Дерев'яні конструкції та розрахунок їх елементів
Будова і фізико-механічні властивості деревини. Сортамент і якість лісоматеріалів. Технологічні способи з'єднання елементів дерев'яних конструкцій. Їх нормативні та розрахункові навантаження. Види дерев'яних балок і стійок. Розрахунок арок, рам і ферм.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | курс лекций |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 27.08.2017 |
| Размер файла | 6,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Нормативне вітрове навантаження w складається з тиску wн+ і відсосу wн- вітру. Вихідними даними при визначенні вітрового навантаження є значення тиску вітру, спрямованого перпендикулярно поверхням покриття і стін будинків wо (МПа), що залежать від вітрового району країни і приймається по нормах навантажень і впливів. Нормативні вітрові навантаження wн визначаються множенням тиску вітру wо на коефіцієнт k, що враховує висоту будівлі, і аеродинамічний коефіцієнтс, що враховує її форму, тобто:
wн = wо kс.
Розрахункове вітрове навантаження дорівнює нормативному, помноженому на коефіцієнт надійності г= 1,4. Таким чином,
w = wнг.
2.3 Нормативні та розрахункові опори деревини
Нормативні опори деревини Rн (Мпа) є основними характеристиками міцності деревини чистих від вад ділянок. Вони визначаються за результатами численних лабораторних короткочасних випробовувань малих стандартних зразків сухої деревини вологістю 12 % на ростяг, стиск, згин, зминання і сколювання. Наприклад, зразок на стиск має періз 2 * 2 см і довжину 3 см. Вони обробляються статистично, і з врахуванням коефіцієнта мінливості сг нормативний опір обчислюється по формулі:
Наприклад, при стиску Rнc = 33(1-2,25-0,105) = 25 Мпа. Отже, 95 % випробуваних зразків деревини будуть при стиску мати міцність Rтим, рівну чи більшу, ніж її нормативне значення.
Розрахункові опори деревини R (МПа) - це основні характеристики міцності реальної деревини елементів реальних конструкцій. Ця деревина має природні вади, що допускаються, і працює під навантаженнями протягом багатьох років. Розрахункові опори знаходять на підставі нормативних опорів з врахуванням коефіцієнта надійності по матеріалу г і коефіцієнта довготривалості дії навантаження mдов по формулі:
Коефіцієнт г значно більший одиниці. Він враховує зниження міцності реальної деревини в результаті неоднорідності будови і наявності різних вад, яких не буває в лабораторних зразках. Коефіцієнт довготривалості навантаження mдов " 1. Він враховує, що деревина без вад може нобмежено довго витримувати лише половину того навантаження, яке вона витримує при короткочасному навантаженні в процесі досліджень.
Розрахункові опори деревини сосни та ялини при тривалій дії статичного навантаження наведено в дод. 1. Значення розрахункових опорів згинанню, стисканню і зминанню вздовж волокон для 1-го і 2-го сортів мало різняться між собою, але вони істотно перевищують розрахункові опори деревини 3-го сорту, в якій допускаються досить значні вади. Тому деревину 3-го сорту використовують тільки в невідповідальних елементах, які працюють на згинання та стискання. Розрахункові опори розтяганню вздовж волокон для 1-го і 2-го сортів значно різняться між собою й зовсім не нормовані для 3-го сорту. Тому для розтягнутих елементів застосовують тільки деревину 1-го сорту.
Розрахункові опори деревини інших порід визначають множенням розрахункових опорів сосни та ялини на перехідні коефіцієнти тв. Умови роботи конструкцій ураховують, помноживши базові розрахункові опори на відповідні коефіцієнти умов роботи, наведені в дод. 2. Коефіцієнти умов роботи, як і розрахункові опори, визначаються структурою і роботою деревини. Наприклад, зниження коефіцієнта тб зі збільшенням висоти перерізів балок спричинюється збільшенням неоднорідності деревини, і, навпаки, зростання коефіцієнта тш - зі зменшенням товщин дошок у багатошаровому елементі пояснюється збільшенням однорідностій міцності деревини, і т. ін.
Модуль пружності деревини вздовж волокон Е=104 МПа, впоперек волокон Е 90=400 МПа, модуль зсуву G=500 МПа. Коефіцієнт Пуассона відповідно v90.0=O,O5 і v0.90=O,O2.
2.4 Розрахунок дерев'яних елементів
Елементами дерев'яних конструкцій є дошки, бруси, бруски, колоди суцільних перерізів з розмірами, зазначеними в сортаментах лісоматеріалів. Вони можуть бути окремими конструкціями, наприклад балками чи стійками, а також бути елементами більш складних конструкцій. У результаті розрахунку розв'язуються наступні практичні задачі проектування дерев'яних конструкцій:
Перевірка міцності і прогину елемента полягає у визначенні напружень у перерізах, які не повинні перевищувати розрахункових опорів деревини, а також його прогинів, які не повинні перевершувати граничних, що допускаються нормами.
Підбір перерізів при проектуванні нових дерев'яних конструкцій полягає у визначенні таких розмірів елемента, при яких його міцність і стійкість будуть достатні для сприймання діючих зусиль, а прогини будуть не більше граничних.
Визначення несучої здатності елемента в процесі обстеження конструкцій під час їхньої експлуатації. Для цього визначають найбільші навантаження і зусилля які може витримувати елемент відомих розмірів, щоб при цьому розрахункові опори деревини і граничні прогини не були перевищені.
Дерев'яні елементи розраховують на розтяг, стиск, згин, розтяг чи стиск із згинном, зминання і сколювання відповідно до норм СНиП 11-25-80 "Нормыпроектирования. Деревянные конструкции". Розрахункові опори, що приводяться нижче, відповідають деревині сосни і ялини. Відповідно до цих же норм проводиться розрахунок дерев'яних елементів, що згинаються, по прогинах.
1. Розтягнуті елементи - це нижні пояси ферм, затяжок арок і деякі стержні інших наскрізних конструкцій. Робота дерев'яних елементів на розтяг є найбільш відповідальну, оскільки вони руйнуються майже миттєво, без помітних попередніх деформації. Тому розтягнуті елементи необхідно виготовляти, як правило, з найбільш міцної деревини 1-го сорту з нормативним опором Rнр = 20 МПа і розрахунковим опором Rp = 10 МПа. Однак при відсутності такого матеріалу допускається в малонапружених елементах застосовувати деревину 2-го сорту з розрахунковим опором Rp =7,0 МПа.
