При виготовленні клейових з'єднань листових матеріалів, зокрема при стикуванні обшивок і ребр панелей, застосовують різні типи з'єднань у напуск (рис. 3.10), з одно- чи двосторонніми накладками. Довжина клейового шва з кожної сторони стику (довжина напуску l) визначається розрахунком його на зріз. Однак у будь-якому випадку довжина напуску повинна бути не менше 8 товщин листа для азбестоцементу, 50 товщин листа для металів і 20 товщин листа для склопластиків. Міцність клейових з'єднань і їхні розрахункові характеристики залежать від марки клею чи, виду напруженого стану (зсуву, розтягання), природи матеріалів, що з'єднуються. У багатьох випадках міцність клейового прошарку я вища, ніж міцність одного (чи обох) матеріалу, що з'єднується. У таких випадках розрахунковий опір з'єднання визначають не по клейовому з'єднанню, а по одному з матеріалів, що з'єднуються. Наприклад, для пінопласту ПС 4 при склеюванні його з металом чи з азбестоцементом розрахункові опори зрізу рівні R_зр = 0,04 МПа і R_зр = 0,075 МПа.

Клеєметалічні з'єднання є комбінованими, що складаються з точкових металевих з'єднань і клейового прошарку, що розташовується вздовж усього шва. У залежності від виду металевого зв'язку розрізняють з'єднання: клеєзварні (точкове зварювання однорідних металів + клейовий прошарок); клеєгвинтові (металеві гвинти + клейовий прошарок); клеєзаклепочні (металеві заклепки + клейовий прошарок). Клеєметалічні з'єднання застосовуються для з'єднання елементів з однорідних і різнорідних високоміцних матеріалів (метали, склопластики, деревні матеріали) у тришарових панелях і інших подібних конструкціях.

Зварні з'єднання пластмас використовуються для з'єднання елементів з того самого термопластичного матеріалу. При зварюванні з'єднання елементів здійснюється за рахунок одночасної дії високої температури і тиску. До переваг зварних з'єднань відносяться висока щільність шва, швидкість їхнього здійснення, простота технологічних операцій. Разом з тим у зварних з'єднань більш низька міцність і погіршуються деякі інші властивості матеріалу шва в порівнянні з основним матеріалом; обмежена область застосування (тільки для термопластів); температура нагрівання при зварюванні лежить між температурами текучості і його руйнування. Розрізняють два способи одержання зварених з'єднань термопластів: зварювання в струмені гарячого повітря і контактний спосіб (рис. 3.12).

Клеєзварні з'єднання складаються зі зварних точок, отриманих контактним точковим зварюванням і суцільним клейовим швом між точками. Застосовуються вони тільки для з'єднання двох елементів з одного металу.

Клеєзаклепочі з'єднання зі звичайними заклепками застосовують для з'єднання металевих (алюмінієвих, сталевих) обшивок з металевим обрамленням і для стикування металевих обшивок у тришарових панелях.

Клеєгвинтові з'єднання застосовуються в тришарових панелях для стикування обшивок з металів, азбестоцементу, дерев'яних листових матеріалів. Для клеєгвинтових з'єднань металевих елементів застосовують самонарізаючі гвинти. При товщині елементів, що з'єднуються, 0,5. -.1,0 мм діаметр гвинтів повинен бути З...3,5 мм, при товщині 1...3 мм - 4...5 мм. Для з'єднання азбестоцементних листів діаметр гвинтів приймають 5...6 мм, а максимальний крок гвинтів 250 мм.

Шиті і клеєшиті з'єднання - це з'єднані між собою полотна повітронепроникних тканин із прикріпленими до них різними деталями. Для зшивання застосовують високоміцні капронові нитки і каучукові клеї. Шиті з'єднання виконують на промислових швейних машинах. Ці з'єднання не цілком герметичні, але досить міцні і менш трудомісткі у виготовленні. Клеєшиті з'єднання мають у своїй конструкції крім ниток ще клейові шви. Вони більш герметичні, але і більш трудомісткі у виготовленні. У шитих з'єднаннях нитки працюють на розтягання, а клейові шви - на зріз.

З'єднання металевих елементів профільних перерізів виконуються також за допомогою болтів, гвинтів, заклепок і зварювання.

Розділ 4. Захисні конструкції

4.1 Загальні відомості

Залежно від призначення будівлі захисні конструкції роблять неутепленими або утепленими. Перші призначені для захисту будівель від атмосферних опадів, опадів та сонячних променів; другі мають забезпечити належну термоізоляцію приміщень. Теплопровідність і теплостійкість захисних конструкцій визначають їхнім теплотехнічним розрахунком.

Дерев'яні настили є несучими елементами дерев'яних покриттів. На їхнє виготовлення витрачається більша частина деревини, використовуваної при спорудженні дерев'яних покрить. Ощадливе проектування дерев'яних настилів багато в чому визначає економічну ефективність покриття в цілому. Настили служать основою водо- і теплоізоляційних шарів покриття.

Рис. 4.1. Дощаті покриття: а - неутеплене під рулонну покрівлю; б - те ж, утеплене; в - неутеплене риштування під азбестоцементну покрівлю; г - те ж, утеплене; 1 - настил; 2 - рулонна покрівля; 3 - азбестоцементна покрівля; 4 - утеплювач; 5 - пароізоляція

Конструкція настилу залежить від типу покрівлі і теплоізоляційних властивостей покриття (рис. 4.1). При рулонній покрівлі настил повинен мати суцільну рівну дощату чи фанерну поверхню, на яку безпосередньо можна наклеювати рулонний килим. Утеплювач при цьому може бути твердим і розташовуватися поверх настилу під покрівлею чи бути м'яким і розташовуватися в порожнинах, як у клеєфанерних плитах.

При поштучних покрівельних матеріалах у виді хвилястих листів азбестоцементу, металопрофілю чи черепичних плиток настил повинен мати для них окремі опори у виді дошок чи брусів риштування відкритих ребр клеєфанерних плит. Утеплювач при цьому може бути м'яким і розташовуватися між брусками риштування чи між ребрами клеєфанерних плит. З такою покрівлею особливо ефективне застосування дерев'яних покрить, тому що вона паропроникна, сприяє висиханню деревини і перешкоджає її загниванню.

