Нагрузки, действующие на сооружение. Сбор нагрузок. Нормативные и расчетные нагрузки. Учет собственного веса ДК

В зависимости от продолжительности действия нагрузок следует различать постоян­ные и временные (длительные, кратковремен­ные, особые) нагрузки.

Нагрузки, возникающие при изготов­лении, хранении и перевозке конструкций, а так­же при возведении сооружений, следует учиты­вать в расчетах как кратковременные нагрузки.

К постоянным нагрузкам следует относить:

а) вес частей сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих строительных конструкций;

б) вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление.

К длительным нагрузкам следует относить:

а) вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование;

б) вес стационарного оборудования: станков, аппаратов, моторов, емкостей, трубопроводов с арматурой, опорными частями и изоляцией, ленточных конвейеров, постоянных подъемных машин с их канатами и направляющими, а также вес жидкостей и твердых тел, заполняющих оборудование;

в) давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, избыточное давление и разрежение воздуха, возникающее при вентиляции шахт;

г) нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах и подобных помещениях;

д) температурные технологические воздействия от стационарного оборудования;

е) вес слоя воды на плоских водонаполненных покрытиях;

ж) вес отложений производственной пыли, если ее накопление не исключено соответствующими мероприятиями;

з) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с пониженными нормативными значениями;

и) вертикальные нагрузки от мостовых и подвесных кранов с пониженным нормативным значением, определяемым умножением полного нормативного значения вертикальной нагрузки от одного крана в каждом пролете здания на коэффициент: 0,5 — для групп режимов работы кранов 4К—6К; 0,6 — для группы режима работы кранов 7К; 0,7 — для группы режима работы кранов 8К. Группы режимов работы кранов принимаются по ГОСТ 25546—82;

к) снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением, определяемым умножением полного нормативного значения на коэффициент: 0,3 — для III снегового района, 0,5 — для IV района; 0,6 — для V и VI районов,

л) температурные климатические воздействия с пониженными нормативными значениями;

м) воздействия, обусловленные деформациями основания, не сопровождающимися коренным изменением структуры грунта, а также оттаиванием вечномерзлых грунтов:

н) воздействия, обусловленные изменением влажности, усадкой и ползучестью материалов.

К кратковременным нагрузкам следует относить:

а) нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, а также при его перестановке или замене;

б) вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования;

в) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с полными нормативными значениями, кроме нагрузок, указанных выше;

г) нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования (погрузчиков, электрокаров, кранов-штабелеров, тельферов, а также от мостовых и подвесных кранов с полным нормативным значением);

д) снеговые нагрузки с полным нормативным значением;

е) температурные климатические воздействия с полным нормативным значением;

ж) ветровые нагрузки;

з) гололедные нагрузки.

К особым нагрузкам следует относить:

а) сейсмические воздействия;

б) взрывные воздействия;

в) нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;

г) воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта (при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и карстовых.

Расчет конструкций и оснований по предельным состояниям первой и второй групп следует выполнять с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок или соответствующих им усилий.

В зависимости от учитываемого состава нагрузок следует различать:

а) основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных,

б) особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок.

При учете сочетаний, включающих постоянные и не менее двух временных нагрузок, расчетные значения временных нагрузок или соответствующих им усилий следует умножать на коэффициенты сочетаний, равные:

в основных сочетаниях для длительных нагрузок y₁ = 0,95; для кратковременных y₂ = 0,9;

в особых сочетаниях для длительных нагрузок y₁ = 0,95; для кратковременных y₂ = 0,8, кроме случаев, оговоренных в нормах проектирования сооружений для сейсмических районов и в других нормах проектирования конструкций и оснований. При этом особую нагрузку следует принимать без снижения.

При учете основных сочетаний, включающих постоянные нагрузки и одну временную нагрузку (длительную или кратковременную), коэффициенты y₁, y₂ вводить не следует.

Основными характеристиками нагрузок, установленными в настоящих нормах, являются их нормативные значения.

Нагрузка определенного вида характеризуется, как правило, одним нормативным значением. Для нагрузок от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий, от мостовых и подвесных кранов, снеговых, температурных климатических воздействий устанавливаются два нормативных значения: полное и пониженное (вводится в расчет при необходимости учета влияния длительности нагрузок, проверке на выносливость и в других случаях, оговоренных в нормах проектирования конструкций и оснований).

Расчетное значение нагрузки следует определять как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке g_f, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию.

Снеговые нагрузки

Полное нормативное значение снего­вой нагрузки на горизонтальную проекцию пок­рытия s следует определять по формуле

где s₀ - нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли (следует принимать в зависимости от снегового района); m - коэффициент перехода от веса сне­гового покрова земли к снеговой на­грузке на покрытие (схемы распределения снеговой нагрузки и значения коэффициента m следует принимать в соответствии с обязательным приложением 3 СНиП II-25-80).

Коэффициент надежности по нагрузке g_f для снеговой нагрузки следует принимать равным 1,4. При расчете элементов конструкции покрытия, для которых отношение учитываемого нормативного значения равномерно распределенной нагрузки от веса покрытия (включая вес стационарного оборудования) к нормативному значению веса снегового покрова s₀ менее 0,8 g_f следует принимать равным 1,6.

