратной ширине сечения для изгибаемых и пятикратной - для сжато-изгибаемых элементов (рис. 5.8). Пользуясь установленным соотношением и выразив высоту сечения через ширину, можно определить последнюю из условия прочности элемента при воздействии расчётного изгибающего момента. Получив таким образом требуемую ширину, а следовательно, и высоту сечения элемента, рассматривают возможность компоновки сечения необходимых размеров, используя указанный в табл. 5.4 сортамент пиломатериалов. При этом следует иметь в виду, что для упрощения изготовления склеиваемый блок по ширине должен состоять, как правило, из одной доски. В отдельных случаях при больших усилиях ширина сечения элемента может выходить за пределы рекомендуемого сортамента пиломатериалов. Тогда сечение по ширине комплектуют из двух, а иногда и более досок, имеющих разную ширину; ширина досок в слоях выбирается с таким расчётом, чтобы обеспечить требуемую общую ширину сечения и расположение стыков в смежных слоях вразбежку с уступом не менее толщины слоя 8 (рис. 5.15).

При компоновке и уточнении проектных размеров сечения по ширине и высоте клееных элементов необходимо учитывать припуски на фрезерование пластей досок (слоёв), боковых поверхностей блоков после склеивания, а в сечениях, комплектуемых по ширине их двух и более досок, кроме того, припуски на фрезерование кромок досок перед склеиванием.

Рис. 5.15. Сечение многослойного пакета, формируемого по ширине из одной (а) и двух (б) досок.

Слои многослойных клееных элементов перед склеиванием по пласти фрезеруется с двух сторон без предварительного фугования по 1 группе припусков (ГОСТ 7307-75), величина которых указана в табл. 5.5.

Толщина пиломатериалов должна приниматься с таким расчётом, чтобы толщина склеиваемых слоёв в элементах, как правило, не

превышала 33 мм. В криволинейных элементах, кроме того, толщина слоёв не должна превышать 1/150 радиуса кривизны. В прямолинейных элементах допускается толщина слоёв до 42 мм при условии устройства в них продольных прорезей. Высота сечения клееного пакета всегда будет кратна толщине слоёв, равной толщине пиломатериалов за вычетом припуска на фрезерование пластей.

Ширина пиломатериалов должна быть согласована с номинальной шириной клееного элемента с учётом суммарной величины припусков на фрезерование кромок заготовок (если слои по ширине склеиваются из двух и более досок) и обработку слоёв по ширине.

Припуски на фрезерование кромок заготовок перед склеиванием можно принимать в размере 4 мм на одну и 8 мм на две кромки.

Обработка слоёв по ширине производится после склеивания их в многослойный пакет в пределах допусков на фрезерование с фугованием с двух сторон:

Ширина пакета, мм Припуск, мм

до 100 10

110 - 180 15

200 - 250 20

5.4. Расчёт и конструирование основной стойки каркаса

Статический расчёт. Для определения расчётных усилий в стойке продольного фахверка рассматривают двухшарнирную раму, являющуюся основной несущей конструкцией здания, под воздействием вертикальных и горизонтальных (ветровых) нагрузок (рис. 5.16). За лишнюю неизвестную принимают реакцию ригеля - продольное усилие Х в ригеле на уровне верха стойки, которое определяют по формуле

Х = Х ₁ + Х ₂,

где Х1= — Н■ (д1 -д2) и

16 2

Здесь ^ и д₂ - равномерно распределённая расчётная ветровая

нагрузка (активное давление ^ и отсос ^₂)\ и Щ₂ - сосредоточенные

ветровые нагрузки на уровне верха стойки, равные соответственно ^ ■ Н

и д2 ■ Н.

В случае использования в качестве несущей конструкции покрытия треугольных, многоугольных и сегментных ферм, арок и сводов Н = 0 и, следовательно, = Ф₂ = 0.

I М М М М М М М М М М I М ТТТУ» III и и и I и и и I и и и I ГТТУг

щ

<к

Рис. 5.16. Расчётная схема рамы (а) и стойки (б).

При расчёте стойки ее собственным весом, ввиду малости, можно пренебречь. Нагрузка от стенового ограждения, обычно опираемого на рандбалку, передаётся непосредственно на фундаменты. В этом случае расчётные усилия будут равны:

изгибающий момент в основании стойки

продольное усилие

где N_ост - опорная реакция ригеля от веса покрытия; N_р - опорная реакция ригеля от снеговой нагрузки.

Конструкция и расчёт стоек. Наиболее широко применяются плоские стойки. Они могут быть решётчатыми и сплошными - чаще сплошными. Сплошные стойки могут быть из двух брёвен или брусьев на колодках, клееные - из досок.

Высота стоек Н на колодках лимитируется максимальной длиной сортаментов: не более 6,5 м для бруса и 7,5 м - для бревен. Высота клеефанерных и клеедощатых стоек практически не лимитируется.

При проектировании стойки с целью упрощения её закрепления в

фундаменте высоту сечения Н принимают равной (1/12+1/14) Н и

задаются шириной сечения Ъ в пределах (1/2+1/5)Н с учётом размеров рекомендуемого сортамента пиломатериалов (табл. 5.4).

Затем производят проверку прочности стойки по краевым нормальным напряжениям в плоскости рамы по формуле расчёта сжато- изгибаемых элементов. При этом расчётная длина стойки для определения коэффициента ф принимается равной двойной высоте (1о=2Н).

В стойках на колодках учитывается податливость связей введением коэффициента приведения гибкости т = 1,2. Определяют число колодок, равномерно расставленных по длине стойки.

В клеедощатых стойках проверяют прочность на скалывание по клеевым швам.

Из плоскости рамы проверяют устойчивость стойки при центральном сжатии: расчётная длина стойки принимается равной её фактической высоте. Если между стойками по длине здания имеются связи, например, продольные ригели, то расчётная длина принимается равной расстоянию между связями.

Конструкция и расчёт закрепления стоек в фундаментах. Прикрепление стоек к фундаменту обычно производится при помощи металлических анкеров (рис. 5.11). Усилия от анкеров передаются на накладки и связи, соединяющие накладки со стойками. В качестве связей могут использоваться клеевые соединения или нагели. Учитывая хрупкий характер работы древесины на скалывание, предпочтительно использование нагельного соединения, отличающегося высокой степенью надёжности.

Расчётное усилие в анкерных болтах N определяют при наиневыгоднейшем загружении - при максимальной ветровой нагрузке и минимальной вертикальной нагрузке, которая уменьшает растягивающее усилие в анкерах.

По величине N - определяют диаметр анкерных болтов и число односрезных болтов (несимметричное соединение) или глухарей для прикрепления накладок к стойке.

По растягивающему усилию N5 определяют диаметр анкерных болтов и число двухсрезных болтов, прикрепляющих накладки к стенке.

Рис. 5.17. Конструкции закрепления стоек в фундаментах: а) - клеедощатая; б) - на колодках; в) - клеефанерной

Если в качестве основной несущей конструкции здания используются трехшарнирные рамы или арки, опирающиеся непосредственно на фундаменты, производят расчёт и конструирование стойки торцевого фахверка (имеющей наибольшую высоту). На фундаменты стойки могут опираться шарнирно или с защемлением. В первом случае при передаче нагрузки от стенового ограждения непосредственно фундаментам, стойки рассчитывают как балку на двух опорах под воздействием ветровой нагрузки; во втором случае - как балку с одним заделанным концом и другими опирающимися шарнирно. Конструкция узла примыкания стойки к покрытию должна обеспечивать восприятие ветрового отсоса и не препятствовать свободному перемещению конструкции покрытия в вертикальной плоскости (прогибу) при изменении нагрузки на него.

5.5. Защита от загнивания.

Защитная обработка и конструктивные меры защиты древесины должны предусматривать сохранность конструкций при транспортировании, хранении и монтаже, а также увеличить из долговечность в процессе эксплуатации.

Конструктивные меры должны обеспечивать предохранение древесины от непосредственного увлажнения атмосферными осадками, грунтовыми и талыми водами, промерзания, капиллярного и конденсационного увлажнения.

Деревянные конструкции должны быть открытыми, хорошо проветриваемыми, по возможности доступными для осмотра и возобновления защитной обработки. Опорные части несущих элементов должны быть не только антисептированы, но и защищены тепло- и водоизоляционными материалами. Если покрытие плоское и деревянные элементы находятся внутри него, должно быть обеспечено проветривание между теплоизоляцией и верхним настилом. Целесообразно применять открытые несущие конструкции.

В отапливаемых зданиях и сооружениях несущие конструкции (балки, рамы, арки, фермы и др.) следует располагать так, чтобы они целиком находились либо в пределах отапливаемого помещения, либо вне него.

При эксплуатации несущих конструкций в у