Древесина и ее значение в строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Применение древесины в строительстве

древесина строительство колонна кровля

Пути повышения эффективности применения деревянных конструкций в строительстве

Ценные строительные свойства древесины определяют и области ее эффективного использования. Малая плотность сухой древесины при сравнительно большой прочности и жесткости (вдоль волокон) делает целесообразным применение деревянных конструкций в покрытиях общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданий, поскольку в них, наряду с наиболее полным использованием лучших конструкционных свойств сухой древесины, легче всего осуществить конструктивные меры борьбы с гниением. Экологическая чистота делает древесину особенно целесообразной для строительства жилья, в частности коттеджного типа. В ограждающих частях отапливаемых зданий при этом хорошо используется малая теплопроводность сухой древесины поперек волокон. Химическая стойкость сухой древесины оправдывает преимущественное применение безметальных и особенно клееных деревянных конструкций для покрытий химических цехов и складов.

Для несущих конструкций применяют сосну, ель, лиственницу, пихту, кедр. Лиственные породы - осина, березу, ольху, липу и тополь - применяют лишь в конструкциях временных зданий и сооружений, а также для устройства опалубки, лесов и подмостей.

В наибольшей степени требованиям современного строительства отвечают клееные деревянные конструкции. Они позволяют повышать качество строительства и широко применять сборные детали любой формы и размеров. Клееные конструкции являются наиболее экономичными по расходу лесоматериала.

Применение новых материалов типа водостойкой фанеры, древесностружечных и древесноволокнистых плит, древеснослоистых пластиков и фибролита позволяет использовать малопригодную для строительства древесину и отходы.

Индустриальное производство из высушенного лесоматериала и применение необходимых конструктивных и химических мероприятий по защите древесины от гниения и пожарной опасности создает условия для существенного повышения капитальности деревянных конструкций.

2. Строительная древесина, ее свойства

Древесина - материал органического происхождения. Ее используют в строительстве обычно после простой обработки, мало меняющей ее начальные механические и физические свойства. Рассмотрим свойства строительной древесины, которые оказывают влияние на проектирование, возведение и эксплуатацию деревянных конструкций.

2.1 Положительные свойства

- малый объемный вес при относительно высокой прочности: строительная древесина весит примерно в 5 раз меньше железобетона и в 16 раз меньше стали. Расчетное сопротивление ее осевому сжатию (R_c=13 МПа), такое же как у железобетона (при марке бетона 300) и в 16 раз меньше чему стали марки Ст 3, то есть во столько же раз меньше, во сколько плотность древесины меньше стали.

- легкость добывания и простота обработки;

- возможность сборки, разборки, переноса и переделки отдельных деревянных конструкций и целых сооружений;

- благоприятные термические свойства древесины. Коэффициент линейного термического расширения хвойных пород вдоль волокон составляет 0,000004 - 0,000005, то есть примерно в 2-3 - раза меньше чем у стали и железобетона.

Еще меньше во сравнению со сталью и железобетоном у древесины коэффициент теплопроводности. Для сосны и ели коэффициент теплопроводности вдоль волокон составляет около 0,30 ккал/ч·м·град., а поперек волокон - 0,12 - 0,15 ккал/ч·м·град. Этот показатель позволяет использовать древесину в качестве эффективного утеплителя;

- высокая долговечность строительной древесины при надлежащем режиме эксплуатации конструкции. В качестве примера долговечности деревянных конструкций можно привести фермы покрытия манежа в Москве, построенные в 1817 году.

2.2 Отрицательные свойства

- неоднородность строения древесины. Вследствие этого прочность ее очень зависит от угла между направлениями волокон и действующего усилия. Так, при изменении угла от 0 до 30є прочность древесины на сжатие падает почти в 5 раз;

- изменение размеров деформаций, получаемых при сжатии и смятии древесины под разными углами к направлению волокон;

- прочность строительной древесины в большой степени зависит от наличия и расположения сучков, косослоя и др. Образцы, взятые из ствола у корня выше, чем у кроны на 15-20%;

- ограниченность сортамента строительной натуральной древесины как по форме поперечных сечений (круг или прямоугольник) так и по размерам (максимальная длина пиленых лесных материалов 6,5 м, круглых поделочных бревен -8,5 м).

