РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КЛЕЕФАНЕРНОЙ БАЛКИ. Расчет клеефанерной балки с волнистой стенкой


Расчет клееных и клеефанерных балок

Расчет клееных балок ведут по обычным формулам, проверяя удовлетворяемость принятых сечений условиям прочности и установленным пределам прогибов. Моменты инерции и сопротивления определяют как для сплошных сечений. Клееные балки представляют собой многослойную конструкцию из досок, в которой пороки древесины (сучки, косослой) рассредоточены, а клееные швы прочнее древесины, поэтому такие балки прочнее брусьев с аналогичными размерами. В связи с этим расчетные сопротивления для клееных балок принимают несколько выше, чем для обычной древесины.

При проверке прочности изгибаемой клееной балки вводят коэффициенты условий работы, зависящие от высоты и формы поперечного сечения. Для балок прямоугольного сечения учитывают коэффициент m1 (таблица 4.1).

Таблица 4.1

05022014_t1

При двутавровой форме сечения вводят еще коэффициент m2, зависящий от отношения толщины стенки к ширине полки:

05022014_f68

Условие прочности

05022014_f69

где mн = m1 для балок прямоугольного сечения; mн = m1m2 для балок двутаврового сечения.

Производят также проверку на скалывание по клеевым швам:

05022014_f70

где Q – расчетная поперечная сила; Sбр – статический момент отсеченной части относительно нейтральной оси; Iбр – момент инерции сечения; b1 – ширина балки в рассматриваемом сечении. Расчетное сопротивление скалыванию вдоль волокон по клеевым швам принимают равным 18 кгс/см2.

При определении прогиба двутавровых клееных балок необходимо учитывать, что величина прогиба зависит не только от изгибающего момента, но и от поперечной силы. Это объясняется тем, что в местах наибольших сдвигающих напряжений сечение значительно меньше, чем в поясах, а модуль сдвига в 20 раз меньше модуля упругости.

Прогиб двутавровых клееных балок с учетом влияния сдвигающих напряжений определяют по формуле

05022014_f71

где f0 – прогиб от изгибающего момента; h – высота балки; l – пролет; α – коэффициент, зависящий от отношения толщины стенки к ширине полки.

При отношении толщины стенки к ширине полки 1/2, 1/3, 1/4 коэффициенты α соответственно равны 38, 50 и 64. Особенности расчета клеефанерной балки сводятся к определению основных характеристик сечения (I, W, S), состоящего из различных материалов (рис. 4.9, а). Для этого геометрические характеристики приводят к одному из составляющих балку материалов. Рассматривают условное сечение, в котором разнородные материалы вводят с приведенными характеристиками, измененными пропорционально модулям упругости.

Схемы к расчету клеефанерных балок

Рис. 4.9 – Схемы к расчету клеефанерных балок

Приведенную площадь сечения определяют по формуле

05022014_f72

где Fф – площадь фанерных элементов сечения; Fд – площадь деревянных элементов сечения; Eф и Ед – модули упругости фанеры и древесины; Fпрд – площадь сечения, приведенная к дереву. Таким же образом определяют статический момент приведенного сечения

05022014_f73

где Sф – статический момент площади фанерных элементов сечения относительно нейтральной оси х0; Sд – статический момент площади деревянных элементов сечения относительно оси хо; Sпрд – статический момент сечения, приведенный к дереву, относительно оси х0. Положение нейтральной оси определяют из условия

05022014_f74

Момент инерции балки относительно нейтральной оси

05022014_f75

где Iф и Iд – моменты инерции фанерных и деревянных элементов сечения относительно нейтральной оси. Напряжения в балке для фанерных элементов сечения

05022014_f76

для деревянных элементов сечения

05022014_f77

где yф и yд – расстояния от нейтральной оси до наиболее удаленных точек фанерных и деревянных элементов сечения; Rфи и Rди – расчетные сопротивления фанеры и древесины на изгиб; mн – коэффициент условий работы, принимаемый для клеефанерных балок равным 1,0, кроме растянутых поясов из бакелизированной фанеры, для которых его принимают равным 0,9.

Скалывающие напряжения проверяют в клеевых швах и по нейтральной оси по обычной формуле, причем геометрические характеристики (I и S) вводят приведенными к фанере или дереву (рис. 4.9, б).

При проверке касательных напряжений в вертикальной стенке из фанеры учитывают коэффициент 05022014_f78, вводимый для обеспечения устойчивости стенки:

05022014_f79

где h0 – расстояние между осями поясов стенки; δ – толщина фанерной стенки; α – расстояние между ребрами жесткости; Rфс – расчетное сопротивление фанеры на скалывание.

Прогибы клеефанерных балок определяют аналогично обычным клееным балкам, принимая коэффициент α при отношении толщины стенки к ширине полки 1/3, 1/4 и 1/8 равным соответственно 38, 48 и 90.

vse-lekcii.ru

Клеефанерные балки с волнистой стенкой

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 16Следующая ⇒

Изготавливают двутаврового сечения длиной до 12 м тремя способами:

1. В цельных брусчатых или клеедощатых поясах выбирают пазы

синусоидального очертания, в которые вставляют фанерные изогнутые листы на клею.

2. В прямолинейные пазы шириной, равной двойной высоте волны стенки, заводят изогнутый лист и паз заливают эпоксидной смолой с наполнителем.

3. В прямолинейные пазы заводят прямой лист фанеры и затем деревянными клиньями листу придают нужную искривленную форму, а паз заливают смолой.

