Расчет деревянных конструкций. Конструкции из дерева и пластмасс Клееная древесина или обычная

Министерство образования Российской Федерации

Ярославский государственный технический университет

архитектурно-строительного факультета

примеры расчета деревянных Конструкций

Учебное пособие по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»

для студентов специальности

290300 «Промышленное и гражданское строительство»

заочной формы обучения

Ярославль 2007

УДК 624.15

МП ________. Конструкции из дерева и пластмасс: Методическое пособие для студентов заочной формы обучения специальности 290300 «Промышленное и гражданское строительство»/Сост.: В.А. Бекенев, Д.С. Дехтерев; ЯГТУ.- Ярославль, 2007.- __ с.

Приведены расчеты основных видов деревянных конструкций. Изложены основы проектирования и изготовления конструкций из дерева с учетом требования новых нормативных документов. Описаны конструктивные особенности и основы расчета сплошных, сквозных деревянных конструкций.

Рекомендуются для студентов 3-5 курсов специальности 290300 «Промышленное и гражданское строительство» заочной формы обучения, а также других специальностей, изучающих курс «Конструкции из дерева и пластмасс».

Ил. 77. Табл. 15. Библиогр. 9 назв.

Рецензенты:

© Ярославский государственный

технический университет, 2007

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее методическое указание разработано согласно СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции». В нем даны теоретические сведения, а также рекомендации по проектированию и расчету деревянных конструкций, необходимые для подготовки к экзамену студентам специальности «Промышленное и гражданское строительство».

Цель изучения курса «Конструкции из дерева и пластмасс» состоит в том, чтобы будущий специалист приобрел знания в области применения в строительстве деревянных конструкций, использования методов расчета, конструирования и контроля качества конструкций различных типов, умел обследовать состояние сооружений, рассчитывать и контролировать несущие ограждающие конструкции с учетом технологии их изготовления.

1. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ АСБЕСТОЦЕМЕНТНОЙ ПЛИТЫ С ДЕРЕВЯННЫМ КАРКАСОМ

Пример расчета асбестоцементной плиты покрытия.

Требуется запроектировать асбестоцементную утепленную плиту покрытия сельскохозяйственного здания под рулонную кровлю с уклоном 0,1. Шаг несущих конструкций рам составляет 6 м. Здание расположено в III снеговом районе.

1. Выбор конструктивного решения плиты .

Асбестоцементные плиты с деревянным каркасом выпускают длиной 3 – 6 м, шириной соответственно 1 – 1,5 м. Они предназначены для совмещенных бесфонарных покрытий, в основном одноэтажных зданий промышленного назначения с кровлей из рулонных материалов с наружным отводом воды.

Принимаем плиту размером 1,5х6 м для верхней и нижней обшивок принимаем по 5 листов размером 1500х1200 мм. Стыкование листов обшивок принимаем впритык. Верхнюю сжатую обшивку назначаем толщиной δ 1 =10 мм как наиболее нагруженную, нижнюю растянутую – толщиной δ 2 =8 мм. Объемная масса листов составляет 1750 кг/м 3 .

В качестве крепежных элементов используем оцинкованные стальные шурупы диаметром d =5 мм и длиной 40 мм с потайной головкой. Расстояния между их осями принимают не менее 30d (где d - диаметр шурупа, болта или заклепки), но не менее 120 мм, и не более 30δ (где δ – толщина асбестоцементной обшивки). Расстояние от оси шурупа, болта или заклепки до края асбестоцементной обшивки должно быть не менее 4d и не более 10d .

Ширину плит по верхней и нижней поверхностям принимаем равной 1490 мм с зазором между плитами 10 мм. В продольном направлении зазор между плитами предусматриваем 20 мм, что соответствует конструктивной длине плиты 5980 мм. Продольный стык между плитами осуществляется при помощи образующих четверть деревянных брусков, прибиваемых гвоздями к продольным граням плит. Образованный зазор между плитами перед укладкой рубероидного ковра уплотняется теплоизоляционным материалом (мипорой, пороизолом, вспененным полиэтиленом и др.), а деревянные бруски, образующие стык, соединяются гвоздями диаметром 4 мм с шагом 300 мм.

Каркас плит предусматриваем из древесины сосны 2 сорта, плотностью 500 кг/м 3 . Длину опорной части плит определяют расчетом, но предусматривают не менее 4 см.

Расчетное сопротивление асбоцемента изгибу R и.а =16МПа.

Модули упругости соответственно древесины и асбоцемента составляют Е g =10000 МПа, E а =10000 МПа.

Расчетное сопротивление асбоцемента сжатию R c.а =22,5 МПа.

Расчетное сопротивление асбоцемента изгибу поперек листа R wt .а =14 МПа.

Расчетное сопротивление древесины сосны изгибу R и.д =13 МПа.

Для каркасных плит используют минераловатный или стекловатный утеплитель на синтетическом связующем, а также другие теплоизоляционные материалы. В данном случае используем жесткие минераловатные плиты на синтетическом связующем по ГОСТ 22950-95 плотностью 175 кг/м 3 . Теплоизоляционные плиты приклеиваются к нижней обшивке асбестоцементных плит на слое битума, который выполняет одновременно роль пароизоляции. Толщину утеплителя принимаем конструктивно равной 50 мм.

Владимир Федорович Иванов
Конструкции из дерева и пластмасс
(учебник для вузов)
1966

В книге изложены основы проектирования, расчета, изго¬товления и монтажа, правил эксплуатации и усиления конструкций из дерева и с применением пластмасс; указаны меры их защиты от загнивания, возгорания и других вредных воздействий; рассмотрены физико-механические свойства древесины и конструкционных пластмасс.
Книга предназначена для студентов строительных вузов и факультетов в качестве учебника

Введение (3)

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ДЕРЕВО КАК СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

Глава 1. Сырьевая база древесины и ее значение для использования в народном хозяйстве (16)
§ 1. Сырьевая база древесины (-)
§ 2. Древесина как строительный материал и ее применение в строительстве (17)

Глава 2. Строение древесины, ее физико-механические свойства (20)
§ 3. Строение древесины и ее свойства (-)
§ 4. Влага в древесине и ее влияние на физико-механические свойства (23)
§ 5. Химические воздействия на древесину (25)
§ 6. Физические свойства древесины (26)

Глава 3. Механические свойства древесины (27)
§ 7. Анизотропия древесины и общие характеристики ее механических свойств (-)
§ 8. Влияние строения и некоторых основных пороков древесины на ее механические свойства (29)
§ 9. Длительное сопротивление древесины (31)
§ 10. Работа древесины на растяжение, сжатие, поперечный изгиб, смятие и скалывание (33)
§ 11. Отбор лесоматериала при строительстве несущих деревянных конструкций (39)

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ЗАЩИТА ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ОГНЯ, БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ И ВОЗДЕЙСТВИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ

Глава 4. Защита деревянных конструкций от возгорания (41)
§ 12. Огнестойкость элементов строительных конструкций (-)
§ 13. Мероприятия по защите деревянных конструкций от возгорания (-)

Глава 5. Защита деревянных конструкций от загнивания (43)
§ 14. Общие сведения (-)
§ 15. Дереворазрушающие грибы и условия их развития (-)
§ 16. Конструктивная профилактика по борьбе с гниением элементов деревянных конструкций (44)
§ 17. Защита деревянных конструкций от воздействия химических реагентов 47
§ 18. Химические меры защиты древесины от загнивания (антисептирование) (-)
§ 19. Повреждение древесины насекомыми и меры борьбы с ними (49)

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Глава 6. Расчет деревянных конструкций по методу предельных состояний (50)
§ 20. Исходные положения расчета элементов деревянных конструкций (-)
§ 21. Данные для расчета деревянных конструкций по методу предельных состояний (52)

Глава 7. Расчет элементов деревянных конструкций сплошного сечения (56)
§ 22. Центральное растяжение (-)
§ 23. Центральное сжатие (57)
§ 24. Поперечный изгиб (62)
§ 25. Косой изгиб (65)
§ 26. Сжато-изогнутые элементы (66)
§ 27. Растянуто-изогнутые элементы (68)

Глава 8. Балки сплошного сечения (69)
§ 28. Однопролетные балки сплошного сечения (-)
§ 29. Балки сплошного сечения, усиленные подбалками (-)
§ 30. Консольно-балочные и неразрезные системы прогонов (70)

РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ
СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ

Глава 9. Общие данные 72
§ 31. Классификация соединений (связей) (-)
§ 32. Общие указания по расчету соединений элементов деревянных конструкций (74)

Глава 10. Соединения на врубках и шпонках (76)
§ 33. Лобовые врубки (-)
§ 34. Простой, двойной и трехлобовой упоры (80)
§ 35. Соединения на шпонках (82)
§ 36. Призматические поперечные, продольные и наклонные шпонки (84)
§ 37. Металлические шпонки и шайбы (86)

Глава 11. Соединения на нагелях (87)
§ 38. Общие сведения (-)
§ 39. Основные особенности нагельных соединений (89)
§ 40. Расчет нагельных соединений по предельному состоянию (90)

Глава 12. Соединения на растянутых рабочих связях (95)
§ 41. Болты-тяжи (-)
§ 42. Хомуты, скобы, гвозди, винты, шурупы и глухари (96)

Глава 13. Соединения на клею (97)
§ 43. Виды клеев (-)
§ 44. Технология склеивания (98)
§ 45. Конструкции стыков на клею и клеестальные шайбы (99)

РАЗДЕЛ ПЯТЫЙ
СОСТАВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА УПРУГО-ПОДАТЛИВЫХ СВЯЗЯХ

Глава 14. Расчет составных элементов на упруго-податливых связях (101)
§ 46. Общие сведения (-)

Глава 15. Расчет составных элементов на упруго-податливых связях по приближенному методу СНиП II-В.4-62 (103)
§ 47. Поперечный изгиб составных элементов (-)
§ 48. Центральное сжатие составных элементов (105)
§ 49. Внецентренное сжатие составных элементов (107)
§ 50. Примеры расчета составных элементов (108)

РАЗДЕЛ ШЕСТОЙ
ПЛОСКИЕ СПЛОШНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Глава 16. Виды сплошных систем деревянных конструкций (110)
§ 51. Общие сведения (-)

Глава 17. Конструкции деревянных балок составного сечения (113)
§ 52. Составные балки системы Деревягина (-)
§ 53. Конструкция и расчет клееных балок (117)
§ 54. Конструкция и расчет клеефанерных балок (121)
§ 55. Изготовление клееных балок (123)
§ 56. Конструкция и расчет двутавровых балок с двойной дощатой перекрестной стенкой на гвоздях (124)

