Лекции по "Деревянным конструкциям"

Консольно-балочные прогоны.

В таких прогонах стыки выполняются  косым прирубом и их размещают  попарно через пролёт при расстояниях  от опор х=0,15L, в таком случае изгибающий момент, действующий на опоре и в пролёте выравниваются - что в 2 раза меньше, нежели в разрезных прогонах. Прогиб  в 2,5 раза меньше, чем в разрезном прогоне. Поскольку наибольшая длина пиломатериала равна 6,5 м, то неразрезные прогоны из досок используют при шаге поперечных несущих конструкций, не превышающих 6 м, а пролёты консольно-балочных прогонов из брусьев не могут быть более L≤5÷1,5h (h-высота сечения прогона). неразрезность балок на опорах так же можно осуществлять путём установки подбалок, соединённых с концами балок с помощью болтов.

Разрезные прогоны.

,

Неразрезные прогоны.

при , , , .

Консольно-балочные.

при , ,

Часто прогоны необходимо закреплять во избежание т.н. скатывания. От скатывания прогон удерживают планки, прибиваемые  к верхним поясам несущих конструкций покрытий. Сила, действующая на прогон (N), равна: , где - снеговая нагрузка,  - постоянная нагрузка, - шаг несущих конструкций покрытия, - пролёт.

- скатная составляющая, тогда  скатная сила  , тогда несущая способность одного гвоздя, закрепляемого от ската (Т), Т=0,8×a×d, где a – толщина меньшего из соединяемых элементов, d – диаметр гвоздя, тогда требуемое количество гвоздей:

 

Конструкции из дерева и пластмасс.

Клейфанерные балки.

Стоят из фанерных стенок и досчатых поясов, их применяют в качестве главных балок в конструкциях зданий и в конструкциях автодорожных мостов с пролётами не превышающими 18-20м. Известны примеры использования таких балок и для больших пролётов, например, здание ледового дворца в Чехии – пролёт 55м. высоту клейфанерных балок используемых в качестве главных балок в покрытиях здания, назначают не менее 1/12 пролёта, h_v≥1/12l. высоту необходимо увязывать со стандартными размерами листов, балки проектируют таврового или коробчатого сечения. Материал в таких балках используется наиболее эффективно, поскольку пояса удалены от нейтральной оси, и расположены в крайних участках сечения, где наибольшее нормальное напряжение.

Толщина фанеры обычно принимается  равной 10 или 12 мм (СНиП), ограничивает минимальную толщину фанеры 8 мм.

Фанерная стенка работает на сдвигающие усилия τ и кроме этого  может воспринимать и нормальные напряжения, при условии если волокна наружных шпонов (рубашек) расположены вдоль оси балки.

Несущая способность балки с  фанерной стенкой с продольным расположением волокон рубашки больше панели поперечной.

при продольном расположении волокон рубашки модуль упругости на 50% больше, чем при поперечной.

При продольном расположении волокон  фанеру можно стыковать на ус, при  поперечном фанера стыкуется только с помощью накладок.

Пояса, как правило, выполнены из вертикально расположенных досок толщиной 33 мм, склеенными между собой и с фанерной стенкой.

Во избежание разрушения клеевых  швов от усушки и разбухания древесины, ширина досок приклеиваемых к  фанере д.б. не более 10см.

При выполнении поясов из горизонтально  расположенных досок в них с этой же целью устраиваются пропилы на глубину 3-5см.

Доски поясов стыкуют по длине на зубчатый шип, с выходом шипов  на плоскости досок. Для расположения нижнего пояса целесообразно  использовать древесину I сорта, а для верхнего пояса древесину II сорта.

Клейфанерные балки м.б. постоянной высоты, двухскатные, а так же с  криволинейным верхним поясом. Расстояния рёбер жесткости для двухскатных балок, а=1/8÷1/10L.

В средней части балки шаг  рёбер жесткости можно увеличить, но не более чем 2 раза. Рёбра жесткости необходимо рассчитывать так, чтобы на них по возможности сосредотачивалась нагрузка от веса вышележащей конструкции покрытия.

Так же расстановка рёбер жесткости должна быть строго согласована со стыками фанерных стенок.

Вообще ребра жесткости необходимы для предотвращения потери устойчивости фанерной стенки.

Иногда в крайних пролётах ставят дополнительно восходящие подкосы.

53.Расчёт клейфанерных балок с плоской фанерной стенкой.

Проектными параметрами клей фанерной балки являются следующие величины:h_ср- величина балки посредине пролёта, h_оп - высота на опоре, δ_ст - толщина стенки (при двух стенках принимается суммарная), b_п - ширина пояса (без учёта толщины стенки), а – расстояние в свету между рёбрами, h_п – высота пояса.

Клейфанерные балки (как и панели покрытия) рассчитывают с учётом различных модулей упругости древесины и фанеры по приведённым геометрическим характеристикам.

(53).Метод приведённого сечения:

Приведение характеристик осуществляют к тому материалу, в котором находят  напряжения.

приведённые характеристики сечения вычисляют по следующим формулам: , , , ,

.

Клей фанерную балку рассчитывают по I и II группам предельных состояний (СНиП). Балки должны удовлетворять следующим требованиям:

1) Условие прочности на скалывание, на уровне нейтральной оси  опорного сечения. Фанерная стенка  проверяется на скалывание по  нейтральной оси.  ,

, =1,2 – коэффициент, учитывающий повышение модуля упругости фанеры при изгибе в плоскости щита.

.