Такие балки устойчивы, нет необходимости в установке ребер жесткости. ксм=2,5-3.

Особенность расчета таких балок заключается в определении Wрасч и Iрасч. в расчетном сечении. Податливость стенки учитывают коэф-ми:

Момент инерции сечения без учета податливости стенки:

По прочности и жесткости балки проверяют по формулам:

На срез по нейтральной оси стенки проверяется по формулам:

k2 зависит от hв/lв, при 1/12-0,45; 1/15-0,41; 1/18-0,39.

λв.ст.=(h-2hn)/(δфhф)½ (0)

Задавшись шириной пояса, по формуле (0) находят квадрат гибкости. Далее определяют k1, затем находят отношение hв/lв, приняв φв.ст.=1.

Прочность клеевого шва стенки с поясом проверяют на скалывание:

вшв- глубина заделки в паз эти балки на 20% экономичнее дощатоклееных.

 

mykonspekts.ru

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КЛЕЕФАНЕРНОЙ БАЛКИ — КиберПедия

С ПЛОСКОЙ СТЕНКОЙ

Пример расчета клеефанерной балки с плоской стенкой.

Разработать несущую конструкцию покрытия размерами в плане 12х52 м. Район постройки VI.

Нагрузки приведены в таблице 5.

 

Таблица 5 - Нагрузки на покрытие

Вид нагрузки   Коэфф. перегрузки Нагрузки
единичные, кН/м2 на 1 м балки, кН/м
норматив- ная расчет- ная норматив- ная расчет- ная
Постоянная нагрузка Утепленная клеефанерная панель - 0,440 0,507 2,640 3,043
Снеговая нагрузка 1/0,7 1,680 2,400 10,080 14,400
Полная нагрузка - 2,120 2,907 12,720 17,443

Конструктивное решение балки.

Принимаем балку покрытия двухскатной, трапециевидного очертания. Высота клеефанерной балки в середине пролета назначается по условиям экономичности и жесткости в пределах 1/7 до 1/9 от длины, а на опорах – в пределах от 1/12 до 1/15 от длины (l) – по условию прочности фанерной стенки на срез.

Принимаем полную высоту балки h в середине пролета и на опорах h0 при учете уклона кровли i = 0,1:

 

Принимаем для стенки балки березовую фанеру марки ФСБ сорта В/ВВ (ГОСТ 3916.1-96) с размерами листов 1525х1525 мм. Стенку балки составляем с наибольшей высотой h=1500 мм и длиной l=12000 мм. Конструкция клеефанерной балки обладает повышенной боковой жесткостью и жесткостью при кручении.

 

Определение расчетных усилий.

Наиболее опасное при изгибе двухскатных балок коробчатого и двутаврового профиля сечение балки находится от опор на расстоянии:

 

 

где

,

 

где =0,1, т.к. уклон кровли принимаем i = 0,1;

h'0 – расстояние между центрами сечений поясов на опорах балки.

Расчетный изгибающий момент в опасном сечении и наибольшая поперечная сила на опоре балки:

 

 

 

Подбор сечений элементов балки.

В предварительном расчете элементов сечения требуемую суммарную толщину фанерных стенок балки определяем из условия прочности их на срез по формуле:

 

 

где Q – расчетная поперечная сила балки на опоре,

k – коэффициент плеча внутренней пары сил в выражении (hi – полная высота балки в i-том сечении), примерные значения которого равны 0.75-0.8 – в опорных и 0.8-0.85 – в пролетных сечениях балки,

Rф.ср – расчетное сопротивление срезу семислойной фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ толщиной от 8 мм поперек волокон наружных слоев по таблице 10 [1].

Предварительно требуемую площадь одного пояса двухскатной клеефанерной балки определим по приближенной формуле:

 

 

где М и h – расчетный изгибающий момент и полная высота сечения балки в середине пролета,

k – коэффициент приведения усилия к расчетному сечению балки.

 

Проектирование балки.

Принимаем сечения обоих поясов одинаковыми и постоянными по длине балки и составляем их из 4-х вертикальных слоев досок. Наружные слои выполнены из досок 145х55 мм, а внутренние, примыкающие к фанерной стенке, – из двух досок 70х40 мм в каждом слое с зазором между досками 5 мм для снижения дополнительных внутренних напряжений в клеевом шве вследствие большей поперечной усушки досок поясов по сравнению с фанерной стенкой.

Площадь принятого сечения одного пояса:

 

Верхний сжатый пояс проектируем с одним cтыком досок впритык в середине пролета. Этот стык перекрывается парным дощатыми накладками для повышения боковой жесткости. Стыковые накладки сечением 200х75 мм и длиной 600 мм крепятся с каждой стороны стыка четырьмя болтами d=16 мм длиной 360 мм.

Доски нижнего пояса соединяются по длине зубчатыми стыками, располагаемыми вразбежку, причем в одном сечении допускаются не более одного стыка, расстояние между стыками принимается не менее 300 мм.

Стенка балки проектируется их 2-х листов семислойной березовой фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ толщиной 9 мм с расположением волокон наружных слоев шпонов перпендикулярно к оси нижнего пояса балки. Листы фанеры соединяются по длине балки встык и перекрываются накладками шириной 150 мм по всей высоте стенки.

 
 

 

 

       
   
 
 
 

Рисунок 16. Клеефанерная балка с плоской стенкой.

cyberpedia.su

При расчете ребристой клеефанерной балки выполняют следующие проверки.

 

1. Проверка нормальных напряжений в поясах из древесины и фанерной стенке балки производится на действие максимального изгибающего момента по формулам:

- для растянутого пояса

,

- для сжатого пояса

,

здесь φ – коэффициент продольного изгиба,

- для фанерной стенки

,

mф – коэффициент, учитывающий снижение сопротивления фанеры в стыке «на ус» (для обычной фанеры m=0.6, для бакелизированной 0.8)

2. Проверка прочности фанерных стенок на совместное действие касательных и нормальных напряжений с учетом анизотропии фанеры, т.е. проверка по главным напряжениям в зоне перехода от поясов к стенкам

,

σр – главные напряжения,

σст, τст – нормальные и касательные напряжения в стенке на том же уровне,

Rфα – расчетное сопротивление фанеры растяжению под углом α, определяются по графику приложения 5 СНиП,

α – угол наклона направления главного напряжения к оси балки, определяется из зависимости .

Проверка на скалывание между слоями шпона в местах приклейки стенок к поясам

(0.6 МПа)

Sn – статический момент пояса относительно оси балки,

Σbш – суммарная ширина клеевых швов приклейке поясов к стенкам, Σbш=nhn (hn – высота пояса, n – число вертикальных швов)

Rфск – расчетное сопротивление фанеры скалыванию.

Проверка фанерной стенки на срез (у опор) по нейтральной оси

Sпрф – приведенный к фанере статический момент половины поперечного сечения балки относительно ее оси,

Σδф – суммарная толщина фанерных стенок.

Проверка стенки на местную устойчивость (в середине приопорной панели)

Для обеспечения устойчивости стенки при продольном расположении волокон относительно оси балки должно быть hст/δ≤50, где hст – высота стенки в середине опорной панели, δ – толщина стенки.

Если hст/δ>50, то должна быть выполнена проверка на местную устойчивость.

Расчет устойчивости следует производить по формуле:

Здесь Кu, Кδ – коэффициенты, определяемые по графикам СНиП,

hст – высота стенки между внутренними гранями полок, hрасч= hст при а≥ hст,

hрасч= а при а< hст, а – расстояние между ребрами в свету.

 

«Расстановка ребер жесткости»

Здесь δст, τст – нормальные и касательные напряжения в середине опорной панели, знаменатели (в формуле проверки устойчивости стенки) – это критические напряжения, при которых стенка теряет устойчивость.

Расчет по прогибам

,

Клеефанерная балка с волнистой стенкой относится к классу малогабаритных балок. Пояса состоят из одиночных досок 2-го сорта. Они располагаются горизонтально плашмя, и в их плоскостях образуется волнистые по длине клиновидного сечения.

Фанерная стенка имеет волнистую форму, вклеиваются краями в пазы.

 

«Клеефанерная балка с волнистой стенкой»

Благодаря волнистой форме стенка лучше сопротивляется потере устойчивости, чем плоская.

Расчет плоских балок производится с учетом того, что стенка практически не работает на нормальные напряжения при изгибе и эти напряжения воспринимаются только поясами. Кроме того благодаря своей форме стенка является податливой, поэтому расчет таких балок по прочности и прогибам при изгибе производят как составных балок с податливой стенкой.

 

Дощатоклееные балки.

Дощатоклееные балки применяют, главным образом, в качестве основных несущих конструкций покрытия сельских, общественных и промышленных зданий, используют их также в виде прогонов, пролеты и нагрузки которых не позволяют применять прогоны цельного сечения, а также в виде главных балок перекрытий, мостов и других сооружений.

В отечественной практике строительства дощатоклееные балки находят применение в покрытиях пролетом до 18 м. За рубежом имеются примеры эффективного применения дощатоклееных балок в покрытиях пролетом до 30 м и более.

Дощатоклееные балки могут быть:

 

1) односкатными постоянной высоты;

2) двускатными переменного сечения, причем h0 не менее 0.4h, где h0 – высота балки у опоры, h – высота в середине пролета;

3) ломаными, состоящими из двух прямолинейных элементов, соединенных в коньке зубчатым соединением;

 

 

 

4) гнутыми;

 

 

Балки склеиваются из досок толщиной не более 42 мм (для гнутоклееных – не более 33 мм). Сечения дощатоклееных балок принимают в большинстве случаев шириной не более 17 см, что позволяет изготовлять их из цельных по ширине досок. Балки большей ширины изготовляют из менее широких досок, склеенных между собой кромками с расположением стыков вразбежку, что увеличивает трудоемкость их изготовления. Формы поперечных сечений балок могут быть весьма разнообразными. Традиционными формами сечения являются прямоугольное массивное, реже двутавровое или тавровое (т.к.они не технологичны в изготовлении).

« Виды сечений дощатоклееных балок»

 

Высота балок (h) принимается в пределах h=(1/8…1/12)l.

Для обеспечения устойчивости балок из их плоскости отношение высоты балки h к ширине b не должно быть больше 6 (h/b≤6). Дощатоклееные балки с большим отношением высоты к ширине поперечного сечения подлежат проверке на общую устойчивость.

Доски располагаются по высоте сечения балок таким образом, чтобы древесина наиболее высокого качества размещалась в наиболее напряженных нижней и верхней зонах.

« Расположение досок в балке»

По длине доски дощатоклееных балок стыкуются на зубчатый шип. Стыки смежных слоев должны располагаться вразбежку на расстоянии не менее 30 см.

Расчет дощатоклееных балок покрытий.

В большинстве случаев расчет производят по схеме однопролетной свободно опертой балки на равномерную нагрузку q от собственной массы покрытия, балки и массы снега.