Ветровая нагрузка

Нормативное значение средней составляющей ветрового давления w_m на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле

где w₀ - нормативное значение ветрового дав­ления (следует принимать в зависимости от ветрового района); k - коэффициент, учитывающий измене­ние ветрового давления по высоте (в зависимости от типа местности); с - аэродинамический коэффициент.

Предварительное определение нагрузки от собственного веса проектируемой несущей конструкции g_с.в в зависимости от ее типа, пролета l, постоянной g^н и временной p^н_вр нормативных нагрузок производят по формуле

Значения K_с.в. выбираются в зависимости от типов плоскостных деревянных конструкций и от пролета l по сводным таблицам.

После окончания разработки проекта конструкции определяют уточненное значение собственного веса конструкции g^’_с.в. Если g^’_с.в существенно превышает g_с.в, то может потребоваться пересчет конструкции.

Чем меньше собственный вес конструкции, тем меньше затраты материалов. Однако необходимо отметить, что минимум собственного веса конструкции не может быть принят в качестве критерия для выбора экономически наиболее эффективных конструктивных решений и типов конструкций.

Настилы и обрешетка из досок и бруска

Настилы являются несущими элементами ограждающих деревянных покрытий.

Настилы из досок применяют в покрытиях в виде сплошной конструкции или обрешетки под кровли различных видов. Под трехслойную рубероидную кровлю неотапливаемых зданий основанием служит настил из двух слоев досок, которые соединяются гвоздями (см. рис.). Верхний защитный слой досок толщиной 16 – 25 мм и шириной до 100 мм укладывают под углом 45⁰ к нижнему. Для лучшего проветривания всего настила нижний рабочий настил с толщиной досок по расчету выполняют разряженным.

В покрытиях различных отапливаемых зданий (см. рис. ) 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 один от других на расстоянии, зависящем от кровельного материала (см. рис.).

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 (см. рис.): нагрузки от собственного веса покрытия и снеговой нагрузки – на прочность и прогиб:

s_и = M_max/W_нт £ R_и, где M_max = ql²/8;

f_о = 2,13q_нl⁴/384EI £ f_пр.

Нагрузки от собственного веса покрытия и сосредоточенной нагрузки в одном пролете P_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 x = 0.432l и равен приближенно M_max = 0,07 ql² + 0,207 P_рl, где q – собственный вес покрытия.

Сосредоточенный P = 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 0,5P. 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 настила или настила с раскосами в большинстве случаев работают с большими запасами прочности.

 

Прогоны и балки цельного сечения

Схема и конструкция прогонов: а – разрезного; б – консольно-балочного; в – неразрезного из спаренных досок; г, д – к расчету стыка неразрезного прогона из спаренных досок; е – стык косым прирубом консольно-балочного прогона; 1 – прогон; 2 – болт; 3 – гвозди.

Прогоны покрытий цельного сечения выполняют из досок на ребро, брусьев и бревен, окантованных с обеих сторон. Разрезные прогоны (см. рис.) более просты в изготовлении и монтаже, но требуют большого расхода древесины. Они стыкуются на опорах, впритык, на накладках или вразбежку. В консольно-балочных (см. рис.) и неразрезных прогонах из спаренных досок (см. рис.) стыки устраивают в пролете.

Консольно-балочные прогоны являются многопролетными статически определимыми системами. Их применение целесообразно в том случае, когда временная нагрузка неподвижна и равномерно распределена по всем пролетам прогона.

Если шарниры расположить на расстоянии от опор x = 0,15l (l – пролет консольно-балочного прогона), то моменты на опорах будут равны по абсолютному значению максимальным моментам в пролетах, и получается так называемое равномоментное решение прогона. Для выравнивания моментов в первом и последнем пролетах значение этих пролетов (l₁) надо уменьшать до 0,85l. Если шарниры расположить на расстоянии от опор x = 0,21l, то получится равнопрогибное решение, при котором максимальные прогибы во всех пролетах, кроме крайних будут одинаковыми. При уменьшении крайних пролетов до 0,79l прогибы в этих пролетах будут равны прогибам в остальных пролетах.

Если крайние пролеты равны остальным, т.е. l₁ = l, то изгибающий момент на первой промежуточной опоре будет M_оп = ql²/10, а прогибы прогона в крайнем пролете f₁ = 2,5q_нl⁴/384EI.

Консольно-балочные прогоны выполняют из брусьев. По длине они соединяются в местах расположения шарниров косым прирубом (см. рис.). Во избежание смещений под действием случайных усилий в середине косого прируба ставят болты. В случае равномоментного решения болты не должны быть затянуты, чтобы обеспечить перелом упругой линии прогона, образующийся в шарнире, между консолью и подвесной частью прогона. При равнопрогибном решении прогона в местах расположения шарниров упругая линия проходит плавно и перелома не имеет, что позволяет плотно затягивать болты.

К недостаткам консольно-балочных прогонов можно отнести то, что при обычной длине лесоматериалов, равной 6,5 м, перекрываемый пролет не велик и не превышает 4,5 м. Кроме того, необходимо либо уменьшать крайние пролеты, либо увеличивать поперечное сечение прогонов в этих пролетах.

Спаренные неразрезные прогоны (см. рис.) состоят из двух рядов досок, поставленных на ребро и соединенных гвоздями, забиваемых конструктивно с шагом 50 см (см. рис.). Каждый ряд досок выполнен по схеме консольно-балочного прогона с последовательным расположением стыков, но первый ряд не имеет стыков в первом пролете, а второй ряд досок – в последнем пролете.

Доски одного ряда соединяют по длине без косого прируба. Концы досок одного ряда прибивают гвоздями к доске другого ряда, не имеющего в данном месте стыка. Гвоздевой забой стыка должен быть рассчитан на восприятие поперечной силы. Количество гвоздей с каждой стороны стыка определяют исходя из того, что поперечная сила, приходящаяся на один ряд досок Q » M_оп/2x_гв, в то же время равна Q = n_гвT_гв, откуда n_гв = M_оп/2x_гвT_гв, где x_гв – расстояние от опоры до центра гвоздевого забоя, учитывая что каждый гвоздь воспринимает одинаковое усилие, равное T_гв.

Стыки досок устраивают в точках, где момент в неразрезных балках, загруженных равномерно распределенной нагрузкой по всей их длине, меняет знак, т.е. на расстоянии от опор, равных 0,21l.

Спаренный неразрезной прогон в расчетном отношении аналогичен равнопрогибному консольно-балочному прогону и поэтому его расчет производят по формулам M_max = ql²/12 и f = q_нl⁴/384EI £ f_пр.

При этом крайние пролеты l₁ должны быть меньше и равны 0.8l.

Подрезка на опорах. При опирании балок иногда приходится делать подрезку у опор. Около подрезки в месте резкого изменения высоты балки возникают значительные скалывающие и раскалывающие напряжения, которые могут вызвать разрушение подрезанной балки.

Чтобы исключить такое разрушение, допускается делать на опоре подрезку растянутых волокон изгибаемых элементов цельного сечения только глубиной a £ 0,25h (см. рис.) при условии, что A/bh £ 0,4 МПа, где A – опорная реакция балки от расчетной нагрузки; b,h – ширина и высота поперечного сечения балки без подрезки.

Длина опорной площади подрезки c не должна превышать высоты сечения балки.

Для постепенного изменения высоты сечения следует делать скошенную подрезку. Длина скошенной части должна быть не менее удвоенной глубины подрезки c₁ ³ 2a. Так как при сосредоточенных нагрузках вблизи опор скалывающие и раскалывающие напряжения в местах изменения высоты имеют повышенную степень концентрации напряжений, то в таких случаях запрещается устраивать подрезку балок.

Клеефанерные панели

Панели покрытий состоят из деревянного несущего каркаса и фанерных обшивок, соединенных с каркасом водостойким клеем в одно целое, и образующих коробчатое сечение. Для их изготовления применяют фанеру повышенной водостойкости марки ФСФ, а для конструкций не защищенных от увлажнения, - бакелизированную фанеру.

Целесообразность применения клеефанерных панелей определяется малой массой при высокой несущей способности, что обеспечивается совмещением в фанерной обшивке ограждающих и несущих функций как поясов панели, так и настила, который воспринимает местную нагрузку. Клеефанерные панели являются жесткой коробчатой конструкцией, которая состоит из дощатых ребер толщиной после острожки 33 или 43 мм и фанерных обшивок толщиной не менее 8 мм (см. рис.). При необходимости ребра можно делать клееными.

В качестве утеплителя применяют, как правило, несгораемые и биостойкие теплоизоляционные материалы, например пенопласт или стекломаты. При изготовлении панели на верхнюю обшивку наклеивают один слой рубероида, образующий кровельное покрытие, второй и третий слои рубероида приклеивают после установки панелей на место.

Клеефанерными панелями можно перекрывать пролеты 3 – 6 м, а если их ребра клееные – более 6 м. Ширину панели делают равной ширине фанерного листа с учетом обрезки кромок для их выравнивания. Высота панели обычно составляет 1/30 – 1/40 пролета. Волокна наружных шпонов панелей должны быть направлены вдоль оси панели, так как при этом создается возможность, во-первых, стыковать фанерные листы по длине “на ус” и, во-вторых, лучше использовать прочность фанеры.

Количество продольных ребер определяют в основном по условию расчета на изгиб поперек волокон наружных шпонов верхней фанерной обшивки при действии расчетной сосредоточенной нагрузки 1000 Н с коэффициентом перегрузки 1,2. При этом считается, что действие сосредоточенной нагрузки распределяется на ширину 100 см. учитывая сопротивление повороту в опорных сечениях верхней обшивки со стороны ребер, можно в качестве расчетной схемы при расчете на временную сосредоточенную нагрузку принять балку с обоими защемленными концами (см. рис.). Тогда максимальный момент будет M_max = Pc/8.

Изгибные напряжения в верхней обшивке поперек волокон наружных шпонов фанеры

s_и = M_max/W_ф = 6Pc/8×100d_ф² = 9c/d_ф² £ m_иR_и.ф

Здесь m_и = 1,2. Если приравнять s_и = 1,2R_и.ф, то 9(c/d_ф²) £ 1,2R_и.ф, откуда расстояние между осями ребер с £ 0,13R_и.фd_ф².

Клеефанерные конструкции рассчитывают с учетом различных модулей упругости древесины и фанеры по приведенным геометрическим характеристикам, причем приводят к такому материалу конструкции, в котором находят напряжения. Приведенные характеристики определяют по формулам:

момент инерции, приведенный к фанере I_прив = I_ф + I_д(E_д/E_ф);

статический момент S_прив = S_ф + S_д(E_д/E_ф);

площадь поперечного сечения F_прив = F_ф + F_д(E_д/E_ф);

момент сопротивления W_прив = I_прив/y;

где y – расстояние до наиболее удаленных волокон (при симметричном поперечном сечении y = h/2, (где h – высота); I_ф, S_ф, F_ф, E_ф – соответственно моменты инерции, статический момент, площадь поперечного сечения и модуль упругости материала элемента, к которому делают приведение (в данном случае к фанере); I_д, S_д, F_д, E_д – то же, для материала приводимых элементов (древесины).

Неравномерность распределения нормальных напряжений в обшивках в ребристых клеефанерных конструкциях учитывают введением в геометрические характеристики приведенной ширины b_расч, меньшей действительной ширины b₀. Расчетную ширину сечения b_расч вычисляют по формуле b_расч = 0,9b₀, в случае, если l ³ 6a; и по формуле b_расч = 0,15(l/a)b₀ при l < 6a.

Нормальные напряжения в обшивках определяют по следующим формулам:

· для верхней сжатой обшивки с учетом ее устойчивости

s_с = M_max/W_прj _ф £ R_ф.с, где j _ф – коэффициент продольного изгиба:

при c/d_ф ³ 50, j _ф = 1250/( c/d_ф)²;

при c/d_ф < 50, j _ф = 1-(c/d_ф)²/5000.

· для нижней растянутой обшивки с учетом ослабления стыком “на ус”

s_р = M/W_прk_ф £ R_ф.р, где k_ф = 0,6 – коэффициент, учитывающий ослабление сечения стыком “на ус”; при отсутствии стыка k_ф = 1.

Касательные напряжения проверяют в местах приклеивания фанеры к ребрам:

по скалыванию между шпонками фанеры t_ф = QS_ф/I_прåd_р £ R_{ф. ск},

где S_ф – статический момент обшивки относительно оси панели; d_р – ширина ребра.

по скалыванию ребер t = QS_пр/I_прåd_р £ R_{ск. max},

где S_пр – приведенный статический момент половины сечения относительно нейтральной оси.

Относительный прогиб панели f/l = kP_нl²/0,7E_фI_пр £ 1/250.

Для равномерно распределенной нагрузки k = 5/384; P_н = q_нl.

Для того чтобы соседние панели покрытия имели одинаковый прогиб, особенно при неравномерном нагружении, они должны быть соединены. Соединять можно, например, глухими нагелями, которые ставят через 1,5 – 2 м, или гвоздями, прибиваемыми сквозь соединительную планку через 50 см (см. рис.). Панели прикрепляют к несущим конструкциям, например, так, как это показано на рис. Внутреннюю полость панелей следует проветривать, для чего устраивают осушающий продух.

Настилы и ограждения из волнистых стеклопластиковых лис­тов.

= 60...200 мм, высота волн по осям листа К = 14...54 мм.

Волни­стые листы — это готовые элементы неутепленных скатных проз­рачных покрытий зданий, а также прозрачных участков покрытий и стен из волнистых алюминиевых или асбестоцементных листов. Из них также могут устраиваться прозрачные скатные крыши над утепленными чердачными перекрытиями. Волнистые листы укладываются в покрытиях вдоль ската на деревянные или стальные прогоны с уклоном не менее 1:10 и кре­пятся к ним болтами или хомутами, как и асбестоцементные, и стыкуются внахлестку длиной не менее 20 см. Эти листы имеют невысокую прочность и жесткость, поэтому шаг прогонов не должен превышать 1,5 м, а каждый лист должен опираться на два или более прогона, что значительно уменьшает их прогибы.

или двутавров из этого же материала. Средним слоем могут служить также ряды тонких досок и фанерных полос. Обшивки и средний слой таких плит соединяются синтетическими клеями.

Ребристые прозрачные плиты имеют замкнутые воздушные полости. Благодаря этому у них увеличиваются теплоизоляцион­ные свойства, сравнимые со свойствами двойных стеклянных ограждений. Они могут применяться в покрытиях и стенах отапли­ваемых зданий. Длина ребристых прозрачных плит достигает 3 м. Они могут опираться на прогоны или основные несущие конструк­ции покрытий или на соседние железобетонные плиты, образуя прозрачные участки настила или стены. Такие плиты работают на изгиб от расчетных нагрузок при расчетной схеме одно- или двухпролетной балки.

Сечение ребристой прозрачной плиты считается условно дву­тавровым со стенкой из совмещенных по ширине ребер. Если обшивки и ребра состоят из различных материалов, то при опре­делении их геометрических характеристик следует учитывать их различные модули упругости, как это делается при расчете ребри­стых трехслойных плит.

Верхняя обшивка этих плит проверяется при расчете по несу­щей способности при сжатии и устойчивости при изгибе, нижняя обшивка — по несущей способности при растяжении при изгибе, ребра среднего слоя проверяют по несущей способности при ска­лывании.

Трехслойные панели с применением пластмасс

Общие сведения. В ограждающих конструкциях зданий пластмассы применяют в покрытиях в виде панелей и подвесных потолков. Основным преимуществом ограждающих конструкций из пластмасс является их малая масса. Благодаря уменьшению массы ограждающих конструкций снижается нагрузка, передающаяся на несущие конструкции,, что уменьшает расход материала; Кроме того, снижаются расходы на транспорт и монтаж конструкций, для которого используются механизмы меньшей грузоподъемности. Все это во многих случаях снижает стоимость здания (несмотря на высокие цены некоторых пластмасс).

Панели на основе пластмасс являются высокоиндустриальными конструкциями, они изготовляются максимальной заводской готовности, что уменьшает объем работ на месте строительства. Панели могут быть свегопрозрачными и непрозрачными, утепленными и неутепленными. Для покрытий неотапливаемых зданий применяют волнистые или плоские листы толщиной 1,5—2,5 мм из светопрозрачного стеклопластика на полиэфирных смолах. Рекомендуется использовать светопрозрачные стеклопластики, которые пропускают до 90 % спектра и имеют в своем составе светостабилизаторы, предохраняющие стеклопластик от старения при действии ультрафиолетовых лучей. Для изготовления светопропускаю-Щих участков можно использовать также листовое органическое стекло и органическое светотехническое стекло (рассеивающее свет, окрашенное). Волнистые стекло-пластиковые листы следует изготовлять тех же профилей, что и асбестоцементные листы. Ограждения покрытий из стеклопластиков могут быть либо сплошными по всей поверхности, либо отдельными участками.

Для свободы перемещения листов стеклопластика при температурных воздействиях отверстия под болты и шурупы делают на 2 мм больше их диаметров. Светопрозрачные панели для отапливаемых зданий выполняют, как правило, трехслойными и реже четырехслойными, плоской (рис. VI.9) или криволинейной формы. Они состоят из одного или двух слоев волнистого стеклопластика, склеенных между собой, к которым с обеих сторон приклеивают еще по плоскому листу. Средний слой такой панели может быть выполнен также в виде решетки или ребер из стеклопластика. По контуру панели устраивают обрамление из металлических профилей или из стеклопластика.

Трехслойные светопрозрачные ребристые панели могут быть изготовлены также цельноформованными, что исключает процесс склеивания. Классификация панелей. Трехслойные панели могут быть разделены на четыре конструктивных типа (рис. VI.10). Панели I типа. Нормальные усилия в этих панелях воспринимаются жесткими ребрами (из металла, дерева, пластмасс и т. д.) и обшивками. Для панелей I типа необходимо выполнение условия, чтобы отношение суммарной жесткости ребер к жесткости двух обшивок было больше 0,8 а/1, где а — шаг продольных ребер, см; расчетный пролет панели, см. Панели II типа. К этому типу относятся ребристые панели с малой изгибной жесткостью ребер, для которых отношение жесткостей ребер и обшивок меньше или равно 0,8а//. При расчете панелей II типа можно принять, что нормальные усилия воспринимаются только обшивками. Панели III типа имеют ребра и сплошной средний слой из пенопласта, приклеиваемый к верхней и нижней обшивкам.

Панели IV типа имеют сплошной средний слой, но выполняются без ребер, поэтому они характеризуются большой деформативностью. В панелях III и IV типа обшивки воспринимают нормальные напряжения, вызванные изгибающим моментом, при этом в панели, работающей по схеме простой балки, верхняя обшивка сжата, а нижняя — растянута (рис, Vl.ll). Металлические и стеклопластиковые обшивки также выполняют роль гидро- и пароизоляции. Для среднего слоя рекомендуется применять пенопласта беспрессового изготовления, вспениваемые непосредственно в полости панели или в виде готовых блоков размером на панель или часть панели. В панелях III и IV типов средний слой обеспечивает совместность работы обеих обшивок, повышает устойчивость сжатой обшивки из тонких металлических и стеклопластиковых листов, участвует совместно с обшивкой в восприятии местных сосредоточенных нагрузок, выполняет роль тепло- и звукоизоляции. . Сдвигающие усилия в панелях I, II и III типов воспринимаются ребрами, в панелях IV типа — сплошным средним слоем. Ребристые светопрозрачные панели рассчитывают как панели I или II типов. Они отличаются значительной деформативностью вследствие низкого модуля упругости полиэфирного стеклопластика, из которого обычно выполняются. Для повышения несущей способности и уменьшения прогибов рекомендуется эти плиты закреплять на опорах. При расчете трехслойных панелей применяют обычные методы строительной механики, но дополнительно учитывая отношение жесткостей обшивок и ребер. При расчете панелей особое внимание следует уделять неравномерности распределения нормальных напряжений в обшивках. Максимальные значения нормальных напряжений, определенные методами теории упругости, превышают средние значения. Эта разница тем больше, чем больше шаг ребер. Трехслойные панели рассчитывают по двум предельным состояниям (по прочности и деформативности) . Кроме этого, обшивку проверяют на устойчивость и местный изгиб от кратковременного действия сосредоточенной нагрузки 1000 Н, с коэффициентом перегрузки 1,2 распределенной равномерно по площадке 10X10 см.

Характер работы элементов трехслойных панелей, а также их физико-механические свойства находят свое отражение в приведенных геометрических характеристиках, которые и используются при расчетах. В дальнейшем принято, что верхняя и нижняя обшивки панелей выполнены из одного материала и имеют одинаковые толщины; кроме того, в крайних (обрамляющих) и промежуточных продольных ребрах модули упругости равны. Напряжения от влияния влажности и появляются в связи с тем, что панели, соединенные между собой и прикрепленные к несущей конструкции, лишены свободной деформации. Напряжения и усилия от температурно-влажностных воздействий. Кроме внешних нагрузок на прочность панелей влияют температурно-влажностные воздействия, которые вызывают изменения начальной температуры и влажности ее элементов (обшивок, срединки), имеющих различные коэффициенты линейного температурного расширения и линейной влажностной деформации; в результатев элементах панели могут возникнуть значительные напряжения.

Напряженное состояние панелей от этих воздействий зависит в основном от физико-механических свойств материалов, из которых они выполнены. В общем случае значение относительных деформаций материала складывается из температурных и влажностных деформаций. Изменение влажности на деформацию металлов не влияет и расчет производят только на температурные воздействия. Для таких материалов, как асбестоцемент, фанера и т. д. температурными деформациями можно пренебречь, так как они малы по сравнению с влажностными деформациями. При этом обеспечивается точность, достаточная для практических целей.

Принцип расчета панелей с ребристой серединкой

Принцип расчета трехслойных панелей с гладкими и профилированными обшивками и сплошной серединкой

Принципы конструктивного выполнения и расчет балок на пластичных нагелях и двутавровых балок. Балки системы В. С. Деревягина конструкция и расчет

Конструкция составной балки, предложенная В. С. Деревягиным, состоит из двух или трех брусьев, связанны между собой пластинчатыми нагелями из твердого дерева).

Гнезда для пластинок выбираются при помощи переносного цепного электродолбежника. Благодаря податливости пластинок, работающих на изгиб, хорошо обеспечивается их совместная работа. В случае применения брусьев повышенной влажности появление трещин на боковых поверхностях предупреждается устройством продольных вертикальных пропилов на верхней и нижней сторонах брусьев. Суммарная глубина пропилов должна быть не более 1/3 высоты отдельного бруса.

По сравнению с другими составными балками (например на шпонках или колодках) конструкция Деревягина имеет значительные преимущества. Большим достоинством этих конструкций является отсутствие в них стяжных болтов, которые необходимы в составных балках на шпонках. Балки Деревягина можно изготовлять из окантованных бревен с использованием естественного сбега. Наибольший пролет балок этой конструкции определяется стандартной длиной лесоматериалов (для брусьев не более 6,5 м и для бревен — не более 8 м).

Расчет составных балок Деревягина сводится к подбору сечения элементов балки, определению числа пластинок и вычислению величины строительного подъема.

Проверка на прогиб составной балки ведется с учетом снижения момента инерции поперечного сечения. При этом коэффициент снижения к моменту инерции принимается по таблице. Количество пластинок на полупролете балки определяется по формуле.

Если полученное число пластинок не размещается в шве, то сечение составной балки следует увеличить и весь расчет следует сделать вновь.

При изготовлении балок Деревягина требуется тщательно отбирать лесоматериал с учетом вида работы элементов. Для нижних растянутых брусьев рекомендуется использовать лесоматериал первой категории, а для верхних сжатых — второй. При изготовлении балок из трех брусьев для средних брусьев разрешается применять лесоматериал третьей категории (при обязательном ограничении глубин горизонтальных трещин в одном сечении, суммарная глубина которых не должна быть больше 1/3 ширины бруса b). Пластинчатые нагели делаются из древесины с влажностью не более 15%.

Сборка составных балок Деревягина производится на специальном станке, приспособленном для изготовления одновременно двух балок и состоящем из средника с прикрепленными к нему короткими прокладками с двумя хомутами. До забивки пластинок балкам придается строительный подъем. Плотность швов в брусьях обеспечивается установкой дополнительных струбцинок. Дальше, после разметки гнезд, производится долбление их цепным электродолбежником, с последующей установкой пластинок в гнездах легким ударом деревянного молотка.

При глухих гнездах обе балки вместе со средником переворачиваются, и весь процесс установки пластинок повторяется.

После установки всех пластинок хомуты освобождаются, готовые балки вынимаются из станка, а на концах их ставится по одному стяжному болту.

Рассмотренный выше механизированный способ выбирания гнезд, при тщательной заготовке самих пластинок, автоматически обеспечивает плотность их установки как во время транспортировки, так и в процессе эксплуатации балок.

Двутавровые балки с перекрестной дощатой стенкой на гвоздях

Двутавровые балки с двойной перекрестной дощатой стенкой на гвоздях относятся к конструкциям построечного изготовления. Благодаря простоте изготовления и надежности в работе, такие конструкции широко применялись в строительстве в 30-х годах XX века, в годы Великой Отечественной войны - при восстановлении мостов , в послевоенный период - в покрытиях производственных зданий и во многих случаях успешно эксплуатируются до настоящего времени.

Они состоят из дощатых или брусчатых поясов, стенки из двух слоев досок и ребер жесткости. Основные типы таких балок показаны на рис. 6.7. По очертанию верхнего пояса балки подразделяются на балки с параллельными поясами, односкатные и двускатные.

Основные правила конструирования балок:

- рекомендуемые пролеты балок 9... 15 м;

- полная высота балок с параллельными поясами, односкатных в середине пролета и двускатных в четвертях пролета h\ должна приниматься не менее 1/9 /;

- высота односкатных и двускатных балок на опоре должна быть не менее 0,4/и;

- стенка выполняется из досок толщиной 25...40 мм, шириной 150...200 мм, наклоненных к нижнему поясу под углом 30...45°;

- пояса изготавливаются из досок толщиной 40. ..60 мм или из брусьев (мосты);

- доски поясов прибиваются к стенке гвоздями таким образом, чтобы защемление конца гвоздя во второй поясной доске было не менее 4й?Г8 (за вычетом 6 мм на щели);

- при брусчатых поясах каждая полубалка изготавливается отдельно, а затем пояса скрепляются болтами, а стенки гвоздями;

- для обеспечения устойчивости стенки по длине балки ставятся ребра жесткости из досок через 1/10/;

- при изготовлении балок им придается строительный подъем 1/200 пролета;

- стыки поясов устраиваются в сечении, где поперечная сила равна нулю;

- на опорах и в местах расположения прогонов кровли рекомендуется ставить, помимо ребер жесткости, вертикальные накладки на всю высоту балки.

Особенности расчета балок. В статическом отношении балка с перекрестной дощатой стенкой является фермой многорешегчатой системы с растянутыми нисходящими от опор и сжатыми восходящими раскосами, которые образуют дощатую стенку. Нормальные усилия воспринимаются только поясами, а стенка работает на сдвигающие усилия, возникающие между поясами и стенкой при изгибе балки. Эпюры действующих усилий и зоны гвоздевого забоя показаны на Подробный расчет таких балок дан в учебниках [8, 12]. Для односкатных и двускатных балок опасное сечение определяется так же, как для клееных балок

Дощатоклееные балки

Дощатоклееные балки прямоугольного сечения, склеенные из досок плашмя, изготовляют заводы клееных конструкций в наибольших объемах. Их применяют главным образом в качестве основных несущих конструкций покрытий сельских, общественных и промышленных зданий. Используют их также в виде прогонов, пролеты и нагрузки которых не позволяют применить прогоны цельного сечения, а также в виде главных балок перекрытий, мостов и других сооружений. В отечественном строительстве дощатоклееные балки находят применение в покрытиях пролетом до 18 м. За рубежом имеются примеры эффективного применения дощатоклееных балок в покрытиях пролетом до 30 м.

Сечения дощатоклееных балок принимают в большинстве случаев шириной не более 17 см, что позволяет изготовлять их из цельных по ширине досок. Балки большей ширины изготовляют из менее широких досок, склеенных между собой кромками с расположением этих стыков в разбежку по высоте, что увеличивает трудоемкость их изготовления. Ширину сечения клееных балок нашими нормами рекомендуется принимать не менее 1/6 их высоты. В зарубежной практике этого ограничения нет. Высота сечения балок определяется расчетом и находится в пределах от 1/10 до 1/15 пролета, она увязывается с толщиной досок после фрезерования.

Форма дощатоклееных балок по длине может быть прямоугольной односкатной, сегментной и двускатной, постоянной и переменной высоты. Прямоугольные и сегментные балки имеют, как правило, постоянную по длине высоту. Двускатные трапециевидные балки имеют переменную высоту, получаемую при склеивании досок уменьшающейся кверху длины. Двускатные ломаные балки собирают из двух прямых элементов, соединенных в коньке зубчатым соединением. Двускатные гнутые балки имеют выгиб в зоне конька и двускатную коньковую наклейку. Они могут быть постоянного и переменного сечения. Высота балок переменного сечения на опорах должна быть не менее 0,4 высоты сечения в середине длины.

Балки склеивают из досок толщиной не более 50 мм. Применение более тонких досок несколько увеличивает несущую способность балок за счет меньшего влияния их коробления, но приводит к повышению трудоемкости изготовления и расхода клея. Доски перед склеиванием фрезеруются по пластям на 2,5—3,5 мм, а после склеивания кромки балок фрезеруются в среднем на 5 мм.

Доски располагаются по высоте сечения балок таким образом, чтобы древесина наиболее высокого качества размещалась в наиболее напряженных нижней и верхней зонах. В, балках с высотой сечения более 50 см доски растянутой нижней зоны (0,17 высоты сечения балки) относятся к I категории качества. Доски сжатой и следующей по высоте растянутой и сжатой зон такой же толщины относятся к П категории и доски средней зоны — к III категории качества. В балках высотой до 50 см доски растянутой и сжатой зон относятся к II категории качества, поскольку эти зоны имеют относительно меньшую высоту.

По длине все доски дощатоклееных балок стыкуются на зубчатое соединение, имеющее равную прочность с древесиной элементов I категории. Стыки должны располагаться на расстояниях не менее 30 см по длине и вразбежку — в соседних слоях. Практически при заводском изготовлении балок все эти требования соблюдаются автоматически.

Расчет дощатоклееных балок покрытий производят на изгиб в большинстве случаев по схеме, однопролетной свободно опертой балки на равномерную нагрузку q от собственной массы покрытия, балки и массы снега. Расчетное сечение, где действуют максимальные нормальные напряжения, в балках переменной высоты трапециевидной и ломаной формы не совпадает, как в балках постоянной высоты, с местом действия максимального изгиоающего момента, поскольку момент сопротивления сечений уменьшается у них от середины балки быстрее, чем изгибающий момент.

Клеефанерные балки с плоской стенкой

Клеефанерные балки с волнистой стенкой

Дощатоклееные армированные балки

Дощатоклееные стойки

Распорная система треугольного очертания

Распорные системы треугольного очертания пролётом от 12 до 24м проектируют с применением клеедощатых элементов со стальной натяжкой или с опиранием непосредственно на фундаменты.