- большая зависимость физико-механических свойств и размеров от влажности. В свежесрубленной древесине наибольшей влажностью обладает заболонь (110 - 120%) и меньшей - ядровая часть (35-50%). В процессе высыхания может наступить обратное соотношение. Поэтому при определении влажности древесины крупных строительных сортаментов следует брать пробу в разных местах на глубине 25-30 мм и на расстоянии не ближе 0,5 м от торца. Получаемые при этом показатели абсолютной влажности древесины следует рассматривать как средние.

С увеличением влажности предел прочности ее почти при всех видах статической работы резко падает. Изменение влажности древесины от 5 до 15% сопровождается падением прочности на сжатие почти в 2 раза. Дальнейшее увлажнение ее до 25% вызывает уменьшение прочности еще на 1/3, а изменение влажности древесины сверх 30% (точка насыщения волокна) уже незначительно уменьшает прочность. Наиболее слабое влияние оказывает изменение влажности древесины на работу ее при растяжении вдоль волокон. Совсем не обнаружена зависимость прочности древесины на ударный изгиб от ее влажности. Повышение влажности древесины сопровождается значительным увеличением деформаций при одинаковых напряжениях;

- высыхание древесины - является существенным недостатком, часто сопровождается сильным растрескиванием, что несет за собой снижение несущей способности деревянных элементов и их соединений и значительные и неравномерные изменения начальных размеров поперечных сечений бревен, брусьев и досок;

- усушка, разбухание, гниение и горение, подверженность химическим воздействиям, порча некоторыми видами жучков и моллюсков.

Рис. 2.1. Усушечные деформации:

а - усушка (и разбухание) древесины в направлениях касательном к годовым слоям, радиальном и продольном;

б - изменение размеров и формы поперечного сечения под влиянием усушки; в-коробление досок в зависимости от их расположения по отношению к центру бревна; г - растрескивание

3. Сортамент строительных материалов из древесины

Лесоматериалы делятся на круглые и пиленые. Круглые лесоматериалы по качеству делят на четыре сорта и бессортные (мелкие). Для рационального использования бревен в конструкциях их нередко применяют без обработки в «цилиндр», а со «сбегом» - уширением к корню (8 мм на 1000 мм длины); брусья с «обзолом», без полной опиловки.

Пиломатериалы изготовляют из хвойных и лиственных деревьев, в зависимости от сечений, получаемых от распиловок, различают следующие виды пиломатериалов:

а) по размерам поперечного сечения - доски, если ширина больше двойной толщины; бруски, если ширина не более двойной толщины; брусья, если толщина и ширина более 100 мм;

Доски - пиломатериал толщиной до 100 мм при соотношении ширины и толщины более 2. Их разделяют на тонкие, толщиной до 32 мм для лиственных пород и более 40 мм для хвойных. Тонкие доски называют тесом. В зависимости от чистоты опиловки доски бывают необрезные, с неопиленными кромками на всю длину доски и или на половину длины, и обрезные - с кромками, пропиленными по всей длине (в данном случае сечение доски представляет собой правильный прямоугольник) или более чем на половину длины доски.

Обапол - боковая часть, образующаяся при распиловке бревна на доски или бруски. Одна сторона у него полностью пропилена, вторая частично (дощатый обапол) или непропиленная (горбыльный обапол).

б) по характеру обработки: обрезные, если все четыре стороны обпилены, и необрезные, у которых пласти пропилены, а кромки частично или полностью не пропилены.

Стандартными длинами пиломатериалов считаются длины до 6,5 м с градацией 0,25 м.