Міцність розтягнутих елементів у тих місцях, де вони ослаблені отворами чи врізками, знижується додатково в результаті концентрації напружень у їхніх країв. Це враховується знижуючим коефіцієнтом умов роботи тр = 0,8. При цьому розрахунковий опір деревини 1-го сорту розтягу Rp = 8 МПа.
При наявності ослаблень у межах ділянки довжиною 20 см у різних перерізах поверхня розриву завжди проходить через них. Тому при визначенні ослабленої площі перерізу Ант всі ослаблення на цій довжині сумуються, як би суміщають в одному перерізі (рис. 2.1).
Розрахунок на міцність розтягнутих елементів проводиться на розтягуючу силу N від розрахункових навантажень:
Для підбору перерізів розтягнутих елементів користуються цією ж формулою, написаною для необхідної площі перерізу, враховуючи те, що N і Rp відомо. При цьому:
Ан = N /Rp.
Найбільше розтягуюче зусилля, що може витримувати розтягнутий елемент відомих розмірів, можна визначити по цій же формулі, написаній відносно зусилля:
N == AнтRp.
По деформаціях розтягнуті елементи не перевіряються.
Рис. 2.1. Розтягнутий елемент: а - графік деформацій і зразок; б- схема роботи і епюра напружень
2. Стиснуті елементи. На стиск працюють стійки, підкоси, верхні пояси й окремі стержні ферм і інших наскрізних конструкцій. Деревина працює на стиск більш надійно, чим на розтяг, але не цілком пружно.
Вади реальної деревини менше знижують міцність стиснутих елементів, оскільки самі сприймають частину стискаючих напружень. Тому стиснуті елементи рекомендується виготовляти, як правило, з більш доступної деревини 2-го сорту, що має нормативний опір стиску Rнс = 25 МПа і розрахунковий опір стиску Rс = 13 МПа.
Рис. 2.3. Стиснутий елемент: а - графік деформацій і зразок; б - схеми роботи, руйнування й епюра напруг; г-графік коефіцієнтів стійкості ц в залежності від гнучкості л
Міцність стержня при стиску і втрата його стійкості залежать від площі А і форми його перерізу, довжини l і типу закріплення його кінців, що враховується коефіцієнтом стійкості ц, який називають іноді коефіцієнтом поздовжнього згину. Стиснуті дерев'яні елементи розраховуються на міцність і стійкість при дії подовжніх сил стиску N від розрахункових навантажень:
Розрахункова площа перерізу А приймається рівною його повній площі, якщо вона не має ослаблень, або їхня площа не перевищує \/4 площі перерізу. Великі внутрішні ослаблення знижують його несучу здатність, але менше, ніж їхні відносні розміри, і розрахункова площа перерізу приймається при цьому рівною 4/3 знеослабленої площі перерізу. Симетричні зовнішні ослаблення зменшують міцність елемента прямо пропорційно їхнім розмірам і площа їх виключається. При несиметричних ослабленнях елемент розраховують як позацентрово стиснутий.
Коефіцієнт стійкості елемента ц визначається в залежності від його розрахункової довжини l0, радіуса інерції перерізу i, гнучкості:
л = lo/i
і знаходиться з виразів
ц = 3000/л2
при л>70 і ц= 1-0,8(л/100)2 при л<70.
Розрахункова довжина l0 враховує вплив типу закріплення кінців на стійкість стиснутого елемента. При обох шарнірно - закріплених кінцях вона дорівнює геометричній довжині l0 == l. При нижньому защімленому, а верхньому вільному кінці
l0 = 2,2l.
При нижньому защімленому, а верхньому шарнірному закріпленому кінці l0 == 0,8l, при обох защімлених кінцях
l0 = 0,65l.
Радіус інерції перерізу і залежить від площі А и моменту інерції перерізу І, тобто
.
Радіуси інерції прямокутних перерізів з розмірами b и h (де h-менший розмір перерізу) і круглих перерізів діаметром d можна приймати рівними 0,29h и 0,25d.
Гнучкість стиснутих елементів обмежується для того, щоб вони не вийшли недостатньо надійними. Основні елементи конструкцій - окремі стійки, пояси й опорні розкоси ферм і ін. - повинні мати гнучкість не більш 120, інші стиснуті елементи основних несучих конструкцій - не більш 150 і стиснуті елементи зв'язків - не більш 200.
Несучу здатність N стиснутого елемента, усі розміри якого і спосіб закріплення кінців відомі, можна визначати по формулі
N = цARc.
При цьому необхідно попередньо обчислити площу перерізу А, гнучкість л і коефіцієнт стійкості ц.
Підібрати переріз стиснутого елемента безпосередньо по формулі (2.5) не можна, тому що від його розмірів залежить коефіцієнт стійкості. У цьому випадку можна попередньо приблизно задатися величинами л і ц. Наприклад, для основних стійок варто приймати гнучкість л ? 80 і ц? 0,5, для неосновних елементів гнучкість л= 120 і ц = 0,2 для елементів зв'язків гнучкість л = 180 і ц= 0,1. Необхідну площу перерізу Ан можна визначити по формулі:
Ан = N / Rсц
і потім підібрати розміри перерізу. Гнучкість окремих елементів прямокутного перерізу необхідно визначати найбільшу в напрямку меншого розміру перерізу і меншого радіуса інерції, а при наявності зв'язків визначати гнучкості в напрямку обох осей перерізу і приймати найбільшу.
Відносно короткі елементи, довжина яких не перевищує семикратної висоти перерізу, працюють на стиск без утрати стійкості і розраховуються по формулі:
Площа перерізу визначається шляхом виключення з загальної площі площ всіх ослаблень, оскільки вони знижують міцність такого елемента пропорційно їхній величині. Стиснуті елементи, що не мають проміжних закріплень, вигідно приймати квадратного перерізу, однакової стійкості щодо обох осей їхніх перерізів.
3. Елементи які працюють на згинання - балки, дошки настилів, кроквяні ноги, лати - найбільш поширені елементи дерев'яних конструкцій. В таких елементах від навантажень, що діють поперек його подовжньої осі, виникають згинальні моменти М і поперечні сили Q.. Наприклад, в середині прольоту однопрольотної шарнірно обпертої балки від рівномірного навантаження q виникає згинальний момент:
М = qls/8,
а від зосередженої в середині прольоту сили Р, згинальний момент
М == Рl /4.
Поперечні сили дорівнюють опорним реакціям від цих навантажень. Від дії моменту в перерізах елемента виникають напруження згину у, що складаються зі стиску у верхній половині перерізу і розтягу в нижній.
Рис. 2.4. Елементи які працюють на згинання: а - графік прогинів і зразок; б - схема роботи й епюри згинальних моментів; в - схема руйнування й епюри нормальних напружень; г - схема роботи при косому згині й епюра напружень
Елементи, що згинаються, як і стиснуті, рекомендується виготовляти з деревини 2-го сорту з розрахунковими опорами Rзг = 13 МПа. У брусах з перерізами більшими 13 см Rзг=15 МПа, а в колодах Rзг = 16 МПа.
Розрахунок елементів, що згинаються, по міцності поперечних перерізів проводиться на дію максимальних згинальних моментів М (МН*м) від розрахункових навантажень:
де W - момент опору перерізу (м 3).
У найбільш розповсюджених прямокутних перерізах із шириною b и висотою:
h - W= bh2/6,
а для круглих перерізів діаметром d:
W=dз/10.
Підбір перерізу елемента, що згинається, по міцності може проводитися також по формулі (2.7). Для цього можна задатися одним з розмірів прямокутного перерізу - b чи h і визначити інший, наприклад:
Граничне розрахункове навантаження, що може витримувати елемент, що згинається, по міцності, коли всі його розміри відомі, може бути визначене також за допомогою формули (2.7), переписаної відносно згинаючого моменту М. Наприклад, однопрольотна шарнірно обперта балка прольотом l з розмірами перерізу шириною b и висотою h може витримувати рівномірне навантаження q, визначене в такому порядку:
Розрахунок елементів, що згинаються, на сколювання при згині проводиться на дію максимальних поперечних сил Q (МН) від розрахункових навантажень по формулі:
S = bh2/8, м3
- статичний момент частини перерізу, що сколюється, відносно його нейтральної осі для прямокутного перерізу;
І = bh3/12, м 4
- момент інерції всього перерізу;
Rск =-1,6 Мпа - розрахунковий опір сколюванню.
Розрахунок елемента, що згинається, по прогинах полягає у визначенні його найбільшого відносного прогину f/l від нормативних навантажень і перевірці умови, щоб він не переверщував значення, що допускається нормами, що визначається умовою:
Наприклад, перевірити відносний прогин однопрольотної шарнірно обпертої балки прямокутного перерізу b * h, прольотом l при рівномірному нормативному навантаженні qн (МН/м) можна по формулі:
де Е= 104 МПа - модуль пружності.
Якщо відносний прогин балки виходить більший, той переріз повинен бути збільшений і підібраний по прогину. Для цього формулу (2.9) варто переписати відносно необхідного моменту інерції:
Інеоб == 5/384/ [ЕІ(f/l)].
Після цього можна задатися одним розміром прямокутного перерізу і визначити інший, наприклад, з виразу
.
4. Елементи, які працюють на косе згинання - це лати і прогони похилих покриттів. Косий згин виникає в елементах, осі перерізів яких розташовані похило до напрямку дії навантажень (рис. 2.4, г).
Вертикальне навантаження, наприклад, рівномірне q, і згинальний момент від нього М при косому згині елемента прямокутного перерізу під кутом б розкладається на нормальні і похилі складові уздовж осей перерізів: qx = q cos б; qу = q sin б; Мх = М cos б; My = М sin б. Відносно цих же осей визначаються моменти опору W і момент інерції І перерізів. Перевірка міцності косозгинальних елементів виконується за формулою:
Підбір перерізів елементів може виконуватися методом спроб. При цьому їх варто установлювати великими розмірами прямокутного перерізу в напрямку діїбільших складових діючих навантажень. Розрахунок елементів по прогинах виконується з врахуванням геометричної суми прогинів відносно кожної осі за формулою:
5. Елементи, які працюють на стискання і згинання - це верхні пояси ферм при наявності місцевого, позавузлового навантаження, колони каркасів при позацентровому стиску.
Рис. 2.5. Елементи, що працюють на стискання і згинання: а - схема роботи й епюри згинальних моментів; б - пюри нормальних напружень
У перерізі таких елементів діють повздовжні стискаючі сили N, від яких виникають рівномірні напруження стиску і згинальний момент М, від якого виникають стискаючі і розтягуючі напруження, максимальні в крайніх волокнах і нульові на нейтральній осі прямокутного перерізу. Напруження стиску складаються, а напруження стиску і розтягу віднімаються (рис. 2.5). Максимальні стискаючі напруження виникають у крайніх волокнах перерізу в місці дії максимального згинального моменту.
Розрахунок елементів по нормальних напруженнях проводиться на дію максимальних повздовжніх стискаючих сил N і згинальних моментів М від розрахункових навантажень по формулі:
де Mд=Mq/о-це згинальний момент з врахуванням додаткового згинального моменту, що виникає в результаті прогину елемента f від зовнішнього поперечного навантаження. При цьому стискаючі подовжні сили N починають діяти з ексцентриситетом, рівним f, і виникає додатковий момент:
МN = Nf.
Цей додатковий момент і враховується коефіцієнтом о, що залежить від повздовжньої сили N, гнучкості л, розрахункового опору стиску Rc, площі перерізу А.
Перевірка на напруження сколювання проводиться з врахуванням коефіцієнта о за формулою:
Жорсткість елементів перевіряють за формулою:
де f0 - прогин від поперечного навантаження.
Елемент, який працює на стискання і згинання повинний бути також перевірений на міцність і стійкість тільки при стиску повздовжньою силою із площини згинання по формулі (2.5). Перевірки стійкості плоскої форми деформування суцільних елементів, як правило, не потрібно.
6. Елементами, які працюють одночасно на розтягання і згинання є нижні пояси ферм, у яких крім розтягу діє ще і згин від міжвузлового навантаження від ваги підвісного перекриття, елементи, розтягуючі сили в яких діють з ексцентриситетом відносно їхніх осей. Схема роботи, епюри згинальних моментів і напружень у перерізах таких елементів показані на рис. 2.6.
Рис. 2.6. Елементи, які працюють на розтягання та стискання: а - схема роботи й епюри згинальних моментів; б - епюри нормальних напружень
Міцність елементів перевіряють на дію повздовжніх розтягуючих сил N і згинальних моментів М від діючих розрахункових навантажень по формулі:
Підбір перерізів розтягнуто-згинальних елементів, можна робити методом спроб, оскільки використовувати для цього формулу 2.15 неможливо. Додаткове рівномірне навантаження, що може витримувати розтягнутий елемент, розтягуючі напруження в перерізах якого значно менші розрахункових, можна визначити з виразу:
.
Розділ 3. З'єднання елементів дерев'яних конструкцій
3.1 Загальна характеристика з'єднань
З'єднання є найбільш відповідальними частинами дерев'яних конструкцій. Для виготовлення більшості будівельних конструкцій дерев'яні елементи повинні бути міцно і надійно з'єднані між собою. З'єднання елементів по довжині називають зрощуванням, по ширині і висоті - споюванням, під кутом і прикріплення до опор-вузлові і анкеруванням.
При виготовленні багатьох з'єднань в елементах конструкцій робляться отвори та врізи, що послаблюють їхні перерізи і підвищують деформативність. Руйнування дерев'яних конструкцій у більшості випадків починаються в з'єднаннях. Таким чином, від правильного конструювання, розрахунку і виготовлення з'єднань залежать міцність і деформативність конструкцій у цілому. Анізотропія будівлі, мала міцність деревини при сколюванні, розтяганні поперек волокон і зминанні є причиною різноманіття типів з'єднань дерев'яних конструкцій.
По характеру роботи всі основні з'єднання дерев'яних конструкцій можуть бути розділені на наступні групи:
а) без спеціальних зв'язків, що не вимагають розрахунку - контактні з'єднання;
б) з металевими зв'язками, що працюють на згин або розтяг - болтами, стержнями, цвяхами, гвинтами, хомутами і пластинками;
в) зі зв'язками, що працюють на сколювання - клейовими швами;
г) з дерев'яними зв'язками, що працюють на стиск - шпонками і колодками.
Клейові з'єднання, найбільш прогресивні і технологічні, є основними з'єднаннями при заводському виготовленні клеєдерев'яних конструкцій. З'єднання, що не вимагають спеціальних зв'язків і металеві можуть застосовуватися при виготовленні дерев'яних конструкцій у будь-яких умовах як на спеціальних заводах, так і в умовах будівельних майданчиків. З'єднання з дерев'яними зв'язками вимагають значних витрат ручної праці, тому вони застосовуються рідко.
По характеру роботи з'єднання дерев'яних конструкцій поділяються також на піддатливі і жорсткі. Піддатливі з'єднання виготовляються без застосування клеїв. Деформації в них виникають у результаті нещільності, що утворюється при виготовленні, від усушки і зминання деревини, особливо поперек волокон і від згину зв'язків. Величина цих деформацій при тривалій дії навантажень у з'єднаннях, де деревина працює поперек волокон, приймається рівною 3 мм, в інших випадках - 1,5...2 мм. Вони враховуються при визначенні прогинів конструкцій. Жорсткі клейові з'єднання такої піддатливості не мають.
У більшості з'єднань дерев'яних конструкцій, крім клейових, у результаті дії стискаючих сил, наприклад при постановці болтів, виникають між елементами сили тертя, що збільшують зусилля в зв'язках. Однак ці сили в результаті знакозмінності зусиль, усушки деревини й послаблення початкових натягів болтів можуть знизитися до нуля і тому розрахунком не враховуються. Вони враховуються тільки при короткочасній дії сил з коефіцієнтами тертя площини по площині 0,2 і торця по площині 0,3 і коли вони викликають додаткові напруги з коефіцієнтом тертя 0,6.
3.2 Контактні з'єднання
Конструктивні врубки (рис. 3.1) є з'єднаннями, у яких виникають зусилля, набагато менші їхньої несучої здатності, і вони не мають потребу в розрахунку. У дерев'яних конструкціях найбільше застосування знаходять конструктивні з'єднання у чверть, у шпунт, у півдерева і косий прируб.
Рис. 3.1. Конструктивні рубки: а - рубка в півдерева; б - косий прируб; в - з'єднання у чверть; г - з'єднання в шпунт
Лобові упори (рис. 3.2) є найбільш простими і надійними з'єднаннями і застосовуються в більшості видів дерев'яних конструкцій для кріплення стиснутих елементів. Вони працюють і розраховуються на зминання, що виникає в них від дії повздовжніх стискальних зусиль. На розтягання вони працювати не можуть.
Повздовжній лобовий упор - це з'єднання обрізаного під прямим кутом стиснутого стержня з опорою чи з діафрагмою опорного башмака чи з таким же стержнем у стиснутому стику. У стику лобовий упор скріплюється двосторонніми конструктивними дерев'яними накладками товщиною не менш третини товщини стержнів і довжиною не менше трьох висот перерізу і стягається конструктивними болтами. У повздовжньому лобовому упорі деревина працює на зминання вздовж волокон і має найбільш високий розрахунковий опір зминанню, рівний розрахунковому опору стиску Rс. У більшості випадків напруги зминання в повздовжніх лобових упорах досягають значної величини і вимагають перевірки міцності у тих випадках, коли на зминання працює тільки частина площі торця елемента.
Поперечний лобовий упор - це з'єднання двох стержнів під прямим кутом, коли торець стиснутого елемента впирається в площину іншого і закріплюється непрацюючими зв'язками. Так, наприклад, з'єднуються стійки з верхніми і нижніми горизонтальними елементами каркаса. В такому з'єднанні деревина торця стійки працює на зминання вздовж волокон, а деревина площини горизонтального елемента - поперек волокон. Це з'єднання розраховується тільки по меншій міцності деревини поперек волокон.
Рис. 3.2. Лобові упори: а-повздовжній вздовж волокон деревини; б - поперечний поперек волокон; в - похилий під кутом до волокон; 1 - елементи; 2 - стяжні болти; 3 - накладки;4-металеві кріплення; 5-опора; 6-штир; 7-епюри напруг зминання; б - кут зминання
Похилий лобовий упор являє собою з'єднання кінців двох стиснутих елементів, осі яких розташовані під кутом б один до одного. При цьому торець одного елемента може бути перпендикулярним його осі чи торці обох елементів нахилені до їх осей (рис. 3.2, в). Так, наприклад, з'єднуються стержні крокв і підкісних рам. У цих з'єднаннях необхідно перевіряти міцність деревини при зминанні торців тільки розташованих під кутом до осей елементів.
3.3 З'єднання з металевими зв'язками
Це з'єднання дерев'яних елементів, у яких діючі в них зусилля передаються за допомогою сталевих болтів, стержнів, цвяхів, гвинтів, хомутів, зубчастих пластинок і інших виробів. Найбільш розповсюдженими металевими зв'язками є болти і цвяхи.
Болти - це стандартні вироби з сталі марки С 38/23, які для з'єднань дерев'яних елементів виготовляються без точної обробки і називаються чорними. Вони відрізняються великою довжиною, що відповідає значним розмірам перерізів дерев'яних елементів, і мають товсті квадратні шайби, необхідні для розподілу зусилля в болті на достатню площу деревини, що працює на зминання.
Для встановлення болтів в елементах, що з'єднуються, просверлюють отвори такого ж діаметру, що і болти. Для надійного співпадання отворів при зборці конструкцій свердлити отвори рекомендується одним проходом свердла через елементи, що з'єднуються, або в окремих елементах по шаблонах. Болтові з'єднання бувають зі стяжними, розтягнутими і болтами, що згинаються.
З'єднання зі стяжними болтами служать для щільного поперечного з'єднання окремих елементів і у вузлах конструкцій. У них можуть виникати лише незначні зусилля, тому їхній розрахунок не потрібен. Перерізи стяжних болтів встановлюються конструктивно. Діаметр стяжних болтів встановлюються конструктивно і повинний бути не менший 12 мм або 1/20 загальної товщини елементів, що з'єднуються. Шайби стяжних болтів допускаються не меншими 3,5 їхнього діаметра і товщиною до 0,25 діаметра. В початковий період експлуатації конструкцій у результаті висихання деревини їхній натяг нерідко слабшає і їх необхідно підтягувати.
З'єднання з розтягнутими болтами застосовуються при анкерному кріпленні дерев'яних конструкцій до опор, при підвішуванні до конструкцій перекриттів і устаткування, у вузлових з'єднаннях. Вони працюють і розраховуються на діючі в з'єднаннях розтягуючі сили від розрахункових навантажень по площі перерізу ослабленою нарізкою (рис. 3.3):
де R - розрахунковий опір сталі, R = 235 МПа; 0,8 - коефіцієнт, що враховує концентрацію напруг у зоні нарізки.
Рис. 3.3. З'єднання на розтягнутих болтах: а - болт; б - схема роботи болта і деревини; г - схема роботи шайби; 1 - шайба; 2 - головка; 3 - стержень; 4 - гайка; 5 - епюри напруг
По цій же формулі, переписаної щодо необхідної площі перерізу болта, за допомогою табличних даних можна підібрати переріз болта.
Деревина під шайбами болта повинна бути перевірена на міцність при місцевому зминанні по формулі (2.15). По цій же формулі можна підібрати розміри сторін шайби:
Ан = N/(Rзм 90·0,8).
Розрахунковий опір деревини місцевому зминанню під шайбами, з огляду на підтримуючу дію деревини, що оточує шайбу, приймається Rзм 90 = 4 МПа. Шайби розтягнутих болтів працюють і розраховуються на згин від реактивного тиску деревини, що зминається, як квадратні пластинки шириною b, обперті в центрі на гайки болтів. При цьому найбільший згинальний момент М в середньому перерізі шайби, ослабленому отвором діаметром d і необхідну товщину шайби дн можна приблизно визначити з виразу:
M=Nb/16; Wн = M/R;
Аналогічно розраховуються тяжі наскрізних конструкцій круглого перерізу із шайбами і гайками на кінцях, що працюють на розтяг. Їхня максимальна гнучкість не повинна перевищувати 400. Якщо в з'єднанні застосовано декілька тяжів, розрахунковий опір сталі знижується з урахуванням коефіцієнта 0,85. При цьому враховується можлива нерівномірність розподілу зусилля між ними.
1. З'єднання з болтами, що згинаються, відносяться до класу так званих нагельних (рис. 3.4), у яких зв'язки (у даному випадку болти) працюють, головним чином, на згин і в незначній мірі на зріз. Ці з'єднання широко застосовуються в стиках і вузлах дерев'яних конструкцій, перешкоджаючи взаємним зсувами елементів, що з'єднуються, причому зусилля в них можуть бути знакозмінні, які стискають і розтягують. Шайби цих болтів не сприймають розрахункових зусиль і можуть мати такі ж розміри, як і в стяжних болтів. Від дії повздовжніх сил у такому з'єднанні по площі контакту болта зі стінками отвору в деревині виникають нерівномірні по периметру і по довжині напруження зминання, а також розтягання поперек волокон між отворами. У результаті реактивного тиску деревини в болті виникають зусилля згину і зрізу.
Розміщення болтів у з'єднанні буває пряме, шахове і виконується за правилами, що виключає небезпеку передчасного руйнування деревини від сколювання і розтягання поперек волокон. Відстані між осями болтів вздовж волокон деревини і до торців елемента повинні бути не менше 7d, а поперек волокон між осями - не більш 3,5d і до країв - 3d.
Болтові з'єднання можуть бути симетричними, коли повздовжні сили діють вздовж осі симетрії з'єднання, і несиметричними, коли осі сил не збігаються з осями елементів. Елементи, що з'єднуються, можуть розташовуватися на одній осі вздовж волокон деревини чи під кутом один до одного. Швами, чи зрізами, у болтових з'єднаннях називаються площини зсуву між елементами, від числа яких прямо залежить несуча здатність з'єднання. Однак напруги зрізу в перерізах болтів незначні і не визначають їхньої несучої здатності. Найбільш розповсюджений болтовий стик розтягнутих елементів із двосторонніми дерев'яними накладками є симетричним двозрізним з'єднанням, а такий же стик з однобічною накладкою - несиметричним однозрізним з'єднанням (див. рис. 3.4)
Розрахунок з'єднання на болтах, що згинаються, проводиться на дію повздовжніх сил N від розрахункових навантажень:
де nн - необхідне число болтів на половині з'єднання; nш - число зрізів (швів); Т (кН) - найменша несуча здатність болта в одному шві, що визначається з урахуванням діаметра болта d (см), товщини середнього елемента с (см), товщини крайніх елементів а (см), симетричності і кута нахилу між елементами, коефіцієнтом Кб з наступних виразів по міцності:
, кН
- при згинанні болта для дерев'яних накладок;
, кН
- при згинанні болта для сталевих накладок;
Тзм = 0,5cdKб, кН
- при зминанні середнього елемента;
Тзм = 0,8adKб, кН
- при зминанні крайнього і більш тонкого однозрізного елемента;
Тзм = 0,3adKб, кН
- при зминанні крайнього і більш товстого однозрізного елемента.
Коефіцієнт Кб враховує меншу несучу здатність болтового з'єднання на болтах, що згинаються, під кутом у результаті меншої міцності і більшої піддатливості деревини при зминанні під кутом до волокон. Вони залежать від величини кута б, діаметра болта d і приймаються по нормах. Наприклад, при куті між елементами б== 90° для болтів діаметрами d = 12, 16 і 20 мм відповідно Кб = 0,7, 0,6 і 0,55.
Болтові з'єднання зі металевими накладками застосовуються у вузлах конструкцій. Накладки робляться звичайно двосторонніми з листової чи кутової сталі. Відстань від осей болтів до країв накладок повинна бути не менше двох діаметрів болтів вздовж і півтора - поперек напрямку дії сил. При сталевих накладках болти працюють на згин краще через їхнє часткове защімлення в отворах накладок.
Рис. 3.4. З'єднання на болтах, що згинаються: а - схеми розміщення; б - розрахункові схеми; в - схема роботи;1 - пряме розміщення; 2 - шахове; 3 - при металевих накладках; 4 - в з'єднаннях під кутом; 5-симетричне; 6 - несиметричне; 7 - епюра напруг зминання деревини
2. З'єднання цвяхами прості, але трудомісткі і застосовуються в основному при невеликому обсязі виготовлених конструкцій. Вістря цвяха має чотиригранну форму і довжину, рівну півтора діаметра. Головка має діаметр, рівний двом діаметрам цвяха. Найбільше застосування в дерев'яних конструкціях знаходять цвяхи діаметром 3, 4, 5 і 6 мм і довжиною відповідно 80, 100, 150 і 200 мм.
Правила розміщення цвяхів у з'єднаннях виключають небезпеку розколювання деревини елементів, що з'єднуються, і тому діаметр цвяхів повинний бути не більший чверті товщини елементів. Відстань між осями цвяхів діаметром d вздовж волокон деревини елементів, що з'єднуються, повинне бути не меншою: від торців -15d; між осями в елементах товщиною більшою 10d - 15d; між осями в елементах товщиною 4d - 25d; в елементах проміжної товщини ця відстань приймається по інтерполяції. Відстань між осями цвяхів поперек волокон і до країв елементів повинна бути при прямому розміщенню не меншою 4d, при шаховій і косому розміщенню не меншою 3d (рис. 3.5).
З'єднання з цвяхами, які працюють на висмикування, (рис. 3.6) відносять до класу з'єднань з розтягнутими зв'язками. Вони застосовуються для кріплення дошок підшивок стель, щитів перекриттів і опалубки залізобетону. Від дії навантажень у них виникають сили N, що висмикують цвяхи з деревини елемента, до якого прибиті дошки. Це зусилля сприймають сили тертя між поверхнею цвяхів і навколишньою деревиною.
Рис. 3.5. З'єднання на цвяхах, що згинаються: а - схеми розміщення; б - розрахункові схеми; в - схема роботи епюри напруг зминання деревини; 1,2 - пряме і шахове розміщення; 3-в сталевих накладках; 4 - у з'єднаннях під кутом; 5 - симетричне двозрізне; б - несиметричне однозрізе
Розрахунок цвяха на висмикування проводиться на дію сили, що розтягує, від розрахункових навантажень по формулі:
де Тв.ц - несуча здатність цвяха при висмикуванні, НМ;
Rв.ц = 0,3 МПа - розрахунковий опір сухої деревини висмикуванню з неї цвяха поперек волокон, Rв.ц = 0,1 МПа-при сирій деревині;
d - діаметр цвяха, м;
l1 - розрахункова довжина цвяха, яка дорівнює його загальній довжині l з якої виключена товщина дошок, що прибиваються д(м), довжина вістря l,5d (м), і ширина можливої щілини 0,2 см між елементами, що з'єднуються, (м).
Рис. 3.6. З'єднання на цвяхах, що висмикуються: а - схема роботи напруг тертя; б-деформація деревини
Необхідна кількість цвяхів, що висмикуються nн необхідних для сприймання розтягуючої сили N (МН) від розрахункових навантажень, визначається з виразу:
nн = N/Тв.ц.
Розміри цвяхів, що висмикуються, підбираються з умов, щоб розрахункова довжина цвяха була не меншою 10d і не меншою подвійної товщини дошок, що прибиваються - 2д.
З'єднання з цвяхами, що згинаються, через малий діаметр і щільне защімлення в деревині несуча здатність цвяха не залежить від кута дії зусиль відносно напрямку волокон деревини елементів, що з'єднуються. Якщо цвях пробиває всі елементи наскрізь, то розрахункова довжина його зменшується на 1,5d см, що враховує небезпеку відколювання крайніх волокон при виході вістря. Якщо цвях не пробиває з'єднання наскрізь, то враховується тільки глибина його защімленняl1 в останньому елементі, знайдена так само, як і l1 у цвяхів, що висмикуються, з умови, що вона не менша 4d. Несуча здатність цвяха в одному зрізі по міцності при згині визначається з виразу:
Тз = 2,5d2+ 0,01 а2, кН,
але не більшою 4d2. Несуча здатність одного зрізу цвяха по міцності деревини при зминанні с середнього іа крайніх елементів визначається по тим же виразах, що і при розрахунку з'єднань на болтах, що згинаються. Несуча здатність цвяха в одному зрізі Т є найменшої з обчислених.
З'єднання з цвяхами, що згинаються, і сталевими накладками застосовуються у вузлах деяких конструкцій. Цвяхи при цьому забиваються через отвори, просвердлені в сталевих накладках. Це з'єднання відносно роботи цвяхів є несиметричним і однозрізним. Несуча здатність цвяха в одному зрізі визначається з відповідного виразу для болтових з'єднань з урахуванням глибини його защімлення в деревині а, а по його вигині - з врахуванням його часткового защімлення в отворі накладки з виразу:
Тз = 4d2.
3. Гвинтові з'єднання (рис. 3.7, а). Гвинти - це стандартизовані сталеві вироби і складаються з головки, гладкої і нарізаної частин. Їхній діаметр dвиміряється по гладкій частині. Гвинти діаметром менше 12 мм називаються шурупами. Вони мають сферичні чи плоскі голівки з прорізами для закручування їх у деревину викрутками. Гвинти діаметром 12 мм і більш називаються глухарями. Вони мають квадратні чи шестигранні голівки і вкручуються в деревину ключами.
Рис. 3.7. З'єднання на гвинтах: а-глухар; б-шуруп; в-схема роботи гвинтів на вигин; г - те ж, на висмикування
Вздовж волокон відстані між осями гвинтів повинні бути не меншою десяти їхніх діаметрів - 10d, поперек волокон - не меншою 5d. Глибина защімлення гладкої частини гвинта повинна бути не меншою 4d.
Розрахунковий опір висмикуванню гвинтів вище, ніж цвяхів, і складає Rгв.в = 1 МПа. Несуча здатність гвинтів при висмикуванні визначається по формулі(3.3). При цьому l1 - довжина нарізної частини гвинта.
З'єднання з гвинтами, що згинаються, відносяться до класу з'єднань зі зв'язками, що згинаються. Несуча здатність гвинта визначається, як і болта, що згинається, при сталевій накладці.
3.4 Клейові з'єднання
Це найбільш прогресивні види з'єднань при заводському виготовленні клеєних дерев'яних конструкцій. Їхньою основою є конструкційні синтетичні клеї. Ці з'єднання мають ряд важливих переваг. Склеювання дає можливість з дошок обмежених розмірами перерізів і довжин виготовляти дощатоклеєні елементи несучих конструкцій практично будь-яких розмірів і форм. Вони можуть бути прямими і вигнутими, постійного, перемінного і профільного перерізів, висотою, вимірюваної метрами, а довжиною - десятками метрів.
Клейові з'єднання є не менш міцними, чим реальна деревина, монолітними і мають настільки малу піддатливість, що її можна не враховувати при розрахунках і вважати дощатоклеєні елементи як суцільні. Клейові з'єднання є водостійкими. Вони не піддаються загниванню і стійки проти впливу ряду хімічно агресивних середовищ, що забезпечує довговічність клеєдерев'янних елементів. Ці з'єднання технологічні і їхнє виготовлення без особливих труднощів механізується й автоматизується, вимагаючи обмежених трудозатрат. При склеюванні можна використовувати деревину маломірну і зниженої якості шляхом видалення значних вадз наступним стикуванням. Клеєні з'єднання безметальні, що важливо для конструкцій, експлуатованих у приміщеннях з хімічно агресивними середовищами.
Клейові з'єднання по їхньому розташуванню й особливостям роботи можуть бути поперечні, повздовжні і кутові (рис. 3.8). З'єднання досок по пластях -поперечне - застосовується для виготовлення клеєдерев'яних елементів необхідної висоти перерізу. З'єднання застосовується при виготовленні клеєдерев'яних елементів із шириною перерізів, більшою, ніж ширина окремих дошок.
Рис. 3.8. Клейові з'єднання: а - поперечні стики; б - повздовжні стики; в - кутовий стик; 1 - стики по площинам; 2 - по краях; 3 - по площині і краю; 4 - зубчатий шип; 5 - вусовий стик фанери; 6 - кутовий зубчатий шип
Зубчастий шип -це клейове з'єднання кінців дошок по зубсчатій поверхні у вигляді ряду гострих клинів, що виходять на пласті або ребра дошок. Зубчасий шип характеризується трьома параметрами - довжиною зубів l, шириною їхньої основи і шириною вершини - затупленням b. Довжина зубів звичайно не перевищує товщини дошок, а інші параметри забезпечують необхідний ухил зубів відносно осі дошок не більш 1:8 і затуплення не більш 1 мм.
Кутовий зубчастий шип має ту ж форму, що і прямий, і застосовується, головним чином, при виготовленні ломаноклеєних напіврам. Елементи цих рам розташовуються під кутом більшим 120°. Такий зубчатий шип працює на стиск із вигином як суцільний дерев'яний похилий переріз.
Розрахунок клейових з'єднань, через те, що вони мають міцність вище міцності деревини 1-го сорту, не потрібен.
З'єднання на вклеєних сталевих стержнях є клейові з'єднання клеєдерев'яних елементів за допомогою коротких стержнів з арматури періодичного профілю класів A-II і A-III діаметром 12...25 мм. Вони вклеюються в прямокутні пази з накладками чи в круглі отвори клеєм (наприклад, епоксидно-цементним), що забезпечує надійне з'єднання деревини зі сталлю (рис. 3.9).
Глибина вклеювання l повинна бути не менш 10 і не більш 30 діаметрів d стержня, ширина паза чи діаметр отвору виконується на 5 мм більше діаметра стержня. Відстань між осями стержнів приймається не менш 3d, а до країв перерізу - не менш 2d. Вклеєні стержні застосовуються для повздовжнього і кутового з'єднань клеєдерев'яних елементів, що працюють на повздовжні сили чи згинальні моменти. Вони сприймають повздовжні розтягуючі сили N (висмикування) чи стискаючі (вдавлення). Сховані в товщі деревини сталеві стержні захищені від хімічно агресивного середовища і швидкого нагрівання при пожежі, що підвищує стійкість з'єднання проти корозії і межу вогнестійкості.
Рис. 3.9. З'єднання на вклеєних стержнях: а - повздовжньо вклеєні; б - похило вклеєні; в - схема роботи; 1-арматурний стержень; 2-отвір; 3 - паз; 4 - рейка
Розрахункова несуча здатність повздовжньо вклеєного стержня Т (МН) при висмикуванні чи вдавленні визначається по формулі:
де l - глибина вклеювання, м;
d - діаметр стержня, м;
Rск = 2,1 Мпа - розрахунковий максимальний опір деревини місцевому сколюванню вздовж волокон в з'єднаннях;
Кск - коефіцієнт, що враховує нерівномірності розподілу напруг сколювання по довжині вклеювання;
Кск= (1,2-0,02) l/d.
Необхідне число повздовжньо вклеєних стержнів у з'єднанні, на якому діють розтягуючі чи стискаючі сили N від розрахункових навантажень, визначаються по формулі:
Самі сталеві вклеєні стержні працюють у цьому з'єднанні на розтяг звичайно з великими запасами міцності.
З'єднання на поперечно вклеєних стержнях працюють аналогічно на зсув і зминання поперек волокон деревини біля поверхні отвору. Працюють вони спочатку пружно, потім пластично і руйнуються після великих деформацій, як при місцевому зминанні деревини. Несуча здатність такого з'єднання вище, ніж повздовжнього і коефіцієнт нерівномірності напруг теж вище. Розрахункова несуча здатність такого з'єднання може визначатися по формулі (3.4). Для визначення несучої здатності таких стержнів Т (МН) можна рекомендувати більш точну емпіричну формулу:
де Rзм 90 = 3 Мпа - розрахунковий опір поперечному місцевому зминанню у вузлових з'єднаннях конструкцій;
Кзм = (1-0,025)l/d
- коефіцієнт нерівномірності напруг зминання.
З'єднання на поперечно вклеєних сталевих стержнях з великим ефектом застосовуються в опорних і проміжних вузлах конструкцій. При цьому виключається робота деревини елемента на зминання поперек волокон і розміри з'єднань істотно зменшуються.
3.5 З'єднання елементів пластмасових конструкцій
У конструкціях із пластмас використовують клейові, клеєметалічні, заклепчаті, гвинтові, зварні і шиті з'єднання.
Клейові з'єднання є найбільш ефективними, універсальними і розповсюдженими з'єднаннями пластмас. Вони дають можливість склеювати пластмаси і супутні конструкційні матеріали, міцність, деформативність і форма яких коливаються в широких межах. Наприклад, можна склеювати пінопласти з металами, міцність і деформативність яких відрізняються в тисячі разів. Можна склеювати листові матеріали і повітронепроникні тканини, товщина яких не перевищує 2 мм. При цьому виходять міцні, суцільні, повітронепроникні з'єднання, тверді чи еластичні. Основними недоліками клейових з'єднань є мала міцність на поперечний розтяг - відрив й обмежена теплостійкість.
Для склеювання пластмасових конструкцій застосовуються епоксидні клеї на основі полімерних смол ЕД-5, резорцинові клеї (ФР-12), каучукові клеї, наприклад, марки 88Н.
Рис. 3.10. Клейові з'єднання пластмас і супутніх матеріалів: а - типи з'єднань; 1-в напуск; 2 - з однією накладкою; 3 - двома накладками; б - робота з'єднань; 4 - на відрив; 5 - на нерівномірний відрив; с - клейові шви
Подобные документы
Характеристика специфіки архітектурних стилів дерев’яних храмів Закарпаття: ампір, готичний, бароко. Єдиний образ базилічних церков: декоративні деталі, орнаментальні композиції, розписи. Конструктивні особливості дерев’яних двох’ярусних дзвіниць.
реферат [43,2 K], добавлен 21.11.2014Норми проектування та розрахунку мостів. Конструкції та технічні характеристики різних варіантів дерев'яного мостового переходу. Визначення параметрів подвійного дощатого настилу, поперечин і зосереджених прогонів. Розрахунок ферми Гау-Журавського.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 30.01.2014Визначення основних розмірів конструкцій: лоток, прольоти другорядних балок і виліт консолей, поперечні перерізи основних несучих елементів. Розрахунок і конструювання лотока. Визначення навантажень, зусиль у перерізах, міцності конструкційних елементів.
курсовая работа [659,2 K], добавлен 09.10.2009Підготовка каменеподібних і дерев'яних поверхонь до обштукатурювання, армування конструкцій. Вимоги до штукатурних розчинів, їх склади. Розрівнювання поверхні та її затирання за допомогою терки. Обладнання і матеріали, потрібні для виконання опорядження.
реферат [964,5 K], добавлен 26.08.2010Архітектурні, стилістичні та семантичні особливості пам'яток дерев'яного зодчества лівобережної України. Загальні типологічні риси храмів України. Взаємопроникнення та неподільності української дерев’яної та мурованої архітектури, архітектурні школи.
курсовая работа [4,1 M], добавлен 28.10.2014Технологія виконання опоряджувальних робіт. Будова та робота малярних машин і механізмів. Матеріали та інструменти, підготовка дерев'яних поверхонь під фарбування неводними сумішами. Нанесення фарби, покриття поверхні олійно-смоляними і бітумними лаками.
реферат [950,9 K], добавлен 12.03.2012Особливості побудови кам’яних композицій. Роль альпінаріїв в зеленому будівництві. Технологія закладення рокаріїв - елементів оформлення території, композиційною основою, яких є камінь. Підбір декоративних елементів та рослин для альпінаріїв і рокаріїв.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 11.01.2012Заміна пошкодженого дерев'яного перекриття гуртожитку на збірно-монолітне залізобетонне. Аналіз ситуаційного плану міської забудови (ескізи). Характеристика будівлі (по елементах). Опис і характеристика нової конструкції. Технологія виконання робіт.
контрольная работа [165,4 K], добавлен 19.04.2013Конструкція покриття – дощаті щити, багатопролітні дощаті прогони. Нормативне навантаження і розрахункове навантаження на балку. Розрахунок дощатоклеєної та дощатоклеєної армованої балки покриття. Захист деревини від вогню та гниття. Хімічний захист.
практическая работа [161,7 K], добавлен 14.11.2008Проектування балкової клітки; визначення товщини настилу. Конструювання головної балки: визначення навантажень зусиль отриманої сталі і підбір перерізу. Розрахунок і конструювання оголовка і бази колони: підбір перерізу елементів за граничною гнучкістю.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 14.02.2013
