ответы деревянные консрукции. 1. Области рационального применения Деревянные конструкции

• Название: 1. Области рационального применения Деревянные конструкции
• Анкор: ответы деревянные консрукции.docx
• Дата: 13.05.2017
• Размер: 358.92 Kb.
• Имя файла: ответы деревянные консрукции.docx
• Тип: Документы; #7513
• страница: 4 из 9

Соединение на пластинчатых нагелях.

Пластинки изготавливают из высушенной до 8% чистой древесины дуба или антисептированной березы. Балкам при изготовлении придается строительный подъем обеспечивающий плотное защемление пластинок. - строительный подъем. Из условия равнопрочности работы пластинки на изгиб и смятия поперек волокон, длина пластинки принимается равной l_пл=4,5δ_пл (l_пл=54, следовательно δ_пл=12). По всем конструктивным требованиям полученная высота сечения одного бруса 15 и более см.

Пластинки устанавливают равномерно по длине балки с шагом не менее 9δ_пл, во избежание скалывания брусьев между гнездами.

В изгибаемых элементах работа на равномерно распределенную нагрузку, а так же к близких к параболе эпюрах изгибаемых моментов любых др. напряжений, в средней части длиной 0,2l пластинки не устанавливают, т.к. сдвиги в шве очень не велики.

Расчет балок (Деревягина) на пластинчатых нагелях.

Расчет способности одного пластинчатого нагеля вычисляется из условия смятия и изгиба: .Из условия равнопрочности пластинок при соотношении l_пл=4,5δ_пл

- для стандартной толщины =12мм.

Общее количество пластинок устанавливаемых на участке от опоры до сечения с наибольшим изгибающим моментом (пол пролета) определяется по формуле:

S – статический момент части всего сечения отсеченной швом в котором устанавливаются рассчитываемые пластинки.

I – момент инерции всего сечения (bh³/12).

Когда пластинки в средней части балки не устанавливают, то их число уменьшается на 20%. В таком случаи формула принимает вид: .

Балки Деревягина относятся к классу составных конструкций на податливых связях, т.к. деформация шва может достигать 2мм.

Прочность и жесткость составных элементов несколько ниже чем у цельных, но выше чем у суммы рабочих брусьев. Расчет прочности и жесткости производится как для элементов цельного сечения, а момент инерции и момент сопротивления умножают на поправочный коэф меньше 1, учитывающий податливость связи:



к_w, к_ж – принимают по таблице 13 СНиПа в зависимости от пролета балки и числа швов.

21. Соединения на цилиндрических нагелях

Нагеля называют связи препятствующие взаимному перемещению соединяемых элементов и работают при этом на изгиб. По форме различают цилиндрические и пластинчатые нагели. По материалу: стальные, алюминиевые, деревянные и стеклопластиковые.

Цилиндрические нагели – к ним относятся: болты и штыри, винты всех видов (шурупы и глухори), гвозди – особая группа нагелей, отличающаяся тем, что при диаметре до 6мм включительно их забивают в древесину без просверливания гнезд. Нагели остальных типов устанавливают в отверстие диаметром равным диаметром нагеля для болтов и штырей и 0,8 диаметра для винтов всех видов. Гвозди создают в соединениях раскалывающие напряжения, поэтому расстояния между ними измеряем числом диаметров принимаемых большими чем для нагелей остальных типов.

В болтовых и винтовых соединениях возникают скалывающие напряжения. Расчет на скалывание и раскалывание не производят, а эти виды хрупкого разрушения нагельного соединение исключают выполнением конструктивных требований по расстановке нагельных соединений, подразделяют на односрезные и многосрезные, симметричные и несимметричные. Срезом соединения называется плоскость взаимного смещения соединения элементов (рабочий шов).

Нагели могут пересекать 1 или несколько швов, в соответствии их называют односрезными и многосрезными. Во всех случаях нагели следует устанавливать во избежание совпадения с сердцевиной или усушечными трещинами (солнечными).

Расстояния вдоль волокон между нагелями S₁ устанавливается нормами в зависимости от вида напряженного состояния в соединениях. Они больше для гвоздевых стыков в которых возникают раскалывающие напряжения и меньше для болтовых, работающих только на скалывание.

Для болтов: S₁≥7d₁, где d₁- диаметр болта.

Для гвоздей: S₁≥(15…25)d_гв.

Во избежание раскалывания допускается забивание гвоздей в доски толщиной не менее 4 диаметров гвоздя.

Расстояние S₂ и S₃ – так же регламентировано и составляет от 3 до 4 диаметров нагеля.