Существует сортамент пиломатериалов, изготовляемых промышленностью (прил. 3). По специальному заказу возможен выпуск пиломатериалов с отступлением от норм.

В промышленности пиломатериалы в зависимости от наличия и размеров пороков делят на сорта: для хвойных пород - четыре, для лиственных - три.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3.1. Лесоматериалы:

а - общая характеристика; б - стандартные размеры бревен и пластин; в-наименование материалов по размерам сечения;

1 - бревно; 2 - пластина; 3 - четвертина; 4 - лежень;

5 - горбыль; 6-полуобрезной брус; 7 - четырехбитный брус;

8 - необрезные доски; 9 - обрезные доски; 10 - брусок;

11 - тонкая доска; 12 - толстая доска; 13 - комель;

14 - верхний отруб.

За последние годы в строительстве стали широко применять так называемую облагороженную древесину - древесные пластики, которые получают из продуктов переработки натуральной древесины, склеенных синтетическими смолами при высоких давлении и температуре. Виды древесных пластиков:

а) фанера - состоит из нечетного количества склеенных взаимно перпендикулярных слоев древесного лущеного шпона толщиной 0,5-1,5 мм, последний изготовляют из разных пород древесины, но лучше - из березы. Наружные слои шпона в фанере, называемые «рубашками», имеют одинаковое направление волокон древесины и изготовляются из более качественного шпона, чем внутренние слои, называемые «серединками». Продольным направлением фанеры считается направление волокон в «рубашках».

По нормам, для клееных деревянных конструкций следует применять фанеру ФСФ и бакелизированную фанеру ФБС, у которой все слои пропитаны водостойкими смолами. Фанеру выпускают в листах размерами до 2440x1525 мм и толщиной 1,5-12 мм, причем наиболее широко в конструкциях применяют пяти - семислойную фанеру;

б) древесно-волокнистые плиты ДВП толщиной 3-6 мм, изготовляемые из связующего и растертой до волокнистого состояния древесной массы;

в) древесно-стружечные плиты ДСП толщиной 6-32 мм, изготовляемые способом горячего прессования под давлением пропитанных смолами мелких древесных стружек. Эти плиты требуют обязательного антисептирования. Применяют их преимущественно для перегородок и обшивок;

г) ориентированно-стружечные плиты ОСП, применяемые в самое последнее время, образованные прессованием прямоугольных плоских щепов, пропитанных водостойкими смолами и парафином, в условиях высокого давления и температуры. В наружных слоях полоски щепов располагаются в основном параллельно длине плиты;

д) древесно-слоистый пластик, получаемый при полной пропитке шпона смолой с последующим горячим прессованием. Это самый прочный из всех древесных пластиков, но из-за дороговизны его применяют лишь для небольших ответственных деталей (шпонок, нагелей, косынок и др.).

Группы деревянных конструкций.

Деревянные конструкции делятся на группы, определяемые температурно-влажностными условиями эксплуатации. Эти группы представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Группы деревянных конструкций

Группа конструкций	Условия эксплуатации конструкций	Здания и сооружения
А1	Внутри отапливаемых помещений при относительной влажности воздуха ц ? 60%	Производственные, общественные и жилые здания
А2	то же, при ц= 61 - 75%	Производственные здания
АЗ	то же, при ц > 75%	то же
Б1	Внутри неотапливаемых помещений, в которых нет выделения водяных паров	Складские здания
Б2	Внутри неотапливаемых помещений, в которых есть выделение водяных паров	Животноводческие здания
В	На открытом воздухе, в том числе в районах с расчетной температурой ниже - 40°С	Опоры воздушных линий электропере-дачи, связи и осветительных сетей
Г1	При соприкосновении с грунтом	Шахтные крепи, шпалы и опоры, устанавливаемые в грунт
Г2	В грунте	Сваи
Д1	При постоянном увлажнении капельно-жидкой влагой

4. Средства соединения элементов деревянных конструкций

4.1 Общие сведения

Для соединения элементов деревянных конструкций используют весьма своеобразные средства. По характеру работы эти средства соединения можно разделить на 6 групп:

1) врубки;

2) шпонки;

3) нагели;

4) связи, работающие на выдергивание;

5) растянутые связи;

6) клей.