2) Условие прочности по растяжению  нижнего пояса (проверка на  действие нормальных напряжений).

.   Поскольку двухскатная  балка имеет по её длине  переменное сечение (min площадь сечения на опоре, так в середине пролёта), то мах нормальные напряжения возникнут на некотором расстоянии Х от опоры (опасные сечения) зависит от уклона балки. х=l×( ), , -уклон, , - высота балки в опасном сечении,

, ,

Момент инерции поясов: , .

3) Условие прочности по растяжению  фанерной стенки в стенке листов  в ближайшем к опасному сечению  (на действие нормальных напряжений): , - коэффициент, учитывающий снижение расчётного сопротивления растяжению стыков «на ус» или «с накладкой».

4) Условие устойчивости сжатого  верхнего пояса из плоскости  балки в зоне опасного сечения.  Во всех конструкциях сжатый  верхний пояс изгибаемых элементов,  раскрепляется из плоскости с помощью связей (так называемых распорок или прочих элементов покрытия). l_P- расстояние между прикрепленными к поясу рёбрами панели покрытия или прогонов.  l_P=20b, , где - коэффициент продольного изгиба, , =3000 – для древесины при λ>70,

при λ≤70, ,  , =0,289×b_П – прямоугольном сечении.

  5) Условие прочности на скалывание по вертикальным швам между шпонами фанеры. Скалывание м.б. от сдвига пояса балки относительно фанерной стенки в опорном сечении. Иными словами скалывание произойдёт  в зоне контакта древесины с фанерой. , где - общее число срезов между поясом и стенкой (стенками), Статический момент приведённого к фанере одного пояса относительно нейтральной оси: .

6) Условие прочности по главным  растягивающим напряжениям, возникающим в фанерной стенке на уровне конструкции нижнего пояса плоскости ближайшего к опоре стыка фанерных швов.

, где  -нормальные и касательные напряжения.

в сечении стенки фанерной , ,

7) Условия устойчивости участка фанерной стенки между ребрами жесткости и пояса балки. Потеря устойчивости может произойти в 2-х местах: 1. в ближайшей к опоре панели, где отсутствует подкос жёсткости может произойти как в вертикальных, так и в горизонтальных плоскостях. 2. в панели содержащей опасное сечение балки, это условие имеет вид , где , - напряжения в среднем сечении соответствующей панели фанерной стенки на уровне внутренней кромки поясов. , , принимают по СНиП, , -по графикам СНиПа

1) если а≥h_ст , то = h_ст, 2) если а≤h_ст , то =а, если h_ст/δ_ст<50 то данное условие не проверяется.

Замечание: при поперечном расположении наружных волокон фанерной стенки (рубашки) по отношению к оси элемента проверку устойчивости следует производить  по указанной формуле только на действие касательных напряжений. В тех случаях, когда h_ст/δ_ст >80.

8) Ограничение мах прогиба (расчёт  производится на действие нормативной  нагрузки)

, для балок  =1/300, - коэффициент, учитывающий влияние деформации сдвига от поперечных сил на общую величину деформации (по СНиПу), k- коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечений при постоянном сечении k=1;

Если какая-то проверка не выполняется, то размеры балки д.б. соответствующим  образом пересмотрены и расчёт повторён.

54.Особенности конструирования и расчёта клейфанерных балок с волнистой фанерой.

Такие клейфанерные балки могут  изготавливаться следующим образом: фанерная стенка м. выставляться заранее в выполненный паз клиновидного сечения в деревянных поясах. Паз в деревянных поясах м.б. так же и прямолинейного сечения. Иногда для изготовления таких балок деревянные пояса распиливают по волнообразным кривым. Для раскрепления фанерной стенки из плоскости используют подушки фиксаторы. Остальное пространство заполняют.

Особенность работы клейфанерных балок с волнистой стенкой  является то, что под нагрузкой  фанерная стенка практически не воспринимает нормальные напряжения, в сжатой зоне изгибаемого элемента, фанерная стенка складывается, а в растянутой распрямляется. обширные исследования таких балок были проведены в НИСИ под руководством Дмитриева П.А. Как показали исследования таких балок их можно рассчитывать как составные стержни с учётом податливости фанерной стенки. неоспоримым достоинством таких балок является то, что наличие волнистой стенки позволяет (само по себе) обеспечивает устойчивость её из плоскости. Вследствие чего не нужна расстановка поперечных рёбер жёсткости. В расчёты вводят коэффициент податливости - учитывающий влияние податливости на несущую способность, - учитывающий влияние на деформативность (на жёсткость конструкции). , , где - коэффициент, характеризующий общую податливость стенки,  , здесь - модуль сдвига.

Можно вычислить напряжение в полках балки: - в растянутой зоне: , - в сжатой зоне: , - коэффициент продольного изгиба, для верхнего пояса из плоскости балки. , где - момент инерции балки как цельного элемента без учёта работы стенки.

 Так же должно быт выполнено  условие прочности на действие скалывающего напряжения в фанерной стенке. , b=2t, где t – глубина пазов.

Как показали исследования, что скалывание по фанере в клиновидных  пазах не происходит поэтому скалывающее  напряжение сравнивают с расчётным  сопротивлением скалыванию древесины. В прямолинейных пазах: . Волнистую стенку рассчитывают на устойчивость по следующей формуле , где - устойчивость фанерной стенки, - расчётное сопротивление фанеры срезу, - приведённый статический момент половины сечения балки относительно нейтральной оси. , , , где -высота волны стенки, ,  и приведены в таблице, если .

Прогибы: