Деревянные настилы целесообразно изготавливать щитовыми. Настилы бывают сплошными и разряженными. Существует два типа сплошных настилов: двойной перекрестный и однослойный настил.

Двойной перекрестный настил состоит из двух слоев досок. Верхний - защитный (сплошной) слой досок толщиной 16…22 мм и шириной не более 100 мм укладывают под углом 45…60 к нижнему рабочему настилу и крепят к нему гвоздями. Рабочий настил делают разряженным. Расстояние между досками для лучшего проветривания должно быть не менее 20 мм. Доски рабочего настила принимаются 19…32 мм согласно расчету. Опирание рабочих досок для повышения жесткости должно быть не менее чем на три опоры.

Длина щитов принимается из условия опирания на прогоны, не более 3…4 м, ширина - из условия простоты перевозки и монтажа в пределах 1,5…2 м.

Фермы относятся к сквозным конструкциям. Основным достоинством их является рациональное распределение материала, благодаря чему расходуется меньше древесины, чем в конструкции сплошного сечения.

Пространственная жёсткость покрытия в период эксплуатации обеспечивается панелями кровли, которые образуют жёсткую пластину в плоскости ската крыши. Кроме того, необходимо поставить горизонтальные связи, воспринимающие и ветровую нагрузку. Горизонтальные связи образуют в плоскости верхних поясов несущих конструкций ферму, которая передаёт действующие в её плоскости усилия на продольные стены.

4.1 Геометрический расчёт фермы

Стойка

Усилие в стойке: V=P=43,8 kH

Принимаем стойку из круглой стали.

,

здесь

где значение берут по табл.51, а коэффициент условия работы = 0,9 согласно табл.6 п.5 СНиП 11-23-81; здесь коэффициент 0,8 учитывает снижение расчётного сопротивления при наличии нагрузки.

Принимаем d=16мм;

4.4 Расчёт и конструирование узловых соединений

Опорная плита

Горизонтальную опорную плиту рассчитываем на изгиб под действием напряжений смятия её основания как однопролётную балку с двумя консолями.

Опорная реакция фермы (снег на всём пролёте):

Площадь опорной плиты принимаем

Напряжение смятия:

Момент в консольной части плиты:

Момент в средней части плиты:

Требуемый момент сопротивления:

Необходимая толщина плиты:

принимаем толщину плиты д=10мм

Сварные швы прикрепления поясных уголков к вертикальным фасонкам в опорном узле. Усилие на шов у обушка одного уголка:

Усилие на шов у пера одного уголка:

Длина шва у обушка при :

Длина шва у пера при :

Конструктивно длина шва принята 250 и 200мм.

Сварные швы, прикрепляющие пластинки ребра упорной плиты к вертикальным фасонкам. Усилие на одну пластинку:

Необходимая длина шва при :

Имеется 1_ш=2 (60+60) =240мм > 122.6мм

Вертикальная стенка металлического вкладыша имеет высоту и ширину такие же, что и упорная плита и рассчитывается на изгиб как трёхпролётная неразрезная балка под действием напряжений смятия от упора торца верхнего пояса.

Напряжение смятия торца верхнего пояса:

Изгибающий момент пластинки вкладыша шириной 10мм определяют по формуле:

(согласно п.5.22 СНиП II-23-81),

где

l - расстояние между ребрами вкладыша.

Необходимый момент сопротивления:

Требуемая толщина стенки:

Принимаем толщину стенок вкладыша д=8 мм.

Узловой борт, передающий усилие от раскоса на вкладыш работает на изгиб:

Необходимый момент сопротивления:

Требуемый диаметр болта:

Принимаем болт d = 26 мм; F = 530 мм². При этом напряжение смятия болта

(табл.58 СНиП II-23-81).

Напряжение среза болта: (табл.58 СНиП II-23-81).

Раскосы соединяются с верхним и нижним поясом металлическими пластинками-наконечниками сечением 10x100 мм. Металлические пластинки работают на продольный изгиб на длине, равной расстоянию от центра узлового болта до места упора деревянной части раскоса.

Свободная длина пластинок - наконечников 1₀=280мм;

Гибкость пластинок-наконечников: ;

Коэффициент продольного изгиба =0,474 (табл.72 СНиП II-23-81).