В практике нашего строительства наиболее распространены нагели, клей и врубки, реже - шпонки и растянутые связи.

Основной недостаток всех видов соединения (за исключением клея) - большая податливость. Гвозди, например, обладают хорошей плотностью в период загружения, но дают больше деформации в процессе эксплуатации, находясь под расчетной нагрузкой.

Средства соединения деревянных элементов имеют ограниченную область применения, обусловленные специфическими их особенностями. Так, врубки и косые шпонки используют только для передачи усилий одного направления и преимущественно в конструкциях из брусьев или бревен, кольцевые и зубчатые шпонки- в дощатых сквозных конструкциях, клей - в дощатых конструкциях сплошных поперечных сечений.

Соединения на кольцевых шпонках, на пластинчатых нагелях и на клею применяют в конструкциях, которые изготовляют на заводах. Соединения на врубках и цилиндрических нагелях, особенно на гвоздях широко используют в конструкциях построечного изготовления. Соединения на врубках и на цилиндрических нагелях требуют наименьшей затраты рабочей силы на изготовление по сравнению со всеми остальными видами соединений.

4.2 Соединения на нагелях

Нагелями называют стальные и деревянные вкладыши в форме цилиндра или пластинки, препятствующие смещению соединяемых элементов без распора последних. К цилиндрическим нагелям относят болты и штыри (стержни из круглой стали), а также проволочные гвозди. Значительно реже в строительстве встречаются дубовые цилиндрические нагели, трубки (обрезки газовых труб), глухари и шурупы.

В зависимости от способа постановки нагелей различают:

- нагели, закладываемые в приготовленные для них отверстия, соответствующие их полному размеру - болты, штыри, трубки, дубовые цилиндрические и пластинчатые нагели;

- нагели, забиваемые или завинчиваемые без предварительной подготовки гнезда - гвозди проволочные диаметром до 6 мм, некоторые виды стальных пластинок и тонкие шурупы диаметром не более 4 мм.

Работа нагелей весьма сложна и, в некоторой мере, напоминает работу клееного соединения.

При расчете нагельных соединений, так же как и болтовых, пренебрегают неравномерностью распределения сминающих напряжений по цилиндрическим поверхностям в направлении поперек оси нагеля и учитывают условные напряжения, отнесенные к диаметральному сечению и распределенные по нему равномерно.

Способ расчета нагельных соединений, принятый в практике нашего проектирования предусматривает проверку прочности соединений на смятие.

4.3 Размещения нагелей

Прочность древесины на скалывание или раскалывание должна быть обеспечена надлежащим порядком размещения нагелей в соединениях. Нагели ставят в отверстия, заранее рассверленные на полный диаметр и полную глубину, в отверстия, рассверленные не полностью, или забивают без предварительной подготовки отверстий.

Сверлить отверстия рекомендуется электросверлом с направляющей рамой. Диаметр сверла назначают обычно равным диаметру нагеля. Вследствие упругих свойств древесины фактический диаметр отверстия оказывается немного меньше диаметра сверла, что и обеспечивает достаточную начальную плотность соединения.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.1. Размещение цилиндрических нагелей и гвоздей:

а - нагелей; б - гвоздей рядовое; в-шахматное; г - косыми рядами

При назначении минимального расстояния между гвоздями необходимо учитывать опасность раскалывания древесины, которое тем более вероятно, чем больше диаметр забиваемого гвоздя и чем тоньше пробиваемая доска.

Если с ? 10d (рис. 4.1.) S₁ = 15d; с = 4d; S₁ = 25d.

Значения S₁ для промежуточных соотношений с:d можно принимать S₁ = 15d; расстояние S₂ ? 15d; S₃ ? 4d или S₃ ? 3d.