Работа и расчет нагельного соединения.

Древесина в нагельных гнездах работает на смятие, а сами нагели на изгиб.

Крайние элементы сминают одним срезом нагеля, средние элементы двумя срезами, поэтому расчеты производят отдельно.

Расчетная несущая способность одного среза нагеля вычисляют по формула:

; 0,8 и 0,5 – осредненное расчетное сопротивление древесины смятию в кН/см².

На изгиб нагели рассчитывают по формулам:



Все эти формулы справедливы когда усилия действуют вдоль волокон древесины, если же направление усилий и волокон не совпадают для всех соединений (нагельных) кроме гвоздевых, несущую способность умножают на к_α на смятие и на в расчетах на изгиб. Гвоздевые соединения работают один по всем направлениям поскольку гвозди обмяли древесину при разбивке, уплотнив ее в направлении поперек волокон.

22. Особенности работы гвоздей

Гвозди в соединениях сдвигаемых деревянных элементов работают как нагели. Их обычно забивают в древесину без предварительного просверливания, что обусловливает некоторые особенности их работы. Как указывалось раньше, исследования показали повышенную несущую способность гвоздей, вставленных в предварительно просверленные отверстия. Однако в этом случае гвозди принято называть тонкими нагелями и их расчет полностью совпадает с расчетом нагелей.

Диаметр гвоздей, забиваемых в цельную древесину, не превышает 6 мм и поэтому их несущая способность не зависит от угла между направлением действия силы и направлением волокон. В связи с этим для гвоздей коэффициент уменьшения несущей способности k_aне вводят в формулы определения несущей способности.

При определении расчетной длины защемления конца гвоздя в последней непробиваемой насквозь доске не следует учитывать часть длиной 1,5 d_ГB. Кроме того, из длины гвоздя при определении длины его защемления следует вычитать по 2 мм на каждый шов между соединяемыми элементами. Если расчетная длина защемления конца гвоздя получается меньше 4d_ГB, то его работу в примыкающем к шву элементе учитывать не следует. Диаметр гвоздей принимать не более 0,25 толщины пробиваемого элемента. Если последняя доска пробивается гвоздем насквозь, то, учитывая отщеп ее нижнего слоя, рабочая толщина доски уменьшается на 1,5d_ГB.

Заостренный конец гвоздя, проникая в древесину, раздвигает ее волокна в сторону, в результате чего происходит уплотнение древесины около гвоздя, что увеличивает опасность раскалывания древесины. Уменьшить эту опасность можно относительно более редкой расстановкой забиваемых гвоздей по сравнению с нагелями.

Минимальные расстояния между осями гвоздей вдоль волокон древесины следует принимать не менее S₁ = 15d_ГBпри толщине пробиваемого элемента c>10d_ГВ.S₁=25d_ГB при толщине пробиваемого элемента c=4d. Для промежуточных значений толщины элемента наименьшее расстояние следует определять по интерполяции.

Для элементов, не пробиваемых гвоздями насквозь, расстояние между осями гвоздей следует принимать независимо от их толщины S1≥15d. Расстояние вдоль волокон древесины от оси гвоздя до торца элемента во всех случаях надо брать не менее S₁ =15d. Расстояние между осями гвоздей поперек волокон древесины при прямой расстановке гвоздей принимают не менее S₂=4d; при шахматной расстановке или расстановке их косыми рядами это расстояние может быть уменьшено до S₂=3d, а расстояние от продольной кромки до оси гвоздя 4d.

Гвозди образуют более плотные соединения, чем нагели. Недостатком гвоздевых соединений является заметная ползучесть при длительно действующих нагрузках. Для увеличения плотности соединений, особенно в случаях прикрепления стальных накладок к деревянным элементам, нашли применение особые гвозди с негладкой поверхностью, забиваемые в древесину пневматическими молотками.

23. Клеевые соединения

Равнопрочность, монолитность и долговечность клеевых соединений в деревянных конструкциях могут быть достигнуты только применением водостойких конструкционных клеев. Долговечность и надежность клеевого соединения зависят от устойчивости адгезионных связей, вида клея, его качества, технологии склеивания, эксплуатационных условий и поверхностной обработки досок.

Клеевой шов должен обеспечивать прочность соединения, не уступающую прочности древесины на скалывание вдоль волокон и на растяжение поперек волокон. Прочность клеевого шва, соответствующую прочности древесины на растяжение вдоль волокон, пока еще не удается получить, поэтому в растянутых стыках площадь склеиваемых поверхностей приходится увеличивать примерно в 10 раз косой срезкой торца на ус или на зубчатый шип.

Плотность (беспустотность) контакта клеящего вещества со склеиваемыми поверхностями должна создаваться еще в вязкожидкой фазе конструкционного клея, заполняющего все углубления и шероховатости, благодаря способности смачивать склеиваемую поверхность. Чем ровнее и чище остроганы склеиваемые поверхности и чем плотнее они прилегают одни к другим, тем полнее монолитность склеивания, тем равномернее и тоньше клеевой шов. Деревянная конструкция, монолитно склеенная из сухих тонких досок, обладает значительными преимуществами перед брусом, вырезанным из цельного бревна, но для реализации этих преимуществ необходимо строгое соблюдение всех условий технологии индустриального производства клееных деревянных конструкций.

После отверждения конструкционного клея от сформировавшегося клеевого шва требуется не только равнопрочность и монолитность, но и водостойкость, теплостойкость и биостойкость. При испытаниях разрушение опытных образцов клеевых соединений должно происходить в основном по склеиваемой древесине, а не по клеевому шву (с разрушением внутренних, когезионных связей) и не в пограничном слое между клеевым швом и склеиваемым материалом (с разрушением пограничных, адгезионных связей).

Виды клея

В отличие от казеиновых и других белковых клеев синтетические конструкционные клеи образуют прочный водостойкий клеевой шов в результате реакции полимеризации или поликонденсации. В настоящее время в основном применяют резорциновые, фенольнорезорциновые, алкилрезорциновые, фенольные клеи. Согласно СНиП П-25-80, выбор типа клея зависит от температурно-влажностных условий, при которых будут эксплуатироваться клееные конструкции.

Эластичность и вязкость клеевого шва особенно важна при соединении деревянных элементов с металлическими, фанерными, пластмассовыми и другими конструкционными элементами, имеющими температурные, усадочные и упругие характеристики. Однако использование эластичных каучуковых клеев в напряженных соединениях как правило недопустимо из-за недостаточной прочности таких соединений и чрезмерной ползучести их при длительном нагружении.

Чем суше и тоньше склеиваемые доски, тем меньше опасность образования в них трещин. Если усушечное коробление недосушенных досок произойдет еще до отверждения клеевого шва, но после прекращения давления пресса, то склеивание будет необратимо нарушено, хотя возможно, что этот брак обнаружится лишь позднее, когда трещина раскроется по клеевому шву,

Виды соединений на клею

Растянутый стык клееных элементов в заводских условиях изготовляют на зубчатый шип (рис. IV.40, а, б) с уклоном склеиваемых поверхностей зуба примерно 1 : 10. Это унифицированное решение, по прочности не уступающее решению стыка на ус (при том же уклоне), более экономично по затрате древесины и более технологично в производстве; поэтому оно должно полностью заменить при заводском изготовлении все остальные виды стыков.

Зубчатый шип одинаково хорошо работает на растяжение, изгиб, кручение или сжатие. Согласно испытаниям, прочность такого стыка на клее даже на разрыв оказалась не ниже прочности цельного бруска, ослабленного «нормальным» для I категории сучком размером 1/4-1/6 ширины соответствующей стороны элемента.

На практике рекомендуется использовать наиболее технологичный вариант с нарезкой шипов перпендикулярно пласти. Этот вариант применим при любой ширине склеиваемых досок, даже слегка покоробленных. При стыковании клееных блоков больших сечений приходится применять склеивание холодным (или теплым) способом.

Для сращивания фанерных листов в заводском производстве таким же унифицированным неразборным видом соединения служит стыковое соединение на ус; его применение в напряженных элементах конструкций требует соблюдения следующих условий: длину уса принимают равной 10—12 толщинам фанеры, а направление волокон наружных шпонов (рубашек) должно совпадать с направлением действующих усилий. Ослабление обычной фанеры стыком на ус учитывают коэффициентом К_осл=0,6, а бакелизированной фанеры коэффициентом 0,8.

25. Балки на пластинчатых нагелях (балки В. С. Деревягина)

Составные балки на пластинчатых нагелях были разработаны В. С. Деревягиным в 1932 г. Они образуются сплачиванием по высоте двух или трех брусьев, соединенных между собой деревянными пластинчатыми нагелями. В этих балках соединять брусья по длине нельзя, поэтому длина балок не превышает 6— 6,5 м. Нагели делают из здоровой и сухой (влажностью не более 8—10%) дубовой древесины или березы. Для получения нагелей одинаковой толщины их изготовляют на рейсмусном станке по пробному гнезду. Гнезда для нагелей следует выбирать с помощью электрического цепнодолбежного станка. Их размеры, лимитируемые размерами цепей станка, должны обеспечивать достаточное защемление нагеля в брусе. Этому соответствуют цепи, позволяющие получить размеры гнезда 58х12 мм. Высота брусьев не может быть меньше 140 мм, так как максимальная глубина врезки нагелей 1/5h_бр.

