Двутавровые балки с перекрестной дощатой стенкой на гвоздях

Лекция

«Сплошные плоскостные конструкции»

Учебные вопросы.

1. Общие сведения.

2. Балки цельного сечения.

3. Наслонные стропила.

4. Балки Деревягина.

5. Двутавровые балки с перекрестной дощатой стенкой на гвоздях.

6. Клееные деревянные балки.

7. Клеефанерные балки.

8. Армированные клееные деревянные балки.

 

                        Учебная литература.

1. Конструкции из дерева и пластмасс. Под ред.               Г.Г. Карлсена, Москва, Стройиздат, - 1975 г.

2. Конструкции из дерева и пластмасс: учеб. /М.М. Гаппоев и др. – М.; Издательство АСВ, 2004 г.;

3. Деревянные конструкции. Примеры расчета и конструирования: учебное пособие / под ред. Д.К. Арленинова. – М.; Издательство АСВ, 2006 г.;

4. Деревянные конструкции. Учебное пособие / А.В. Калугин. – М.; Издательство АСВ, 2008 г.

ДЕРЕВЯННЫЕ БАЛКИ

Общие сведения

Деревянные балки применяются в качестве прогонов кровли, наслонных стропил, балок чердачных и междуэтажных перекрытий, в покрытиях и перекрытиях:

а) малоэтажных жилых домов;

б) промышленных зданий с химически агрессивной средой;

в) сельских производственных зданий и других объектов.

Рекомендуемые пролеты балок 3... 18 м, шаг балок от 1 до 6 м. В евро­пейских странах имеются примеры применения клееных деревянных ба­лок пролетами до 54 м.

Балки, как и другие изгибаемые элементы, рассчитываются на проч­ность и жесткость по известным формулам (см. подразд. 3.5).

Балки деревянных междуэтажных перекрытий, кроме обычного расче­та на прочность и жесткость, дополнительно проверяются на зыбкость расчетом на прогиб от сосредоточенной силы 1,0 кН, прогиб балки при этом не должен превышать 0,7 мм. Предельные прогибы балок перекры­тий, исходя из физиологических требований, определяются также по фор­муле (26) раздела 10.10 СНиП 2.01.07-85* [1].

По типу поперечного сечения различают: балки цельного сечения, со­ставные балки на податливых связях, клееные деревянные, клеефанерные и армированные клееные деревянные балки.

Рассмотрим особенности конструирования и расчета основных типов балок.

Балки цельного сечения

Балки цельного сечения изготавливаются из досок, брусьев или круг­лых лесоматериалов. Пролеты балок из-за ограниченного сортамента ле­соматериалов не превышают 6,5 м. Такие балки широко применялись в се­редине XX века в чердачных и междуэтажных перекрытиях жилых домов (рис. 6.1,6.2).

При применении деревянных балок в покрытиях для уменьшения рас­четных усилий в балках используются следующие способы:

1. Разрезные балки усиливаются подбалками (рис. 6.3).

Подбалки, уменьшающие расчетные пролеты балок, подкладываются под стыки балок и скрепляются с ними болтами. Длина консоли подбалки назначается исходя из условия, что общая касательная к упругим линиям балки и подбалки должна проходить в сечении у конца консоли. При оди­наковых жесткостях балки и подбалки длина консоли а₂ = 0,17/ + 10 (см). Теоретическую длину консоли подбалки увеличивают на 10 см для обес­печения достаточной площади смятия.

Расчетные изгибающие моменты определяются по формулам:

а) в балках максимальный изгибающий момент возникает при отсутст­вии временной нагрузки в соседних пролетах (при этом уменьшает­ся расчетная длина консоли подбалки и, соответственно, увеличива­ется пролет балки):

M _б = ( q + p ) ( l – 2 a ₁ )² / 8   (6.1)

 

       где q— постоянная нагрузка; 

              p— временная нагрузка;

              l — пролет балки;

        a ₁— длина консоли, уменьшенная за счет несимметричного поворота подбалки при отсутствии временной нагрузки в соседних проле­тах: а₁ = qa ₂ /( q + p);   a ₂ — максимальный вылет консоли;

 

б) в подбалке максимальный момент возникает при загружении посто­янной и временной нагрузкой по всем пролетам:

                             M _пб = [( q + p ) l / 2] a (6.2)

где a— теоретический вылет консоли, a = 0,17 l.