Для соединения элементов строительных конструкций обычно применяют гвозди d=4 мм; длиной l=100 и 120 мм; d=5 мм; длиной l=120 и 150 мм; d=6 мм; длиной l=150 и 200 мм.

Дощато-гвоздевые спаренные прогоны (рис. 4.2) являются многопролетными неразрезными. Они состоят из двух рядов досок толщиной не менее 4 см, соединенных пластями при помощи гвоздей. Крайние пролеты этих прогонов, включая сечение над второй опорой, где действуют большие, чем в среднем, изгибающие моменты, усиливаются третьей доской. Они устанавливаются в скатных покрытиях поперек скатов с шагом не более 1,5 м и опираются на наклонные верхние кромки основных несущих конструкций и поперечных стен зданий так же, как и однопролетные брусчатые прогоны. Так же как и те, они крепятся к опорам от перемещений вниз по скатам покрытий.

Концы досок каждого ряда соединяются гвоздевыми расчетными стыками. Стыки соседних рядов досок располагаются по длине прогона вразбежку на расстояниях, равных 1/5 длин пролетов от опор там, где изгибающие моменты имеют значения, близкие к нулевым. При этом накладкой в каждом стыке является соседняя цельная доска. Между стыками соседние доски соединяются гвоздями через каждые полметра.



Рис. 4.2. Дощато-гвоздевые прогоны покрытий:

а - общий вид; б - стыки; в-расчетная схема; 1 - доски; 2 - гвозди

Дощато-гвоздевые прогоны применяют только в сочетании с настилами, например перекрестными, воспринимающими скатные составляющие нагрузок и предупреждающими возникновение косого изгиба, на который эти прогоны работают ненадежно. Дощато-гвоздевые прогоны требуют меньшего расхода древесины, чем брусчатые, но их изготовление значительно более трудоемко.

Дощато-гвоздевые спаренные прогоны работают и рассчитываются на изгиб от действия к скату покрытия равномерно распределенных нагрузок от собственного веса всех элементов покрытия g и веса снега s. При шаге прогонов В и угле наклона покрытия б эта нагрузка определяется из выражения:

q = (g /соs б + s) соs б·a.

Расчетной схемой дощато-гвоздевого прогона является горизонтальная многопролетная неразрезная шарнирно опертая балка с равными пролетами. Максимальные изгибающие моменты в ней возникают в сечениях над средними опорами, они принимаются равными М = q·l/12 и над вторыми от концов прогона опорами М₁ = q·l/10.

Подбор сечения и проверка нормальных напряжений при изгибе производятся по максимальному моменту на промежуточных опорах с использованием формулы:

,

где М - расчетный изгибаемый момент;

R_и - расчетное сопротивление древесины изгибу (см. прил. 1).

5. Расчет конструкций рабочей площадки

Рабочая площадка располагается внутри здания и служит для размещения на ней технологического оборудования, материалов и обслуживающего персонала. Площадка состоит из несущих щитов, прогонов покрытия, клееных главных балок и колонн. Колонны опираются на собственные фундаменты (рис. 5.1).

а)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

б)

Рис. 5.1. Рабочая площадка:

а) схема площадки, б) сопряжение балок

1 - асфальтовая стяжка; 2 - несущий щит; 3 - прогон;

4 - главная балка; 5 - колонна.

5.1 Компоновка рабочей площадки

Компоновку площадки начинают с нанесения разбивочной сетки колонн, маркировка которой приведена ниже (рис 5.2). На пересечениях осей устанавливают колонны, затем составляют план расположения балок рабочей площадки.

Главные балки располагают вдоль большего шага колонн, прогоны - в перпендикулярном к ним направлении. Прогоны из конструктивных соображений целесообразно смещать с оси колонны на половину их шага (а/2).

Крайние главные балки имеют консольные части с = а/2 + (150 + 200) мм.

Например: длина здания в продольном направлении L= 6 м = 6 000 мм; длина здания в поперечном (перпендикулярном) направлении - В = 5 м = 5000 мм. Шаг балок настила а=L/п=6/5=1,2, где п - количество балок в одном пролете.

Рис. 5.2. Разбивочная сетка колонн

Компоновку продольного и поперечного разрезов выполняют на основании вертикальных отметок Н - отметка верха площадки (дано в задании) и Н₁ = -0.150 м. - отметка низа колонн. В качестве нулевой отметки принимают уровень чистого пола здания. Для обеспечения пространственной устойчивости конструкций площадки обычно между средними колоннами наружных рядов устанавливают крестовые связи. Настилом рабочей площадки служат сборные несущие щиты. При этом вес каждого щита не должен превышать веса монтажного блока покрытия при ручной укладке, равного 1 кН.

5.2 Материалы конструкций

В качестве основных материалов для несущих деревянных конструкций используются пиломатериалы из сосны и ели. Древесина для изготовления конструкций, эксплуатируемых в закрытых зданиях, как в нашем случае, должна иметь влажность не более 20%. Пиломатериалы, предназначенные для клееных конструкций и элементов, должны иметь влажность во время изготовления в пределах 8-12% и удовлетворять требованиям ГОСТ 20850-75.

Жидкие клеи на основе синтетических смол для склеивания древесины принимаются на основе СНиП ІІ-25-80.

5.3 Нагрузки на рабочую площадку

Конструкции рабочей площадки рассчитывают на равномерно распределенные переменную полезную и постоянную нагрузку от собственного веса покрытия. Расчет на прочность балок и устойчивость колонн выполняют по предельным расчетным нагрузкам, а на жесткость балок по эксплуатационным нагрузкам.

Характеристическое значение переменной нагрузки Р_о (кН/м) дано в задании.

5.4 Расчетная ячейка рабочей площадки

Расчет конструкции начинаем с установления расчетной схемы. Выделим из рабочей площадки среднюю расчетную ячейку, ограниченную параметрами L и B. Для этой ячейки выполняем расчет конструкций балок Б1 и Б2 (балок прогона и клееной балки), а также колонны К. Например, для рабочей площадки с размерами в продольном и поперечном направлении, соответственно L = 6 м и B= 5 м расчетная ячейка будет выглядеть следующим образом (рис. 5.3).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5.3. Расчетная схема ячейки рабочей площадки

6. Расчет щита кровли

Несущий щит представляет собой сплошной настил из досок, с нижней стороны которого на гвоздях прибиты поперечные и диагональные планки. Эти планки, выполняя функции распределительных брусков, обеспечивает совместную работу досок настила на изгиб при сосредоточенной монтажной нагрузке и пространственную неизменяемость кровельного покрытия.

Например: Принимаем несущий щит из досок шириной 10 см толщиной 2,5 см, 4 поперечные и 6 диагональных планок из досок 4х10 см (рис 6.1). Расстояние между прогонами покрытия для нашего задания а = l_пp = 1,2 м, длину несущего щита назначаем равной удвоенному расстояние между прогонами - 2,4 м (2·1,2=2,4 м), а ширину определим из расчета: трехпролетное здание с длиной в поперечном направлении В=5 м (3·5=15 м), значит ширина щита должна быть равной 1,5 м (15/10=1,5), где 10 - количество щитов в поперечном направлении на любые 2 прогона.

Эти несущие щиты укладываются на прогоны покрытия, и их настил работает на изгиб как двухпролетная балка. Настил кровли рассчитывается с учетом его неразрезности в пределах двух пролетов.

Рис. 6.1 Несущий щит

При загружении двухпролетной балки равномерно распределенной нагрузкой q от собственного веса и переменной Р_о наибольший изгибающий момент на средней опоре равен:

а наибольший прогиб в пролете:

,

где Е - модуль упругости древесины, принимается 1·10 кН/м;

I_х - момент инерции настила щита, определяемый по формуле:

Полученный прогиб сравнивается с предельным [f] (см. приложение 2).

Пример. Собираем постоянную нагрузку от собственного веса ограждающей части покрытия. В нашем примере характеристическое значение переменной нагрузки - Р_о=4 кН/м (табл. 6.1.)

Таблица 6.1

Элементы конструкций	Характеристическая нагрузка, кН/м	Коэффициент надежности по нагрузке гfm	Расчетная предельная нагрузка кН/м
Масса асфальтовой стяжки mа = tа•с•g = 0,04•1,5•9,81 (где t - толщина стяжки; с - плотность асф. смеси; g - ускорение свободного падения.)	0,6	1,1	0,66
Масса настила щита mщ= tщ•с•g =0,025•0,5·9,81 (где t - толщина щита; с - плотность древесины)	0,125	1,1	0,14
Поперечные и диагональные планки настила (ориентировочно 50% массы настила)	0,063	1,1	0,07
ВСЕГО	gо = 0,8		gm = 0,87

- Суммарная характеристическая нагрузка на 1 м покрытия:

где g_о - характеристическая нагрузка от собственного веса ограждающей части покрытия.

- Суммарная расчетная предельная нагрузка на 1 м покрытия:

.

- Общая расчетная предельная нагрузка на 1 п.м. полосы настила шириной b = 1 м:

,

где г_fe - коэффициент надежности по временной нагрузке.

- Максимальный изгибающий момент на промежуточной опоре (рис. 6.2.):

кН·м.

Рис. 6.2. Схема загружения балки равномерно распределенной нагрузкой.

- Момент сопротивления настила щита шириной b = 1 м:

- Напряжение изгиба:

где R_u - расчетное сопротивление на изгиб (см. приложение 1).

Проверка жесткости настила щита.

- Эксплуатационная нагрузка на 1 п.м. полосы настила шириной b=1 м:



где г_fе - коэффициент надежности по нагрузке для эксплуатационного значения г_fе=1,1.

- Момент инерции настила щита:

- Максимальный прогиб для двухпролетной неразрезной балки:

- Полученный прогиб сравниваем с предельным (для настилов):

7. Расчет прогонов кровли

Прогоны предназначены для восприятия вышележащей нагрузки и передачи ее на основные несущие конструкции. Прогоны покрытия могут быть: разрезными, консольно-балочными, неразрезными.

Основным решением многопролетных прогонов в покрытиях по несущим деревянным конструкциям следует считать спаренные прогоны, работающие как неразрезные (рис. 7.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7.1. Схема загружения прогона равномерно распределенной нагрузкой

Прогоны в этой случае выполнятся из двух досок, поставленных на ребро. Доски стыкуются в разбежку слева и справа от опоры на расстоянии х = 0,21·В, в месте нулевого значения момента. При этом неразрезная система прогонов при равных пролетах и равномерно распределенной нагрузке является равнопрогибной. Здесь значения опорных и пролетных изгибающих моментов и прогибов, так же как в консольно-балочной системе, при расположении стыков на расстоянии х = 0,21 В от опоры составляет:

Стыки досок прикрепляются к неразрезной доске гвоздями, количество которых определяется по формуле:

где х - расстояние от оси опоры до стыка;

Т - расчетная несущая способность среза гвоздя, наименьшее значение [3].

Затем вычисляем расстояние между осями гвоздей поперек волокон [3]:

Расстояние между осями гвоздя вдоль волокон до стыка (торца доски) должно быть [3]:

Кроме этих расчетных гвоздей по длине прогона ставятся конструктивно такие же гвозди через 50 см в шахматном порядке.

Расчет прогонов на поперечный изгиб заключается в проверке прочности и жесткости. При подборе сечения прогона прочность проверяется в месте наибольшего изгибающего момента. По формуле, находим требуемый момент сопротивления прогона:

Задаваясь определенной высотой сечения прогона, определяют ширину прогона:

- Жесткость определяем по формуле:

- Момент инерции прогона определяем по формуле:

Производим проверку: , используя приложение 2.

Пример. Прогоны кровли принимаем спаренными со стыками, расположенными по длине в разбежку на расстоянии 0,21·В от опоры. Такие прогоны рассчитываются как многопролетные балки с пролетом, равным расстоянию между несущими конструкциями.

Принимаем ориентировочно сечение прогона, учитывая соотношение: h/b>2·: b= 50 мм = 0,05 м; h = 150 мм = 0,15 м.

h/b>2·> 150/50=3>2,

где b - ширина прогона, состоящая из двух досок, поставленных на ребро, т.е. b=2t (t - толщина доски, t=0,025 м) см. П. 3.

Тогда: bxh = 0,05 х 0,15 м и собственный вес 1 п.м. прогона будет равен:

т/м = 0,04 кН/м,

где 0,5 - плотность древесины;

- характеристическая постоянная нагрузка на 1 п.м. прогона:

кН/м;

- общая расчетная предельная нагрузка приходящаяся на 1 п.м. прогона:

где г_fm - коэффициенты надежности по нагрузке табл. 5.1. [4];

- максимальный изгибающий момент:

кН·м;

- требуемый момент сопротивления прогона:

м = 1102 см.

Определим ширину прогона:

Исходя из соотношения: h/b>2·, если b= 294 мм; h = 150

h/b>2·> 150/294 = 0,5<2,

Нужно увеличить высоту сечения прогона, увеличим h_пр=22 см и определим ширину прогона:



По П. 3 находим, что ближайшая подходящая толщина доски t=75 мм=7,5 см, т.е. b=2t =2·7,5 =14 см, Принимаем прогоны из двух досок 2 х 7,5 х 22 см.

Момент инерции прогона определяем по формуле:

Жесткость определяем по формуле:

Относительный прогиб:

Расстояние от опоры до стыка прогона:

Диаметр гвоздей принимаем диаметром 0,5 см и длиной 12 см (см. п. 4.3.) и соединяем ими спаренные прогоны в местах стыков досок.

Расчетную несущую способность одного среза гвоздя определяем по [3]:

Т_с = 0,35 с·d = 0,35·7,5·0,5 = 1,3 кН,

где с - толщина средних элементов, а также элементов, равных по толщине.

Если длина гвоздя больше толщины соединяемых элементов, например если бы мы приняли гвозди диаметром 0,5 см и длиной 20 см, то в формуле

Т_с = 0,35 с·d

с - было бы принято с условием выхода гвоздя, т.е.

с=7,5-2,0·0,5 = 6, 5 см.

Из условия изгиба:

Т_и=2,5·d + 0,01·а=2,5 0,5 + 0,01·7,5 = 0,625+0,56=1,19 кН,

где а - толщина доски прогона, т.е. а = 7,5 cм,

но не более: Т_и= 4·d = 4·0,5 = 1 кН.

Таким образом, в расчет принимаем Т_min= 1 кН.

Требуемое количество гвоздей определяем по формуле:

принимаем 7 штук.

Расставляя 7 гвоздей в одном вертикальном ряду, расстояние между осями гвоздей поперек волокон получаем:

Расстояние между осями гвоздей вдоль волокон древесины от гвоздя до стыка (до торца доски) должно быть [3]:

S₁= 15·d = 15·0,5 = 7,5 см.

Принимаем 8 см.

Литература

1. Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. «Промышленное и гражданское строительство. - / Под ред. проф. Иванова В.А. - 2 изд., перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1990. - 287 с., илл.

2. Деревянные конструкции. /Г.Г. Карлсен и др. - Москва: Госстройиздат. - 542 с

3. СНиП П - 25 - 80. Нормы проектирования. Деревянные конструкции.

4. ДБН В.1. 2. - 2:2006. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования.

Размещено на Allbest.ru