Дерев'яні настили поділяються на наступні основні види - дощаті, клеєфанерні і пластмасові.

4.2 Дощаті настили

Дощаті настили можуть виготовлятися як у цехах деревообробних підприємств, так і в невеликих майстерних будівельних майданчиків. Для їхнього виготовлення може застосовуватися деревина 2-го і 3-го сортів, оскільки місцеві дефекти настилів не знижують міцності покриття в цілому.

Розріджений настил, або лати - це несуцільний ряд дошок, покладених із кроком, обумовленим типом покрівлі і розрахунком. Зазори між краями дошок для їхнього кращого провітрювання повинні бути не менш 2 см. Для прискорення монтажу цей настил доцільно збирати з заздалегідь виготовлених плит, щитів, з'єднаних знизу поперечками і розкосами, з габаритними розмірами, ув'язаними з розміщенням опорних конструкцій з урахуванням умов транспортування.

Подвійний перехресний настил (рис. 4.2, а) складається з двох шарів: нижнього - робочого і верхнього - захисного. Робочий настил являє собою розріджений або суцільний ряд більш товстих дошок і несе на собі всі навантаження, що діють на покриття. Захисний настил являє собою суцільний ряд дошок мінімальною товщиною 16 мм і шириною 100 мм. Вони вкладаються на робочий настил під кутом 45...60° і кріпляться до нього цвяхами. Застосовуються також настили із суцільних одношарових щитів, з'єднаних знизу розкосами і поперечками, що мають меншу жорсткість, чим подвійні (рис. 4.2, б).

Рис. 4.2. Дощато-цвяхові щити настилів покриттів: а - щит подвійного перехресного настилу; б - щит одношарового розкісного настилу; 1-дошки; 2-цвяхи; 3-косий захисний настил; 4-розріджений робочий настил; 5 - розкоси; 6-поперечки

Розрахунок дощатих настилів здійснюють на міцність і прогинам при згині при дії нормативних і розрахункових значень лінійних розподілених і зосереджених навантажень. Постійне навантаження від власної ваги настилу, утеплювача і покрівлі визначається з урахуванням товщини і густини всіх елементів покриття і є рівномірно розподіленої по площі поверхні настилу.

Дощатий настил покриття розраховується на два поєднання навантажень. Перше поєднання - це загальне навантаження від власної ваги g і ваги снігу s, розташованого на всій довжині плити настилу

q=g+s.

На розрахункове значення цього навантаження настил перевіряється по несучій здатності при згині. При цьому максимальний згинальний момент, що виникає в перерізі над середньою опорою,

М = ql²/8.

Момент опору перерізів усіх дошок настилу на розрахунковій ширині:

W=Вh²/6.

Діючі в них напруги:

у = M/W?R_зг,

де розрахунковий опір згину деревини 3-го і 2-го сортів R_зг= 13 МПа.

Рис. 4.3. Розрахункові схеми настилів: а-схеми навантажень рівномірних; б-те ж, зосереджених; в-схеми зусиль; 1 - перше поєднання навантажень; 2 - друге поєднання навантажень; 3 - дошки розрідженого настилу; 4 - дошки робочого настилу

На нормативні значення навантажень перевіряється максимальний відносний прогин настилу:

Друге поєднання - це загальна дія рівномірного навантаження від власної ваги q == g і зосередженої сили Р, прикладеної на відстані 0,43 l. У цьому перерізі виникає максимальний згинальний момент:

М =0,07ql²+0.21Pl.

На цей згинальний момент переріз настилу перевіряється тільки по несучій здатності при згині по формулі:

у=m/w? R_зг

де R_зг - розрахунковий опір деревини згину; з урахуванням коефіцієнта умови роботи при тимчасовій силі m_н = 1,2 R_зг = 13·1,2 = 15,6 МПа.

Розрахунок розрідженого настилу, розташованого поперек схилу скатної покрівлі, проводиться на косий згин по формулах (2.9) і (2.10). Розрахункова ширина настилу приймається рівна кроку розміщення дошок з урахуванням перерізу тільки однієї дошки чи приймається рівною 1 м, але при цьому враховуються переріз всіх дошок, розташованих на цій ширині. Зосереджений вантаж Р = 1,2 кН вважається прикладеним до кожної дошки цілком при кроці дошок більше 15 см, а при кроці менше 15 см до кожної дошки прикладається Pcosб / 2.

Подвійний перехресний настил розраховується на згин тільки робочого настилу і тільки від нормальних складових навантажень, оскільки скатні складові сприймаються за допомогою захисного настилу. Розрахункова ширина настилу приймається В = 1 м з врахуванням усіх дошок, кількість яких при кроці а п= 1/a. Зосереджені вантажі розподіляються тут на ширину 0,5 м і тому в розрахункову ширину входять подвоєні величини Р = 2,4 кН. При підборі перерізу настилу зручно задаватися перетином дошок bґh. (см), потім визначати необхідний момент опору

Wн = M/R_зг,

необхідну загальну ширину дошок:

В_н = W_н/h²,

потім крок їх розміщення:

а =100b\B_н (см).

Сполучні цвяхи шарів чи настилу з розкосами часто працюють зі значними запасами міцності. При великих ухилах і навантаженнях їх розраховують на скатні складові навантажень за умовною схемою балки, утвореної двома сусідніми прогонами і настилом.

4.3 Клеєфанерні настили

Клеєфанерні плити заводського виготовлення відповідають умовам збірного будівництва. Вони мають довжину l= 3...6 м, ширину B=1...1,5 м, що відповідає розмірам фанерних листів, і укладаються безпосередньо на основні несучі конструкції покриттів. Плити складаються з дощатого каркаса і фанерних обшивок, з'єднаних клеєм (рис. 4.4).