По найденным изгибающим моментам подбираются сечения балок и подбалок. Жесткости балок и подбалок рекомендуется принимать одинаковыми.

Подбалки  применяются в конструкциях простейших мостов, в пере­крытиях залов ожидания старых железнодорожных вокзалов и других объектах.

 

 

2. Балки проектируются в виде многопролетных статически опреде­ лимых шарнирно-стержневых систем (рис. 6.4).

Такие системы применяются в тех случаях, когда временная нагрузка постоянна и равномерно распределена по всем пролетам. Так работают продольные балки подвесных потолков, прогоны кровли.

Рекомендуется схема со встречным расположением шарниров: по два шарнира в пролете через пролет, исключая крайние пролеты.

Различают две схемы:

а) равномоментную — х = 0,15/;

б) равнопрогибную — х = 0,21/.

Основные параметры этих двух схем даны в табл. 6.1.

 

Таблица 6.1 Основные параметры многопролетных шарнирных систем

 

Характеристики схем		Схемы
	Обозначение в формулах	Равномомент- ная M оп = Мпр	Равнопрогибная f оп = f пр
Расстояние от опор до шарниров	X	0,15l	0,21l
Изгибающие моменты на опорах	моп	-g р l2/16	-q р l2 /12
Изгибающие моменты в пролетах	Мпр	q р l2/16
			q р l2 /24
Максимальные прогибы в пролетах без шарниров	f	2qн l4/384EJ	q н l4/384EJ
Длины крайних пролетов	l1	0,85l	0,80l

Примечания : а) если длины крайних пролетов равны остальным, то изгибающий момент на первой промежуточной опоре М_{оп1 =}- q _р l ² /10, а на всех последующих М оп i = — q _р l ² /12 ;

 б) прогиб в крайних пролетах (для равнопрогибной схемы) определяется по                    формуле f = 2,5 q _н l ⁴ /384 EJ

По конструктивным соображениям предпочтительнее равнопрогибное решение. По такой схеме выполняются консольно-балочные прогоны (рис. 6.4, б). Стыки прогонов по длине осуществляются в местах располо­жения шарниров косым прирубом. Боковое смещение шарнира предот­вращается установкой вертикального болта. Недостаток консольно-балочных прогонов — перекрываемый пролет не превышает 4,5 м.

По такой же схеме (равнопрогибной) решаются и спаренные неразрез­ные прогоны (рис. 6.4, в). Они состоят из двух или более рядов досок, по­ставленных на ребро и соединенных между собой гвоздями. Шаг расста­новки гвоздей по длине прогонов назначается конструктивно 500 мм. Первый ряд досок не имеет стыка в первом пролете, а второй ряд досок — в последнем. Концы досок одного ряда прибиваются гвоздями к доскам другого ряда, не имеющим в данном месте стыка. Стыки досок устраива­ются в точках, где изгибающий момент в неразрезных балках меняет знак, т. е. на расстояниях от опор, равных 0,21l

Поперечная сила, приходящаяся на один ряд досок, Q = М_оп /2х_гв. В то же время поперечную силу можно определить по формуле Q = n _гв [T_гв], от­сюда, количество гвоздей, которые ставятся с каждой стороны стыка, оп­ределяется по формуле:

 

                   n _гв = М_оп /2х_гв [ T _гв ]       (6.3)

где х_гв — расстояние от опоры до центра гвоздевого забоя (см. рис. 6.4);

[Тгв] — расчетная несущая способность одного односрезного гвоздя.

 

 

                              Наслонные стропила

Балки цельного сечения также широко применяются в качестве наслонных стропил в покрытиях зданий различного назначения (рис. 6.5). Наслонные стропила (стропильные ноги) просты в изготовлении, надеж­ны и долговечны, так как работают в условиях хорошо проветриваемых чердачных помещений. При наличии несгораемого чердачного перекры­тия наслонные стропила допускается применять в зданиях любой степени огнестойкости. Наслонные стропила при правильном их конструировании и устройстве — безраспорные конструкции. Для предотвращения появле­ния распора необходимо плоскости стропильных ног в местах опирания на мауэрлат делать горизонтальными, а появление случайного распора по­гашать ригелем из парных схваток.

В наслонных стропилах от вертикальной нагрузки помимо изгибающих моментов появляется продольное усилие, которое в зависимости от опорных закреплений может растягивать или сжимать стропильную ногу. Расчет на­слонных стропил при угле наклона покрытия менее 45° можно вести по фор­мулам для балок цельного сечения без учета продольной силы. В современ­ном строительстве стропильные системы применяются при возведении ман­сардных этажей жилых и административных зданий.

 

Балки Деревягина

Балки Деревягина относятся к составным балкам на податливых связях. Балки разработаны инженером В. С. Деревягиным в 1932 году. Они образу­ются соединением по высоте двух или трех брусьев с помощью деревянных пластинчатых нагелей (рис. 6.6).

 

В этих балках соединение брусьев по длине невозможно, поэтому про­лет таких балок не превышает 6,5 м. Для уменьшения опасности появле­ния при усушке нежелательных горизонтальных трещин в брусьях делают вертикальные пропилы глубиной 1/6 высоты бруса. Балки изготавливают­ся на специальном стенде. Гнезда для пластинок выбираются электроцепнодолбежником в предварительно выгнутых на величину строительного подъема брусьях.

Строительный подъем определяется по формуле

             f _стр = 0,1 l / h ₁                                           (6.4)

.

где h ₁ — высота одного бруса.

Пластинчатые нагели изготавливаются из сухой (влажностью не более 10 %) древесины дуба или антисептированной березы. Направление воло­кон древесины пластинчатых нагелей должно быть перпендикулярно плоскости сплачивания.

Размеры пластинок определяются параметрами электроцепнодолбежника. В настоящее время используется один типоразмер: длина пластинок l _пл = 58 мм; толщина пластинок b _пл=12 мм. При ширине брусьев до 150 мм нагели ставятся на всю ширину и называются сквозными; при ши­рине брусьев более 150 мм ставятся глухие пластинки. Ослабление сече­ния балки гнездами для нагелей в расчетах не учитывается.

Балки рассчитываются как составные с учетом податливости связей. В балках Деревягина такими податливыми связями являются пластинчатые нагели. Податливостью называется способность связей при деформации кон­струкций давать возможность соединяемым элементам сдвинуться относи­тельно друг друга. Связи в швах составного элемента при поперечном изгибе обычно расставляются равномерно по длине балки, что часто не соответству­ет действительной эпюре сдвигающих усилий (см. рис. 6.6, б).

При равномерно распределенной нагрузке по пролету балки теорети­ческой эпюрой сдвигающих усилий является треугольник АА'О (при аб­солютно жестких связях). Действительная эпюра сдвигающих усилий с учетом податливости связей представлена в виде косинусоиды АЕО, по площади равной треугольнику АА'О.

Чтобы избежать перегрузки крайних связей, необходимое количество пластинчатых нагелей надо определять из площади объемлющего косину­соиду прямоугольника АЕДО, которая в к/2 раза (1,57 раза) больше пло­щади косинусоиды АЕО.

Интегрируя известную формулу Журавского для определения расчетной сдвигающей силы, получим формулу для определения требуемого количест­ва нагелей (связей) в каждом шве балки на длине от опоры до места макси­мального изгибающего момента (при равномерно распределенной нагрузке):

 

       n _пл = 1.5 M_max S _бр / J _бр T _пл (6.5)

 

1

где M_max — максимальный (расчетный) изгибающий момент в балке;

S _бр — статический момент брутто сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси;

J _бр — момент инерции брутто всего сечения;

T _пл — расчетная несущая способность одного пластинчатого нагеля. Расчетная несущая способность одного пластинчатого нагеля при су­ществующих параметрах пластинок T _пл = 0,75 b _пл (кН). 

Порядок расчета балок Деревягина:

 1 . Определяется требуемый момент сопротивления балки:

W _тр = M_max / R _и k_w     

Где k_w — коэффициент, учитывающий податливость связей (см. табл. 1 3 [2]).

2. Задается ширина брусьев с учетом существующего сортамента.

3. Определяется требуемая высота сечения балки: Н=

 

4. В зависимости от требуемой общей высоты балки компонуется сече­ние балки из двух или трех брусьев по высоте, при этом h ₁ ≥ 1 50 мм.

5. Проверяется прогиб балки от нормативных нагрузок с учетом введе­ния к моменту инерции сечения поправочного коэффициента k _ж ,
учитывающего податливость связей (см. табл. 13 [2]).

         6.Определяется требуемое число пластинчатых нагелей (в каждом
шве балки на длине от опоры до места максимального момента) поформуле (6.5).

 

 

В расчетном отношении соединение на пластинчатых нагелях является односрезным кососимметричным соединением. При симметричной рав­номерно распределенной нагрузке относительно середины пролета разре­шается не ставить нагели в среднем участке длиной 0,2 /, тогда для балки из двух брусьев формула (6.5) примет вид

            n _{пл =} 1.8 M_max / h T _пл   (6.6)

 

Если полученное количество пластинчатых нагелей не размещается по длине балки, то необходимо увеличить размеры балки либо изменить кон­струкцию балки.

Двутавровые балки с перекрестной дощатой стенкой на гвоздях

Двутавровые балки с двойной перекрестной дощатой стенкой на гвоз­дях относятся к конструкциям построечного изготовления. Они состоят из дощатых или брусчатых поясов, стенки из двух слоев досок и ребер жест­кости. Основные типы таких балок показаны на рис. 6.7. 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.

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 ₁должна прини­маться не менее 1/9 l;

- высота односкатных и двускатных балок на опоре должна быть не менее 0,4 h ₁

- 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 4 d _гв (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 многорешетчатой 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 рис. 6.8. Подробный расчет таких ба­лок дан в учебниках [9,12]. Для односкатных и двускатных балок опасное сечение определяется так же, как для клееных балок [см. формулу (6.8)].

Клееные деревянные балки

Основные типы клееных деревянных балок (постоянного по длине сече­ния, односкатные, двускатные, ломаного очертания и криволинейные) и их поперечные сечения показаны на рис. 6.9. Основным типом поперечного се­чения является прямоугольное сечение постоянной высоты, другие типы се­чений применяются при технико-экономическом обосновании. Примеры применения клееных деревянных балок в покрытиях современных зданий показаны на рис. 6.10.

Расчет клееных деревянных балок ведется по известным формулам для изгибаемых элементов (см. подразд. 3.5) с введением поправочных коэф­фициентов к моменту сопротивления сечения и расчетному сопротивле­нию древесины на изгиб, учитывающих толщину слоев, высоту сечения, наличие ослаблений и другие факторы для клееных элементов. Оценку плоского напряженного состояния клееных балок на действие главных растягивающих напряжений в приопорных зонах рекомендуется произво­дить по рекомендациям пособий [8,12]. В односкатных и двускатных бал­ках опасное сечение (с максимальными напряжениями от изгиба) не сов­падает с сечением, в котором возникает максимальный изгибающий момент, и находится на расстоянии х_м от опоры с меньшей высотой. При равномерно распределенной нагрузке по всему пролету х_м находится по формулам:

а) для балок прямоугольного сечения

                   x _м = lh _оп /2 h _ср(6.7)

г

l — расчетный пролет балки;

h _оп— высота балки на опоре с меньшей высотой;

h _ср — высота балок в середине пролета;

б) для балок двутаврового сечения

            x _м = ( √γ (1 + γ) – γ) (6.8)

где γ = h _{оп /} ltgα ,

h _оп – высота на опоре между осями поясов в двутавровых балках;

α – угол наклона верхнего пояса балки к горизонту.

> αh оп — высота на опоре между осями поясов в двутавровых балках; а — угол наклона верхнего пояса балки к го­ризонту.

В тех случаях, когда по конструктивным соображениям необходимо уст­раивать подрезки у опор изгибаемых элементов (например, при опирании вспомогательных балок на главные, раскреплении прогонами верхних поя­сов ферм и т. д.), надо соблюдать следующее условие (см. рис. 6.2, в):

                    A / bh ≤ 0,4 M Па   (6.9)

 

где A— опорная реакция балки от расчетной нагрузки;

bи h— ширина и полная высота сечения балки без подрезки.

При этом глубина врезки не должна превышать 0,25 высоты сечения, длина опорной площадки — не более высоты сечения, длина скошенной части — более двух величин глубины врезки: а < 0,25 h , с < h , с₁ > 2а.Если среднее скалывающее напряжение получается более 0,4 МПа, подрезки на опоре балок не допускаются.

В двутавровых и тавровых балках в случаях, когда нагрузка приложена к нижнему поясу балок, делается проверка на отрыв нижней полки по эм­пирической формуле (см. рис. 6.2, г)

           N ≤ 0,04 b ₁ c (6.10)

где N— суммарная расчетная двусторонняя нагрузка на полку от опорных

планок, кН;

b ₁— ширина стенки балки или ее половина при односторонней нагрузке, см;

 с — ширина опорной планки, см.

Клеефанерные балки

Общие сведения

Одним из путей снижения массы деревянных балок является применение клеефанерных балок. Вместе с тем клеефанерные балки имеют пониженную огнестойкость. Основные типы клеефанерных балок и их попе­речные сечения даны на рис. 6.11. Области применения клеефанерных ба­лок те же, что и клееных деревянных балок: прогоны покрытий, ребра клеефанерных панелей и т. д. Клеефанерные балки состоят из дощатых поясов и фанерной стенки. Для изготовления таких балок используются пиломатериалы хвойных пород 1-го и 2-го сортов и водостойкая фанера марок ФСФ и ФБС (см. подразд. 2.9). Требования к качеству изготовления клеефанерных конструкций аналогичны требованиям к изготовление КДК (см. главу 13).

Основные правила конструирования клеефанерных балок:

- рекомендуемые пролеты 9... 12 м (за рубежом до 40 м);

- размерами поперечного сечения предварительно задаются исходя из
проектируемых нагрузок: h ≈ (1/10... 1/12) l, h _п  ≈ (1/6... 1/10) h ;

- пояса балок выполняются из досок δ ≤ 50 мм и шириной не более 100 мм, при большей ширине в поясах делаются пропилы для сни­жения напряжений в клеевом шве между древесиной и фанерой;

- фанерная стенка должна быть толщиной более 8 мм, стыки фанер­ной стенки по длине выполняются на усилие впритык с накладками;

- для лучшего использования несущей способности фанерной стенки
листы фанеры располагаются так, чтобы волокна ее рубашек были
направлены вдоль оси балки;

- устойчивость вертикальной стенки обеспечивается постановкой ре­бер жесткости через 1/10 l, в крайних панелях сечение усиливается
дополнительным листом фанеры и подкосом жесткости;

 

 

 

 

 

 

 

- внутренние полости коробчатых сечений обрабатываются комбини­рованными составами антисептиков и антипиренов.

Порядок расчета клеефанерных балок тот же, что и клееных деревян­ных балок.

---

Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 49; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!