Напряжение сжатия в пластинках-наконечниках:

,

где 0,8 - коэффициент условия работы для >60 (табл.6 СНиП II-23-81).

Пластинку, в которую упирается деревянный раскос, рассчитывают на поперечный изгиб приближённо, как простую балку с сечением тавровой формы, так же, как и в упорной плите опорного узла.

В данном случае

Напряжение смятия торца раскоса:

Изгибающий момент:

Напряжение изгиба:

Составляющая усилия раскоса, перпендикулярная верхнему поясу, воспринимается упором в верхний пояс нижней пластинки узлового вкладыша.

Напряжение смятия поперёк волокон верхнего пояса под пластинкой вкладыша.

(см. табл.3 СНиП II-25-80).

Изгибающий момент в консоли нижней пластинки шириной 10мм:

Необходимый момент сопротивления:

Требуемая толщина пластины:

Принимаем толщину пластинки 10мм.

Средний узел нижнего пояса

В среднем узле уголки нижнего пояса соединяются пластинками сечением 10х100мм. В центре пластины находится отверстие для узлового болта. Площадь ослабленного сечения стыковой накладки:

Напряжение в стыковой накладке:

Длина шва приварки нижнего пояса к стыковым накладкам при ,

1_ш=146мм>90.14мм (см. расчёт опорного узла).

Прикрепление стойки к нижнему поясу

Усилие в стойке V=44.88kH. Принята стойка из круглой стали d=27мм. Крепление стойки к узловому болту происходит с помощью приваренных концевых планок сечением 10х100мм. Площадь сечения концевых планок с учётом ослабления от узлового болта:

Напряжение в планках:

Длина сварного шва при ,

Конструктивно принимаем 1_ш=100мм.

Узловой болт при загружении фермы по всему пролёту работает на изгиб от усилия в стойке и равнодействующих вертикальных составляющих усилий в раскосах, равных по величине усилию в стойке. Плечо сил в этом случае:

Изгибающие моменты в болте:

При нагружении фермы временной нагрузкой на половине пролёта узловой болт работает на изгиб от горизонтальной составляющей усилия работающего раскоса, равной разности усилий в поясах нижнего пояса. В этом случае плечо сил:

(усилие в стойке при этом нагружении меньше, чем в предыдущем случае).

Узловая нагрузка от временной (снеговой) нагрузки:

Разность усилий:

Изгибающий момент в болте:

Необходимый момент сопротивления:

Требуемый диаметр болта:

Принимаем болт d=36мм.

Коньковый узел

В коньковом узле между концами панелей верхнего пояса установлен металлический вкладыш. Смятие торца верхнего пояса:

Металлическую стенку вкладыша рассчитывают на изгиб как консольную балку под действием напряжений смятия от упора торца верхнего пояса. Изгибающий момент консольной части стенки вкладыша шириной 10мм:

Момент в средней части:

Необходимый момент сопротивления:

Требуемая толщина стенки вкладыша:

Принимаем д=10мм.

Уголок-шайбу стойки рассчитывают на изгиб:

,

где 1 - расстояние между рёбрами вкладыша.

Требуемый момент сопротивления:

Принимаем уголок размером 63x63x6 мм.

Число болтов определяем по формуле:

Принимаем 8 болтов.

5. Расчёт дощатоклееной колонны

Проверка на устойчивость плоской формы деформирования

Расчет на устойчивость плоской формы деформирования производится по формуле:

; 0,391 Устойчивость обеспечена!!!

где n = 2 - для элементов без закреплений растянутой зоны из плоскости деформирования;

n = 1 - для элементов, имеющие такие закрепления.

где k_ф - коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на рассматриваемом участке l_p

Принимая во внимание, что распорки по наружным рядам колонн идут только по верху колонн, тогда l_p = H, l₀ = H.

Расчет на устойчивость из плоскости как центрально сжатого стержня

Расчет на устойчивость из плоскости производится по формуле:

.

4,04511,58 Устойчивость обеспечена!!!

6. Защита древесины от гниения и возгорания

Защита древесины от возгорания

Сделать древесину негорючей в современных условиях возможно, но неэкономично, поэтому в строительстве ограничиваются требованием обеспечить замедленное возгорание и горение. Поскольку для горения древесины необходим приток большого количества кислорода, то основными мероприятиями огнезащиты является или уменьшение притока кислорода, или уменьшение выделения горючего газа из древесины, который, соединяясь с кислородом, дает пламя.

Возгорание древесины возможно при наличии огня t > 250°С, при длительном воздействии t > 160°С (например, у печей) и при самовоспламенении при t > 400°С. На быстроту разрушения конструкций влияет и нагрузка на нее при горении, так как при высокой температуре снижается прочность внутренней части древесины. Замедление возгорания древесины достигается конструктивными и химическими мерами защиты.

В качестве конструктивных мер рекомендуется тщательная острожка, уничтожение выступов, пустот и т.п., круглый лес загорается медленнее, чем брусчатый; массивные конструкции, особенно клееные, загорается труднее.

При проектировании зданий и сооружений с применением дерева и других горючих материалов следует предусматривать устройство брандмауэров, огнезащитных зон, нормированных разрывов между зданиями, автоматически действующих способом пожаротушения, а также надежных теплоизоляционных разделов вокруг печей и дымовых труб. Значительный эффект в качестве защитного ограждения дает известковая штукатурка, благодаря происходящему в ней эндотермическому процессу обжига, сопровождающегося большим поглощением тепла.

Если одних конструктивных мер недостаточно, применяют химические средства защиты. Защита древесины с помощью химических средств от огня осуществляется двумя способами: покрытием огнезащитными составами и пропиткой растворами антипиренов.

При защите первым способом на поверхность древесины наносится состав, приготовленный из негорючих или трудновозгораемых веществ. Такой слой защищает древесину от непосредственного соприкосновения ее с пламенем и препятствует свободному доступу кислорода воздуха необходимого для горения. При кратковременном действии источников огня подобные огнезащитные покрытия затрудняют горение древесины и распространение огня в конструкциях, а также облегчают тушение пожара.

Для поверхностной огнезащиты наиболее эффективны отечественные составы - покрытие огнезащитное фосфатное ОФП-9; покрытие вспучивающее ВП-9.

Широкое применение находит импортный (NULLIFIRE) замедлитель возгорания древесины. Этот материал представляет собой водоразбавляемую окрасочную композицию. Отсутствие органических растворителей делает его безопасным в работе. Состав наносится на сухую поверхность древесины любым инструментом. Рассматриваемый материал может быть прозрачным, подчеркивающим природную красоту текстуры древесины, или окрашенным в различные цвета. При контакте с открытым пламенем покрытие вспучивается и превращается в пористую массу, защищающую древесину от нагрева. Для защиты деревянных конструкций от возгорания используется водно-дисперсионная огнезащитная акриловая (АК-151 КРОЗ) краска. Она изготовлена из компонентов на водной основе и не содержит токсических органических растворителей. Под воздействием высоких температур образуется защитный коксовый слой, который предотвращает дальнейшее распространение пламени по древесине. В отличие от существующих аналогов она обладает высокой адгезией и легко наносится кистью или валиком.

Находит применение отделочная огнезащитная краска ППЛ, которая состоит из: калия углекислого (поташ) 25% по массе; керосинового контакта Петрова 3%; воды 72%.

Приготовление состава производится следующим образом: в воде, подогретой до 50-60°С, при хорошем перемешивании растворяют поташ, после чего добавляют керосиновый контакт и отстаивают полученный раствор в течение суток. Нанесениераствора производится за два раза с перерывом 12 час. Температура раствора при пропитке принимается 50-60°С.

Для деревянных конструкций разработаны также огнезащитные краски, основой которых служит жидкое стекло. Древесина такими составами окрашивается за два приема с перерывом в 12 час. Расход красок на 1 м² поверхности составляет 500-600 г.

В неиндустриальном деревянном домостроении наиболее доступным, средством огнезащиты является оштукатуривание, обмазка пастами. Обмазки предназначаются для деревянных конструкций, защищенных от непосредственного атмосферного воздействия. Обмазки наносят в два приема с интервалом не менее 12 час. Не дефицитна и экономична известково-глино-солевая обмазка "ИГС", которая приготавливается из следующих компонентов: известковое тесто 14%; глина 4%; поваренная соль 11%; вода 11% Сульфитно-глиняная обмазка СГ - К, которая состоит из: сульфитного щелока 25%; глины или каолина 50%; воды 25%. Суперфосфатная обмазка, где отношение суперфосфата и воды составляет 70 и 30%.

Эти составы рекомендуются для сухих помещений.

Вторым способом защиты древесины от возгорания является пропитка ее растворами. Механизм действия антипиренов мало изучен. Однако известно, что понижать возгораемость древесины могут такие вещества и составы, которые плавятся и покрывают поверхность древесины огнезащитной пленкой, прекращающей доступ кислорода, или разлагаются с выделением большого количества негорючих газов, которые оттесняют воздух от поверхности древесины. Кроме того, установлено, что при горении антипирированной древесины, отнимается некоторое количество тепла, расходуемого на плавление и испарение антипиренов. Древесина, пропитанная антипиренами в автоклавах, только обугливается, независимо от времени воздействия источника огня, и неспособна к самостоятельному горению.

В качестве антипиренов чаще всего применяют водорастворимые аммонийные соли, буру, борную кислоту и соли фосфатной кислоты.

Бура представляет собой белую кристаллическую негигроскопичную соль. При нагревании бура вспучивается, выделяет пары воды.

Борная кислота по внешнему виду представляет собой бесцветные мелкие кристаллы. При нагревании расплавляется в стекловидную массу.

Сульфат аммония - техническая соль серной кислоты, применяемая для удобрений, упаковывается в мешки весом 50 кг. По внешнему виду представляет собой порошок серого цвета. Не горюч, не летуч, не гигроскопичен, вызывает значительную коррозию металла. При нагревании плавится, а в дальнейшем разлагается на инертные газы: аммиак и сернистый газ.

Хлористый аммоний хорошо защищает древесину от горения, но очень гигроскопичен и легко выветривается. При нагревании выше 386°С возгорается, образуя большое количество паров. Применяется в смесях.

При поверхностной обработке древесины, как пенообразователь для удержания в огнезащитных составах на поверхности, применяется керосиновый контакт, который представляет собой смесь сульфонафтеновых кислот. Легко растворяется в воде, не горюч, не летуч.

Для наибольшего огнезащитного эффекта применяют не отдельные соли, а различные смеси солей.

Растворенные в воде, эти смеси образуют пропиточные составы, так, например, составы из: фосфорнокислого аммония 6%; сернокислого аммония 14%; фтористого аммония 1,5%. А также составы из: фосфорнокислого натрия 2,5%; сернокислый аммоний 17,5%; фтористый натрий 1,5%; воды 78,5%.

Степень огнезащиты возрастает с увеличением количества введенных в древесину солей антипирена. Обычно для пропитки применяют растворы 10-15% -ной концентрации, т.к. малые концентрации необходимой огнезащиты не обеспечивают. Достаточной защитой является пропитка древесины антипиреном на глубину 5-10 мм. Пропитка древесины антипиренами производится теми же способами, что и при обработке ее антисептиками.

Защита древесины от гниения

Конструктивные меры защиты древесины от гниения:

Основными конструктивными мерами против гниения древесины являются: применение здорового и сухого леса, правильное расположение тепло-, водо - и пароизоляционных материалов, отвода атмосферных вод, устройство продухов для вентиляции и т.п.

В деревянных покрытиях зданий не следует устраивать внутренних водостоков, фонарей и ендов. Все элементы несущих конструкций и конструкций крыш должны быть доступны для осмотра во всех частях и хорошо проветриваться. Деревянные конструкции должны опираться на фундаменты выше уровней пола и грунта. Защита древесины от увлажнения парами воздуха достигается тем, что в помещениях с влажностью более 75% и выделением водяных паров поверхность ее изолируется водостойкими лакокрасочными материалами.

Образование конденсата в наружных многослойных стенах и бесчердачных покрытиях в значительной степени зависят от порядка расположения в толще ограждения паро- и теплоизоляционных слоев. Обычно слой гидроизоляции должен быть расположен в начале теплового потока, то есть со стороны преобладания положительных температур, теплоизолирующий слой нужно располагать с холодной стороны ограждения. В случае если пароизоляция должна быть расположена в конце теплового потока под кровельным материалам необходимо устройство осушающих продухов.