Рис. 4.4. Клеєфанерні ребристі плити настилів: а - план плит; б - перетин плит; в - розрахункові схеми і перерізи; 1,2 - поздовжні і поперечні дощаті ребра; 3 - вентиляційні отвори; 4 - будівельна фанера; 5 - пароізоляція; 6 - коробчаста плита з двома обшивками; 7 - утеплювач; 8 - ребриста плита з верхнім обшивким; 9 - те ж, - з нижнім обшивким

Клеєфанерні плити виконують функції настилу і прогонів. Вони характеризуються малою вагою при значній несучій здатності завдяки розташуванню несучих елементів (обшивок) у зонах дії максимальних нормальних напружень при згині. У своїй площині вони мають велику жорсткість. Поверхні плит, повернуті в середину приміщення, варто покривати вогнезахисним розчинами для підвищення межі їхньої вогнестійкості. Каркас плит складається з поздовжніх і поперечних дошок - ребр, товщиною не менш 2,5 см. Поздовжні - робочі суцільні по довжині ребра ставляться на відстані не більш 50 см один від одного з умов роботи обшивок на згин від зосереджених вантажів. Поперечні ребра жорсткості ставляться на відстані не більш 1,5 м, як правило, у місцях розташування стиків фанери і перериваються в місцях перетинань з поздовжніми ребрами.

Обшивка складається з листів фанери підвищеної водостійкості марки ФСФ товщиною не менш 8 мм, з'єднаних по довжині з'єднаннями на вус. Обшивки склеюються з каркасом у такому ж положенні, при якому напрямки зовнішніх волокон фанери і деревини поздовжніх ребр збігаються для того, щоб фанера працювала в напрямку своєї більшої міцності і жорсткості.

Клеєфанерні плити спираються на основні несучі конструкції при ширині опорних площадок не менше 5,5 см. Вони прикріплюються до опор і з'єднуються кромками між собою шурупами чи цвяхами для забезпечення їхніх спільних прогинів при навантаженні. Плити розділяються на коробчасті, ребристі обшивками нагору і ребристі обшивками вниз.

Коробчасті клеєфанерні плити застосовують в утеплених покриттях з рулонною покрівлею і гладкою стелею. Вони мають двосторонні обшивки, що утворюють разом з ребрами ряд порожнин, у які по шарові пароізоляції вкладається утеплювач. Порожнини всіх плит настилу з'єднуються отворами в єдиний вентильований прошарок, що забезпечує режим роботи, який осушує настил. Перший нижній шар рулонного килима наклеюється на верхню обшивку при виготовленні для захисту плит від зволоження при транспортуванні і монтажі, а верхні шари - після зборки покриття.

Ребристі клеєфанерні плити з однією верхньою обшивкою застосовують у холодних і утеплених покриттях з рулонною покрівлею без гладкої стелі. Твердий утеплювач і рулонний килим укладають поверх обшивки чи будь-який утеплювач прикріплюють знизу.

Ребристі клеєфанерні плити з однією нижньою обшивкою застосовують в утеплених і холодних покриттях з поштучною покрівлею, наприклад, із хвилястих азбестоцементних листів. Листи покрівлі укладають по поздовжніх ребрах, а утеплювач розміщають по обшивці між ребрами.

Розрахунок клеєфанерних плит роблять на міцность і прогинам при згині за схемою однопролітної шарнірно обпертої балки на нормальні складові навантажень від власної ваги g і снігу s, віднесених до їх повної ширини:

q=g+s.

Від суми цих двох навантажень визначають згинальні моменти, поперечні сили і максимальні прогини. На місцевий згин між поздовжніми ребрами обшивка розраховується на нормальну складову зосередженого вантажу від ваги людини Р, умовно розподілену на ширині 1 м за схемою балки прольотом l₁, жорстко защемленої на опорах, де фанера приклеєна до ребр. Максимальний згинальний момент при цьому:

М ₁ = Pl₁/8.

Фанерні обшивки і поздовжні ребра каркаса працюють на згин спільно завдяки жорсткості клейових з'єднань. Розрахунковий поперечний переріз коробчастої плити вважається умовно двотавровим, а ребристих - тавровим, полицею нагору чи вниз. При цьому ширина стінки дорівнює сумі ширин ребр, а розрахункова ширина обшивок b приймається рівної 0,9 ширини панелі із-за концентрації напружень в них у зоні з'єднань з ребрами.

Геометричні характеристики розрахункових перерізів клеєфанерних плит визначаються з врахуванням того, що вони мають симетричну двотаврову чи несиметричну таврову форму. При цьому необхідно спочатку визначити відстань нейтральної осі z від кромки перерізу. При двотавровому перерізі висотою:

h z=h/2,

при тавровому перерізі відстань від кромки перерізу:

z=S/A,

де S-статичний момент стінки і полки перерізу щодо його кромки; А - площа перерізу.

Момент інерції перерізу дорівнює сумі моментів інерції його частин, кожний з який:

I_i=I₀+Aa²,

I₀₌bh³/12

- власний момент інерції; а -- відстань від його осі до нейтральної осі. При цьому власним моментом інерції фанерних обшивок через його малу величину можна знехтувати.

Для двотаврового перерізу коробчастих плит момент інерції (див. рис. 4.4, в)

I=b_стh_ст ³/12+2bд(h-д/2)².

Момент опору перерізу дорівнює: для двотаврового перерізу:

W=2I/h,

а для таврових:

W_ф = I/z_ф і W_д = I/(h-z_ф).

Статичний момент обшивки щодо нейтральної осі:

S=bд(h-д/2)або S=bд(z-д/2).

При більш точному розрахунку потрібно враховувати, що модулі пружності деревини Е_д=10000 МПа і фанери Е_ф=9000МПа різні. При цьому момент інерції приведений до фанери:

I_пр.ф=I_ф+I_дE_д/Е_ф,

а приведений до деревини:

I_пр.д=I_д+I_фE_ф/Е_д.