Глава 18. Распорные системы сплошных деревянных конструкций (129)
§ 57. Трехшарнирные арки из балок системы Деревягина (-)
§ 58. Кружальные системы арок (131)
§ 59. Арочные конструкции двутаврового профиля с двойной перекрестной стенкой на гвоздевых соединениях (132)
§ 60. Клееные арки (134)
§ 61. Рамные сплошные конструкции (138)
§ 62. Изготовление арочных и рамных конструкций и их монтаж (139)

РАЗДЕЛ СЕДЬМОЙ
ПЛОСКИЕ СКВОЗНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Глава 19. Основные виды сквозных деревянных конструкций (141)
§ 63. Общие сведения (-)
§ 64. Основы проектирования конструкций сквозных ферм (145)

Глава 20. Комбинированные системы деревянных конструкций (149)
§ 65. Шпренгельные балки (-)
§ 66. Подвесные и подкосные системы деревянных конструкций (152)

Глава 21. Балочные фермы из бревен и брусьев (154)
§ 67. Бревенчатые и брусчатые фермы на лобовых врубках (-)
§ 68. Металлодеревянные фермы ЦНИИСК (156)
§ 69. Металлодеревянные фермы с верхним поясом из балок Деревягина (160)

Глава 22. Металлодеревянные фермы с клееным верхним поясом и сегментные фермы на гвоздях (161)
§ 70. Металлодеревянные фермы с прямоугольным клееным верхним поясом (-)
§ 71. Металлодеревянные сегментные фермы с клееным верхним поясом (162)
§ 72. Сегментные фермы из брусков и досок на гвоздях (165)
Глава 23. Арочные и рамные сквозные конструкции. Решетчатые стойки (-)
§ 73. Трехшарнирные арки из сегментных, серповидных и многоугольных брусчатых ферм (-)
§ 74. Рамные сквозные деревянные конструкции и решетчатые стойки (169)

РАЗДЕЛ ВОСЬМОЙ
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ КРЕПЛЕНИЕ ПЛОСКИХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Глава 24. Обеспечение пространственной жесткости при эксплуатации и монтаже (173)
§ 75. Мероприятия для обеспечения пространственной жесткости плоских деревянных конструкций (-)
§ 76. Работа плоских деревянных конструкций в процессе монтажа (176)

РАЗДЕЛ ДЕВЯТЫЙ
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Глава 25. Основные типы пространственных деревянных конструкций (180)
§ 77. Общие положения (-)

Глава 26. Кружально-сетчатые своды (185)
§ 78. Системы сводов (-)
§ 79. Безметалльный кружально-сетчатый свод системы С. И. Песельника (188)
§ 80. Кружально-сетчатый свод системы Цольбау (-)
§ 81. Основные принципы строительства кружально-сетчатых сводов (189)
§ 82. Расчет кружально-сетчатых сводов (-)
§ 83. Общие понятия о крестовом и сомкнутом своде кружально-сетчатой системы (191)

Глава 27. Деревянные своды-оболочки и складки (193)
§ 84. Общие сведения (-)

Глава 28. Деревянные купола (196)
§ 85. Купола радиальной системы (-)
§ 86. Купола кружально-сетчатой конструкции (200)
§ 87. Тонкостенные и ребристые сферические купола и методы их расчета (202)

РАЗДЕЛ ДЕСЯТЫЙ
ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ И СООРУЖЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Глава 29. Башни (206)
§ 88. Общие сведения (-)
§ 89. Башни с решетчатой и сетчатой конструкцией стволов (-)
§ 90. Башни со стволами сплошной конструкции (212)

Глава 30. Силосы, резервуары и бункера (213)
§ 91. Конструкция и принципы расчета (-)

Глава 31. Мачты (215)
§ 92. Мачты на оттяжках (-)

Глава 32. Общие сведения о деревянных мостах (218)
§ 93. Мосты и эстакады (-)
§ 94. Проезжая часть для автодорожных мостов и сопряжение ее с насыпью (219)
§ 95. Опоры деревянных мостов балочной системы (221)
§ 96. Деревянные балочные мосты сплошного сечения (224)
§ 97. Подкосные системы деревянных мостов (-)
§ 98. Арочные системы деревянных мостов (225)
§ 99. Пролетные строения деревянных мостов сквозных систем (226)

Глава 33. Леса, подмости и кружала для возведения зданий и инженерных сооружений (230)
§ 100. Общие понятия о лесах и кружалах (-)
§ 101. Схемы и конструкции лесов-кружал (231)

РАЗДЕЛ ОДИННАДЦАТЫЙ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

Глава 34. Лесная промышленность (236)
§ 102. Лесозаготовительная и деревообрабатывающая промышленность (-)
§ 103. Основные технологические процессы механической деревообработки (237)
§ 104. Лесопильные рамы (239)
§ 105. Круглопильные станки (-)
§ 106. Ленточнопильные станки (240)
§ 107. Строгальные станки (242)
§ 108. Фрезерные и шипорезные станки (-)
§ 109. Сверлильные станки (244)
§ 110. Долбежные станки (-)
§ 111. Шлифовальные станки (245)
§ 112. Токарные станки и другое оборудование (-)
§ 113. Электрифицированные переносные инструменты (-)

Г лава 35. Лесопильное производство (246)
§ 114. Общие сведения (-)

Глава 36. Сушка древесины (249)
§ 115. Естественная сушка древесины (-)
§ 116. Искусственная сушка древесины и виды сушильных камер (-)

Глава 37 Основы организации изготовления деревянных конструкций (251)
§ 117. Строительный цех (-)
§ 118. Цех изготовления клееной древесины и конструкций из нее (252)
§ 119. Изготовление фанеры и некоторых других видов облагороженной древесины (254)
§ 120. Техника безопасности и охрана труда при изготовлении деревянных конструкций и строительных деталей (256)

Глава 38. Эксплуатация, ремонт и усиление деревянных конструкций (257)
§ 121. Основные правила эксплуатации деревянных конструкций (-)
§ 122. Ремонт и усиление деревянных конструкций (-)

РАЗДЕЛ ДВЕНАДЦАТЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И ИЗДЕЛИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТМАСС

Глава 39. Пластмассы как конструкционный строительный материал (261)
§ 123. Общие сведения о пластмассах и их составных частях (-)
§ 124. Краткие сведения о методах переработки полимеров в строительные материалы и изделия (265)
§ 125. Основные требования к пластмассам, применяемым в строительных конструкциях (268)
§ 126. Стекловолокнистые пластмассы (269)
§ 127. Древеснослоистые пластики (ДСП) (276)
§ 128. Древесно-волокнистые плиты (ПДВ) (273)
§ 129. Древесностружечные плиты (ПДС) (-)
§ 130. Органическое стекло (полиметилметакрилат) (280)
§ 131. Винипласт жесткий (ВН) (281)
§ 132. Пенопласты (282)
§ 133. Сотопласты и мипора (283)
§ 134. Тепло-, звуко- и гидроизоляционные материалы, получаемые на основе пластмасс и применяемые в строительных конструкциях (284)
§ 135. Особенности некоторых физико-механических свойств конструкционных пластмасс (285)

Глава 40. Особенности расчета элементов конструкций с применением пластмасс (286)
§ 136. Центральное растяжение и сжатие (-)
§ 137. Поперечный изгиб элементов из пластмасс (289)
§ 138. Растянуто-изогнутые и сжато-изогнутые элементы из пластмасс (295)
§ 139. Данные для расчета строительных конструкций с применением пластмасс (-)
§ 140. Соединение элементов конструкций из пластмасс (299)
§ 141. Синтетические клеи для склеивания разных материалов (301)

Глава 41. Слоистые конструкции (304)
§ 142. Схемы и конструктивные решения слоистых конструкций (-)
§ 143. Метод расчета трехслойных плит-панелей (310)
§ 144. Некоторые примеры применения слоистых панелей в зданиях различного назначения (312)
§ 145. Трубопроводы из пластмасс (314)

Глава 42. Пневматические конструкции (315)
§ 146. Общие сведения и классификация пневматических конструкций (-)
§ 147. Основы расчета пневматических конструкций (318)
§ 148. Примеры пневматических конструкций в сооружениях различного назначения (320)

РАЗДЕЛ ТРИНАДЦАТЫЙ
ПРИМЕНЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ПЛАСТМАСС В КОНСТРУКЦИЯХ БУДУЩЕГО

Глава 43. Перспективы развития и применения конструкций из дерева и пластмасс (324)
§ 149. Общие сведения (-)
§ 150. Перспективы применения древесины в конструкциях (326)
§ 151. Перспективы применения пластмасс в конструкциях (328)

Приложения (330)
Литература (346)
______________________________________________________________________
сканы - Ахат;
обработка - Armin.
DJVU 600 dpi + OCR.

Не забываем про тему: “Ваши сканы, наша обработка и перевод в DJVU “.
http://forum..php?t=38054

Для всех строительных материалов имеются области рационального и эффективного использования. Это относится и к древесине, которая во многих районах нашей страны является местным строительным материалом. В некоторых районах древесина имеется в избытке (в так называемых лесоизбыточных районах).

Наша страна является первой в мире по количеству лесных площадей (2 место занимает – Бразилия, 3 место Канада, 4 место - США), которые занимают почти половину территории России – примерно 12,3 млн. км 2 . Основная часть лесов России (примерно ¾ части) расположена в районах Сибири, Дальнего Востока, в северных областях европейской части страны. Преобладающими породами являются хвойные: 37% лесов занимает лиственница, 19% - сосна, 20% - ель и пихта, 8% - кедр. Лиственные породы занимают около ¼ площади наших лесов. Наиболее распространенной породой является береза, занимающая около 1/6 общей площади лесов.

Запасы древесины в наших лесах составляют около 80 млрд. м 3 . Ежегодно заготавливается около 280 млн. м 3 . деловой древесины (т.е. пригодной для изготовления конструкций и изделий). Однако, это количество далеко не исчерпывает естественного годового прироста древесины в отдаленных районах Сибири и Дальнего Востока.

История создания деревянных зданий и сооружений берет свое начало с древнейших времен. Первой конструктивной формой строений был прямоугольный в пла­не сруб из бревен. Постепенно увеличивались площади и объемы строящихся сооруже­ний, расширялось функциональное назначение помещений. Срубы стали возводить много­угольными в плане с наличием внутренних стен, обеспечивающих неизме­няемость сооружений и устойчивость наружных стен.

Наличие огромных лесных запасов на территории России явилось основой многовекового использования древесины в качестве строительного материала для возведения зданий и сооружений жилищного, хозяйственного, культового и других назначений. До настоящего времени сохранились уникальные строения, выполненные зодчими в виде сруба более 250 лет назад. Образцом такого строительства являют­ся существующие нынче храмы в Кижах на Онежском озере, постройки в Малых Карелах Архангельской области (рис.1).

Первые инженерные сооружения человечества – свайные постройки, мосты и плотины были также из дерева. С конца XVII века, когда появилась возможность распиловки бревен на брусья и доски, деревянное строительство вышло на новый этап. Более эко­номичные и легкие сечения древесины позволили создавать эффективные стержневые системы, позволяющие перекрывать значительные пролеты, что дало толчок в развитие архитектуры, мостостроении. Наиболее ярким примером использования древесины в качестве стро­пильных конструкций является конструкция шпиля Адмиралтейства (рис.2), осу­ществленная по проекту И.К. Коробова и сохраненная А.Д. Захаровым при перестройке башни в начале XIX века, фермы для перекрытия Манежа в г. Москве пролетом 48 м, построенные в 1817 г. А.А. Бетанкуром (рис.3).

Рис.1 – Деревянные храмы в Кижах на Онежском озере

Рис.2 – Здание Адмиралтейства в г.С-Петербург

Рис.3 – Монтаж ферм покрытия Манежа в г.Москва

Многолетний опыт строительства зданий различного назначения позво­лил определить рациональные области применения деревянных конструк­ций:

1. Зрительные и общественные здания, спортивные сооружения, выста­вочные павильоны, рынки и другие пролетом от 18 до 100 м (см. пример на рис.4).

2. Покрытия гражданских, промышленных и сельскохозяйственных зданий. Целесообразно использовать дощатые и брусчатые фермы со сборкой на стройплощадке (эффективность применения определяется легкостью, прочностью и благоприятными условиями для борьбы с недостатками).

3. Здания с химически агрессивной средой. В первую очередь, склад­ские здания пролетом до 45 м для перегрузки и хранения минеральных удобрений.

4. Малоэтажное деревянное домостроение.

5. Производственные сельскохозяйственные здания.

6. Неотапливаемые здания производственно-вспомогательного назначения промышленных предприятий.

7. Неотапливаемые здания и навесы для хранения и переработки сель­скохозяйственной продукции.

8. Быстровозводимые здания комплектной поставки небольших проле­тов для отдаленных районов крайнего Севера.

9. Инженерные сооружения - опоры линий электропередачи (с напряжением до 35 кВ), триангуля­ционные и радиопрозрачные мачты и башни, мосты небольшой грузоподъ­емности, пешеходные мосты.

Рис.4 – Схема каркаса крытого легкоатлетического манежа спорткомплекса Метеор в г. Жуковский с несущими дощатоклеенными арками

Нецелесообразно применять деревянные конструкции в местах где затруднены мероприятия по защите древесины от возгорания и попеременного увлажнения (соответственно гниения):

Горячие цехи;

Промышленные здания с большими крановыми нагрузками;

Помещения с повышенной эксплуатационной влажностью (кроме бань).

Несмотря на многовековое использование древесины в качестве строительных конструкций, поиск новых технических решений продолжается. В течении последних 20 лет ведутся разработки жестких соединений клееных деревянных элементов (по аналогии с закладными деталями железобетонных конструкций), что позволило открыть новое направление сборных клееных деревянных конструкций. В практике строительства в России и за рубежом реализовано большое количество большепролетных зданий и сооружений из сборных клееных деревянных конструкций. Сочетание узловых вклееных стержней с линейным армированием клееных деревянных элементов является дальнейшим этапом в развитии клееных деревянных конструкций для зданий очень боль­ших пролетов.

Прогрессивные формы индустриальных деревянных конструкций:

1. Монолитные дощатоклееные и клеефанерные конструкции в виде балок, арок, рам и комбинированных систем.

2. Металлодеревянные фермы с дощатоклееным верхним поясом.

3. Кружально-сетчатые пространственные конструкции из стандартных цельных и клееных косяков.

В отличие от дерева пластмассы в конструкциях начали использовать с середины прошлого века, после возникновения промышленного производства синтетических материалов.

К основным конструкционным строительным пластмассам относятся:

Высокопрочный стеклопластик;

Прозрачный менее прочный стеклопластик;

Оргстекло;

Винипласт;

Пенопласт;

Воздухо- и водонепроницаемые ткани и плёнки;

Древесные пластики.

Пластмассовые конструкции применяются в основном в виде стеновых панелей, плит покрытия, светопрозрачных ограждающих элементов различной формы и множеством индивидуальных конструкций, выпускаемых небольшими партиями.

Из наиболее прочных стеклопластиков, расчётное сопротивление сжатию и растяжению которых достигает 100 МПа, выполняют элементы несущих строительных конструкций. Однако это применение возможно только при техническо-экономическом обосновании. Прозрачные стеклопластики используют в качестве светопрозрачных элементов ограждающих конструкций зданий. Из особо прозрачного оргстекла и прозрачного винипласта изготовляют прозрачные части ограждений, пропускающие все части солнечного спектра. Сверхлёгкие пенопласты применяют в средних слоях лёгких ограждающих покрытий и стен.

Особым классом конструкций из пластмасс являются мембраны (прочные, тонкие воздухо- и водонепроницаемые ткани), которые применяются в виде пневматических и тентовых сооружений. Материал в них работает на растяжение и нет опасности потери устойчивости.

ГЛАВА 1. ДРЕВЕСИНА И ПЛАСТМАССЫ - СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1.1 ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ДРЕВЕСИНЫ

К основным достоинствам древесины относятся:

Малый вес . Древесина имеет в среднем плотность 550 кг/м 3 и в 14 раз легче стали, в 4,5 раза легче бетона, что позволяет значительно снизить ма­териальные затраты по транспортировке, по устройству фундаментов, об­ходиться без тяжелых грузоподъемных механизмов при возведении зданий и сооружений.

Прочность . Одним из показателей эффективности применения конст­рукций из различных материалов является показатель удельной прочности материала, который выражается отношением плотности материала к его объемному весу. Для клееной древесины это отношение состав­ляет 3,66×10 -4 1/м, для углеродной стали 3,7×10 -4 1/м, для бетона класса 22,5 ÷ 1,85×10 -4 1/м. Это подтверждает целесообразность применения наряду со сталь­ными деревянных клееных конструкций в большепролетных зданиях, где собственный вес имеет решающее значение.

Деформативность и вязкость . Из всех традиционных строительных ма­териалов только древесина в меньшей степени реагирует на неравномерную осадку оснований фундаментов. Вязкий характер разрушения древесины (за исключением скалывания) позволяет перераспределять усилия в элементах, что не вызывает мгновенного отказа конструкций.

Температурное расширение . Коэффициент линейного расширения дре­весины различен вдоль волокон и под углом к ним. Вдоль волокон значение этого коэффициента в 7-10 раз меньше, чем поперек волокон, и в 2-3 раза меньше, чем у стали. Этот факт дает возможность не учитывать влияние температуры и не требует членения здания на температурные блоки.

Теплопроводность . Малая теплопроводность древесины, обусловленная ее структурой, является основой широкого применения в стенах ограждаю­щих конструкций. Коэффициент теплопроводности древесины в 6 раз ниже, чем у керамического кирпича, в 2 раза ниже, чем у керамзитобетона, газо-пенобетонов плотностью 800 кг/м 3 и эквивалентен газо-пенобетонам плот­ностью 300 кг/м 3 , т.е. плотностью почти вдвое ниже, чем у древесины.

Химическая стойкость древесины . Древесину можно использовать без дополнительной защиты или защищая ее покраской, поверхностной про­питкой в условиях химически агрессивной среды. Деревянные конструкции применяются при строительстве складов для химически агрессивных сыпу­чих материалов таких, как калийные и натриевые соли, минеральные удоб­рения, разрушающие бетон и сталь. Большинство органических кислот не разрушает древесину при обычной температуре.

Самовозобновляемостъ древесины . Основным достоинством древесины по сравнению с другими конструкционными материалами является посто­янное возобновление ее запасов. При производстве других конструкционных материалов (стали, бетона, пластмассы и др.) требуются большие затраты энергии и расходуется большое количество исходного сырья, запасы которого постоянно иссякают.

Простота обработки . Древесина легко обрабатывается простым ручным или электрическим инструментом. Деформативность древесины позволяет придавать конструкциям из нее различные прямолинейные и криволи­нейные формы. Производство конструкций небольших пролетов из цельной древесины можно освоить практически на лесопунктах, на любой базе строительной индустрии, что невозможно для производства металлических или железобетонных конструкций.

Древесине, как и другим материалам, присущи недостатки:

Неоднородность, анизотропность древесины и пороки . Неоднород­ность древесины проявляется в различии строения и свойств годовых сло­ев, образующихся в процессе роста дерева в зависимости от условий внеш­ней среды (климатических условий).

Неоднородность древесины сказывается на изменчивости показателей прочности, что усложняет полу­чение достоверных расчетных характеристик древесины.

Древесина представляет собой тело с тремя осями анизотропии по глав­ным структурным направлениям - вдоль и поперек волокон в тангенциаль­ном и радиальном направлении. Значительные расхож­дения прочности древесины при приложении усилий вдоль и поперек волокон значительно усложняют вопросы конструирования деревянных конструкций и, в первую очередь, узловых соединений, что зачастую ведет к нерациональному увеличению сечений соединенных элементов.

К основным порокам относятся сучки, трещины и косослой. Наличие сучка изменяет направление волокон древесины либо прерывает их, что значительно влияет на прочность, особенно при растяжении, т.к. происхо­дит неравномерное нагружение всех волокон по сечению.

Зависимость физико-механических свойств древесины от влажности . Древесина обладает способностью впитывать в себя влагу ввиду своей гиг­роскопичности. От количества влаги в древесине в значительной мере зави­сят и ее физико-механические свойства. Плотность свежесрубленой древесины хвойных пород (кроме лиственницы) и мягких лиственных пород (осина, тополь, ольха, липа) равна 850 кг/м 3 . По мере удаления влаги плотность уменьшается. При 15-25% влажности плотность принимается 600 кг/м 3 , а при 6-12% влажности плотность прини­мается 500 кг/м 3 . Лиственница имеет плотность соответственно 800 кг/м 3 и 650 кг/м 3 при влажности в пределах 15-25% и 6-12% соответственно. Для строительства различают древесину:

Сырую с влажностью выше 25%;

Полусухую с влажностью 12-25%;

Воздушно-сухую с влажностью 6-12%.

Ползучесть древесины . При кратковременном действии нагрузки древе­сина работает практически упруго, но при длительном действии неизмен­ной нагрузки деформации во времени увеличиваются. Даже при малом уровне напряжений ползучесть может продолжаться годами.

Биопоражение древесины . Напрямую связано с влажностью древесины. При влажности более 18%, а также при наличии кислорода и положитель­ной температуры возникает условие для жизнедеятельности дереворазрушающих грибов. Также древесина разрушается жизнедеятельностью насе­комых, повреждающих не­окоренную древесину в лесу, на складах, лесосеках и разрушающих окоренную древесину в процессе ее переработки и при эксплуа­тации в конструкциях.

Распространение огня происходит в результате соединения углерода древесины с кислородом. Горение начинается примерно при 250 °С. И если с наружной сторо­ны древесина быстро обгорает, то ввиду малой ее теплопроводности и по­явлению толщины обуглевающего слоя, препятствующему поступлению кислорода, дальнейший процесс сильно замедляется. Поэтому деревянные конструкции массивного сечения имеют большую огнестойкость по сравне­нию с незащищёнными металлическими конструкциями.

1.2 СТРОЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В поперечном сечении ствола древесины хвойных пород (сосна, ель) можно рассмотреть несколько характерных слоев (рис. 1.1).

Наружный слой состоит из коры - 1 и луба - 2. Под лубом находится тонкий слой камбия. Назначение луба в растущем дереве - проводить вниз по стволу образующиеся в листьях питательные органические вещест­ва.

В поперечном разрезе основную часть занимают заболонь и ядро. Забо­лонь состоит из молодых клеток, ядро - полностью из отмерших клеток. У деревьев всех пород в раннем возрасте древесина состоит только из за­болони, и лишь с течением времени происходит отмирание живых клеток, сопровождающееся обычно потемнением.

В период весны, когда в стволе появляется много сока, камбий развивает большую деятель­ность, откладывая во внутреннюю часть значительное количество крупных клеток. Летом по мере уменьшения количества питательных соков актив­ность камбия замедляется, и откладывается меньшее количество клеток и меньших размеров. В зимнее время жизнедеятельность камбия затихает, и рост дерева прекращается. Откладывание весенней и летней частей дре­весины, периодически происходящее из года в год, является причиной обра­зования годичных слоев (колец). Годичный слой состоит из светлого слоя древесины (ранняя древесина), обращенного в сторону сердцевины, и более темного, плотного, летней древесины, обращенного к коре (поздняя древе­сина).

Механическую функцию в древесине выполняют, в первую очередь, прозенхимные клетки - трахеиды, которые, главным образом, расположены вертикально. Стыкование трахеид в продольном направлении осуще­ствляется в процессе роста. Они своими заостренными концами врастают между собой и в другие анатомические элементы, так называемые "паренхимные клетки", имеющие одинаковые размеры во всех трех осевых на­правлениях. Эти клетки входят в состав "сердцевинных лучей", которые пронизывают в перпендикулярном направлении несколько годичных слоев.

Трахеиды составляют 90% общего объема древесины, и в 1см 3 их при­близительно размещается 420000 шт. Трахеид ранней части годичного слоя обладает тонкими стенками (2-3 мкм) и большими внутренними полостями, а трахеиды поздней части годичного слоя имеют более толстые стенки (5-7 мкм) и меньшие полости. Длина трахеид 2-5 мм, размер поперечного сечения в 50-60 раз меньше длины.

Для более полного представления о стро­ении древесины рассматривается три разреза ствола: поперечный, радиаль­ный и тангентальный (рис. 1.2).

Древесина лиственных пород имеет несколько отличную от хвойных по­род структуру. Спиральное направление стенок клеток древесины листвен­ных пород приводит к большому короблению и растрескиванию пиломате­риала при сушке, ухудшению гвоздимости. Наличие этих недостатков и малая стойкость к загниванию ограничивает применение лиственных пород для деревянных конструкций. Более высокие прочностные показатели дре­весины твердых лиственных пород реализуются путем использования их для изготовления соединительных элементов (нагели, шпонки, накладки), а также опорных антисептированных деталей.

Физические свойства древесины

Плотность. Поскольку влага со­ставляет значительную часть массы древесины, то величина плотности устанавливается при определенной влажности. С увеличением влажнос­ти плотность увеличивается и, поэто­му для расчетов при определении по­стоянных нагрузок используют ус­редненные показатели, представлен­ные в нормах .

Для конструкций, эксплуатируе­мых в условиях, когда равновесная влажность не превышает 12% (отап­ливаемые и неотапливаемые помеще­ния с относительной влажностью до 75%), плотность сосны и ели состав­ляет 500 кг/м 3 , а лиственницы 650 кг/м 3 .

Для конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе или в закры­тых помещениях с высокой влажностью более 75%, плотность сосны и ели составляет 600 кг/м 3 , а лиственницы 800 кг/м 3 .

Теплопроводность древесины зависит от плотности, влажности и на­правления волокон. При равной плотности и влажности теплопроводность поперек волокон в 2,5-3 раза меньше, чем вдоль волокон. Коэффициент теп­лопроводности поперек волокон при стандартной влажности 12% более чем в 2 раза ниже, чем при влажности равной 30%. Эти показатели объясняют­ся трубчатым строением волокон древесины.

Температурное расширение . Коэффициент линейного расширения попе­рек волокон пропорционален плотности древесины, и в 7 - 10 раз больше коэффициентов расширения вдоль волокон. Это объясняется тем, что при нагревании древесина теряет влагу и меняет свои объемы.

В практике проектирования температурные деформации практически не рассматриваются, т. к. коэффициент линейного расширения вдоль волокон незначителен.

1.3 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ

Особенности древесины.

Расчет деревянного перекрытия

Расчет деревянного перекрытия - одна из самых легких задач и не только потому, что древесина - один из самых легких строительных материалов. Почему так, мы очень скоро узнаем. Но сразу скажу, если вас интересует классический расчет, согласно требований нормативных документов, то вам сюда .

При строительстве или ремонте деревянного дома использовать металлические, а тем более железобетонные балки перекрытия как-то не в тему. Если дом деревянный то и балки перекрытия логично сделать деревянными. Вот только на глаз не определишь, какой брус можно использовать для балок перекрытия и какой делать пролет между балками. Для ответа на эти вопросы нужно точно знать расстояние между опорными стенами и хотя бы приблизительно нагрузку на перекрытие.

Понятно, что расстояния между стенами бывают разные, да и нагрузка на перекрытие тоже может быть очень разная, одно дело - расчет перекрытия, если сверху будет нежилой чердак и совсем другое дело - расчет перекрытия для помещения, в котором будут в дальнейшем делаться перегородки, стоять чугунная ванна, бронзовый унитаз и много чего еще.

Расчет деревянных конструкций должен производиться:

• по несущей способности (прочности, устойчивости) для всех конструкций;
• по деформациям для конструкций, в которых величина деформаций может ограничить возможность их эксплуатации.

Расчет по несущей способности должен производиться на воздействие расчетных нагрузок.

Расчет по деформациям должен производиться на воздействие нормативных нагрузок.

Деформации (прогибы) изгибаемых элементов не должны превышать величин, приведенных в табл. 37.

Таблица 37. Предельные деформации (прогибы) изгибаемых элементов

Примечание. При наличии штукатурки прогиб элементов перекрытий только от полезной нагрузки не должен быть более 1/350 пролета.

Центрально-растянутые элементы

Расчет центрально-растянутых элементов производится по формуле:

где N - расчетная продольная сила,

mр - коэффициент условий работы элемента на растяжение, принимаемый: для элементов, не имеющих ослаблений в расчетном сечении,mр= 1,0; для элементов, имеющих ослабление, mр =0,8;

Rp - расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон,

Fнт- площадь рассматриваемого поперечного сечения нетто: при определении Fнт ослабления, расположенные на участке длиной 20 см, принимаются совмещенными в одном сечении. Центрально-сжатые элементы. Расчет центрально-сжатых элементов производится по формулам: на прочность

на устойчивость

где mс - коэффициент условий работы элементов на сжатие, принимаемый равным единице,

Rc - расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон,

Коэффициент продольного изгиба, определяемый по графику (рис.4),

Fнт - площадь поперечного сечения нетто элемента, Fрасч - расчетная площадь поперечного сечения для расчета на устойчивость принимаемая:

1) при отсутствии ослаблений: Fрасч=Fбр;

2) при ослаблениях, не выходящих на ребро — Fрасч=Fбр,если площадь ослаблений не превышает 25% от Fбр и Fрасч = 4/3Fнт, если площадь их превышает 25% от Fбр;

3) при симметричных ослаблениях, выходящих на ребро: Fрасч=Fнт

Гибкость? цельных элементов определяется по формуле:

Примечание. При несимметричных ослаблениях, выходящих на ребра, элементы рассчитываются как внецентренносжатые.

где Io - расчетная длина элемента,

г - радиус инерции сечения элемента, определяемый по формуле:

l6p и F6p - момент инерции и площадь поперечного сечения брутто элемента.

Расчетная длина элемента l0 определяется умножением его действительной длины на коэффициент:

при обоих шарнирно закрепленных концах - 1,0; при одном защемленном и другом свободно нагруженном конце - 2.0;

при одном защемленном и другом шарнирно закрепленном конце - 0,8;

при обоих защемленных концах - 0,65.

Изгибаемые элементы

Расчет изгибаемых элементов на прочность производится по формуле:

где M - расчетный изгибающий момент;

mи - коэффициент условий работы элемента на изгиб; Rи - расчетное сопротивление древесины изгибу,

Wнт - момент сопротивления нетто рассматриваемого поперечного сечения.

Коэффициент условий работы элементов на изгиб mи принимается: для досок, брусков и брусьев с размерами сторон сечения менее 15 см и клееных элементов прямоугольного сечения mи =1,0; для брусьев с размерами сторон 15 см и более при отношении высоты сечения элемента к его ширине h/b ? 3,5 - mи = 1,15

Расчет элементов цельного сечения на прочность при косом изгибе производится по формуле:

где Mx, My- составляющие расчетного изгибающего момента соответственно для главных осей x и y

mи - коэффициент условий работы элемента на изгиб;

Wx, Wy-моменты сопротивления рассматриваемого поперечного сечения нетто для осей x и y . Внецентренно-расгянутые и внеиентренно-гжатые элементы. Расчет внецентренно-растянутых элементов производится по формуле:

Расчет внецентренно-сжатых элементов производится по формуле:

где?- коэффициент (действительный в пределах от 1 до 0), учитывающий дополнительный момент от продольной силы N при деформации элемента, определяемый по формуле;

При малых напряжениях изгиба M/Wбр, не превышающих 10% от на-

пряжения N/Fбр, внецентренно-сжатые элементы рассчитываются на

устойчивость по формуле N

где Q - рассчетная перерезывающая сила;

mcк=1 - коэффициент условий работы цельного элемента на скалывание при изгибе;

Rck- расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон;

Iбр-момент инерции брутто рассматриваемого сечения;

Sбр- статический момент брутто сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси;

b - ширина сечения.