Для защиты деревянных конструкций от периодической конденсации следует избегать глухой заделки опорных узлов ферм в каменные или бетонные стены; их надо устанавливать в открытые гнезда. При устройстве стальных опорных узлов или соприкосновении дерева с полосовыми стальными элементами между деревом и сталью необходимо прокладывать слой пароизоляции, а заделываемую в металлический башмак древесину надежно антисептировать. В случае опирания деревянных элементов на каменные или бетонные опоры необходимо устройство креозотированных прокладок на слое пароизоляции.

Химические меры защиты древесины от гниения:

Химическая защита древесины предусматривается в тех случаях, когда ее увлажнение в процессе эксплуатации неизбежно. Защита деревянных конструкций от гнили заключается в пропитке или покрытии их антисептиками.

Антисептики должны удовлетворять, помимо токсичности к грибам и насекомым, таким требованиям, как способность проникновения в древесину, устойчивость к вымыванию из нее, быть безвредным для людей и животных, сохранять механическую прочность материала древесины, не увеличивать электропроводность и не разрушать металлические части конструкции.

Антисептики - это химические вещества и составы, применяемые для предохранения древесины от гниения и повреждения дереворазрушающими грибами и насекомыми. Антисептики разделяют на:

Инсектициды - токсичные для насекомых;

фунгициды - вещества, токсичные для дереворазрушающих грибов.

Все применяемые антисептики подразделяют на три группы: неорганические (водорастворимые), органического происхождения и комбинированные.

Неорганические антисептики (водорастворимые):

1. Фтористый натрий (NaF).

Белый порошок, не имеющий запаха, не летуч, слабо коррозирует металлы. Концентрация раствора принимается 3-4%. Обладает высокой диффузионной способностью проникновения в сырую (до 40-50% влажности) древесину. При соприкосновении с известью, цементом, алебастром, мелом фтористый натрий частично утрачивает антисептические свойства, образуя с солями кальция нерастворимые в воде соединения. Поэтому вода для приготовления антисептика должна быть мягкой.

2. Кремнефтористый аммоний (NH) SiF.

Белый кристаллический порошок с легким запахом аммиака. Обладает высокой растворимостью (18-32%). Легко проникает в древесину, но и легко вымывается из нее. Древесина, пропитанная этим препаратом, не изменяет цвета. Недостаток антисептика то, что он вызывает коррозию металла. Концентрация раствора принимается 5-10%. Широко применяется для антисептирования деревянных конструкций, находящихся в условиях, где исключено вымывание соли в процессе эксплуатации.

3. Бихромат натрия.

Представляет собой кристаллы красно-оранжевого цвета, хорошо растворимые в воде. Легко проникает в древесину и прочно фиксируется ее волокнами. Не летуч и является пассивиатором коррозии металлов.

4. Кремнефтористый натрий технический.

Белый или желтоватый порошок. Предельная растворимость его в холодной воде 0,65, в горячей - 1,8%. Низкая растворимость относит этот антисептик к разряду слабых. Поэтому в чистом виде для обработки древесины применяется редко. Для повышения токсичности кремнефтористого натрия добавляют кальцинированную соду, жидкое стекло или аммиак, при соединении с которыми в растворе образуется фтористый натрий.

Имеется ряд антисептиков, которые применяются весьма ограниченно.

К ним относятся хлористый цинк, поваренная соль и др. Эти антисептики чаще всего используются в качестве компонента в комбинированных антисептиках.

Органические антисептики (маслянистые)

1. Оксидифенил технический.

Продукт коксогазовой промышленности, порошок грязно-белого цвета из мелких полупрозрачных кристаллов со слабым запахом фенола. Сильный антисептик, применяется для защиты древесины открытых сооружений в виде 3-5% растворов в керосине, мазуте, скипидарном масле и др. Трудно выщелачивается водой и не коррозирует металлы. Этот антисептик не допускается к применению в жилых, общественных и промышленных зданиях.

2. Масло каменноугольное (креозотовое).

Жидкость темно-коричневого цвета с едким запахом. Является сильным, длительно действующим, антисептиком. Трудно вымывается водой. Из-за резкогозапаха и горючести каменноугольное масло не рекомендуется для обработки древесины в жилых и общественных зданиях.

Комбинированные антисептики

К комбинированным антисептикам относятся препараты, состоящие из двух или нескольких веществ, токсичность которых в смеси сказывается выше суммарной токсичности входящих в нее компонентов.

К числу наиболее распространенных комбинированных препаратов относится:

1. Кремнефтористый натрий + фтористый натрий в количестве соответственно 0,65 и 0,16 кг на 100 л воды.

Смесь этих солей втрое токсичнее фтористого натрия. Растворение осуществляется в горячей воде, температурой до 90°С.

2. Хромно-медный препарат (ХМ-5).

Представляет собой смесь, состоящую из равных частей медного купороса (50%) и бихромата натрия (50%) с добавкой уксусной кислоты (0,05%). Применяется в виде 7-10% -ных водных растворов. Окрашивает древесину в зеленоватый цвет. Незначительно коррозирует металл. Пропитанная этим препаратом древесина хорошо склеивается, вместе с тем наблюдается тенденция снижения прочности. Препарат ХМ-5 рекомендуется для консервирования древесины в конструкциях постоянно смываемых водой (градирни).

Антисептические пасты

Для их приготовления водорастворимый антисептик смешивают с какой-нибудь вяжущей основой, которая придает пасте вязкость и удерживает слой антисептика на поверхности древесины. В качестве вяжущей основы используют каолин, битум, каменноугольный лак (кузбасслак). По количеству расходуемого антисептика различают марки паст 100 и 200. Марка 100 содержит сухой слой антисептика 100 г/м² обрабатываемой поверхности, а марка 200 не менее чем 200 г/м². Пасты выпускаются в виде концентрата и разводятся водой до консистенции густой сметаны перед началом работы.

Паста антисептическая на каменноугольном лаке состоит в % отношении из: фтористого натрия - 44, лака каменноугольного - 7, каолина - 13, воды - 26.

По внешнему виду представляет густую массу черного или темно-серого цвета.

Паста антисептическая на ПВА эмульсии, состоит в % отношении из: фтористого натрия - 44, каолина - 13, ПВА - 16, воды - 27.

По внешнему виду паста представляет собой густую массу светло-серого цвета.

Глиняные пасты состоят в % отношении из: фтористого натрия - 30, глины - 27, экстракта сульфитных щелоков - 3, воды - 40.

Экстракт сульфитных щелоков получается из отходов целлюлозно-бумажного производства. Он имеет вид твердого смолообразного вещества. В теплой воде растворяется без остатка.

Технология антисептирования

В практике используют такие методы химической защиты древесины, как консервирование и антисептирование.

Консервирование - это способы, предусматривающие обработку химическими средствами и рассчитанные на их глубокое проникновение в древесину. Консервирование древесины осуществляется в основном диффузионным методом.

Диффузионный метод

Успех действия этого способа основан на способности водорастворимых антисептиков постепенно проникать в глубину древесины по законам диффузии, растворяясь в содержащейся в древесине влаге, а также при последующих увлажнениях ее в условиях эксплуатации. К диффузионным способам относятся обработка пастами и сухими антисептиками элементов из сырой древесины или элементов, увлажнение которых в процессе эксплуатации неизбежно (концы балок, опирающихся на каменную стену, лаги и др.).

Пасты на поверхность древесины наносятся в виде пленки толщиной 1-2 мм и защищаются от испарения. Недостаток такого метода - большой расход антисептика. Скорость пропитки древесины, обработанной пастами, идет тем быстрее, чем выше ее влажность и в среднем равна 1 мм/сутки. Таким образом, древесина, обработанная пастами, пропитывается на всю глубину заболони в течение 2-3 месяцев. Причем на эту пропитку не требуется специально времени, т.к. она происходит уже в конструкциях в процессе службы древесины. Положительная сторона этого способа - возможность обработки сырых лесоматериалов, тогда как другие способы требуют предварительной сушки их.

Антисептирование - это способы, предусматривающие поверхностную обработку древесины.

В условиях строительства и реконструкции распространено антисептирование водорастворимыми антисептиками путем многократного гидропульпирования или нанесения раствора кистями, либо погружением отдельных элементов в ванны с раствором. Принцип этого вида антисептирования заключается в постоянном увлажнении поверхности, в результате чего соли проникают в древесину на глубину от 1 до 3 м, в зависимости от рецептуры и времени нанесения.

В заводских условиях предпочтительнее использовать метод горячехолодных ванн, а при наличии автоклавного оборудования вакуумную пропитку.