Переріз клеєфанерних плит можна підбирати методом спроб, причому попередньо задаватися перерізами, а потім робити необхідні перевірки на міцність, прогин і визначати несучу здатність плит. Висоту перерізу h варто приймати приблизно ¹/з прольоту. Необхідну товщину фанерних обшивок _н коробчастої плити можна приблизно визначити з виразу, виведеного з умови несучої здатності стиснутого обшивки з урахуванням стійкості:

д_н = М/(0,6bhR_ф.с),

де М - згинальний момент; b - розрахункова ширина обшивки; h - висота перерізу; R_ф.с - розрахунковий опір фанери стиску.

Перевірка верхнього обшивки на стиск і стійкість при згині проводиться по формулі:

де R_фс - розрахунковий опір фанери стиску уздовж зовнішніх волокон; R_фс=12 МПа;

ц_ф-коефіцієнт стійкості фанери, визначається в залежності від її товщини і відстані між поздовжніми ребрами а з виразів:

ц_ф= 1250/(а/д)²

при а/>=50 і

ц_ф= 1 -(а/д)² /5000

при а/д<50.

Перевірка нижнього обшивки на розтягання при згині проводиться по формулі:

де R_фс - розрахунковий опір фанери розтяганню уздовж зовнішніх волокон, R_фс=13 МПа;

т_ф = 0,6 - коефіцієнт, що враховує ослаблення перерізу обшивки з'єднаннями листів фанери на вус.

Обшивка перевіряється на місцевий згин між поздовжніми ребрами від зосередженого вантажу. При цьому згинальний момент:

М= Pl₁/8,

де Р= 1,2 кн^.м, а l₁ рівне відстані між кромками поздовжніх ребр. Розрахунковий опір фанери поперек зовнішніх волокон приймається з урахуванням коефіцієнтів, що вводяться при розрахунку настилів, Р_ф.н = 6,5 * 1,2 = 7,8 МПа, а момент опору:

W=b^2/6, м ³.

Перевірка ребр на згин здійснюється тільки при розрахунку ребристих плит, тому що в коробчастих плитах напружень в ребрах менш небезпечні, чим в обшивках. Розрахунок проводиться по загальній формулі згину, у якій приймається момент опору перерізу тільки щодо відкритих кромок ребр.

Клейові шви перевіряють тільки між шарами фанери, найближчими до ребр, по загальній формулі сколювання при згині:

= QS_ф/(Ib)<=R_ф.ск,

у якій приймається розрахунковий опір сколюванню R_ф.ск=0,8 Мпа, ширина дорівнює загальній ширині ребр, враховується момент інерції перерізу I і статичний момент обшивки S_ф.

Перевірка плит по прогинах проводиться по загальній формулі прогину вільно обпертих балок (2.8) з урахуванням модуля пружності фанери. Знижена жорсткість перерізу плит враховується коефіцієнтом 0,7. Відносний прогин від нормативних навантажень не повинний перевищувати 1/250 прольоту.

Плити з каркасом і плоскими азбестоцементними обшивками мають такі ж розміри, як і клеєфанерні плити. Вони застосовуються в холодних і утеплених покриттях приміщень з азбестоцементною і рулонною покрівлею, стеля яких повинна бути неспалима. Обшивки з'єднуються в цих панелях з каркасом шурупами, що мають піддатливість, необхідної при з'єднанні різнорідних матеріалів. Ці плити працюють і розраховуються по міцності азбестоцементної обшивки на розтягання при згині, по міцності з'єднань і по прогинах, як балки складеного перерізу на податливих зв'язках (див. нижче у розділі 5). Коефіцієнти піддатливості з'єднань на шурупах приймаються: при перевірці міцності К=0.4; при перевірці прогину К_ж= 0,35; розрахунковий опір азбестоцементних листів розтяганню R_p = 4 МПа, а граничний відносний прогин дорівнює ¹/300 прольоту.

З'єднувальні шурупи розраховують по несучій здатності при згині і по зминанню деревини, як в однозрізних несиметричних з'єднаннях на гвинтах, що згинаються, на поперечні сили при згині на половині довжини прольоту.

Розрахунок азбестоцементних обшивок по міцності при згині на зосереджений вантаж не потрібно, оскільки при відстанях, що рекомендуються, між поздовжніми ребрами не більш 50 см вони працюють з достатніми запасами міцності.

Настили перекриттів - це суцільні ряди дошок, які є основою чистої підлоги чи самою чистою підлогою. Їх вкладають по проміжних брусках - лагам - або прямо по балках і прибивають цвяхами. Дошки настилу чистої підлоги з'єднують кромками в шпунт для забезпечення їх спільної роботи на згин від зосереджених вантажів і виключення наскрізних щілин між ними. Настили перекриттів працюють і розраховуються на згин від дії навантажень від власної ваги корисних навантажень, рівних 1,5 кН/м ² у житлових і не менш 2 кН/м ² у виробничих будинках, і зосереджених вантажів, рівних 1,5 кН. Максимальний відносний прогин настилу не повинний перевищувати ¹/₂₅₀ прольоту. Додаткова перевірка жорсткості настилу полягає в тому, що прогин від зосередженого вантажу 0,6 кН не повинний перевищувати 1 мм.

Підшивки стель - це суцільні ряди тонких дошок, прибитих до балок знизу цвяхами. При відсутності штукатурки дошки з'єднуються кромками в шпунт для виключення наскрізних щілин. Підшивки працюють на згин, а цвяхи - на висмикування, як правило, з надлишковими запасами міцності при навантаженні від власної ваги.

Обшивка стін - це суцільні вертикальні ряди тонких дошок, розташованих горизонтально і з'єднаних кромками в чверть чи у шпунт або листів фанери, прибитих до каркаса цвяхами. Збірні обшивки складаються з великих клеєфанерних панелей, описаних вище. Обшивки стін працюють на згин від тиску й відсосу вітру, як правило, з надлишковими запасами міцності. Клеєфанерні плити стін розраховують на згин на навантаження від вітру і власної ваги. Граничний відносний прогин їх не повинний перевищувати ¹/₂₅₀ прольоту.

4.4 Пластмасові настили

Пластмасові настили складаються з великих збірних плит заводського виготовлення. Вони вкладаються на прогони чи на основні несучі конструкції, створюючі утеплене покриття. Вони використовуються також як утеплені панелі стін збірних будинків.

Пластмасові плити бувають трьохшаровими суцільними і ребристими, двошаровими і світлопрозорими. Основним типом утеплених настилів є тришарові суцільні і ребристі.

Суцільні тришарові плити (рис. 4.5) - це плити із суцільним безребрним середнім шаром. У закордонному будівництві вони називаються "сендвічі". Плити мають товщину 10...20 см, ширину до 1,5 м, довжину, що відповідає кроку підтримуючих конструкцій. Призначені для перекриття одного чи двох прольотів довжиною до 3 м. Плита складається з тонких зовнішніх шарів - обшивок з міцних листових конструкційних матеріалів, розташованих у зонах максимальних нормальних напружень і товстого середнього шару з маломіцного і дуже легкого пластмасового матеріалу, що володіє високими теплоізоляційними властивостями. Ці три шари з'єднуються між собою клеєм, що забезпечує спільну роботу на згин.

Рис. 4.5. Суцільні тришарові пластмасові плити перерізу: а - з азбестоцементними обшивками; б-те ж, з алюмінієвими; в-схеми роботи; 1 - пінопласт; 2-азбестоцемент; 3 - гофрований алюміній; 4 - плоский алюміній

Таке раціональне розміщення і використання міцносних і ізоляційних властивостей дуже різних конструкційних матеріалів дозволило одержати поєднання несучих і захисних конструкцій, які мають найменшу із усіх відомих жорстких конструкцій власну вагу, вимірювану десятками кг/м ². Ці плити відносно нескладні у виготовленні, однак мала жорсткість середнього шару приводить до додаткових прогинів, що обмежує довжини прольотів, не дозволяючи їх укладати безпосередньо на основні несучі конструкції, розташовувані з кроком більшим 3 м.

Обшивки суцільних тришарових плит можуть виготовлятися з металевих чи неметалевих листових матеріалів. Металеві обшивки виконують, як правило, з алюмінієвих листів плоских, крупно- чи дрібногофрованих товщиною близько 1 мм. Гофри можуть розташовуватися уздовж чи поперек плити. Застосовують також плоскі сталеві листи, покриті антикорозійною плівкою. З неметалічних обшивок застосовуються плоскі асбестоцементні листи товщиною до 10 мм і листи водостійкої будівельної фанери.

Обшивки захищають середній нежорсткий шар від механічних пошкоджень і кліматичних впливів та сприймають стискаючі і розтягуючі напруження, що виникають при згині плити. Металеві обшивки є також гідро- і пароізоляційними шарами. Азбестоцементні обшивки при малих ухилах покрівлі не забезпечують надійну гідроізоляцію покриття.

Середній шар суцільних тришарових плит виготовляється, головним чином, з пінопластів. Найбільш ефективне застосування пінополіуретану чи пінополістирола, що спінюється з гранул безпосередньо в процесі їх виготовлення. Можна також виготовляти середній шар із заздалегідь виготовлених пінопластових плит, але цей процес більш трудомісткий.

Розрахунковою схемою тришарової суцільної плити є шарнірно обперта балка. Вона може бути одно-, двух-і трьохпролітною нерозрізною, навантажена рівномірним навантаженням від власної ваги і ваги снігу. Враховується також тимчасове зосереджене навантаження від ваги людини з вантажем, розрахункова величина якої Р=1,2 кН. Від рівномірного навантаження в перерізах плити виникають згинальні моменти, максимальне значення яких при одно- і двопролітній схемах обчислюється по формулі:

М = ql²/8.

Максимальні поперечні сили, що виникають:

Q = ql/2 - в однопрольотній плиті;

Q = ql//8 - у двопрольотній.

Міцність і жорсткість обшивок тришарових плит значно вища, ніж міцність і жорсткість середнього пінопластового шару. Тому основна частина нормальних напружень розтягання і стиску виникає в обшивких. Напруження, що сколюють, у плитах, як правило, відносно малі і їх може сприймати середній шар, міцність якого при сколюванні достатня. Міцність клейових з'єднань, що працюють на сколювання і. забезпечення стійкості обшивок, теж достатня.

Руйнування плит з тонкими плоскими і міцними алюмінієвими обшивками відбувається, як правило, від місцевої втрати стійкості стиснутої обшивки в зоні дії максимального згинаючого моменту. Обшивка відривається в цьому місці від пінопластового середнього шару, утворює складку і плита в цілому втрачає несучу здатність.

Плити з гофрованими алюмінієвими, фанерними й азбестоцементними обшивками при висоті гофра не менш 5мм руйнуються звичайно від розриву пінопластового середнього шару в зоні дії максимальних поперечних сил. При цьому виникає розрив у пінопласті, спрямований під кутом до горизонталі, і плита втрачає несучу здатність.

Руйнування плит з менш міцними азбестоцементними обшивками може відбуватися також від розриву нижніх розтягнутих обшивок у середині прольоту в зоні дії максимальних згинальних моментів. При цьому розривається пінопласт і плита втрачає несучу здатність.

Розрахунок суцільних тришарових плит проводиться на згин з використанням загальних формул будівельної механіки з урахуванням особливостей роботи обшивок і внутрішніх шарів. Оскільки міцність обшивок велика, можна вважати, що всі нормальні напруження від розтягу і стиску сприймаються тільки обшивками, і роботу середнього шару на ці напруження можна не враховувати. Також можна не враховувати роботу тонких обшивок на сколювання і вважати, що всі напруження сприймаються тільки середнім шаром. Можна знехтувати також власною жорсткістю тонких обшивок і вважати, що нормальні напруження по їх товщині розподіляються рівномірно. При цьому можна вважати, що плече пари внутрішніх сил h_o рівно відстані між осями обшивок товщиною д:

h_o = h -

і внутрішні нормальні сили стиску N_ст і розтягання N_{р .}будуть рівні

N_ст = N_р= M/h_o.

Геометричні характеристики перерізу суцільної тришарової плити товщиною h і шириною b з обшивками товщиною можуть з достатньою точністю визначатися з урахуванням цих особливостей її роботи і припущення, що нормальні напруження можна вважати постійними по товщині обшивок по наступним формулах:

- момент інерції

- момент опору

- момент статичний

Геометричні характеристики плит із крупногофрірованими обшивками варто визначати з врахуванням того, що довжина гофра більше розрахункової ширини плити. При мілкому гофрі цим (у невеликий запас міцності) можна зневажати.

Розрахунок суцільних тришарових плит проводиться по формулах (2.7).

Міцність і стійкість стиснутого тонкого плоского алюмінієвого обшивки і міцність її з'єднання із середнім шаром перевіряються по формулі:

де ц-коефіціент стійкості стиснутої обшивки, прийнятий меншим із двох: - ц₁ - з умови стійкості обшивки і ц₂-з умови міцності з'єднання обшивки із середнім шаром з пінопласту.

Для плит з обшивками з фанери, азбестоцементу і гофрованих алюмінієвих листів основної є перевірка середнього пінопластового слою на сколювання. При цьому, наприклад, розрахунковий опір пінополіуретану з щільністю 60 кг/м ³ при сколюванні R_ск =0,025 МПа. Для плит з азбестоцементними обшивками необхідна перевірка розтягнутої обшивки на розтягання. При цьому розрахунковий опір плоских асбестоцементних листів марки М-250 при розтяганні R_р = 4,2 МПа.

Для плит з тонкими плоскими алюмінієвими обшивками основної є перевірка міцності і стійкості стиснутої обшивки по формулі (4.5). У цьому випадку приймається ho = h і розрахунковий опір алюмінію марки АМГ-2П R=150 МПа.

Перевірка тришарових плит по прогинах проводиться на нормативні навантаження по формулі, аналогічній формулі прогину стержнів, що згинаються:

K = 1 + 9,6 EI/ [G(ho + д)bl²]

- коефіцієнт, що враховує додатковий прогин плити в результаті деформацій зсуву середнього шару;

Е = 71 * 10³ МПа - модуль пружності алюмінію обшивок;

G = 7 МПа - модуль зсуву пінопласту середнього шару.

Плита з металевими обшивками повинна бути перевірена з урахуванням додаткових напружень і прогинів, викликаних різницею між температурами зовнішнього і внутрішнього повітря в приміщеннях у найбільш холодний і теплий час року. У холодний час року температура зовнішньої обшивки знижується до температури зовнішнього повітря, у той час як в опалювальних приміщеннях вона міняється незначно. При цьому довжина верхньої обшивки зменшується, плита одержує додатковий прогин і в її перерізах виникають додаткові нормальні дотичні напруження. В особливо жаркий час року в результаті сонячного нагрівання температура верхньої обшивки може значно перевершити температуру нижньої. У цьому випадку можуть виникнути зворотний згин і напруження плити зворотного знаку в порівнянні з напруженнями від власної ваги.

Прогин від перепаду температур між внутрішньою і зовнішній обшивками визначається по формулі:

де l - проліт плити;

б = 0,023 - коефіцієнт лінійного розширення алюмінію;

t₁ і t₂ - температури внутрішньої і зовнішньої обшивки;

h_o - висота плити.

Повний прогин при цьому буде:

f = f_q + f_t

і відносний f/l<= [f/l]< 1/125.

Міцність плоскої металевої верхньої обшивки потрібно також перевіряти на дію місцевого зосередженого навантаження від людей з вантажем Р = 1,2 кН на площі 10X10см.

Ребристі тришарові плити (рис. 4.6) мають довжину до 6 м, ширину до 1,5м і їх можна ставити на основні несучі конструкції стандартних каркасів виробничих будинків, однак вони більш трудомісткі при виготовленні.

Ребристі плити мають такі ж тонкі і міцні обшивки і пінопластовий середній шар, як і суцільні тришарові плити. Крім того в них влаштовуються жорсткі ребра, що істотно підвищують їхню міцність і зменшують деформативность. Ці ребра, як правило, розташовуються по бічних кромках плити. Однак можливі і проміжні додаткові ребра.

При азбестоцементних обшивках ребра виконуються з азбестоцементних гнутих швелерів. При металевих алюмінієвих обшивках ребра обрамлення мають складений перетин. Вони складаються з двох алюмінієвих кутників, з'єднаних із обшивками стінкою з малотеплопровідного матеріалу.

Рис. 4.6. Ребристі тришарові пластмасові плити (розрізи): а - з алюмінієвими обшивками; б - з азбестоцементними обшивками; а - розрахункові схеми 1-пінопласт; 2 - гофрований алюміній; 3 - плоский алюміній; 4 - алюмінієві куточки; 5 - бакелізована фанера; 6 - азбестоцемент плоский; 7 - азбестоцементний швелер

Розрахунковою схемою ребристих плит є однопролітна шарнірно обперта балка. Основними несучими елементами цих плит є обшивки, що працюють разом з ребрами, утворюючи умовно коробчастий переріз. Геометричні характеристики розрахункового перерізу ребристої плити: І-момент інерції, W-момент опору, S-статичний момент визначаються загальними методами будівельної механіки. В алюмінієвих ребристих плитах ці характеристики є приведеними до матеріалу обшивок і кутників ребр - алюмінію. Стінки ребр з менш міцного матеріалу враховуються з застосуванням понижуючого коефіцієнта, рівного відношенню модуля пружності, наприклад фанери, до модуля пружності алюмінію, аналогічно тому, як це робиться в клеєфанерних плитах.

Середній пінопластовий шар у ребристих плитах у цьому розрахунку не враховується і його звичайно роблять з порожнинами. Він тільки забезпечує стійкість стиснутої обшивки і сприймає тиск зосереджених вантажів.