При пролётах от 8 до 12 м. Возможно изготавливать треугольные системы из цельной древесины составного сечения из 2-х-З-х слоев с соединением на податливых связях.

Стрелу подъёма в распорных системах треугольного очертания принимают f=(1/2-:-1/7)l

Опорный и коньковый узлы в этих конструкциях проектируют с эксцентриситетом, при этом от продольной силы возникает разгружающий момент обратного знака, и, как следствие, уменьшается расчётный момент, который равен:

MРАС = MQ-MN = MQ - N*e,

где MQ -момент от поперечной нагрузки, MN- разгружающий момент от продольной силы, е - эксцентриситет. Величина эксцентриситета ограничена от (0,15 до 0,25 ) h.

Статический расчёт распорных конструкций ведут на два сочетания нагрузок:

постоянные (собственный вес несущих конструкций и покрытия) и временные (снеговую и ветровую) нагрузки на всём пролёте;

постоянные на всём пролёте и временные на половине пролёта (схемы приложения и сочетания нагрузок принимают по СНиП.

Во избежание провисания затяжки необходимо устройство подвесок, которые выполняют из круглой стали. Максимальное расстояние между подвесками: lдоп. =400 r, где r -радиус инерции уголка или круглого сечения затяжки.

Конструирование и расчёт узлов треугольной распорной системы.

Дощатоклеёный элемент 1 оторцован по плоскости "а - а", нормальной к продольной оси элемента. В опорном узле деревянный элемент упирается в стальную упорную плиту 2 и работает на смятие вдоль волокон от продольной сжимающей силы Nc.

Упорная плита работает на изгиб и, как правило, усилена одним или двумя рёбрами жёсткости, что уменьшает расчётный пролёт упорной плиты при расчёте на изгиб. К упорной плите приварены проушины с овальными отверстиями под болт не менее М16 для крепления деревянного элемента к металлическому башмаку.

Круговые трехшарнирные арки

Трехшарнирные рамы

Деревянные трехшарнирные рамы обычно применяют в качестве несущих каркасов одноэтажных зданий павильонного типа различного назначения. Как правило применяют однопролетные симметричные рамы с двускатным ригелем. Рамы изготавливают чаще всего по трехшарнирной схеме с шарнирными опорными и коньковым узлами и очень жестким узлом в местах крепления ригеля со стойкой (карнизным узлом).

Сборные деревянные рамы, отдельные крупно габаритные элементы которых транспортируют на место строительства в разобранном виде, исполняют, обычно, с конструкцией основных подкосов в карнизных узлах. При небольших пролетах и нагрузках подобные рамы можно устраивать из цельных брусьев на вспомогательных предприятиях строительных организаций.

Рамные конструкции по сравнению с арочными характеризуются значительно большим собственным весом и габаритами. При предварительном прикидочном определении собственного веса рам следует принимать коэффициент 5-i-7.

В современном панельном строительстве применяют предпочтительно рамные конструкции заводского производства. Стойки и ригели таких рам производят в виде многослойных пакетов с гладко изменчивым или ступенчато-переменным по всей длине сечением. Сопряжение основного ригеля со стойкой в карнизном узле осуществляют на месте установки рам стыкованием клееных пакетов ригеля и стойки на жестком зубчатом соединении, с полным перекрытием стыка фанерными накладками склеиванием или мягким переходом стойки в ригель методом силового гнутья досок в этом узле.

Расчет трехшарнирных деревянных рам производят простыми приемами математической статики.

Пример. Рассчитать сборные несущие деревянные конструкции не отапливаемого материально-технического склада районной сельской базы снабжения запчастями системы «Сельхозтехника».

Расстояние между несущими конструкциями составляет 3 м, пролет длинной 9 м. Место строительства - район г. Твери. Кровля и все стены здания построены из асбестоцементных волнистых листов обыкновенного плоского профиля. Конструкции формируют в плотничном цехе производственных мастерских строительного завода с последующей сборкой и монтажом на месте предполагаемой постройки.

Решение. Несущий жосткий поперечный каркас базы снабжения спроектируем в виде однопролетных асимметричных сборных брусчатых деревянных рам с двускатным ригелем. Рамы претворять в жизнь по трехшарнирной схеме с шарнирными опорными и коньковым узлами и как можно более крепкими карнизными узлами. Жесткость деревянных рам обеспечивается путем надежного сопряжением ригеля со стойкой металлическими болтами и деревянным подкосом , сообща принимающими весь узловой изгибающий момент.

По ригелям рам аккуратно укладываем крупноблочные массивные щиты обрешетки под асбестоцементную кровлю, конструкция которых гарантированно обеспечивает геометрическую неизменяемость покрытия и уверенную устойчивость ригелей рам из их плоскости. Точно такая же щитовая конструкция применена и для устройства всех стен. Кроме того, дополнительно, для обеспечения большей продольной устойчивости постройки в крайних (приторцовых) пролетах в плоскости всех стоек и ригелей деревянных рам дополнительно должны быть поставлены диагональные или скрещивающиеся жесткие связи.

Стойки рам опираются на столбчатые массивные бетонные фундаменты , поднимающиеся над уровнем пола строго на 20 см. Нижние точки подкопов рассчитывают на расстоянии примерно 2 м от верха фундаментов, чем обеспечится близкое к оптимальному использование внутреннего размера здания. Полную высоту стойки делаем 3,5 м. Уклон кровли i = 1 ; 2,5 (а = 21°48').