Скалываемые элементы.

Скалывание древесины- это сдвиг, под действием усилия одной части древесины относительно другой в плоскости параллельно волокнам. Скалывание может произойти при изгибе в соединениях деревянных элементов, в клееных швах. Древесина работает на скалывание слабее, чем на все другие виды усилий, это объясняется тем, что связи между волокнами слабее, чем сами волокна. Скалывание происходит мгновенно при небольших нагрузках. Скалывающие напряжения распределяются по ширине сечения равномерно, а по длине нет. Пороки сильно влияют на прочность, особенно трещины и косослои. Не допускаются в зонах скалывания врезки и отверстия.

Скалывание при изгибе. В изгибаемых элементах от действия расчетных нагрузок возникают поперечные силы, которые максимальные на опоре Q=bl/2и равны о в середине пролета. От них в сечение балки возникают напряжения скалывания τ, по ширине они распределяются равномерно, по высоте от 0 у кромок и мак. в середине.

Расчет на прочность σ=QS / J b ≤ R_ск, где S-статический момент bh²/8, J-момент инерции bh³/12.

Обычно применяемые цельные деревянные конструкции не достигают расчетного сопротивления скалывания. Только балки, длина которых меньше семикратной высоты сечения, могут разрушаться от скалывания, а также балки, у которых нагрузка сосредоточена у опор.

Скалывание в соединениях. На скалывание в соединениях работают лишь небольшие участки, за исключением клеевых соединений. Напряжения скалывания максимальные у места приложения силы и уменьшаются по мере удаления, возникает растяжение поперек волокон, потому что сила скалывания действует не в одной плоскости с площадью скалывания и образует изгибающий момент. Растяжение уменьшается, когда сила действует под углом и кроме скалывания прижимает скалываемую часть древесины.

Расчет на прочность : τ =Т/ F ≤R_ск

где Т- наибольшее расчетное усилие.

Тема 5.3 Конструирование и расчет соединений элементов деревянных конструкций.

При изготовление деревянных конструкций используют различные соединения, которые способны выдерживать и передавать действующие усилия от нагрузок.

Виды соединений:

1. на врубках- врубки работают на скалывание и смятие;
2. на нагелях- нагели работают на изгиб и смятие;
3. на клеях- клеи работают на скалывание

Соединения на врубках.

Врубки- соединения, при помощи которых усилия передаются непосредственно одним элементом другому с добавлением специальных связей (болты, гвозди). К ним относят: лобовые врубки, лобовой упор, конструктивные врубки.

Конструктивные врубки (не рассчитываются):

• врубки в полдерева, используются для элементов из брусьев и бревен;
• косой прируб- для конструкций из бревен и брусьев, работающих на сжатие и изгиб.
• врубка в четверть и в шпунт - для соединения досок настилов и обшивок

Лобовой упор– простейший стык двух сжатых стержней. Он бывает прямой и под углом. В обоих случаях проверяется прочность древесины на смятие.

Лобовая врубка – соединение двух стержней под углом менее 90º. Их используют для соединения в фермах. Глубина гнезда делается не меньше 3 см в брёвнах и не меньше 2-х см в брусьях. Врубка стягивается наклонным стержневым болтом (аварийным) диаметром не менее 16 мм. Он устанавливается перпендикулярно врубаемому стержню и начинает работать в случае скалывания древесины. В низу в опорных узлах прибивают короткую доску подбалку с вырезом под подкладку со скосом для аварийного болта. Опорный узел на лобовой врубке должен правильно центрирован. Оси бревен должны пересекаться с осью опоры в одной точке.

Расчет лобовой врубки на смятие производится по формуле: σ= Nс/ F_см≤ R_см

Скалывание древесины возникает в свободном конце основного стержня. Прочность врубки на скалывание σ=Тск/ Fск≤ R_ск

Соединение на нагелях.Стержень или пластина, препятствующая взаимному сдвигу соединяемых элементов называется нагелями.

Нагели бывают цилиндрические и пластинчатые, деревянные и металлические.

К металлическим относятся: болты, винты, штыри, хомуты, скобы, гвозди. Они изготавливаются из стали марки СТ3.

Деревянные нагели делают из твёрдых пород: дерёзы, дуба. Сами нагели работают в соединение на изгиб, а древесина в месте примыкания нагеля на смятие. Стальные соединения не могут полностью исключить небольшие взаимные смещения элементов. Наиболее распространены диаметры 12,16,20 мм. . Наименьшее расстояние между болтами ограничено во избежание скалывания элемента.

Расчёт болтового соединения:

1. Прочность болта по изгибу Ти=180d²+2а²
2. прочность древесины среднего элемента смятия Тс=50сd
3. прочность крайнего элемента Та=80аd

Из 3-х значений выбираем наименьшее. Эта величина и есть расчётная прочность болта Тб. Прочность болта в 2-хсрезном соединение увеличена в 2 раза.

Общая прочность болтового соединяется на формуле: N = T_б * n_ср * n _б

Где n _б –количество болтов, n_ср – количество плоскостей среза.

Соединение на клеях

Соединения жесткие, заметных сдвигов не происходит. Древесина используется 1, 2 категории, доски толщиной не более 5 см., влажность не выше 15 %. Клеи синтетические, водостойкие.

Поперечные стыки:

1) стык по пласти вдоль волокон, направление годовых колец должно быть одинаковым, чтобы при изгибе от коробления не появились усилия, разрывающие клей. Стык работает на скалывание

2) стык по кромке, стык не рабочий

3) стык по пласти и кромке – работает на скалывание

4) стык по пласти поперек и под углом к волокнам, скалывающий напряжений

Продольные стыки:

1) стык в притык – хорошо работает на сжатие, на растяжение не может

2) стык на ус – хорошо работает на сжатие и растяжение

3) прямой зубчатый стык хорошо работает на сжатие и растяжение, угловой имеет ту же конструкцию, применяется для стыкования под углом 2⁰ - 36⁰.

Расчет клеевых соединений основывается на том, что прочность клея на сжатии и скалывании превосходит прочность древесины, растяжении = 0.

Продольные стыки не рассчитываются, стык по кромкам тоже.

Стык по пласти рассчитывается на скалывание вдоль волокон, что и цельные деревянные конструкции (F*0,5) – опасность не проклеивания. Стык по пласти в изгибаемых элементах :

I_ск = Q / 0.5 I b ≤ R_ск. R_ск = 24 кг/см².

Если деревянные элементы находятся под углом, то расчетное сопротивление уменьшается (данные в СНиПе).

Тема 5.4 Общие сведения о деревянных конструкциях зданий и сооружений.

Балки, прогоны – конструкции несущие на себе настилы. Могут быть цельного сечения, клеёные.

Балки цельного сечения с размерами по сортаменту в виде окантованных брёвен, брусьев или досок на рёбре применяется в односкатных и 2-х скатных покрытиях зданий с пролётом не более 6 м, шаг балок 1-2- м, опираются на стены, либо верхние пояса арок, ферм.

Одиночные прогоны – это ряды балок при больших уклонах крыш, двойные прогоны – изготовлены из 2-х рядов, поставленных на ребро досок, соединённых гвоздями – применяемые при небольших уклонах крыш.

Крепление прогонов к фермам, аркам – осуществляется с помощью дощатых коротышей – бобышек на гвоздях, работающих так же, как в стыках.

Расчёт осуществляется по прочности и на изгиб. σ=М / W ≤ R_и f = М Lо/ 10Е J

J- момент инерции. W- момент сопротивления. Е- модульупругости.

Клеёные балки упираются на продольные стены с шагом 3-6 м, прямоугольное сечение в=12-24 см, высота постоянная или увеличена к середине балки, склеивают из досок а=3-4,5 см. Нижние доски соединяются в зубной стык. Остальные в притык. Бывают односкатные прямоугольные, двускатные пятиугольные, выгнутые по всей длине, выгнутые к середине.

Расчёт клеёных балок такой же, что и цельные, но с изменением W/ k_w - учитывая формулу и размер сечения т.18 СНиП.

Прочность клеёных швов проверяется на скалывание в сечениях нод опорами, ширина *0,5 – учитывая опасность непроклеек.

Расчёт по прогибам имеет особенность только для двускатных балок, их прогиб делится на коэффициент k - учитывающий уменьшение высота к опорам.

Фермы. В покрытиях зданий, пролётом более 9м используются фермы свободно опертые. Могут быть простейшие построечные фермы и фермы заводского изготовления. Изготавливают их из целых досок, брусьев, брёвен, стальных стержней; соединяемых лобовыми врубками, упорами, нагелями.

Могут быть треугольными, трапециевидными, прямоугольные, параболические и т.д. Их уклон зависит от кровельного материала, шаг 4-6 м. Конструкции фермы работают на сжатие и растяжение.

В стр-ве чаще встречаются фермы, верхние и нижние пояса которых соединены на врубках, раскосы делают из дрёвен, а вертикальные стойки из металлических стержней. Коньковый узел представляет собой лобовой упор с дощатой накладной на балках. Опорные узлы делаются на лобовых врубках.

Самые выгодные металлодеревянные фермы, в которых растянутые стержни делаются из металла, сжатые из дерева; верхний пояс делают из брёвен, брусьев, нижний пояс – стальной стяж. Такие фермы более надёжны и экономичны.

Расчёт фермы:

А) определяется максимальная величина расчётных нагрузок.

Б) подбор поперечных сечений элементов.

В) расчёт узлов фермы.

Арки применяется в одноэтажных, однопролетных зданиях значительной ширины 9 – 24 метра. Арки состоят из одного или двух стержней, соединенных в нижнем поясе затяжкой, прикрепляются к опорам анкерами, между собой их соединяют дощатыми или прутковыми связями.

Арки бывают построчного или заводского изготовления, деревянные или металлодеревянные.

Треугольные арки из брусьев и бревен используются при пролете 6 – 9 метров, с высотой ½ - ¼ l, нижней пояс из брусьев и бревен, средняя подвеска металлическая. В коньковом узле лобовой упор с накладками на болтах. В металлодеревянных арках нижний пояс стальной.

Клееные арки заводского изготовления делаются полигональные и треугольные пролетом 12 – 18 метров, высотой 1/6 l. Полигональная арка – цельный гнутый по дуге элемент прямоугольного сечения, затяжка цельная клееная примерно квадратного сечения, подвески деревянные или металлические. Опорные узлы у арки делаются в виде стальных сварных башмаков. Существуют сборные составные арки.

Расчет:

1. учитываются равномерные нагрузки от собственного веса и снега, определяются опорные реакции R от расчетных нагрузок собственного веса и снега;

2. определяются растягивающие усилия в затяжках N_p и сжимающие N_сж;

3. определяются изгибающий момент М;

4. проверяется прочность элемента арки:

a. прочность затяжки на растяжение по сечению, ослабленному болтами;

b. прочность на сжатие с изгибом;

c. боковые фасонки рассчитываются на растяжение от опоры (затяжки крепятся к фасонкам болтами).

Рамные деревянные конструкции используются в основном во временных зданиях. Это подкосные системы щитовых зданий, каркасно-щитовых, каркасно- панельных. В качестве поперечного каркаса временных здания применяются рамные деревянные конструкции различных типов..

1.рамы с шарнирным опиранием ригеля, с заделанными стойками. Ригель- клееная балка, арка или ферма. Стойки делают клееными переменного сечения, увеличенного в опоре, заделка стоек осуществляется с помощью металлических накладок со столиками и заложенными в фундаменте анкерными болтами.

2.рамы с жестким опиранием ригеля, шарнирно опертыми стойками. Жесткое опирание ригеля на стойку решается с помощью клеештыревых соединений. Крепление к фундаментам осуществляется при помощи стальных закладных деталей.

3.трехшарнирная сплошная рама имеет шарнирные опоры и шарнирное соединение в коньке. Ригель жестко соединяется со стойкой с помощью углового зубчатого стыка или накладками на больтах. Крепление к опорам при помощи стальных башмаков и анкеров.

4.трехшарнирная рама с дополнительными подкосами в узловых соединениях, которые снижают изгибающий момент, крепятся лобовыми упорами.

Наибольшее применение трехшарнирные рамы получили в покрытие с большими уклонами.

Расчет рам зависит от схемы.

Рамы с ригелем в виде арок, балок, ферм статически не определимы. Конструкция ригеля рассчитывается отдельно на вертикальные нагрузки обычным методом, без учета статической неопределимости. Стойки рассчитывают на сжатие с изгибом на вертикальные нагрузки. Трехшарнирные рамы статически определимы.

• Определяются опорные реакции от вертикальных нагрузок.
• Определяется изгибающий момент и поперечная сила.
• Ригеля и стойки сплошных рам рассчитываются на сжатие с изгибом. Размеры сечения определяют наибольшим изгибающим моментом, действующим в жестком угловом соединении ригеля со стойкой.
• При зубчатом соединение углового узла определяется его прочность.

Пространственные конструкции покрытия весьма разнообразны, в плане могут быть прямоугольной, квадратной, многоугольной, трапецевидной, круглой формы.

Геометрические формы подразделяются на виды:

1. поверхности переноса одинарной (цилиндрические поверхности) и двоякой положительной и отрицательной гауссовой кривизны (поверхности сводов-оболочек двоякой кривизны);
2. поверхности вращения с вертикальной и горизонтальной осью- поверхности куполов и бочарных сводов;
3. коноидальные;
4. складчатые.

По характеру опорных реакций делятся на распорные и безраспорные.

По характеру опирания: по контуру, на торцовые стены и диафрагмы.

Основными конструктивными типами пространственных деревянных покрытий являются:

• цилиндрические тонкостенные и ребристые своды- оболочки, складки;
• тонкостенные и ребристые купола- оболочки, сомкнутые своды;
• кружально- сетчатые своды;
• кружально-сетчатые сферические и сомкнутые купола.

Применение пластмасс в строительстве.

В инженерных сетях пластмассы применяются в качестве материала для труб и гидроизоляции сооружений.

Пластмассы являются основой для конструктивных клеев, используются для защиты от коррозии. Для изготовления несущих полимерных конструкций используются стеклопластики, обладающие высокой прочностью. Стеклопластики в виде отдельных листов получают на основе полиэфирных смол, пропитывающие соты изрубленного стекловолокна.

В строительстве применяется стеклотекстолит, выпускаемые в виде листов и плит. Конструкции из стеклопласта обладают хорошими эксплуатационными качествами (легки, прочны, не требуют дополнительной отделки и т.д.). Пластмассы применяются для изготовления различных строительных профилей (оконные, плинтуса, короба и т.д.). их изготавливают в основном на основе поливинилхлорида и полистирола. Материал применяет в наружной и внутренней отделке помещений. Изготавливают полимербетон, полимерраствор.

Расчет пластмассовых конструкций введется приближенный методом предельных состояний, т.е. тот же , что деревянные конструкции