Прозорі настили і стіни з пластмас виконуються з прозорих і напівпрозорих пластмас - поліефірного склопластику на основі рубаних скловолокон, органічного скла і вініпласту у вигляді хвилястих листів і тришарових плит (рис. 4.7). Ці конструкції мають ряд переваг у порівнянні з ліхтарями і вікнами зі скла. Вони не розбиваються від ударів, як скляні, забезпечують рівномірне, без відблисків освітлення приміщення, не потрібно рам і ліхтарних надбудов та забезпечують менші тепловтрати. Вони більш довговічні, ніж скляні, однак вартість їх вища.

Прозорі хвилясті листи зі склопластику можуть бути безбарвними і пофарбованими в необхідний колір, розміри їх хвиль ув'язані з розмірами хвиль хвилястих алюмінієвих і азбестоцементних листів, для того щоб забезпечити їхнє одночасне застосування.

Товщина листів д = 1,5...2,5 мм, крок хвиль b_хв =60...200 мм, висота хвиль по осях листа h_y, == 14...54 мм. Хвилясті листи - це готові елементи неутеплених скатних прозорих покрить будинків, а також прозорих ділянок покрить і стін із хвилястих алюмінієвих чи азбестоцементних листів. З них також можуть влаштовуватися прозорі скатні дахи над утепленими горищними перекриттями.

Рис. 4.7. Прозорі пластмасові настили: а - хвилясті листи; б - плоска плита; 1 - хвилясті склопластикові листи; 2 - кріплення; 3 - дерев'яні прогони; 4 - плоскі склопластикові листи; 5 - дерев'яні бруски

Хвилясті листи укладаються в покриттях уздовж схилу на дерев'ні чи сталеві прогони з ухилом не менш 1:10 і кріпляться до них болтами чи хомутами, як і азбестоцементні, і стикуються внапуск довжиною не менш 20 см. Ці листи мають невисоку міцність і жорсткість, тому крок прогонів не повинний перевищувати 1,5м, а кожен лист повинний спиратися на два чи більше прогонів, що значно зменшує їхні прогини.

Хвилясті прозорі листи працюють і розраховуються на згин від рівномірного навантаження від власної ваги і ваги снігу, як одно- чи двопролітні шарнірно обперті балки. Геометричні характеристики перерізів хвилястих листів зручно визначати при розрахунковій ширині b= 1 м по наступним формулах:

розрахункове число хвиль

п_хв = b/b_хв;

момент інерції перерізу:

I=0,15 n_хвb_хвхвh_хв ² [1+ ²h²/(8/b_хв ²)];

момент опору:

W = 2I(h_хв + _хв).

Перевірка несучої здатності і стійкості хвилястих листів при згині проводиться по формулі:

М = ql²/8

- згинальний момент при одно- і двопрогінних схемах роботи;

_хв - коефіцієнт стійкості листа при згині;

R_зг = 15 Мпа - розрахунковий опір склопластика згинанню.

Перевірка несучої здатності листа при сколюванні

Q = ql/2

- поперечна сила при однопролітній і Q = 5ql/8 при двопролітній схемі;

R_cк = 9 Мпа - розрахунковий опір склопластика сколюванню.

Перевірка прогину двопролітного листа проводиться по формулі:

де Е = 3000 Мпа - модуль пружності склопластика.

При перевірці прогину однопролітної плити значення коефіцієнта 2,13 заміняється на 5.

Ребристі прозорі плити складаються з подвійних обшивок і середніх ребристих шарів. Вони можуть вважатися теж тришаровими. Обидві верхня і нижня обшивки плити складаються з плоских прозорих склопластикових листів. Середній шар плити може мати різну конструкцію - хвилястий склопластиковий лист чи ряд склопластикових смуг, швелерів чи двотаврів з цього ж матеріалу. Середнім шаром можуть служити також ряди тонких дошок і фанерних смуг. Обшивки і середній шар таких плит з'єднуються синтетичними клеями.

Ребристі прозорі плити мають замкнуті повітряні порожнини. Завдяки цьому в них збільшуються теплоізоляційні властивості, порівнянні з властивостями подвійних скляних огороджень. Вони можуть застосовуватися в покриттях і стінах будинків які опалюються. Довжина ребристих прозорих плит досягає 3 м. Вони можуть опиратися на прогони чи основні несучі конструкції або в покриттях на сусідні залізобетонні плити, створюючи прозорі ділянки настилу чи стіни. Такі плити працюють на згин від розрахункових навантажень при розрахунковій схемі одно - чи двопролітної балки.

Переріз ребристої прозорої плити вважається умовно двотавровим з товщиною стінки рівною товщині всіх ребр. Якщо обшивки і ребра виготовленні з різних матеріалів, то при визначенні їхніх геометричних характеристик необхідно враховувати їхні різні модулі пружності, як це робиться при розрахунку ребристих тришарових плит.

Верхня обшивка цих плит перевіряється по несучій здатності при стиску і стійкості при згині, нижня обшивка - по несучій здатності на розтягання при згині, ребра середнього шару перевіряють по несучій здатності при сколюванні.

Розділ 5. Дерев'яні балки і стійки

5.1 Балки суцільного поперечного перерізу

Однопролітні балки - це окремі бруси, товсті дошки, встановлені на кромки, та окантовані колоди, що мають необхідні перерізи і довжини. Їхні основні переваги - мала трудомісткість виготовлення і відносно низька вартість у порівнянні з іншими дерев'яними конструкціями. Через обмеженість розмірів перерізів і довжин лісоматеріалів суцінодерев'янні балки застосовуються при прольотах, які не перевищують 6 м і при відносно невеликих навантаженнях. Дерев'яні балки застосовуються як несучі конструкції настилів покритів, міжповерхових перекритів, робочих площадок платформ і в інших дерев'яних конструкціях.

Похилі балки покрівель застосовуються в будинках із шириною приміщень не більше 6 м. Вони ставляться похило уздовж схилів покрівлі з кроком не більш 3 м і опираються на стіни і крокв'яні конструкції покриттів. Дерев'яні балки покриттів працюють і розраховуються на згин як однопролітні балки, шарнірно обперті на опори різної висоти. При розрахунку таких балок зручно як проліт l приймати горизонтальну проекцію відстані між їх опорами L. При куті нахилу схилу покриття цей проліт буде рівним

l=Lcos.