Дощатоклееные балки рассчитывают как балки цельного сечения. За основное расчетное сопротивление при изгибе принимается для сосны

1 сорта Ru=14 МПа

2 сорта Ru=13 МПа

3 сорта Ru=8.5 МПа

При расчете дощатоклееных балок выполняют следующие проверки.

1. Проверка прочности по нормальным напряжениям:

Здесь введены коэффициенты к моменту сопротивления:

mδ – коэффициент условий работы, учитывающий влияние размеров поперечного сечения на несущую способность балки, его значение приведено в СНиП II-25-80 в зависимости от высоты сечения h

h=70 см → mδ=1,

h<70 см → mδ >1,

h>70 см → mδ <1;

mф – коэффициент формы, для балок прямолинейной формы сечения mф =1, для балок двутавровых сечений mф даны в учебнике Г. Г. Карлсена в зависимости от отношения ширины стенки к ширине пояса.

Расчетное сечение, где действуют максимальные нормальные напряжения, в балках переменной высоты не совпадает, как в балках постоянной высоты, с местом действия максимального изгибающего момента, поскольку момент сопротивления сечений уменьшается у них от середины балки быстрее, чем изгибающий момент. Расстояние расчетных сечений от опор Х определяется путем отыскания максимума эпюры нормальных напряжений по длине балки.

Это сечение находится из общего выражения для нормальных напряжений

Для нахождения экстремальных точек эпюры напряжений необходимо приравнять нулю выражение, полученное после дифференцирования выражения для σu.

В двускатной балке переменного сечения при равномерно распределенной нагрузке

,

где hоп – высота опорного сечения,

h – высота сечения в середина пролета балки.

Изгибающий момент в этом случае равен

« Эпюра изгибающего момента М»

В гнутоклееных балках дополнительно проверяется еще и напряжения растяжения в гнутой зоне.

2. Расчет на устойчивость плоской формы деформирования изгибаемых элементов.

,

где М – максимальный изгибающий момент на рассматриваемом участке lp

mδ и mф – балочный коэффициент и коэффициент формы (применяются такими же, как и при расчете прочности).

3. Проверка прочности по скалывающим напряжениям в сечении с максимальной поперечной силой выполняется по формуле Журавского

,

где Q – поперечная сила, Sбр – статический момент относительно нейтральной оси той части площади сечения, которая расположена выше или ниже проверяемого шва, Jбр – момент инерции сечения, b – ширина балки, и при двутавровом сечении – ширина стенки (b=bст).

4. Расчет по прогибам.

СНиП II-25-80 дает формулу для определения наибольшего прогиба шарнирно-опертых балок в виде:

,

где f0 – прогиб балки постоянного сечения высотой h без учета деформаций сдвига, для загруженной равномерно-распределенной нагрузкой

,

h – наибольшая высота сечения,

l – пролет балки,

k – коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения, для балки постоянного сечения k=1,

с – коэффициент, учитывающий влияние деформации сдвига от поперечной силы.

Значение коэффициентов k и с для основных расчетных схем балок даны в приложении СНиП.

При проверке балки по прогибам должно выполняться условие

,

Кроме основных проверок в ряде случаев выполняются дополнительные проверки. К таким проверкам относятся проверка на смятие опорной площадки балки, проверка напряжений растяжения в гнутых балках и т.п.

Кроме однопролетных балок в ряде случаев с эффектом применяют многопролетные и консольные дощатоклееные балки. Расчет таких балок производится по общим принципам строительной механики с учетом формы и высоты сечения (коэффициентов mδ и mф).

В случае, если необходимо повысить несущую способность и жесткость балки иногда выполняют армирование дощатоклееных балок.

Дощатоклееные армированные балки представляют собой деревянные клееные балки, в которые вклеиваются стержни стальной арматуры.

«Дощатоклееная армированная балка»

Целесообразно выполнять армирование двойной арматурой классов A-III и A-IV. Процесс армирования находится в пределах 2…4 %. Клей чаще всего эпоксидно-цементный.

Расчет армированных балок на изгиб производится с учетом совместной работы клееной древесины и арматуры методом приведенных сечений, учитывающим модуль упругости древесины и стали.

Расчет армированных балок по прочности производят исходя из того, что древесина разрушается раньше, чем стальная арматура:

 

23. Деревянные прогоны.

24,25. Обеспечение жесткости прогонных и беспрогонных решений.

Стропильные конструкции покрытия из соображений экономии материала проектируют с сечениями, развитыми в плоскости действия основных нагрузок – от собственного веса и снега. Это обуславливает их относительно низкую изгибную жесткость из плоскости и жесткость на кручение. Поэтому при проектировании покрытий уделяется особое внимание обеспечению устойчивости и жесткости всей системы покрытия в целом с помощью связей, на которые возлагается также задача восприятия возможных горизонтальных нагрузок: ветровой на торцы зданий, тормозных сил от кранового оборудования, сейсмических усилий. Для зданий с деревянными каркасами связи в покрытиях проектируются в плоскостях сжатых верхних поясов стропильных ферм, верхних граней стропильных арок или балок. Связи по верху стропильных конструкций образуются из продольных элементов и раскосов которые вместе со стропильными конструкциями образуют поперечные связевые фермы (в качестве продольных элементов используют прогоны или распорки). Для обеспечения пространственной жесткости зданий существуют два решения:

1- прогонное (в холодных зданиях) – Ставят из досок связи (скатные связи), там, где заканчивается одна – начинается другая, при шаге 4-6м, связевой блок ставится через 24-30м. Если покрытие проектируется с применением плит, в качестве продольных элементов для раскрепления стропильных конструкций применяют деревянные распорки, которые обычно идут на всю длину покрытия, а в пределах связевой фермы являются стойками ее решетки.

2 - беспрогонное – ставят распорки, распорка должна образовывать квадрат, между ними - крестовые связи (два тяжа диаметром 16-18мм). При беспрогонном решении покрытия наиболее часто проектируют связевые фермы с перекрестной решеткой из стальных тяжей, имеющих натяжные муфты. При меньшем шаге возможно проектирование раскосной и треугольной решеток.

 

Решетка проектируется симметричной относительно конька. Каркас торцевых стен зданий может быть самостоятельной конструктивной системой состоящей из шарнирно опертых на фундаменты стоек и обвязок, объединяющих стойки в каркас и воспринимающих нагрузки от конструкций покрытий. При большой высоте стоек их раскрепляют в плоскости торца горизонтальными распорками.

 

При расстановке связей вдоль здания следует учитывать согласованность их расположения в покрытиях и в продольных каркасах по колоннам имея ввиду что большинство горизонтальных нагрузок воспринимается поперечными связевыми фермами покрытий и передается на фундаменты через вертикальные связи в плоскостях колонн. Поэтому все связи должны располагаться в одном шаге осей, образуя замкнутый контур от одного до другого фундаментов. Расстановка вдоль здания должна быть симметричной относительно середины длины здания, равномерной, расстояние между связями должно быть не менее 24 метров.

26. Клееные фермы.

Фермы применяют, как правило, в статически определимых схемах в отношении как опорных закреплений, так и решения решетки.

В зависимости от конструктивных особенностей, связанных с методом изготовления, фермы подразделяют на фермы заводского (из клееных элементов) и построечного изготовления (из цельных элементов)

Наибольшее распространение в строительстве получили фермы заводского изготовления. К ним относятся металлодеревянные фермы, верхний пояс и сжатые стержни решетки которых выполнены из клееной древесины, а нижний пояс и растянутые стержни решетки - из стали.

Преимущества клееной древесины позволяют применять в случае необходимости, например, в условиях агрессивных сред, не только стальной, но и деревянный нижний пояс.

По очертанию фермы подразделяются на:

1. Треугольные;

2. Трапециевидные;

3. Многоугольные;

4. Сегментные.

Расчет ферм.

1. статический расчет;

2. подбор сечения элементов фермы;

3. расчет узлов.

Расчету ферм предшествует сбор нагрузок. Нагрузки, действующие на ферму, складываются из постоянных (от собственной массы фермы и ограждающих конструкций покрытия) и временной (чаще всего только от снега).

Статический расчет фермы сводится к определению усилий от внешних нагрузок в элементах фермы. Для всех стержней определяется значение продольной силы N, а для верхнего пояса еще и изгибающий момент M.

Усилия определяют отдельно:

1) для случая загружения снеговой равномерно распределенной нагрузкой на половине пролета;

2) для случая загружения снеговой нагрузкой на всем пролете;

3) для случая загружения постоянной нагрузкой (собственный вес фермы и вес ограждающих конструкций покрытия) на всем пролете фермы.

Целесообразно сначала определить усилие от единичной нагрузки, а затем, умножив на величины фактических нагрузок, получить истинное значения усилий в стержнях.

При вычислении усилий в средних раскосах учитывают два случая: когда раскос сжат и когда растянут.

Расчетные усилия в стержнях определяются при следующих двух комбинациях нагрузок:

1) Равномерно распределенная постоянная нагрузка на всем пролете, временная (снег) - на половине пролета фермы.

2) Равномерно распределенная постоянная и временная нагрузки на всем пролете фермы.



infopedia.su

Клеефанерные деревянные конструкции — ТехЛиб

Применение водостойкой строительной и бакелизированной фанеры открывает широкие возможности изготовления эффективных балочных, арочных, рамных, сетчатых и щитовых клеефанерных деревянных конструкций двутаврового и коробчатого сечения, воспроизводящих основные формы характерные для металлических конструкций.

В строительных конструкциях различного назначения применяют водостойкую строительную фанеру с объемным весом γ = 700—800 кг/м3, склеенную на водостойких смоляных клеях, или бакелизированную совершенно водостойкую фанеру (ГОСТ 1853-51) с объемным весом γ=900—1150 кг/мг3, склеенную из слоев шпона, частично или полностью пропитанных смоляными клеями под давлением в прессе 30—35 кг/см2.

Предел прочности на срез поперек волокон наружных шпонов для березовой водостойкой строительной фанеры равен 150 кг/см2, а на растяжение вдоль волокон наружных шпонов 640—750 кг/см2, для бакелизированной фанеры соответственно 300 кг/см2 и 800—1 200 кг/см2.Модуль упругости для строительной фанеры колеблется в пределах 80000—120000 кг/см2, а для бакелизированной фанеры 180 000—200 000 кг/см2 вдоль волокон наружных шпонов.

Клеями называют вещества, обладающие способностью в процессе перехода из вязкого состояния в твердое монолитно соединять на клеях элементы, прижатые друг к другу. Клеевой шов в основном работает на сдвиг как безраспорное соединение; постановка стяжных болтов или иных рабочих связей не требуется, если исключена опасность возникновения в шве отрывающих или раскалывающих напряжений (σр90).

Склеивание деревянных деталей применяется уже много веков; однако лишь в ХХ веке в результате развития химии пластмасс появились водо- и биостойкие строительные клеи. За последнее десятилетие созданы реальные возможности для надежного склеивания синтетическими клеями не только дерева с деревом, но и дерева с металлом.

Для прогрессивного развития деревянных конструкций монолитная склейка элементов имеет не меньшее значение, чем сварка в металлических конструкциях. В последних, еще до появления сварки, применялись достаточно плотные заклепочные соединения; в деревянных же конструкциях до появления клеевых соединений могли применяться лишь податливые соединения на врубках, шпонках и нагелях с более или менее значительным местным ослаблением элементов.

Стыковые соединения досок на клею: а—«на ус»; б — «на зубчатый стык»

Клеевые соединения «на ус» и «на зубчатый стык» воспринимают все виды усилий, как в цельных элементах. По затрате древесины «зубчатый стык» значительно экономичнее «уса». Для образования зубчатого стыка разработаны специальные фрезы, обеспечивающие высокий класс точности механической обработки торцовых поверхностей стыкуемых элементов.

«Зубчатый стык» в заготовке и сборке более технологичен, чем «ус». В технологии склеивания на «зубчатый стык» («шип») в поле токов высокой частоты заложены предпосылки для поточной автоматизации процесса превращения отрезков рядовых пиломатериалов в непрерывную ленту чистых клееных заготовок. В условиях заводского поточного производства водостойкое склеивание элементов деревянных конструкций позволяет изготовлять из тонких, узких и сравнительно коротких досок и реек балки, сваи, стойки и плиты любых размеров, а также многослойные клееные брусья криволинейного очертания для арочных и сводчатых конструкций.

В многослойных клееных деревянных элементах может быть достигнута более высокая прочность, чем в цельных элементах, целиком выпиленных из бревна, поскольку возможное при монолитной склейке тонких досок дробное рассредоточение природных пороков древесины (сучков, косослоя и пр.) в значительной мере обезвреживает их, а отбор первосортной древесины для наиболее напряженных зон существенно повышает несущую способность соединений на клеях.

Основные виды клеефанерных деревянных конструкций:

I — клеефанерные деревянные конструкциидвутаврового или коробчатого сечения, в которых склеенные из досок и брусков пояса монолитно связаны одинарной или двойной фанерной стенкой, воспринимающей в основном сдвигающие усилия: балки для легких двускатных покрытий пролетом 6—18 м; трехшарнирные арки пролетом 15—36 м. На базе этого вида деревянных конструкций целесообразно развивать заводское производство клеефанерных элементов для кружально-сетчатых оводов пролетом 18—60 м;

II — клеефанерные деревянные конструкции коробчатого сечения, в которых фанера используется одновременно как в качестве ограждающей части сооружения, так и в качестве растянутого или сжатого и изгибаемого пояса несущей конструкции: балочный настил коробчатого сечения в малопролетных щитовых перекрытиях и покрытиях; при использовании бакелизированной фанеры — крупноблочные пролетные строения сборно-разборных мостовых деревянных конструкциях

При расчете двутавровых клееных балок с фанерной стенкой, тщательно стыкованной «на ус», или на двусторонних накладках по всей высоте сечения момент инерции поперечного сечения балки приводят к материалу древесины по формуле

Jпр=Jд+Jф(Еф/Ед)

В щитовых клеефанерных конструкциях, в которых фанерные пояса являются основными, наиболее напряженными частями конструкции, момент инерции сечения приводят к материалу фанеры:

Jпр=Jф+Jд(Ед/Еф)

 Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок и клееных деревянных поясов. Поперечное сечение, как правило, двутавровое или коробчатое. Толщину фанерной стенки рекомендуется принимать не менее 8 мм. Высота балок назначается равной 1/8 — 1/12 /.

Для обеспечения надежности, прочности клеевого шва фанеры и древесины от деформаций усушки и разбухания древесины, в ближайших к фанерной стенке досках поясов, при их ширине более 100 мм, предусматривается зазор 5 мм.

Для лучшего использования несущей способности фанерной стенки, фанера ориентируется таким образом, чтобы волокна ее наружных шпонов были направлены вдоль оси балки. Это объясняется тем, что физико-механические характеристики фанеры вдоль волокон наружных слоев шпона выше, чем при поперечном направлении, а также исходя из условия снижения внутренних напряжений в клеевом слое от температурно-влажностных воздействий.

Для получения требуемой длины, листы фанеры склеиваются между собой «на ус». Для балок с плоской фанерной стенкой целесообразно в местах стыков фанеры устанавливать ребра жесткости.

Поперечные сечения клеефанерных балок: А — клеефанерная балка с плоской стенкой, двутаврового и коробчатого сечения; Б — клеефанерная балка с волнистой фанерой стенкой; В – конструкция поясов клеефанерных балок: 1 — дощатый пояс балки: 2 — фанерная стенка; 3 — ребра жесткости; 4 — зазор

Применение листового материала в качестве стенок балок требует решения вопроса по обеспечению несущей способности конструкции от возможной потери устойчивости стенки. Обеспечение прочности от местной потери устойчивости на опорах, где поперечная сила достигает максимума, осуществляется закреплением к стенкам опорных деревянных вкладышей. Обеспечение прочности от общей потери устойчивости осуществляется закреплением к стенке деревянных ребер жесткости. Шаг ребра жесткости уменьшается вблизи опор и увеличивается в середине пролета, и принимается равным 0,8 — 1,5 И, где И — высота стенки (без учета высоты поясов).

Для балок небольших пролетов 6 — 9 м, обеспечение устойчивости, осуществляется устройством волнистой фанерной стенки. Придание фанерной стенке волнистой формы не требует какой-либо предварительной подготовки фанеры, за исключением стыкования листов по длине «на ус». Фанерную стенку вставляют в криволинейные или прямоугольные пазы, которые предварительно выбирают в полках на копировальных станках. Опорные зоны стенок, балок усиливаются опорными вкладышами от местной потери устойчивости. Соединение стенки и полки клеевое.

Стыкование фанеры «на ус» целесообразно выполнять в горячих прессах с узкими плитами с паро- или электроподогревом. Обработка кромок стыкуемых листов «на ус» обеспечивается фрезерованием.

Фанерные щитовые конструкции целесообразно склеивать в горячих прессах. Возможна склейка фанерных щитов и холодным способом, при этом используют дополнительные ваймы, которые затягиваются под прессом в расчете на последующую выдержку пакета склеиваемых щитов в отапливаемом помещении вне пресса.При использовании бакелизированной фанеры места склейки ее должны предварительно зачищаться по обнажения шпона. Высоту одновременно склеиваемого пакета щитов целесообразно принимать около 1 м.

Клеефанерная плита пролетом 9 м

Характерные виды клеефанерных конструкций I — с дощатыми или брусчатыми поясами; II — с фанерными поясами

Клеефанерные балки — самые легкие из всех сплошных несущих деревянных конструкций. Применяют в покрытиях пролетом до 18м. Различаются: балки с плоской стенкой и балки с волнистой стенкой. Балки с волнистой стенкой всегда постоянного сечения. Балки с плоской стенкой: постоянного сечения и двускатные. Поперечное сечение балки могут быть двутавровое и коробчатое. Пояса склеиваются из досок в двутавровых балках вертикально поставленных, коробчатые доски располагают горизонтально.

Размеры верхнего и нижнего поясов принимают одинаковыми – симметричными. Стенку изготавливают из фанеры толщиной 10-12мм. В балах с волнистой стенкой устанавливают опорные вертикальные ребра, обеспечивающих устойчивость фанерных листов стенки. Их устанавливают по расчету. При этом шаг ребер обычно назначают кратным шагу прогонов, опирающихся на балку.

В балках с плоской стенкой волокна рубашечных слоев фанеры направленно вдоль пролета. Фанера сращивается на ус или с накладками, стыки располагают над ребрами. В балках с волнистой стенкой волокна направлены перпендикулярно оси балки. Фанеру сращивают на ус, но стык не равнопрочный.

Расчеты балок с плоской и волнистой стенкой принципиально различны. В балках с плоской стенкой нормальные напряжения воспринимаются и поясами и стенкой. В балкой с волнистой стенкой только поясами. Касательное напряжение в балках обоих типов воспринимаются фанерной стенкой. С плоской стенкой рассчитывают как элементы плоской комплексной конструкции из разнородных материалов методом приведенных сечений. Геометрические характеристики поперечного сечения, момент инерции I, момент сопротивления W, статический момент S приводятся к тому материалу в котором в данном расчете ищутся напряжения.

,

1,2 – коэф учитывающий различие модулей упругости фанеры при работе ее на изгиб из плоскости и на растяжение и сжатие в плоскости.

.

Проверка прочности нормальных напряжений:

— для нижнего пояса

, где — коэф продольного изгиба из плоскости балки.

=3000/λ2у λ>70

=1-0,8(λу/100)2 λ<70

λу=lр/0,289bп

Проверка стенки: проверка прочности приклейки стенки к поясам

bрасч=2hп, Sп=Апуц.п.

bрасч – суммарная ширина приклейки фанеры пояса.

Проверка прочности стенки на разрыв фанеры над действием главных напряжений

Такие проверки выполняют в первой и второй от опор панелях, стенки на уровне ц.т. сечения и вдоль верхней полки растянутого пояса.

mф— коэф учитывающий стыкование фанеры на ус = 0,8.

Здесь же в крайних панелях производится проверка фанерной стенки на устойчивость по направлении действия главных сжимающих напряжений.

кu и кτ – размерные коэф определяемые по графикам СНиП II-25-80.

hрасч – расчетная высота стенки принимаемая большей из двух размеров

Прогибы:

Балки с волнистой стенкой рассчитывают как составные элементы на податливых связях. Податливой связью является волнистая стенка допускающая ограничение смещения поясов. Пояса проверяют на растяжение и устойчивость как в балке с плоской стенкой, но сечение рассматривают, как состоящее только их поясов. Фанерная стенка проверяется на устойчивость и растяжение.

Клеефанерные балки с плоской стенкой и ребрами жесткости: а- балка постоянной высоты; б – двускатная балка; в – балка с криворлинейным очертанием верхнего пояса; г – стык фанерной стенки с накладками; д – стык фанерной стенки «на ус»

tehlib.com

Проверка крепления стыковых накладок.

Вертикальные стыки листов фанеры стенки, расположенные по длине балки через 1500 мм, перекрыты фанерными стыковыми накладками на клею с заходом их на длину 75 мм в каждую сторону от стыка стенки. Проверим прочность клеевых швов, прикрепляющих накладки в растянутых зонах балки.

Наибольшее растягивающее напряжение у стыка стенки в наиболее напряженном сечении на расстоянии х=4600 мм от опоры на уровне нижней грани стыковой накладки определяется зависимостью:

 

 

где – максимальное краевое нормальное напряжение в поясе балки,

– предельное растягивающее напряжение в стенке при отношении:

,

 

где hx – полная высота балки,

hx0 = hx -2 hв – высота стенки в свету в сечении,

hв – высота досок наружных слоев, принятая 145 мм.

 

Расчет опирания балки на стойку.

Из условия смятия в опорной плоскости древесины нижнего пояса балки поперек волокон находим ширину обвязочного бруса:

 

 

Принимаем брус сечением 225х200 мм.

Проверяем высоту бруса как распорки вертикальных связей:

 

 

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КЛЕЕФАНЕРНОЙ БАЛКИ С ВОЛНИСТОЙ СТЕНКОЙ

Пример расчета.

Разработать несущую конструкцию покрытия размерами в плане 12х52 м. Район постройки VI.

Нагрузки приведены в таблице 6.

 

Таблица 6 - Нагрузки на покрытие

Вид нагрузки Коэфф. перегрузки Нагрузки
единичные, кН/м2 на 1 м балки, кН/м
норматив- ная расчет- ная норматив- ная расчет- ная
Постоянная нагрузка Утепленная клеефанерная панель - 0,440 0,507 2,640 3,043
Снеговая нагрузка 1/0,7 1,680 2,400 10,080 14,400
Полная нагрузка - 2,120 2,907 12,720 17,443

Подбор сечений элементов балки.

Принимаем полную высоту балки h в середине пролета и на опорах h0 при учете уклона кровли i = 0,1:

Определение расчетных усилий.

Наиболее опасное при изгибе двухскатных балок коробчатого и двутаврового профиля сечение балки находится от опор на расстоянии:

где

,

 

где =0,1, т.к. уклон кровли принимаем i = 0,1;

h'0 – расстояние между центрами сечений поясов на опорах балки.

Расчетный изгибающий момент в опасном сечении и наибольшая поперечная сила на опоре балки:

 

 

Из условия среза стенки на опоре находим ее толщину:

 

 

где Rфср=6 МПа– расчетное сопротивление фанеры срезу.

Принимаем =22 мм.

Учитывая, что изгибающий момент полностью воспринимается поясами, находим требуемую площадь сечения поясов.

Высота балки в расчетном сечении:

 

hх=h0+x·i=90+456·0,1=136 cм.

 

Расстояние между центрами тяжести поясов:

 

,

 

где – высоту поясов ориентировочно принимаем 15 см,

тогда

 

где Rр=10 МПа – расчетное сопротивление древесины растяжению.

 

Выбор сечений поясов. Принимаем пояса в виде клееных пакетов из трех досок толщиной 55 мм (до острожки 60 мм). Тогда:

 

Fп=bп·hп=16,5·15=247,5 см2.

 

Проверка принятого сечения.

Геометрические характеристики расчетного сечения:

 

 

 

Находим коэффициент снижения момента сопротивления балки за счет податливости волнистой стенки:

 

,

где

 

где – модуль упругости материала поясов,

– модуль сдвига фанерной стенки,

– коэффициент, учитывающий форму волны; принимаемый равным 1.

Проверка принятого сечения:

-по максимальным нормальным напряжениям в расчетном сечении на расстоянии х=136см

 

 

-по жесткости:

 

где Iпр – момент инерции сечения в середине пролета:

 

– коэффициент, учитывающий податливость волнистой стенки:

 

– коэффициент, учитывающий переменность сечения по длине:

– максимальный относительный прогиб балки, определяемый по таб. 19, СНиП 2.01.07-85.

Следовательно, принятое сечение балки с волнистой стенкой удовлетворяет требованиям прочности и жесткости.

 

3. Расчет волнистой фанерной стенки (рисунок 17).

Применяем следующий способ крепления фанерной стенки к поясам: в поясах выбираются прямоугольные пазы шириной hв+δв (hв - высота волны), в которые при сборке заводится фанерная стенка и затем паз заливается эпоксидным клеем с наполнителем. Глубину пазов находим из условия прочности клеевого соединения по скалыванию шва между шпонами фанеры на ширине участка, равного глубине паза.

Глубина паза:

 

где S0 – статический момент опорного сечения,

 

a.

 
 

Б. в.

 
 

 

Рисунок 17. Клеефанерная балка с волнистой стенкой:

а – общий вид; б – деталь крепления стенки к поясу; в – соединение стенки по длине на ус;

 

I0 – момент инерции сечения:

,

 

принимаем bск=12 cм.

Преимущество волнистой стенки перед плоской заключается в том, что она обладает большей устойчивостью. Мы имеем возможность формировать профиль волнистого листа и задаваться параметрами высоты волны hв и длины волны lв, обеспечивающими местную устойчивость стенки при установленных габаритных размерах балки и ее толщине.

Расчет профиля волнистого листа по устойчивости вблизи опоры.

Условие местной устойчивости:

 

.

Находим квадрат гибкости стенки, задавшись в соответствии с шириной поясов высотой волны hв=50 мм:

,

где hст – высота стенки в свету между поясами:

 

 

Коэффициент k1 зависит от модуля упругости и модуля сдвига фанеры и равен:

 

 

Коэффициент k2 зависит от отношения размеров волны hв/lв:

;

по приложению 26 [4] находим .

Конструктивно принимаем lв=118 cм – кратный пролету, с тем, чтобы выполнялось условие

Так как балка переменной высоты, проведем проверку сечения стенки на устойчивость в ¼ пролета при Q1/4=52,33 кН,

 

,

,

 

,

 

где

 

Проверкой установлено, что устойчивость волнистой стенки по всей длине балки обеспечена.

 



infopedia.su