Балкам при их изготовлении обязательно придают конструктивный строительный подъем, т. е. выгиб в сторону, обратную прогибу под нагрузкой. Выборку гнезд и постановку пластинчатых нагелей производят после того, как брусья балки уложены с плотной притеской одних к другим и после придания ей конструктивного строительного подъема. Такой порядок изготовления обеспечивает защемление нагелей в гнездах, вследствие стремления брусьев распрямиться, а также лучшую плотность соединений.

Конструктивный строительный подъем определяют по формуле F_стр=lδn_ш/2h₀.

Для устранения вредного влияния усушки устраивают продольные вертикальные пропилы глубиной 1/6 высоты бруса. Такие пропилы препятствуют образованию трещин по линии площадок скалывания между нагелями и таким образом обеспечивают надежность в работе балки.

Балки Деревягина рассчитывают как составную балку на податливых связях с введением коэффициентов, учитывающих податливость связей. Ослабление сечения пластинками, расположенными близко к нейтральной оси, не учитывают, так как даже при трех брусьях оно не превышает 10 %.

Полученное расчетом количество пластинчатых нагелей следует размещать на соответствующей длине балки при их расстановке с шагом S=9δ_пл. Если пластинки не могут быть размещены на балке, то необходимо увеличить ее ширину.

26. Дощатые настилы и обрешетка

Настилы являются несущими элементами ограждающих деревянных покрытий. На их изготовление расходуется до 70 % объема древесины, используемой при сооружении деревянных покрытий. Поэтому проектирование рациональных конструкций настилов во многом определяет экономическую эффективность покрытий в целом.

Настилы из досок применяют в покрытиях в виде сплошной конструкции или обрешетки под кровли разных типов. Под трехслойную рубероидную кровлю неотапливаемых зданий основанием служит настил из двух слоев досок, которые соединяются гвоздями. Верхний защитный слой досок толщиной 16—25 мм и шириной до 100 мм укладывают под углом 45° к нижнему. Для лучшего проветривания всего настила нижний рабочий настил с толщиной досок по расчету выполняют разреженным.

В покрытиях различных отапливаемых зданий для укладки утеплителя применяют одинарный дощатый настил. Доски соединяют впритык или четверть, толщину их определяют расчетом. Они скрепляются поперечными досками и раскосами из досок.

Для кровли из волнистых асбестоцементных или стеклопластиковых листов и кровельной стали устраивают обрешетку из досок или брусков, расположенных одни от других на расстоянии, зависящем от кровельного материала.

Защитный настил образует сплошную поверхность, обеспечивает совместную работу всех досок настила, распределяет сосредоточенные нагрузки на полосу рабочего настила шириной 50 см.

Расчет настилов и обрешеток, работающих на поперечный изгиб, производят по схеме двухпролетной балки при двух сочетаниях нагрузки:

- нагрузки от собственного веса покрытия и снеговой нагрузки — на прочность и прогиб: , где М_max=ql²/8; f=2,13q^нl⁴/384EI≤f_пр.

- нагрузки от собственного веса покрытия и сосредоточенной нагрузки в одном пролете Р_н=1 кН, а с учетом коэффициента перегрузки 1,2, равной P_р-1,2 кН - только на прочность.

Максимальный момент находится под сосредоточенным грузом, расположенным на расстоянии от левой опоры х=0,432l и равен приближенно M_max = 0,07ql²+0,207 Р_рl, где q— собственный вес покрытия. Сосредоточенный Р=1,2 кН груз считается приложенным к одной доске полностью при шаге досок более 15 см, а при шаге менее 15 см к одной доске прикладывается 0,5Р.При двойном перекрестном настиле рассчитывают на изгиб только рабочий (нижний) настил и только от нормальных составляющих нагрузок, поскольку скатные составляющие воспринимаются защитным настилом. Расчетную ширину настила принимают 50 см с учетом всех входящих в нее досок или, иначе можно сказать, что сосредоточенные грузы распределяются здесь на ширину 50 см.

Соединительные гвозди слоев настилаили настила с раскосамив большинстве случаев работают с большими запасами прочности.