Навантаження на балку покриття звичайно є рівномірно розподіленим. Це навантаження складається з постійного навантаження g від власної ваги всіх елементів покриття і снігового навантаження s. Постійне навантаження зручно відносити до горизонтальної проекції покриття з метою уніфікації її зі сніговою. Для цього вона повинна бути поділена на косинус кута нахилу покриття .

При кроці балок В навантаження на балку визначається з виразу:

q = (g/cos +s)В.

Від цього навантаження в перерізах балки виникає максимальний згинальний момент:

М =(g/cos +s)B*l²/8.

Крім цього, у перерізах балки виникає невелика подовжня сила N. Вона є стискаючою, якщо нижня опора шарнірно нерухома, і розтягуючою, якщо шарнірно нерухомою є верхня опора. При ухилах покритів, що не перевищують і 1/4, ці поздовжні сили малі, майже не впливають на несучу здатність балок і не враховуються.

Перевірка несучої здатності балок по нормальних напруженнях при згині, підбір перерізів і перевірка прогину проводяться по формулах розрахунку елементів, що згинаються, (2.7) і (2.8) другого розділу. Для суцільнодерев'яних балок не виконують перевірки напружень, що сколюють, через їхню незначну величину. При розрахунку по прогинах немає необхідності враховувати прогин від напружень, що сколюють, через його малість і перевіряти стійкість плоскої форми деформування, що, як правило, буває забезпечена.

Однопролітні прогони є несучими конструкціями скатних покритів. Це горизонтальні ряди брусів чи колод, розташовані вздовж схилів покриття й обперті на верхні краї основних несучих конструкцій покриття, торцевих і поперечних стін будинку, похилі під кутом до горизонту. Прогони з'єднуються між собою по довжині за допомогою косого прируба чи дощатих накладок і болтів (рис. 5.1). До опор прогони кріпляться за допомогою коротких відрізків товстих дошок або сталевих кутників та цвяхів або гвинтів. Ці кріплення перешкоджають сповзанню прогонів вниз по опорах.

Однопролітні прогони працюють і розраховуються на згин як однопролітні шарнірно обперті балки, осі перерізів яких розташовані похило до горизонтальної площини. Прогони, не закріплені в настилі від згину в площині схилів покриття, працюють і розраховуються на косий згин як горизонтальні однопролітні шарнірно обперті балки прольотом l, рівним кроку основних несущих конструкцій. Навантаження на прогони є, як правило, рівномірно розподіленим і складається з власної ваги всіх елементів покриття, віднесеного до горизонтальної проекції покриття, і ваги снігу s. При кроці прогонів B це навантаження:

q=(g/cos +s).

Максимальний згинальний момент М виникає в середині прольоту прогону і визначається за формулою:

М =ql²/8.

Цей згинальний момент поділяється геометрично на нормальну і скатну складові, перпендикулярну і паралельну площини схилу:

М_х = М cos і М_у=sin.

Перевірка несучої здатності такого прогону за нормальними напруженнями і перевірка прогину проводяться по формулах (2.9) і (2.10). Косий згин істотно збільшує необхідні розміри перерізів прогонів. Тому в деяких випадках прогони поєднують у ґратчасті щити, з'єднані дощатими розкосами і стійками. При цьому прогони в напрямку схилів покриття і відповідно скатні складові згинальних моментів і розміри перерізів прогонів істотно зменшуються.

Рис. 5.1. Брущаті прогони покриттів: а-прогони; б-розрахункові схеми 1-бруси; 2-стики; 3 -болти; 4-основні несучі конструкції; 5-брусок;6-цвяхи

Кріплення прогонів до основних несущих конструкцій розраховують на дію скатних складових опорних тисків R_x. При навантаженні на прогін q, прольоті l і куті нахилу покриття складова опорного тиску двох прогонів:

R_x= qlsin..

Якщо прогони закріплені в настилі покриття від згину в площині його схилів, вони працюють і розраховуються на згин тільки у площині, перпендикулярної до площини схилів. Цей розрахунок такий же, як і елементів, що згинаються, на нормальні складові навантажень від власної ваги і снігу.

Дощано-цвяхові нерозрізні прогони (рис. 5.2) є багатопролітніми нерозрізними, які складаються з двох рядів дошок товщиною не менш 4 см, з'єднаних за допомогою цвяхів. Крайні прольоти цих прогонів, включаючи переріз над другою опорою, де діють більші, ніж у середньому, згинальні моменти, підсилюються третьою дошкою. Вони встановлюються в скатних покриттях поперек схилів із кроком не більш 1,5 м і спираються на похилі верхні кромки основних несущих конструкцій і поперечних стін будинків так само, як і однопролітні брущаті прогони. Так само як і ті, вони кріпляться до опор від переміщень униз по схилах покриттів.

Рис. 5.2. Дощано-цвяхові прогони покриттів: а - загальний вигляд; б - стики; в - розрахункова схема; 1 - дошки; 2-цвяхи

Кінці дошок кожного ряду з'єднуються цвяховими розрахунковими стиками. Стики сусідніх рядів дошок розташовуються по довжині прогону врозбіж на відстанях, рівних ¹/₅ довжин прольотів від опор там, де згинаючі моменти мають значення, близькі до нульового. При цьому накладкою в кожнім стику є сусідня суцільна дошка. Між стиками сусідні дошки з'єднуються цвяхами через кожні півметра.

Дощано-цвяхові прогони застосовують тільки в поєднанні з настилами, наприклад перехресними, які сприймають похилі складові навантажень, на які ці прогони працюють ненадійно. Дощано-цвяхові прогони вимагають меншої витрати деревини, чим брущаті, але їх виготовлення більш трудомістке.

Дощано-цвяхові спарені прогони працюють і розраховуються на згин від дії тільки нормальних до схилу покриття рівномірно розподілених навантажень від власної ваги всіх елементів покриття g і ваги снігу s. При кроці прогонів В і куті нахилу покриття це навантаження визначається з виразу: