Деревянные конструкции

При массовом производстве расход материала несколько увеличивается из-за использования части заготовок в качестве образцов, для настройки станков и, частично из-за дефектов древесины.

Увеличение количества заготовок называют припуском на брак, он допускается до 5-10%. Это условные величины, так как, усовершенствуя технологический процесс изготовления любого изделия, процент брака удается значительно сократить.

Балки и фермы

Для перекрытия пролетов производственных зданий используют балки и фермы. Пролеты таких конструкций и размеры элементов и количество гвоздей и болтов в стыках определяют расчетом.

Составные гвоздевые балки изготовляют из досок и брусьев I и II сорта. Наиболее распространенная толщина пиломатериалов - 2…10 см. Допускаются сросшиеся с древесиной сучки диаметром до 15 см, не снижающие ее прочности. Наиболее распространены двутавровые деревянные балки (рис. 8).

Рис. 8. Сечения несущих деревянных балок: а…е - двутавровые балки; ж…к - пустотелые балки

В процессе эксплуатации в стенках деревянных балок появляются трещины, из-за усушки снижающие ее прочность на 40…60%. Двутавровые балки снижают прочность при использовании низкосортных досок ниже I и II сорта.

Стенка гвоздевой балки состоит из двух рядов досок толщиной 4…6, шириной 15-22 см, уложенных под углом 30…45° друг к другу. Жесткость стенки усиливают ребра из досок и брусья, стянутые болтами в ее верхней и нижней части (рис. 9). Высота такой балки в пределах 1/6…1/2 пролета.

Рис. 9. Фрагменты гвоздевых балок из брусков и досок: а - поперечный разрез; б - вид спереди; 1 - брусок; 2 - ребро; 3 - болты с гайками и шайбами; 4 - дощатая стенка

Недостатком деревянных гвоздевых балок являются остаточная деформация под нагрузкой, трудоемкость изготовления, коррозия гвоздей и болтов под влиянием атмосферных условий.

Клееные конструкции главным образом изготовляют на деревообрабатывающих предприятиях, используя сосновые доски I и II сорта толщиной 30…50 мм. Доски строгают на рейсмусовых станках с четырех сторон. Прочность клееных балок зависит от влажности и точности обработки материала.

Для клееных балок используют доски небольшой длины III сорта. Такие балки изготовляют в мастерских, имеющих оборудование для обработки и склеивания. Клееные конструкции при высыхании древесины подвержены усушке в различных направлениях волокон древесины. Доски в клееных конструкциях укладывают с противоположным рас положением годовых слоев (рис. 10).

Рис. 10. Послойная укладка пиломатериалов в клееных конструкциях и их категории: а, б - сечение прямоугольных балок; в - сечение квадратной колонны; г - двутавровая балка, усиленная гвоздями

Клееные балки имеют прямоугольное, квадратное или двутавровое сечение. Клееные несущие деревянные конструкции имеют различные модификации (рис. 11). Высота клееных балок в пределах 1/8… 1/12 пролета. Деревянные двутавровые клееные балки перекрывают пролеты до 12 м.

Рис. 11. Схемы деревянных клеевых несущих конструкций (вид спереди): а - прямоугольная балка; б - двускатная балка; в - гнутая балка; г - треугольная ферма со стальной затяжкой; д - деревянная шарнирная арка; е - гнутая рама; ж - деревянная параболическая арка

Клееные балки, усиленные гвоздями, применяют при устройстве совмещенных (бесчердачных) крыш. При этом несущие конструкции крыши объединены в общую панель с теплоизоляцией. Армированные клееные балки изготовляют прямоугольного или швеллерного сечения. Балки прямоугольного сечения имеют постоянную ширину 7 см при высоте 14…50,4 см с градацией 2,8 см (рис. 12). Балки усилены четырьмя арматурными стержнями диаметром 14 мм. Швеллерные балки изготовляют с толщиной стенок 7 и 10 см, у первых арматура из восьми стержней, у вторых - из двенадцати стержней диаметром 14 мм. Арматурные стержни укладывают в выбранные и смазанные клеем пазы между досками. Вместо досок используют также водостойкую и огнестойкую клееную фанеру.

Рис. 12. Сечение армированных клееных деревянных балок: а - прямоугольной; б в - двутавровой; г - треугольная рама; д - прямоугольная рама

Для клееных балок с предварительно напряженной арматурой стальные стержни нагревают до 80…90°С. Удлинившиеся стержни закрепляют анкерными упорами в концах балки. Стержни при остывании балки укорачиваются, создавая напряжение в балке.

Двутавровые деревянные балки изготовляют с решетчатой стенкой. Усиленные арматурой, они перекрывают пролеты до 9 м.

Деревянные фермы (рис. 13) бывают треугольные, прямоугольные, трапециевидные, сегментные и многоугольные. В фермах различают верхний и нижний пояса, раскосы и стойки. Деревянными фермами перекрывают пролеты до 24 м. Металлодеревянными фермами перекрывают пролеты большей величины. Узлы деревянных ферм крепятся гвоздями и болтами. В металлодеревянных фермах элементы, работающие на сжатие, изготовляют из древесины, работающие на растяжение - из стали.

Рис. 13. Схемы фермы (вид спереди): а - деревянной; б - металлодеревянной

Сегментные фермы. Их верхний пояс изготовляют из нескольких изогнутых слоев досок, сшитых гвоздями. Нижний пояс - затяжка из круглой стали. Затяжка, охватывая основание верхнего пояса (сегмента), поддерживает его с двух сторон.

Сегментные клееные фермы изготовляют из качественных досок, в том числе и нижний пояс (затяжку) (рис. 14). Узлы ферм усиливают пластинками из клееной фанеры толщиной 12,6 мм и накладками из полосовой стали. Стальной башмак соединяет верхний и нижний пояса фермы. Пролет такой фермы до 18 м.

Качество клееной древесины. В массовом производстве покрытие деталей клеевым слоем механизировано с помощью вальцов. Клеи карбамидных искусственных смол, нанесенные тонким слом на ровностроганую поверхность, обеспечивают прочное склеивание элементов. Клей наносят на одну поверхность детали, прочность соединения от этого не уменьшается.

Для прочности склеивания после нанесения клея детали плотно прижимают, используя клеильные прессы. Склеивание обеспечивается давлением, МПа (кгс/смІ).

Рис. 14. Гнуто-клееные из досок дугообразные (сегментные) фермы со стальными пластинками для скрепления узлов: 1 - гнуто-клееный верхний пояс фермы из пяти слоев досок (22Ч83 мм); 2 - нижняя затяжка из четырех слоев досок (22Ч83 мм); 3 - фанерные пластинки толщиной 12,7 мм с двух сторон узлов фермы; 4 - накладки из листовой стали; 5 - элементы решетки - стойки и раскосы сечением 51Ч89 мм; б - опора фермы поперечным сечением 254Ч254 мм; 7 - стальные накладки

Для запрессовки склеиваемых поверхностей используют ручные прессы, рамы с клиньями, эксцентриковые прессы, сжимающие склеиваемые детали под небольшим давлением струбцины (рис. 15). Механические устройства применяют для склеивания деталей небольшого объема, прессы - для сплачивания щитов, а также фанерования поверхностей декоративной фанерой или пластиком (например, дверных полотен).

Водостойкий клей из синтетических смол обеспечивает высокое качество склеиваемой конструкции. Клееные деревянные конструкции более огнестойки и менее подвержены гниению, чем природная древесина. Клееные конструкции позволяют экономично использовать короткие обрезки досок и брусьев.

Крепления для деревянных конструкций активно используются при строительстве чего-либо из дерева. Так, небольшая ферма, загородный домик или даже сарай, однозначно потребуют от вас применения креплений для деревянных конструкций. Наиболее распространенным методом крепления деревянных конструкций является классический. Когда в одной балке делаются пазы, в другой шипы, для придания определенной геометрической формы изделию, обычно прорезают дополнительные запилы в разны частях балок. После чего при помощи клея, гвоздей и сопутствующих инструментов собирается цельная конструкция. Данных метод крепления деревянных конструкций, не смотря на свое распространение, используется повсеместно. Однако есть и другие, куда более удобные методы крепления деревянных конструкций. Так, одним из таки методов считается использование металлических зубчатых пластин.

Использование металлически зубчатых пластин в виде крепления деревянных конструкций видится более оправданным при любом строительстве. Метод достаточно прост, заключается он в использовании тонких металлических листов, которые проходят предварительную обработку. Оцинкованная сталь (а именно она наиболее часто применяется в этом методе) проходит специальную штамповку, после этого листы штампованной оцинкованной стали нарезаются листами нужных размеров.

Применяется метод металлически зубчатых пластин очень просто, прежде всего, доскам придается необходимая геометрия, в соответствии с семой будущей постройки, после этого все деревянные части выкладываются в соответствующей форме и в местах крепления спрессовываются металлическими зубчатыми пластинами. Использование такой методики крепления деревянных конструкций, как зубчатые металлические пластины позволяет значительно снизить расходы на производство и повысить продуктивность труда. Отметим основные плюсы такой технологии крепления деревянных конструкций. В первую очередь все манипуляции связанные с креплением деревянных конструкций можно производить в помещении, а так, сразу пропадает зависимость от погодны условий.

Применение методики также, позволяет делать каждую следующую скрепленную деревянную конструкцию полностью идентичной предыдущей. Позволяет создать конструкцию абсолютно любой сложности. И при этом, эта конструкция будет превосходить свои аналоги, скрепленные при помощи клея и гвоздей, по прочности. Стык брусьев, может иметь зазор до 4-х миллиметров, при этом конструкция не становится менее прочной. Расположение шипов на металлической пластине может быть разным, в зависимости от преследуемых целей. Так, наиболее распространенной технологией является Ганг-нэил, технология, при которой пары шипов на металлической пластине, словно переплетаются и вгрызаются в деревянную конструкцию, это позволяет значительно увеличить прочность деревянной конструкции.